CN105762465A - 一种具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器 - Google Patents

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荆麟
尹波
张红升
黄文�
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Abstract

本发明请求保护一种具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，该滤波器由两个输入\输出端口、介质基板、上层微带结构和介质基板的底层金属接地板组成：上层微带结构包括两个均匀传输线单元、两个第一平行耦合馈线、阶梯阻抗谐振器、加载的“T”型枝节、两个带阻单元，其中，带阻单元包括开环阶梯阻抗传输线和短路枝节，短路由金属化通孔来实现；底层金属接地板包括第一缺陷单元、第二缺陷单元、第一金属化通孔、第二金属化通孔和接地金属单元；两个输入\输出端口分别与介质基板的上层微带结构和底层金属接地板相连。本发明通过将两个带阻单元分别与平行耦合馈线耦合来实现陷波特性，具有结构紧凑，频率选择性高等优点。

Description

一种具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体是一种具有双陷波特性，能够抑制无线局域网(WLAN)干扰信号和卫星通信干扰信号的紧凑型超宽带滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展，人们对信息***的需求不断提升，超宽带(UWB)技术作为一种新的无线通信技术应运而生。2002年，美国联邦通信委员会(FCC)正式通过超宽带技术的商业许可，释放了3.1GHz到10.6GHz的通信频段，超宽带技术走向民用。与其他通信技术相比，超宽带技术具有成本低，功耗小，数据传输快，安全性高等优点，成为目前通信领域的一个研究热点。超宽带滤波器是超宽带通信***的核心部件之一，其性能好坏直接影响了整个***的质量。然而，在多种通信***并存的情况下，FCC所定义的超宽带频段内也覆盖了其他无线通信***的频段，如5.8GHz的无线局域网(WLAN)频段，8.0GHz的卫星通信频段等。为了避免***间相互干扰，保证超宽带***正常运行，有必要设计一种具有陷波特性的小型化超宽带滤波器。
目前在超宽带滤波器上实现陷波特性的主要设计方法包括：1.加载开路枝节结构，需要在原有的滤波器上加载一节或多节长度为所需陷波频率的四分之一波长开路枝节线，这种方法简单易操作，但加工技术要求高，且反射损耗比较严重；2.非对称输入\输出结构，不对称输入\输出耦合线可以引入传输零点，进而引入陷波，但结构单一，且对陷波位置的控制自由度较小，并非是一种普遍的设计方法；3.耦合陷波谐振器结构，相比前两种引入陷波的方法，这种方法更容易控制陷波的位置以及陷波深度，但也增加了滤波器的尺寸。因此设计一种结构紧凑，性能优良，能有效控制陷波频率的超宽带滤波器仍是当前难题。
发明内容
针对以上技术的不足，提出了一种方法。本发明的技术方案如下：一种具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，包括输入端口、输出端口、介质基板及设置于介质基板底部的底层金属接地板，其还包括设置于所述介质基板上部的上层微带结构，其中：
所述的上层微带结构包括：第一均匀传输线单元、第二均匀传输线单元、第一平行耦合馈线、第二平行耦合馈线、阶梯阻抗谐振器、加载的T型枝节、第一带阻单元和第二带阻单元；所述的第一均匀传输线单元、第二均匀传输线单元分别位于介质基板上层的左右两端且处于同一水平线上，所述输入端口和第一均匀传输线单元相连接，输出端口和第二均匀传输线单元相连接；所述加载的T型枝节包括均匀传输线，均匀传输线上端与传输线的中间位置相接，均匀传输线下端加载于阶梯阻抗谐振器的中间位置；所述第一带阻单元包括第一开环梯阻抗传输线、第二短路枝节和实现短路第一金属化通孔来实现，第二带阻单元包括第二开环阶梯阻抗传输线和第二短路枝节和实现短路的第二金属化通孔，第一带阻单元以缝隙耦合的方式与第一平行耦合馈线相接，第二带阻单元以缝隙耦合的方式与第二平行耦合馈线相接。
进一步的，所述第一平行耦合馈线设置于介质基板上，其截面为右边开口的矩形，第一平行耦合馈线的非开口端与第一均匀传输线单元相接，开口端以缝隙耦合的方式与T型枝节的传输线相接；第二平行耦合馈线的截面为左边开口的矩形，并与第一平行耦合馈线的开口端相向平行设置，第二平行耦合馈线非开口端与第二均匀传输线单元相接，开口端以缝隙耦合的方式与T型枝节的传输线相接。
进一步的，所述的底层金属接地板结构包括：第一缺陷单元、第二缺陷单元、第一金属化通孔、第二金属化通孔和接地金属单元；所述第一缺陷单元、第二缺陷单元是接地金属单元上通过刻蚀液腐蚀而成的刻蚀结构，从而形成空气单元，用于介质基板接触空气；第一缺陷单元位于第一平行耦合馈线正下方、第二缺陷单元位于第二平行耦合馈线正下方；所述第一金属化通孔、第二金属化通孔，均作为导体连接上层微带结构和底层金属接地板；输入端口和输出端口分别与接地金属单元相连。
进一步的，所述阶梯阻抗谐振器包括三段传输线，中间为高阻抗传输线，两边为四分之一波长低阻抗传输线，所述阶梯阻抗谐振器的中心频率6.85GHz，两边的低阻抗传输线分别位于第一平行耦合馈线和第二平行耦合馈线平行线中间，并以缝隙耦合方式相连接。
进一步的，所述第一带阻单元、第二带阻单元的谐振频率为所需阻带的中心频率，且第一带阻单元、第二带阻单元通过缝隙耦合方式产生陷波特性。
进一步的，所述第一带阻单元产生谐振频率，为f1＝5.8GHz，WLAN频段5.725-5.825GHz，第二带阻单元产生谐振频率为f2＝8.04GHz，X波段卫星通信，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在5.8GHz和8.04GHz处产生陷波特性。
进一步的，所述介质基板的介电常数为2.2，厚度为0.508m，所述超宽带滤波器尺寸为16.7×8.5mm2。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明1.使用“T”型枝节加载谐振器，不仅能在3.1-106GHz内产生五个均匀分布的谐振模式，在通带两侧各产生一个传输零点，而且减小了滤波器的整体尺寸，使得所设计的超宽带滤波器具有好的带内性能，高的选择性和紧凑的结构。
2.本设计可以将滤波器的设计与带阻单元的设计分开，带阻单元的引入不需要改变原来滤波器的结构参数，而且除了陷波特性外不影响原来滤波器的性能。
3.带阻单元的结构设计可以灵活多样，可以实现双陷波特性也可以实现多陷波功能，可以通过调节带阻单元的尺寸来调整陷波频率，调节阻带单元与平行耦合线之间的耦合间距来调整陷波深度。
4.改电路为微带平面结构，成本低，容易加工，结构紧凑，易于与其他电路集成。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例超宽带滤波器总体的结构示意图。
图2为本发明超宽带滤波器的上层微带结构示意图。
图3为本发明超宽带滤波器的底层金属地结构示意图。
附图标记说明：1、2为输入\输出端口，11、21为50欧姆均匀传输线，12、13为第一单元平行耦合线，22、23为第二单元平行耦合线，开环阶梯阻抗传输线15、短路传输线16(通过金属化17来实现短路)为实现陷波的第一带阻单元，开环阶梯阻抗传输线25、短路传输线26(通过金属化27来实现短路)为实现陷波的第二带阻单元，3为阶梯阻抗谐振器，均匀传输线31、32、33、34为加载的“T”型枝节，4为介质基板，14、15为缺陷地单元，5为接地金属单元。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明的超宽带滤波器由输入\输出端口1和2、介质基板4、介质基板的上层微带结构和介质基板的底层金属接地板组成，所述输入\输出端口有两个，分别为第一输入\输出端口1，第二输入\输出端口2。
如图2所示，介质基板的上层微带结构包括：第一均匀传输线单元11、第二均匀传输线单元21、第一平行耦合馈线12和13、第二平行耦合馈线22和23、阶梯阻抗谐振器3、加载的“T”型枝节31、32、33和34、第一带阻单元15、16和17和第二带阻单元25、26和27；第一均匀传输线单元11、第二均匀传输线单元21分别位于基板上层的左右两端且处于同一水平线上，第一输入\输出端口1和第一均匀传输线单元11相连接，第二输入\输出端口2和第二均匀传输线单元21相连接；第一平行耦合馈线12和13和第二平行耦合馈线22和23分别呈“右开口”形和“左开口”形并以开口端相向排列，第一平行耦合馈线12和13非开口端与第一均匀传输线单元11相接，开口端以缝隙耦合的方式与“T”型枝节的传输线31相接，第二平行耦合馈线22和23非开口端与第二均匀传输线单元21相接，开口端以缝隙耦合的方式与“T”型枝节的传输线31相接；加载的“T”型枝节包括均匀传输线31、32、33和34，均匀传输线31上端与传输线32的中间位置相接，下端加载于中心频率为6.85GHz的阶梯阻抗谐振器3中间位置；第一带阻单元包括开环梯阻抗传输线15和短路枝节16，短路由金属化通孔17来实现；第二带阻单元包括开环阶梯阻抗传输线25和短路枝节26，短路由金属化通孔27来实现；第一带阻单元15、16和17和第二带阻单元25、26和27分别呈“右开口”形和“左开口”形并以开口端相向排列，第一带阻单元15、16和17开口位于方环右边传输线的中间位置处，开口长度为0.8mm，第二带阻单元25、26和27开口位于方环左边传输线的中间位置处，开口长度为0.8mm；第一带阻单元15、16和17以缝隙耦合的方式与第一平行耦合馈线12相接，耦合缝隙为0.19mm；第二带阻单元25、26和27以缝隙耦合的方式与第二平行耦合馈线22相接；耦合缝隙为0.19mm；第一带阻单元15、16和17和第二带阻单元25、26和27均产生两个谐振频率，分别为f1＝5.8GHzWLAN频段5.725-5.825GHz，f2＝8.04GHzX波段卫星通信，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在5.8GHz和8.04GHz处产生陷波特性。介质基板4的介电常数为2.2，厚度为0.508m，滤波器尺寸为16.7×8.5mm2。
如图3所示，底层金属接地板结构包括：第一缺陷单元14、第二缺陷单元24、第一金属化通孔17、第二金属化通孔27和接地金属单元5；所述第一缺陷单元14、第二缺陷单元24是在接地金属单元5上刻蚀的矩形结构，从而形成空气单元；第一缺陷单元14位于第一平行耦合馈线12和13正下方、第二缺陷单元24位于第二平行耦合馈线22和23正下方；所述第一金属化通孔17、第二金属化通孔27，均作为导体连接上层微带结构和底层金属接地板；第一输入\输出端口1和第二输入\输出端口2分别与接地金属单元5相连。
本实施例的频率特性包括：S21***损耗参数和S11回波损耗参数，群时延。横坐标代表频率变量，单位为GHz，左纵坐标代表幅度变量，单位为dB。右纵坐标为群时延，单位为ns。本发明的超宽带滤波器3dB带宽为3.0-10.8GHz，两个传输零点分别位于2.4GHz和11.5GHz，在通带内产生了两个陷波带，除陷波带外，通带内群时延小于0.4ns。滤波器在陷波频带的细部图，第一个陷波带的中心频率在5.8GHz，衰减最低点达到-27.49dB，陷波相对带宽为5.8％；第二个陷波带的中心频率在8.04GHz，衰减最低点在-18.83dB，陷波相对带宽4.3％。
本例中，两个带阻单元关于传输线31中心对称，每个带阻单元均产生两个的谐振频率f1＝5.8GHz，f2＝8.04GHz，当两个带阻单元产生不同的谐振频率时，则可以产生多个相应的陷波特性。同时调节带阻单元与耦合馈线之间的耦合间距，可以改变陷波深度，具体为耦合间距越小，耦合强度越大，陷波越深。因此，可以根据实际需求，调节带阻单元尺寸，产生所需的陷波频率。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，包括输入端口(1)、输出端口(2)、介质基板(4)及设置于介质基板(4)底部的底层金属接地板，其特征在于，还包括设置于所述介质基板(4)上部的上层微带结构，其中：
所述的上层微带结构包括：第一均匀传输线单元(11)、第二均匀传输线单元(21)、第一平行耦合馈线(12，13)、第二平行耦合馈线(22，23)、阶梯阻抗谐振器(3)、加载的T型枝节、第一带阻单元和第二带阻单元；所述的第一均匀传输线单元(11)、第二均匀传输线单元(21)分别位于介质基板(4)上层的左右两端且处于同一水平线上，所述输入端口(1)和第一均匀传输线单元(11)相连接，输出端口(2)和第二均匀传输线单元(21)相连接；所述加载的T型枝节包括均匀传输线，均匀传输线(31)上端与传输线(32)的中间位置相接，均匀传输线(31)下端加载于阶梯阻抗谐振器(3)的中间位置；所述第一带阻单元包括第一开环梯阻抗传输线(15)、第二短路枝节(16)和实现短路第一金属化通孔(17)来实现，第二带阻单元包括第二开环阶梯阻抗传输线(25)和第二短路枝节(26)和实现短路的第二金属化通孔(27)，第一带阻单元以缝隙耦合的方式与第一平行耦合馈线(12)相接，第二带阻单元以缝隙耦合的方式与第二平行耦合馈线(22)相接。
2.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，其特征在于，所述第一平行耦合馈线(12，13)设置于介质基板(4)上，其截面为右边开口的矩形，第一平行耦合馈线(12，13)的非开口端与第一均匀传输线单元(11)相接，开口端以缝隙耦合的方式与T型枝节的传输线(31)相接；第二平行耦合馈线(22，23)的截面为左边开口的矩形，并与第一平行耦合馈线(12，13)的开口端相向平行设置，第二平行耦合馈线(22，23)非开口端与第二均匀传输线单元(21)相接，开口端以缝隙耦合的方式与T型枝节的传输线(31)相接。
3.根据权利要求1或2所述的具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，其特征在于，所述的底层金属接地板结构包括：第一缺陷单元(14)、第二缺陷单元(24)、第一金属化通孔(17)、第二金属化通孔(27)和接地金属单元(5)；所述第一缺陷单元(14)、第二缺陷单元(24)是接地金属单元(5)上通过刻蚀液腐蚀而成的刻蚀结构，从而形成空气单元，用于介质基板接触空气；第一缺陷单元(14)位于第一平行耦合馈线(12，13)正下方、第二缺陷单元(24)位于第二平行耦合馈线(22，23)正下方；所述第一金属化通孔(17)、第二金属化通孔(27)，均作为导体连接上层微带结构和底层金属接地板；输入端口(1)和输出端口(2)分别与接地金属单元(5)相连。
4.根据权利要求3所述的具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，其特征在于，所述阶梯阻抗谐振器(3)包括三段传输线，中间为高阻抗传输线，两边为四分之一波长低阻抗传输线，所述阶梯阻抗谐振器(3)的中心频率6.85GHz，两边的低阻抗传输线分别位于第一平行耦合馈线(12，13)和第二平行耦合馈线(22，23)平行线中间，并以缝隙耦合方式相连接。
5.根据权利要求4所述的具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，其特征在于，所述第一带阻单元、第二带阻单元的谐振频率为所需阻带的中心频率，且第一带阻单元、第二带阻单元通过缝隙耦合方式产生陷波特性。
6.根据权利要求5所述的具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，其特征在于，所述第一带阻单元产生谐振频率，为f1＝5.8GHz，WLAN频段5.725-5.825GHz，第二带阻单元产生谐振频率为f2＝8.04GHz，X波段卫星通信，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在5.8GHz和8.04GHz处产生陷波特性。
7.根据权利要求1所述的具有双陷波特性的小型化超宽带滤波器，其特征在于，所述介质基板(4)的介电常数为2.2，厚度为0.508m，所述超宽带滤波器尺寸为16.7×8.5mm2。
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