CN111613856B - 一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器，包括上下两层介质基板，所述上下两层介质基板中间设有金属接地板，所述上层介质基板顶层金属板设有顶层圆形贴片、第一输入端口馈线、第二输入端口馈线、顶层第一槽线和顶层第二槽线，所述下层介质基板底层金属板设有底层圆形贴片、第一输出端口馈线、第二输入端口馈线、底层第一槽线和底层第二槽线，所述金属接地板设有接地板第一槽线和接地板第二槽线。所述输入端口馈线一端延伸至介质基板的侧边，另一端与圆形贴片相切。

Description

一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器

技术领域

本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器。

背景技术

现代无线通信***需要紧凑和高性能的平衡带通滤波器。近年来，多通带滤波器因其在同一器件中工作频率的多样性而引起了广泛的研究兴趣，并且由于很多射频器件对电磁干扰和共模噪声具有很强的鲁棒性，因此又需要平衡功能的加入，所以双通带、平衡和带通滤波的集成可以大大减少微波器件在同一***中的使用数量。然而，具有良好应用前景的多通带平衡滤波器尚未得到广泛的研究。为了实现平衡功能，在文献2[W.Feng,W.Che,and Q.Xue,“New Balance—Applications for Dual-Mode Ring,”IEEEMicro.Maga.vol.,no.,pp.15-23,July.2019.]中引入了双模环形谐振器。它具有传输零点多、选择性高、谐波抑制能力强等优点。

文献3[G.G.Roberto,M.F.José-María,W.Feng and P.Dimitra,“BalancedSymmetrical Quasi-Reflectionless Single and Dual-Band Bandpass PlanarFilters,”IEEE Micro.Wireless Compon.Lett.vol.28,no.9,pp.798-800,Sept.2018.]由一个直接输入-输出k阶支路BPF组成，该支路的四分之一波长终端的特性阻抗被连接到一个虚拟短路中进行差分模式操作。虽然以上的设计使用了不同的谐振器，但是它们都使用了微带结构，导致电路中大量的空间没有被充分利用，使得电路过于庞大。

文献4[H.Liu,T.Liu and Q.Zhang,“Compact Balanced Bandpass FilterDesign Using Asymmetric SIR Pairs and Spoof Surface Plasmon Polariton FeedingStructure,”IEEE Micro.Wireless Compon.Lett.vol.28,no.11,pp.987-989,Nov.2018.]利用非对称SIR对设计了具有高阻抗带宽和高CM抑制的紧凑平衡BPF。SIR的结构充分利用了减小电路尺寸的优点。

文献5[Q.Liu，J.Wang，G.Zhang，L.Zhu and W.Wu,“A New Design Approach forBalanced Bandpass,”IEEE Micro.Wireless Compon.Lett.vol.29,no.1,pp.5-7,Jun.2019.]利用单壁和双壁等腰直角三角形贴片谐振器的谐振特性，实现了平衡滤波的效果。与文献2-4相比，5采用了贴片谐振，电路中没有空余的位置，充分利用了空间。然而，贴片简单地在同一平面分布也使电路太大。虽然文献2-5实现了平衡和滤波的功能，但它们都只有一个通带。

在文献6[B.Ren,Z.Ma,H.Liu,M.Ohira,X.Guan and P.Wen,“Design of BalancedDual-Band Superconducting Bandpass Filter With High Selectivity and DeepCommon-Mode Suppression,”Asia-Pacific Micro.Confer.vol.,no.,pp.,2018.]中，利用一种新的对称圆柱谐振腔设计了一种平衡的双频带通滤波器。

文献7[Y.Song,H.Liu,W.Zhao,P.Wen,and Z.Wang,“Compact Balanced Dual-Band Bandpass Filter With High Common-Mode Suppression Using Planar Via-FreeCRLH Resonator,”IEEE Micro.Wireless Compon.Lett.vol.28,no.11,pp.996-999,Nov.2018.]采用提出的平面无通道CRLH谐振腔的结构实现了由独立电容和弯曲微带线组成的双频平衡滤波器。但是文献6和7与2和3有同样的问题，电路太大了。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器，其特征在于，包括上层介质基板，下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板中间设有金属接地板，所述上层介质基板上表面设有顶层金属板由以下部分构成：顶层圆形贴片位于上层介质板中心、第一输入端口馈线和第二输入端口馈线位于上层介质基板边缘并与顶层圆形贴片相连、顶层第一槽线和顶层第二槽线位于上层介质基板对角线CD上；所述下层介质基板下表面设有底层金属板由以下部分构成：底层圆形贴片位于下层介质板中心、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线位于上层介质基板边缘并与顶层圆形贴片相连、底层第一槽线和底层第二槽线位于上层介质基板对角线C’D’上，所述金属接地板设有接地板第一槽线和第二槽线位于金属接地板对角线AB上。

本发明中，所述第一输入端口馈线为输入第一50欧姆微带线导带，输入第一50欧姆微带线导带一端延伸至上层介质基板的侧边，另一端与顶层圆形贴片相切，所述第二输入端口馈线含有输入第二50欧姆微带线导带，输入第二50欧姆微带线导带一端延伸至上层介质基板的侧边，另一端与顶层圆形贴片相切。

本发明中，所述第一输出端口馈线为输出第一50欧姆微带线导带，输出第一50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板的侧边，另一端与底层圆形贴片相切，所述第二输出端口馈线含有输出第二50欧姆微带线导带，输出第二50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板的侧边，另一端与底层圆形贴片相切。

本发明中，所述第一输入端口馈线与第二输入端口馈线分别位于上层介质基板的下边缘和右边缘，他们的延长线相互垂直，延长线交点为上层介质基板的中点，所述顶层第一槽线和顶层第二槽线位于上层介质基板对角线CD上。所述第一输出端口馈线与第二输出端口馈线分别位于下层介质基板的上边缘和左边缘，他们的延长线相互垂直，延长线交点为下层介质基板的中点，所述底层第一槽线和底层第二槽线位于下层介质基板对角线C‘D’上。所述接地板第一槽线和接地板第二槽线位于金属接地板对角线AB上。

本发明中，所述金属接地板上的接地板第一槽线和接地板第二槽线关于金属接地板对角线GH对称，所述顶层第一槽线和顶层第二槽线关于上层介质基板对角线EF对称，所述底层第一槽线和底层第二槽线关于下层介质基板对角线E’F’对称。

本发明中，所述第一输入端口馈线与第二输入端口馈线关于上层介质基板对角线EF对称，所述第一输出端口馈线与第二输出端口馈线关于下层介质基板对角线E’F’对称，所述第一输入端口馈线与第一输出端口馈线异面垂直，所述第二输入端口馈线与第二输出端口馈线异面垂直，所述第二输入端口馈线与第一输出端口馈线平行，所述第一输入端口馈线与第二输出端口馈线平行。

本发明中，所述第一输入端口馈线与第二输入端口馈线延长线交点是上层介质基板对角线CD中点；所述第一输出端口馈线与第二输出端口馈线延长线交点是下层介质基板对角线C’D’中点。

有益效果：本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

由于采用贴片结构，相比于传统微带形式的微波器件，器内部空间可以得到更加充分的利用，另一方面采用了双层结构，使本设计的尺寸相对于传统的直接平铺式设计更加充分利用了空间，进一步地，本设计将双通带、平衡器与滤波器三种功能结合在一起。上述三种优势使得此电路结构简单，具有非常小的尺寸和更加完善的功能，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，具有良好共模抑制性能的平衡双频滤波器。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器的立体结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1每一层金属的俯视图。

图4是图1每一层金属的尺寸图。

图5是实例1的S参数仿真图。

图6是实例1的两个输出端口的相位差仿真图。

图1中，第一输入端口馈线1，第二输入端口馈线2，第一输出端口馈线3，第二输出端口馈线4，顶层圆形贴片8，底层圆形顶层9，顶层第一槽线51，顶层第二槽线52，接地板第一槽线61，接地板第二槽线62，底层第一槽线71，底层第二槽线72，上层介质基板101，下层介质基板102，金属接地板200，顶层金属片401，底层金属片402。

具体实施方式

实施例1：

如图1、图3所示，本实例提供了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器。包括金属接地板200，上层介质基板101和下层介质基板102。在所述金属接地板200上设有接地板第一槽线61和接地板第二槽线62，在所述上层介质基板101上表面的顶层金属板401由以下部分构成：第一输入端口馈线1和第二输入端口馈线2位于上层介质金属板101边缘并与顶层圆形贴片8连接，在所述下层介质基板102底层金属板402上设有第一输出端口馈线3和第二输出端口馈线4位于下层介质基板102边缘并与底层圆形贴片相连，所述第一输入端口馈线1与所述第二输入端口馈线2分别靠近所述上层介质基板101相互垂直的边，所述第一输出端口馈线3与所述第二输出端口馈线4分别靠近所述下层介质基板102相互垂直的边。在所述第一输入端口馈线1和第二输入端口馈线2一端设有顶层圆形贴片8位于上层介质基板101中心，在所述第一输出端口馈线3和第二输出端口馈线4一端设有底层圆形贴片9位于下层介质基板102中心。在所述顶层圆形贴片8上设有顶层第一槽线51和顶层第二槽线52位于上层介质基板对角线CD上，在所述底层圆形贴片9上设有底层第一槽线71和底层第二槽线72位于下层介质基板对角线C’D’上。

所述接地板第一槽线61与接地板第二槽线62位于金属接地板200对角线AB上，关于金属接地板200对角线GH的垂直线对称。

所述第一输入端口馈线1为输入第一50欧姆微带线导带11，所述输入第一50欧姆微带线导带11一个端面与顶层圆形贴片8相切，另一端面与上层介质基板101侧面相接，所述第一输入端口馈线1延长线过上层介质基板101的中心。

所述第二输入端口馈线2为输入第二50欧姆微带线导带21，所述输入第二50欧姆微带线导带21一个端面与底层圆形贴片9相切，另一端面与下层介质基板102的侧面相接，所述第二输入端口馈线2延长线过上层介质基板101的中心。

所述第一输出端口馈线3为输出第一50欧姆微带线导带31，所述输出第一50欧姆微带线导带31一个端面与底层圆形贴片9相切，另一端面与下层介质基板102侧面相接，所述第一输出端口馈线3延长线过下层介质基板102的中心。

所述第二输出端口馈线4为输出第二50欧姆微带线导带41，所述输出第二50欧姆微带线导带41一个端面与底层圆形贴片9相切，另一端面与下层介质基板102侧面相接，所述第二输出端口馈线4延长线过下层介质基板102的中心。

所述顶层圆形贴片8位于上层介质基板101中心。所述顶层圆形贴片8的圆心为第一输入端口馈线1和第二输入端口馈线2延长线的交点，所述顶层圆形贴片8与第一输入端口馈线1和第二输入端口馈线2分别相切。

所述底层圆形贴片9位于下层介质基板102中心。所述底层圆形贴片9的圆心为第一输出端口馈线3和第二输出端口馈线4延长线的交点，所述底层圆形贴片9与第一输出端口馈线3和第二输出端口馈线4分别相切。

顶层第一槽线51和顶层第二槽线52位于上层介质基板101对角线CD上，关于上层介质基板101对角线EF对称。

底层第一槽线61和底层第二槽线62位于下层介质基板102对角线C’D’上，关于下层介质基板102对角线E’F’对称。

顶层圆形贴片8上的顶层第一槽线51和顶层第二槽线52以及底层圆形贴片9上的底层第一槽线71和底层第二槽线72用来扰动谐振模式TM21从而影响第二个通带的中心频率。金属接地板200上的接地板第一槽线61和接地板第二槽线62将贴片的谐振模式TM11和TM21从上层传输下层。

本实施例在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀，从而形成所需的金属图案，结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成。同时，本设计不仅实现了双频平衡滤波器的功能，而且由于采用了圆形贴片和双层结构，充分利用了电路空间，大大减小了电路体积。利用接地板槽线转移贴片的谐振模式TM11和TM21，设计出具有良好共模抑制性能的平衡双频滤波器。下面对本发明作进一步详细描述。

实施例1的结构如图1所示，俯视图如图3所示，有关尺寸规格如图4所示。所采用的上层介质基板101和下层介质基板102基质为RO4003C基质，相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图4，采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器的各尺寸参数如下：R＝8.0mm，L₁＝6.0mm,L₂＝4.9mm,W₁＝0.3mm,W₂＝0.68mm，双层圆形贴片的双通带平衡滤波器不包括50欧姆微带线导带的总面积为16×16mm²，对应的导波长尺寸为0.50λ_g×0.50λ_g，其中λ_g为中心频率6.8GHz波导的长度。

本实例采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13.0中建模仿真的。图5是本实例中采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器的S参数和两路输出的相位仿真图，从图中可以看出，采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器的中心频率是5.5GHz和8.1GHz，3-dB带宽为1.0GHz和2.0GHz，通带内回波损耗低于20dB，最小***损耗为1dB，最小共模抑制为20dB。

图6是本实例中双层圆形贴片的双通带平衡滤波器的两个功率输出端口相位仿真图，从图中可以看出，相位差在179°-181°之间。

综上所述，本实施例的一种采用双层圆形贴片的双频平衡滤波器。利用圆形贴片TM11和TM21的谐振模式设计了双通带平衡滤波器。利用贴片上的缝隙扰动来改变谐振频率。地面上的裂缝将特定的谐振模式传输到另一层。另外，两个通带的中心频率可以独立控制。该双频平衡滤波器非常适用于现代无线通信***。

本发明提供了一种采用双层圆形贴片的双频平衡滤波器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器，其特征在于，包括上层介质基板(101)，下层介质基板(102)，所述上层介质基板(101)和下层介质基板(102)中间设有金属接地板(200)，所述上层介质基板(101)上表面设有顶层金属板(401)，由下列部分组成：顶层圆形贴片(8)位于上层介质基板(101)中心、第一输入端口馈线(1)和第二输入端口馈线(2)的一端与上层介质金属板(101)边缘连接，并且另一端与顶层圆形贴片(8)连接；顶层第一槽线(51)和顶层第二槽线(52)位于上层介质基板(101)对角线CD上；

所述下层介质基板(102)下表面设有底层金属板(402)，由下列部分组成:底层圆形贴片(9)位于下层介质基板(102)中心、第一输出端口馈线(3)和第二输出端口馈线(4)的一端与下层介质基板(102)边缘连接，并且另一端与底层圆形贴片(9)相连；底层第一槽线(71)和底层第二槽线(72)位于下层介质基板(102)对角线C’D’上；所述金属接地板(200)设有接地板第一槽线(61)和接地板第二槽线(62)，并位于金属接地板(200)对角线AB上；所述对角线CD和对角线C’D’空间上与对角线AB垂直；

所述第一输出端口馈线(3)为输出第一50欧姆微带线导带(31)，输出第一50欧姆微带线导带(31)一端延伸至下层介质基板(102)的侧边，另一端与底层圆形贴片(9)相切，所述第二输出端口馈线(4)含有输出第二50欧姆微带线导带(41)，输出第二50欧姆微带线导带(41)一端延伸至下层介质基板(102)的侧边，另一端与底层圆形贴片(9)相切；

所述第一输入端口馈线(1)与第二输入端口馈线(2)分别位于上层介质板(101)下边缘和右边缘，其延长线相互垂直，延长线交点为上层介质基板(101)的中点；所述顶层第一槽线(51)和顶层第二槽线(52)位于上层介质基板(101)对角线CD上，所述第一输出端口馈线(3)与第二输出端口馈线(4)分别位于下层介质板(102)上边缘和左边缘，其延长线相互垂直，延长线交点为下层介质基板(102)的中点，所述底层第一槽线(71)和底层第二槽线(72)位于下层介质基板(102)对角线C’D’上，所述接地板第一槽线(61)和接地板第二槽线(62)位于金属接地板(200)对角线AB上；

所述金属接地板(200)上的接地板第一槽线(61)和接地板第二槽线(62)关于金属接地板(200)对角线GH对称，所述顶层第一槽线(51)和顶层第二槽线(52)关于上层介质基板(101)对角线EF对称，所述底层第一槽线(71)和底层第二槽线(72) 关于下层介质基板(102)对角线E’F’对称；

所述第一输入端口馈线(1)与第二输入端口馈线(2)关于上层介质基板(101)对角线EF对称，所述第一输出端口馈线(3)与第二输出端口馈线(4)关于下层介质基板(102)对角线E’F’的垂直线对称，所述第一输入端口馈线(1)与第一输出端口馈线(3)异面垂直，所述第二输入端口馈线(2)与第二输出端口馈线(4)异面垂直，所述第二输入端口馈线(2)与第一输出端口馈线(3)平行，所述第一输入端口馈线(1)与第二输出端口馈线(4)平行。

2.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器，其特征在于，所述第一输入端口馈线(1)为输入第一50欧姆微带线导带(11)，所述输入第一50欧姆微带线导带(11)一端延伸至上层介质基板(101)的侧边，另一端与顶层圆形贴片(8)相切，所述第二输入端口馈线(2)含有输入第二50欧姆微带线导带(21)，输入第二50欧姆微带线导带(21)一端延伸至上层介质基板(101)的侧边，另一端与顶层圆形贴片(8)相切。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡滤波器，其特征在于，所述第一输入端口馈线(1)与第二输入端口馈线(2)延长线交点是上层介质基板(101)对角线CD中点；所述第一输出端口馈线(3)与第二输出端口馈线(4)延长线交点是下层介质基板(102)对角线C’D’中点。

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