CN101304108B - 双频带谐振器及双频带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双频带谐振器及双频带滤波器，其中，信号输入输出线(101)输入输出信号。第一谐振部(102)，其一端与信号输入输出线(101)连接，另一端为开放端。第二谐振部(103)，其一端与接地导体(105)连接，另一端为开放端。连接线路(104)为预先确定了长度的线路，其连接信号输入输出线(101)与第一谐振部(102)的连接点、和第二谐振部(103)上的规定的一点之间。

Description

双频带谐振器及双频带滤波器

技术领域

本发明涉及主要用于微波带、毫波带的平面电路的双频带谐振器及双频带滤波器。

背景技术

以往，以具有两个通过频带为特征的双频带滤波器，大体上划分为两种构成方法。

一种方法是，使用外观上为图14所示的一种形状且以两个频率进行谐振的双频带谐振器，将它们与输入输出端口耦合，并通过将几个连接在一起而构成滤波器(例如参见非专利文献1)。在该滤波器中，与输入输出线路耦合的两端的双频带谐振器需要以满足两个频带各自所期望的中心频率及频带宽度的方式决定耦合部的构造及尺寸。

另一种方法是，将图15所示的几个具有不同阻抗和线路长度的传输线路的端部彼此进行连接而构成滤波器(例如参见非专利文献2)。该滤波器，根据使用集中定数元件的等价电路理论，决定构成滤波器的各传输线路的特性阻抗及长度，从而得到双频带滤波器的特性。

非专利文献1：S.Sun，L，zhu，“Novel Design of Microstrip Bandpass Filiers with a Controllable Dual-Passband Response：Description and Implimentation，”IEICE Trans.Electron，vol，E89-C，no.2，pp.197-202.February 2006.

非专利文献2：X，Guan Z，Ma，P.Cai，Y.Kobayashi，I.Anada，and G，Hagiwara，“Synthesizing Microstrip Dual-Band Bandpass Filters Using Frequency Transformation and Circuit Conversion Technique，”IEICE Trans.Electron.，vol.E89-C，no.4，pp.495-502，April 2006.

通常，双频带滤波器必须针对两个通过频带分别设定中心频率和频带宽度，即必须控制总计四个特性值。然而，图14所示的双频带滤波器必须只利用单一的部位结构及尺寸控制四个特性值。因此，难以在较高地维持四个特性值的设计自由度的状态下设计、构成双频带滤波器。

此外，图15所示的双频带滤波器，由于其输入输出的传输线路彼此直线连结，因此存在无法充分过滤掉所期望的通过频带以外的不需要的频带信号的问题。为全部消除那些不需要的频带信号，需要再使用一个其它的频带通过滤波器。此外，由于全部都是将某一长度的传输线路的端部彼此连接的结构，因此从滤波器小型化的观点来看是不利的。

发明内容

本发明是为解决所述的现有技术问题而开发的，其目的在于提供一种双频带滤波器，其能够提高两个通过频带各自的中心频率和频带宽度的总计四个特性值的设计自由度，具有大致阻断所期望的通过频带以外的不需要的信号的特性，此外，能够实现小型化。

本发明提供一种谐振器，其包括：信号输入输出线、第一谐振部、第二谐振部、连接线路。

输入输出线输入输出信号。第一谐振部，其一端与所述信号输入输出线连接，而另一端为开放端。第二谐振部，其一端与接地导体连接，而另一端为开放端。连接线路，其预先确定了长度，用于连接所述信号输入输出线和所述第一谐振部的连接点、与所述第二谐振部的规定的一点之间。

对于由两个通过频带各自的中心频率、信号输入输出线和谐振器之间的外部耦合量决定的频带宽度，不降低相互的值的设定自由度，可以调整成任意的中心频率及频带宽度，此外，可以有效地阻断所期望通过频带以外的不需要的信号，进而能够实现可小型化的双频带滤波器。

附图说明

图1是第一实施方式谐振器结构例的平面图；

图2是第一实施方式变形例的平面图；

图3是第二实施方式谐振器结构例的平面图；

图4是第三实施方式谐振器结构例的平面图；

图5是第四实施方式谐振器结构例的平面图；

图6是第五实施方式谐振器结构例的平面图；

图7是第五实施方式特性模拟所使用的结构的平面图；

图8是表示第五实施方式特性模拟结果的图；

图9A是第六实施方式谐振器结构例的表面图；

图9B是第六实施方式谐振器结构例的背面图；

图10是第七实施方式双频带滤波器结构例的平面图；

图11是第七实施方式另一双频带滤波器结构例的平面图；

图12是第七实施方式特性模拟所使用的结构的平面图；

图13是表示第七实施方式特性模拟结果的图；

图14是现有的双频带滤波器结构例的平面图；

图15是现有的另一双频带滤波器结构例的平面图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是第一实施方式谐振器结构例。此外，在图的阴影部分存在导体，由阴影部分包围的无色部分表示露出导体下面的电介质基板的部分。以后，该说明适于所有的图。

谐振器100具有：信号输入输出线101、第一谐振部102、第二谐振部103、及第一连接线路104，在两侧配设有接地导体105的共平面的平面电路内构成。

信号输入输出线101从此进行信号的输入输出。第一谐振部102的一端与信号输入输出线101连接，另一端开放。第二谐振部103的一端在连接点C与接地导体105连接，另一端开放。此外，第一谐振部102及第二谐振部103各自具有不同的谐振频率。第一连接线路104一端与信号输入输出线101和第一谐振部102的连接点A连接，而另一端与第二谐振部103上的规定的连接点B连接。

在图1的结构中，上侧的第二谐振部103弯曲配置，由此，其与下侧的第一谐振部102相比较长。由此，第二谐振部103与第一谐振部102相比以低的频率谐振，第一谐振部102以高的频率谐振。

通过将第一谐振部102和第二谐振部103接近配置，并且，利用第一连接线路104相互连接，使两个谐振器被感应激励。通过采用这种结构，改变第一连接线路104和第二谐振部103的连接点B的位置，可改变路径长度BC(从连接点B到连接点C的距离)，由此，能够对决定与第二谐振部相当的通过频带的频带宽度的外部耦合量进行调整。此外，改变第一连接线路104的长度AB(从连接点A到连接点B的距离)，可改变路径长度ABC(从连接点A经过连接点B到达连接点C的距离)，由此，能够对决定与第一谐振部相当的通过频带的频带宽度的外部耦合量进行调整。

以上，通过适当地变更路径长度BC及路径长度ABC，能够分别调整两个通过频带的频带宽度。此外，对于两个通过频带的中心频率，也可以通过变更第一、第二谐振部自身的形状而分别进行调整。

(变形例)

图2是第一实施方式谐振器的变形例。

在图1的结构中，第二谐振部103弯曲配置，由此，其与直线形状的第一谐振部102相比变长，但是，在图2中相反，通过使第一谐振部102弯曲配置，由此，其与直线形状的第二谐振部103相比变长。这样，即使将第一谐振部和第二谐振部的长短颠倒，也只是哪一个谐振部以高(或低)的频率进行谐振颠倒过来，关于其它的作用效果是同样的。因此，也可以根据安装时的情况采用其中任一种结构。

(第二实施方式)

图3是第二实施方式谐振器的结构例。

谐振器200包括：信号输入输出线101、第一谐振部202、第二谐振部203、及第一连接线路104。信号输入输出线101、第一连接线路104与预先说明的第一实施方式所采用的连接线路一样。因此，在图3中，对具有与图1同样的名称、功能的部分赋予同一参照标记，省略其说明。对于其它附图也同样。

关于第一谐振部202及第二谐振部203，也是第一谐振部202的一端与信号输入输出线101连接，而另一端开放，第二谐振部203的一端在连接点C与接地导体105连接，而另一端开放，而且第一谐振部202及第二谐振部203分别具有不同的谐振频率，这与第一实施方式的第一谐振部102及第二谐振部103同样。

第二实施方式采用第一谐振部202及第二谐振部203的至少任一方的开放端的线路宽度比另一端的线路宽度宽的阶梯阻抗结构。

通过采用阶梯阻抗结构，在改变两个通过频带的中心频率时，由于能够不延长谐振器的物理长度，而延长谐振器的电气长度，因此能够实现谐振器的小型化。此外，通过改变阶梯阻抗结构部分的长度和宽度的组合，能够对中心频率灵活地进行调整。

此外，在本实施方式中，也可以如第一实施方式变形例所说明的那样，使第一谐振部和第二谐振部任意一个的长度变长。

(第三实施方式)

图4是第三实施方式谐振器的结构例。

谐振器300包括：信号输入输出线101、第一谐振部302、第二谐振部303、及第一连接线路104。信号输入输出线101、第一连接线路104与预先说明的第一实施方式所采用的是同样的。

第一谐振部302及第二谐振部303，第一谐振部302的一端与信号输入输出线101连接，而另一端开放，第二谐振部303的一端在连接点C与接地导体105连接，而另一端开放，此外，第一谐振部302及第二谐振部303分别具有不同的谐振频率，这与第一实施方式的第一谐振部102及第二谐振部103同样。

第三实施方式采用将第一谐振部302及第二谐振部303的至少任一方的形状多次弯折而成的曲折结构。图4是只将第二谐振部303制成曲折结构的例子。

通过将谐振部制成曲折结构，就某外形尺寸而言，能够容纳更长的谐振器，因此能够实现谐振器的小型化。

此外，在本实施方式中，如用第一实施方式变形例所说明的那样，第一谐振部和第二谐振部的长度也可以是其中任意一个较长。

(第四实施方式)

图5是第四实施方式谐振器的结构例。

谐振器400包括：信号输入输出线101、第一谐振部402、第二谐振部403、及第一连接线路104。信号输入输出线101、第一连接线路104与前面说明的第一实施方式所采用的同样。

第一谐振部402及第二谐振部403，第一谐振部402的一端与信号输入输出线101连接，而另一端开放，第二谐振部403的一端在连接点C与接地导体105连接，而另一端开放，而且，第一谐振部402及第二谐振部403分别具有不同的谐振频率，这与第一实施方式的第一谐振部102及第二谐振部103同样。

第四实施方式是将第一谐振部402和第二谐振部403的至少任一方的形状弯曲而形成螺旋状结构。图5是只将第二谐振部403弯曲而制成螺旋状结构的例子。

通过将谐振部弯曲而制成螺旋状结构，与第三实施方式同样，就某外形尺寸而言，能够容纳更长的谐振器，因此能够实现谐振器的小型化。

此外，在本实施方式中，如用第一实施方式变形例所说明的那样，第一谐振部和第二谐振部的长度也可以是其中任意一个较长。

(第五实施方式)

图6是第五实施方式谐振器的结构例。

谐振器500包括：信号输入输出线101、第一谐振部102、第二谐振部103、第一连接线路104、第三谐振部501、及第二连接线路502。信号输入输出线101、第一谐振部102、第二谐振部103及第一连接线路104与前面说明的第一实施方式所采用的同样。此外，第一谐振部的形状，只要是以信号输入输出线的长度方向的中心轴为对称轴而对称的形状，则可以是图6所示的长方形，也可以是阶梯阻抗结构等其它形状，此外，第二谐振部的形状也可以采用第一～第四实施方式中所说明的任意一种形状。

第三谐振部501的一端在连接点C′与接地导体105连接，另一端开放。第二连接线路502的一端与信号输入输出线101和第一谐振部102的连接点A连接，另一端与第三谐振部501上的规定的连接点B′连接。

此外，第三谐振部501和第二连接线路502以信号输入输出线101的长度方向的中心轴作为对称轴，分别相对于第二谐振部103和第一连接线路104配置成对称的位置、形状。对称配置的第二谐振部103和第三谐振部501以相同的频率一体谐振，采用第一谐振部和第二、第三谐振部作为具有两个通过频带的谐振器进行动作。

在这种结构中，由于回路相对于对称轴形成线对称结构，因此能够实现进行电磁场模拟时的计算量、计算时间的降低。此外，能够抑制不需要的非对称的谐振模式，能够大致阻断所期望的通过频带以外的不需要的信号。

图8表示根据图7所示的结构改变路径长度BC及路径长度ABC时进行外部耦合量的模拟的结果。

图7所示的结构，将第一谐振部的开放端采用阶梯阻抗结构，将第二、第三谐振部的开放端采用阶梯阻抗结构，并且将中间部采用螺旋状结构。路径长度BC可以通过调整L0的长度而变化，路径长度ABC可以通过进一步调整W0的长度而变化。

在模拟试验中，针对如下四种情况，确认第一谐振部的通过频带的外部耦合量Qea、第二谐振部的通过频带的外部耦合量Qeb是如何变化的，即，(1)将L0固定设为0，使W0在0.8～3.84的范围变化，(2)将L0固定设为2.24，使W0在0.8～3.84的范围变化，(3)将W0固定设为0.8，使L0在0～2.24的范围变化，(4)将W0固定设为3.84，使L0在0～2.24的范围变化。另外，将电介质基板的相对介电常数设为9.68，将电介质基板的厚度设为0.5mm，将基板上部空间的高度设为4.0mm，将基板下部空间的高度设为3.5mm，进行计算。

从图8所示的模拟结果可以看出，只要是由4条线所包围的内侧范围的外部耦合量Qea、Qeb的组合，则可以通过从0～2.24中适当地选择L0、从0.8～3.84中适当地选择W0进行任意调整。

因此，通过改变L0、W0可以同时调整外部耦合量Qea、Qeb。此外，外部耦合量Qea、Qeb越大，通过频带变得越窄，外部耦含量Qea、Qeb越小，通过频带变得越宽。

在该模拟中，将参数作为L0、W0的长度进行定义，但只要是能够变更路径长度BC或路径长度ABC的定义的方法，参数则可以任意定义。

(第六实施方式)

图9A、B是第六实施方式谐振器的结构例。

谐振器600包括：信号输入输出线101、第一谐振部102、第二谐振部103、第一连接线路104、及通孔601。除通孔601以外，与前面说明的第一实施方式所采用的部件同样。

通孔601是形成于基板的贯通孔，其用于确保形成于基板表面的第二谐振部103和形成于基板背面的接地导体602电导通。

相对于作为在两侧配设有接地导体105的共平面的平面电路而构成的第一实施方式的谐振器100，第六实施方式的谐振器600采用由如下微条结构构成，在基板表面(图9A)形成电路、在基板背面(图9B)形成接地导体602。

在微条结构中，需要形成通孔，此外，需要在基板两面形成导体，因此，与只用单面就足够的平面结构相比，在成本方面存在不利。但是，由于在基板背面全部都存在接地导体，因此，对原有的电路特性几乎不造成影响，在能够在谐振器的旁边容易追加用于附加追加功能的线路这一点上，比平面的结构优异。

此外，第二～第五实施方式，同样也可以由微条结构构成。

(第七实施方式)

通过在两端配置具有第一～第六实施方式任一种、或将它们组合的结构的谐振器而实现多极化，则可以构成双频带滤波器。

图10是在两端具有谐振器的四级双频带滤波器的结构例，所述谐振器在第一谐振部使用第三实施方式曲折结构，在第二谐振部使用第四实施方式的螺旋结构，且在各自的开放端使用第二实施方式的阶梯阻抗结构。通过这种结构，能够实现滤波器的小型化。

此外，图11是两端具有将第二实施方式的阶梯阻抗结构与图6所示的第五实施方式的结构组合成的谐振器的四级双频带滤波器的结构例。由于电路图案整体相对于横方向的轴为线对称结构，因此，能够减少进行电磁场模拟时的计算量、计算时间，此外，能够抑制不需要的非对称的谐振模式。此外，通过在谐振器使用阶梯阻抗结构、曲折结构，能够实现滤波器的小型化。

图13表示根据图12所示的结构进行滤波器的电特性模拟的结果。图12为两极双频带滤波器，其使采用如下结构的两个谐振器相对，所述谐振器将第一谐振部的开放端采用阶梯阻抗结构，将第二、第三谐振部的开放端采用阶梯阻抗结构，并且将中间部采用螺旋结构。

图13是针对1GHz～5GHz的输入信号的图12结构的滤波器的反射特性(S11：细线)及通过特性(S21：粗线)的模拟结果。从该结果可以看出，一体地制成配置于两外侧的第二谐振部、第三谐振部的通过频带形成于2.1GHz附近，配置于中央对称轴上的第一谐振部形成的通过频带形成于3.7GHz附近，并且，可以大致阻断所期望的通过频带以外的不需要的信号。

本发明作为主要将微波带、毫波带平面电路作为双频带对应的电路而构成时的构成要素是有用的。

Claims (10)

1.一种谐振器，其具有以不同的频率进行谐振的第一谐振部和第二谐振部，其包括：

输入输出信号的信号输入输出线；

一端与所述信号输入输出线连接而另一端开放的所述第一谐振部；

一端与接地导体连接而另一端开放的所述第二谐振部；以及

第一连接线路，其预先确定长度，用于连接所述信号输入输出线和所述第一谐振部的连接点、与所述第二谐振部的规定的一点。

2.如权利要求1所述的谐振器，其特征在于，

所述第一谐振部或所述第二谐振部的至少任意一方为其开放端的线路宽度比另一端的线路宽度宽的阶梯阻抗结构。

3.如权利要求1或2的任一项所述的谐振器，其特征在于，

所述第一谐振部或所述第二谐振部的至少任意一方为曲折结构。

4.如权利要求1或2的任一项所述的谐振器，其特征在于，

所述第一谐振部或所述第二谐振部的至少任意一方为螺旋结构。

5.如权利要求1或2的任一项所述的谐振器，其特征在于，

将所述信号输入输出线的长度方向的中心轴作为对称轴，其还包括：

隔着所述对称轴而配置成与所述第二谐振部对称的位置、形状的第三谐振部；以及

隔着所述对称轴而配置成与所述第一连接线路对称的位置、形状的第二连接线路。

6.如权利要求1或2的任一项所述的谐振器，其特征在于，

所述第一谐振部和所述第二谐振部同时被感应激励。

7.如权利要求5所述的谐振器，其特征在于，

所述第一谐振部、所述第二谐振部和所述第三谐振部同时被感应激励。

8.如权利要求1或2的任一项所述的谐振器，其特征在于，

所述谐振器在两侧配置有接地导体的共平面的平面电路内构成。

9.如权利要求1或2的任一项所述的谐振器，其特征在于，

所述谐振器由将接地导体配置在基板背面的微条结构构成。

10.一种双频带滤波器，其具有权利要求1～9的任一项所述的谐振器。

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