CN104134837B - 一种平面cq带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平面CQ带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面履铜微带板上，所述双面覆铜微带板的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的输入端馈线头port1、用于输出电磁波信号的输出端馈线头port2、第一和第二端口馈线、半波长的第一和第四微带谐振器、四分之一波长的第二和第三微带谐振器、接地通孔，微带板的另一面为覆铜接地板。该发明由两个半波长和两个四分之一波长谐振器级联组成，使滤波器在保持较小体积下，也能具有简单可控的电耦合和磁耦合；通过在谐振器间引入交叉耦合可在滤波器的通带两侧产生两个传输零点，提高了滤波器的频率选择性和带外抑制，具有频带选择性好、***损耗低、体积小、结构简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及微带线形式的平面带通滤波器，尤其涉及一种平面CQ带通滤波器，能够满足频率选择性高、***损耗低、尺寸小、结构简单、成本低等设计要求。
背景技术
射频/微波滤波器是现代微波中继通信、卫星通信、无线通信和电子对抗等***必不可少的组成部分，同时也是最为重要和技术含量最高的微波无源器件。其中，带通滤波器作为电路***里重要的组成部分之一，其性能的优劣很大程度决定了***的工作质量。带通滤波器主要工作于通信***射频前端，用于低损耗通过某一频率范围内的有用信号，而将其他频率范围的频率分量衰减到极低水平。
然而，随着现代通信需求的高速发展，可利用的频谱资源日益紧张，因此对滤波器频率选择特性的要求越来越高。为了提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，要求滤波器必须有陡峭的带外抑制；为了提高信噪比，要求通带内要有低的***损耗；而为了减小信号的失真，要求通带内有平坦的幅频特性和群延时特性；为了满足现代通信终端小型化趋势，要求滤波器有更小的体积与重量。传统的巴特沃斯和切比雪夫滤波器已经难以满足这些要求，引入具有有限传输零点的交叉耦合结构的滤波器是目前最常用也是最佳的选择。与传统滤波器相比，这种滤波器不仅能够满足通带外的高选择特性，同时能够减少谐振腔的个数，降低设计成本和滤波器体积。目前为止，已经有很多学者提出了基于四个谐振器单元级联的具有交叉耦合结构的带通滤波器，其中有些的确展现出良好的性能：带内***损耗较小、选择性较高等。然而，有些结构由于采用半波长谐振器结构使得滤波器体积过大，不利于集成。此外，采用四分之一波长谐振器结构虽然减小了滤波器体积，但是会使耦合结构的设计变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种平面CQ带通滤波器，该发明公开了一种利用两个半波长谐振器和两个四分之一波长谐振器构成四个谐振器单元级联的带通滤波器的新方法，这使得滤波器除了在性能方面达到频率选择性高、***损耗小的要求外，在滤波器尺寸和耦合结构设计的复杂程度上均比传统的结构更具优势。本发明的滤波器是基于CQ(CascadedQuadruplet)滤波器结构的，在谐振器之间引入交叉耦合使通带外产生两个传输零点，从而达到快速滚降，提高选择性的目的。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种平面CQ带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面履铜微带板上，所述双面覆铜微带板的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的输入端馈线头port1、用于输出电磁波信号的输出端馈线头port2、第一端口馈线、第二端口馈线、半波长的第一微带谐振器和第四微带谐振器、四分之一波长的第二微带谐振器和第三微带谐振器、接地通孔，该双面覆铜微带板的另一面为覆铜接地板；并且所述输入端馈线头port1、第一端口馈线、第一微带谐振器、第二微带谐振器和输出端馈线头port2、第二端口馈线、第四微带谐振器、第三微带谐振器是左右对称的；第一微带谐振器、第二微带谐振器、第三微带谐振器、第四微带谐振器位于平行的第一端口馈线和第二端口馈线之间；所述第一微带谐振器和第四微带谐振器都是由五条微带组成，其中三条平行于纵向的第一端口馈线和第二端口馈线，另外两条垂直于纵向的第一端口馈线和第二端口馈线，较长的横向微带的两端分别与最长的纵向微带和中等长度的纵向微带的底端垂直连接，较短的横向微带的两端分别与最短的纵向微带和中等长度的纵向微带的顶端垂直连接；第一微带谐振器和第四微带谐振器的最长的纵向微带分别是与第一端口馈线和第二端口馈线距离最近的纵向微带，第一微带谐振器中最长的纵向微带与第一端口馈线之间存在第一耦合间隙，第四微带谐振器中最长的纵向微带与第二端口馈线之间存在第二耦合间隙，第一微带谐振器和第四微带谐振器的最短的纵向微带之间存在第三耦合间隙；所述的第二微带谐振器和第三微带谐振器都是由三条微带组成，其中两条条平行于纵向的第一端口馈线和第二端口馈线，另外一条垂直于纵向的第一端口馈线和第二端口馈线，横向微带的两端分别与较长的纵向微带和较短的纵向微带的顶端垂直连接；所述第二微带谐振器和第三微带谐振器的较短的纵向微带之间存在第四耦合间隙，它们的底端通过接地通孔连接，为第二微带谐振器和第三微带谐振器之间引入磁耦合，并且它们的底端位于第一微带谐振器和第四微带谐振器的较短的横向微带的上方；所述第二微带谐振器和第三微带谐振器的较长的纵向微带分别位于第一微带谐振器和第四微带谐振器的最长的纵向微带和中等的纵向微带之间，并且所述第二微带谐振器的较长的纵向微带和第一微带谐振器中等的纵向微带之间存在第五耦合间隙，所述第三微带谐振器的较长的纵向微带和第四微带谐振器中等的纵向微带之间存在第六耦合间隙；所述第一微带谐振器和第四微带谐振器的较长的横向微带同时位于第一端口馈线、第二端口馈线底端的下方和所述第二微带谐振器、第三微带谐振器的较长的纵向微带底端的下方。
优选的，所述输入端馈线头port1和输出端馈线头port2的宽度均为W1＝2.2mm，第一端口馈线和第二端口馈线的长度均为L1＝15.2mm、宽度均为W3＝0.5mm。
优选的，所述第一微带谐振器和第四微带谐振器的最长的纵向微带的长度均为L2＝17.2mm，中等的纵向微带的长度均为L4＝8mm，最短的纵向微带的长度均为L6＝0.5mm，较长的横向微带的长度均为L3＝6mm，较短的横向微带的长度均为L5＝2.9mm。
优选的，所述第二微带谐振器和第三微带谐振器的较长的纵向微带的长度均为L7＝12.45mm、宽度均为W2＝1mm，较短的纵向微带的长度均为L9＝3mm，横向微带的长度均为L8＝2.5mm。
优选的，所述输入端馈线头port1和输出端馈线头port2均为50欧姆的匹配阻抗。
优选的，所述第四耦合间隙的距离S3为0.5mm。
优选的，所述第三耦合间隙的距离S4为0.7mm。
优选的，所述第五耦合间隙和第六耦合间隙的距离S2均为0.5mm。
优选的，所述第一耦合间隙和第二耦合间隙的距离S1均为0.3mm。
优选的，所述双面履铜微带板基板的相对介电常数为2.55，介质高度为0.80mm。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用半波长谐振器和四分之一波长谐振器组成CQ单元，相比以前由半波长谐振器组成的CQ单元，尺寸更小，而相比以前只有四分之一波长谐振器组成CQ单元，耦合结构的设计更加简单。
2、本发明混合使用半波长谐振器和四分之一波长谐振器，可以更方便的实现独立可控的电耦合和磁耦合，从而在通带两侧产生2个传输零点，从而提高滤波器的选择性。
附图说明
图1是本发明提出的一种平面CQ带通滤波器的示意图；
图2是本发明提出的一种平面CQ带通滤波器的尺寸图；
图3是本发明提出的一种平面CQ带通滤波器的散射参数仿真图；
图中，附图标记为：1-双面履铜微带板，2-第一端口馈线，3-第一耦合间隙，4-第一微带谐振器，5-第五耦合间隙，6-第三微带谐振器，7-第四耦合间隙，8-接地通孔，9-第三耦合间隙，10-第四微带谐振器，11-第六耦合间隙，12-第四微带谐振器，13-第二耦合间隙，14-第二端口馈线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明的平面CQ带通滤波器的示意图如图1所示，以印刷电路板的方式制作在双面履铜微带板1上，所述双面覆铜微带板1的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的输入端馈线头port1、用于输出电磁波信号的输出端馈线头port2、第一端口馈线2、第二端口馈线14、半波长的第一微带谐振器4和第四微带谐振器12、四分之一波长的第二微带谐振器6和第三微带谐振器10、接地通孔8，该双面覆铜微带板1的另一面为覆铜接地板；并且所述输入端馈线头port1、第一端口馈线2、第一微带谐振器4、第二微带谐振器6和输出端馈线头port2、第二端口馈线14、第四微带谐振器12、第三微带谐振器10是左右对称的，接地通孔8位于中心对称线上。
第一微带谐振器4、第二微带谐振器6、第三微带谐振器10、第四微带谐振器12位于平行的第一端口馈线2和第二端口馈线14之间；其中所述第一微带谐振器4和第四微带谐振器12都是由五条微带组成，其中三条平行于纵向的第一端口馈线2和第二端口馈线14，另外两条垂直于纵向的第一端口馈线2和第二端口馈线14，较长的横向微带的两端分别与最长的纵向微带和中等长度的纵向微带的底端垂直连接，较短的横向微带的两端分别与最短的纵向微带和中等长度的纵向微带的顶端垂直连接；第一微带谐振器4和第四微带谐振器12的最长的纵向微带分别是与第一端口馈线2和第二端口馈线14距离最近的纵向微带，第一微带谐振器4中最长的纵向微带与第一端口馈线2之间存在第一耦合间隙3，第四微带谐振器12中最长的纵向微带与第二端口馈线14之间存在第二耦合间隙13，耦合间隙3和13的距离相等，此间隙距离都记为S1；
第一微带谐振器4和第四微带谐振器12的最短的纵向微带之间存在第三耦合间隙9，耦合间隙9为第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)之间引入磁耦合，此间隙距离记为S4；
所述的第二微带谐振器6和第三微带谐振器10都是由三条微带组成，其中两条条平行于纵向的第一端口馈线2和第二端口馈线14，另外一条垂直于纵向的第一端口馈线2和第二端口馈线14，横向微带的两端分别与较长的纵向微带和较短的纵向微带的顶端垂直连接；所述第二微带谐振器6和第三微带谐振器10的较短的纵向微带之间存在第四耦合间隙7(耦合间隙7的距离记为S3)，它们的底端通过接地通孔8连接，为第二微带谐振器6和第三微带谐振器10之间引入磁耦合，并且它们的底端位于第一微带谐振器4和第四微带谐振器12的较短的横向微带的上方；
所述第二微带谐振器6和第三微带谐振器10的较长的纵向微带分别位于第一微带谐振器4和第四微带谐振器12的最长的纵向微带和中等的纵向微带之间，并且所述第二微带谐振器6的较长的纵向微带和第一微带谐振器4中等的纵向微带之间存在第五耦合间隙5，所述第三微带谐振器10的较长的纵向微带和第四微带谐振器12中等的纵向微带之间存在第六耦合间隙11，
第五耦合间隙5和第六耦合间隙11分别为第二微带谐振器6、第三微带谐振器10以及第二微带谐振器6与第三微带谐振器10之间引入电耦合，耦合间隙5和11的距离相等，此间隙距离记为S2；
所述第一微带谐振器4和第四微带谐振器12的较长的横向微带同时位于第一端口馈线2、第二端口馈线14底端的下方和所述第二微带谐振器6、第三微带谐振器10的较长的纵向微带底端的下方。
输入端馈线头port1用于输入电磁波信号，输出端馈线头port2用于输出电磁波信号，均为50欧姆的匹配阻抗。
输入端馈线头port1和输出端馈线头port2的宽度均为W1＝2.2mm，第一端口馈线和第二端口馈线的长度均为L1＝15.2mm、宽度均为W3＝0.5mm。
上述第一微带谐振器4和第四微带谐振器12是镜像对称的，它们最长的纵向微带的长度均为L2＝17.2mm，中等的纵向微带的长度均为L4＝8mm，最短的纵向微带的长度均为L6＝0.5mm，较长的横向微带的长度均为L3＝6mm，较短的横向微带的长度均为L5＝2.9mm。
上述第二微带谐振器6和第三微带谐振器10也是镜像对称的，它们较长的纵向微带的长度均为L7＝12.45mm、宽度均为W2＝1mm，较短的纵向微带的长度均为L9＝3mm，横向微带的长度均为L8＝2.5mm。
第一耦合间隙(3)和第二耦合间隙(13)的距离S1为0.3mm。
第三耦合间隙(9)的距离S4为0.7mm。
第四耦合间隙(7)的距离S3为0.5mm。
第五耦合间隙(5)和第六耦合间隙(11)的距离S2为0.5mm。
图2是本发明提出的一种平面CQ带通滤波器的尺寸图，该结构图是对称的。
使用三维仿真软件ZELANDIE3D对滤波器进行仿真，本发明设计的滤波器使用微带基板的相对介电常数为2.55，介质高度为0.80mm，设计的滤波器中心频率为3GHz。滤波器的主要结构参数为：L1＝15.2mm，L2＝17.2mm，L3＝6mm，L4＝8mm，L5＝2.9mm，L6＝0.5mm，L7＝12.45mm，L8＝2.5mm，L9＝3mm，W1＝2.2mm，W2＝1mm，W3＝0.5mm。
图3显示了平面带通滤波器的散射参数仿真结果，频率范围为1.2GHz到4.8GHz。
横轴表示本发明的带通滤波器的输入信号频率，纵轴表示对数幅度(dB)，包括***损耗S21的幅度和回波损耗S11的幅度。S21表示通过本发明的带通滤波器的信号的输入功率与信号的输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：10*lg(Pi/Po)(dB)＝20*lg|S21|，其中，Pi表示输入功率，Po表示输出功率。在本发明的带通滤波器的信号传输过程中，信号的部分功率被反射回信号源，被反射的功率成为反射功率。S11表示本发明中带通滤波器的信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系，其相应的数学函数为：10*lg(Pr/Pi)(dB)＝20*lg|S11|,其中，Pr表示反射功率，Pi表示入射功率。
由图3可知，滤波器中心频率为3GHz，***损耗绝对值小于1.5dB，回波损耗绝对值大于20dB。另外，在通带两侧产生了两个传输零点，提高了滤波器的频率选择特性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种平面CQ带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面履铜微带板(1)上，其特征在于：所述双面覆铜微带板(1)的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的输入端馈线头port1、用于输出电磁波信号的输出端馈线头port2、第一端口馈线(2)、第二端口馈线(14)、半波长的第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)、四分之一波长的第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)、接地通孔(8)，该双面覆铜微带板(1)的另一面为覆铜接地板；并且所述输入端馈线头port1、第一端口馈线(2)、第一微带谐振器(4)、第二微带谐振器(6)和输出端馈线头port2、第二端口馈线(14)、第四微带谐振器(12)、第三微带谐振器(10)是左右对称的；第一微带谐振器(4)、第二微带谐振器(6)、第三微带谐振器(10)、第四微带谐振器(12)位于平行的第一端口馈线(2)和第二端口馈线(14)之间；所述第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)都是由五条微带组成，其中三条平行于纵向的第一端口馈线(2)和第二端口馈线(14)，另外两条垂直于纵向的第一端口馈线(2)和第二端口馈线(14)，较长的横向微带的两端分别与最长的纵向微带和中等长度的纵向微带的底端垂直连接，较短的横向微带的两端分别与最短的纵向微带和中等长度的纵向微带的顶端垂直连接；第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)的最长的纵向微带分别是与第一端口馈线(2)和第二端口馈线(14)距离最近的纵向微带，第一微带谐振器(4)中最长的纵向微带与第一端口馈线(2)之间存在第一耦合间隙(3)，第四微带谐振器(12)中最长的纵向微带与第二端口馈线(14)之间存在第二耦合间隙(13)，第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)的最短的纵向微带之间存在第三耦合间隙(9)；所述的第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)都是由三条微带组成，其中两条条平行于纵向的第一端口馈线(2)和第二端口馈线(14)，另外一条垂直于纵向的第一端口馈线(2)和第二端口馈线(14)，横向微带的两端分别与较长的纵向微带和较短的纵向微带的顶端垂直连接；所述第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)的较短的纵向微带之间存在第四耦合间隙(7)，它们的底端通过接地通孔(8)连接，为第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)之间引入磁耦合，并且它们的底端位于第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)的较短的横向微带的上方；所述第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)的较长的纵向微带分别位于第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)的最长的纵向微带和中等的纵向微带之间，并且所述第二微带谐振器(6)的较长的纵向微带和第一微带谐振器(4)中等的纵向微带之间存在第五耦合间隙(5)，所述第三微带谐振器(10)的较长的纵向微带和第四微带谐振器(12)中等的纵向微带之间存在第六耦合间隙(11)；所述第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)的较长的横向微带同时位于第一端口馈线(2)、第二端口馈线(14)底端的下方和所述第二微带谐振器(6)、第三微带谐振器(10)的较长的纵向微带底端的下方。
2.根据权利要求1所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述输入端馈线头port1和输出端馈线头port2的宽度均为W1＝2.2mm，第一端口馈线和第二端口馈线的长度均为L1＝15.2mm、宽度均为W3＝0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述第一微带谐振器(4)和第四微带谐振器(12)的最长的纵向微带的长度均为L2＝17.2mm，中等的纵向微带的长度均为L4＝8mm，最短的纵向微带的长度均为L6＝0.5mm，较长的横向微带的长度均为L3＝6mm，较短的横向微带的长度均为L5＝2.9mm。
4.根据权利要求1所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述第二微带谐振器(6)和第三微带谐振器(10)的较长的纵向微带的长度均为L7＝12.45mm、宽度均为W2＝1mm，较短的纵向微带的长度均为L9＝3mm，横向微带的长度均为L8＝2.5mm。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述输入端馈线头port1和输出端馈线头port2均为50欧姆的匹配阻抗。
6.根据权利要求1至4任一所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述第四耦合间隙(7)的距离S3为0.5mm。
7.根据权利要求1至4任一所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述第三耦合间隙(9)的距离S4为0.7mm。
8.根据权利要求1至4任一所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述第五耦合间隙(5)和第六耦合间隙(11)的距离S2均为0.5mm。
9.根据权利要求1至4任一所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述第一耦合间隙(3)和第二耦合间隙(13)的距离S1均为0.3mm。
10.根据权利要求1至4任一所述的一种平面CQ带通滤波器，其特征在于：所述双面履铜微带板(1)基板的相对介电常数为2.55，介质高度为0.80mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160622 Termination date: 20210721 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |