CN101465458A - 一种小型化高性能微带双模带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种小型化高性能微带双模带通滤波器是一种小型化且可大大提高性能的微带双模(dual－mode)带通滤波器，在微波介质基片上包括多段圆弧组成的谐振腔(1)、50欧姆输入输出馈线、耦合臂；其中，50欧姆输入输出馈线包括输入馈线(2)和输出馈线(3)，耦合臂包括输入耦合臂(6)和输出耦合臂(7)；其中，四个半圆弧(4)的外弧面相对，对称该滤波器的中心分布，四个四分之三圆弧(5)的两端分别与相邻的两个四分之三圆弧(5)相接；输入馈线(2)与输入耦合臂(6)相接，输入耦合臂(6)位于谐振腔(1)外的一侧，输出馈线(3)与输出耦合臂(7)相接，输出耦合臂(7)位于谐振腔(1)外的另一侧且输入馈线(2)与输出馈线(3)相垂直。
Description
技术领域
本发明是一种小型化且可大大提高性能的微带双模(dual-mode)带通滤波器，尤其是一种小型化高性能的多圆弧微带双模带通滤波器。
背景技术
随着移动通信、卫星通信、雷达和遥感技术的不断发展，系统对射频收发前端的微波滤波器设计提出了越来越高的要求。微带结构的滤波器因为其易于设计，容易集成等优点在通信电子系统得到了广泛的应用。随着集成电路技术的发展，收发信机的体积正日趋减小，在这种趋势的要求下，滤波器的小型化研究正越来越成为研究的热点。但普通的微带结构滤波器体积较大，不能满足目前各种小型的收发通信系统对于射频滤波器的要求。
双模结构的微带滤波器具有体积小、重量轻和成本低的优点，因此受到了普遍的关注和重视.双模微带滤波器作为一种特殊的滤波器，在实际应用中可以等效为双调谐的谐振电路。因此，使用的滤波器贴片的数量可以减半，相应的电路尺寸也会减少，节省了电路空间。基于以上特性，双模滤波器越来越广泛地应用于各种小型的收发通信系统中。但一般的双模微带滤波器的较明显的缺点在于其相对较大的带内差损和微带结构滤波器所固有的谐波频率。这在一定程度上影响了双模微带滤波器在移动通信中的应用。
本发明在传统方形双模滤波器的基础上，采用一种新的微带带通滤波器结构。该结构很好的解决了传统双模滤波器的辐射损耗大的问题，同时更加有效的抑制高次谐波输出。并且在一般双模微带滤波器体积小的优点上进一步缩小了滤波器的面积。这种滤波器有望在多种微波系统和移动通信系统中得到应用。
发明内容
技术问题：本发明提出一种小型化高性能微带双模带通滤波器，该结构具有体积小巧，制作简单，便于平面电路集成，同时可以大大提高滤波器性能，适用于多种小型收发通信系统。
技术方案：本发明是在传统方环双模带通滤波器的基础上发展而来的。该滤波器的谐振器是由多段圆弧组成，在谐振腔中存在谐振频率相同彼此正交的多个成对的场模式(即简并模式)，但工作时仅使用最低次简并模。同时在谐振电路的对称轴上设置两段圆弧作为微扰结构，两个正交的场模式间产生耦合，并导致谐振频率分裂。在物理上相当于一个谐振电路起到两个谐振器的作用，从而构成满足一定性能要求的二级滤波器，节省了电路面积。输入输出的50欧姆馈线通过耦合臂和谐振腔进行耦合。通过改变微扰结构的尺寸及耦合臂和谐振腔之间的距离可以调节滤波器的带宽。具体做法为：
在微波介质基片上包括多段圆弧组成的谐振腔、50欧姆输入输出馈线、耦合臂；其中，谐振腔为四个半圆弧和四个四分之三圆弧组成，50欧姆输入输出馈线包括输入馈线和输出馈线，耦合臂包括输入耦合臂和输出耦合臂；其中，四个半圆弧的外弧面相对，对称该滤波器的中心分布，四个四分之三圆弧的两端分别与相邻的两个四分之三圆弧相接；输入馈线与输入耦合臂相接，输入耦合臂位于谐振腔外的一侧，输出馈线与输出耦合臂相接，输出耦合臂位于谐振腔外的另一侧且输入馈线与输出馈线相垂直。线宽不同的四个半圆弧和四个四分之三圆弧组成的的双模谐振腔。
有益效果：
1.本带通滤波器由于利用特殊的结构产生双模特性，可大大缩小面积，满足现代通信系统小型化的要求。
2.滤波器阻带特性通过采用产生，从而增加阻带的带宽和抑制特性。同时由于耦合量增加，可以获得较低的带内差损。
3.滤波器采用微带线作为输入输出馈线，可以方便与微波平面电路高度集成，适合移动小型化设备使用。
4.该滤波器结构简单，全部利用微带PCB工艺生产，成本低、精度高、重复性好，适合标准化生产。
附图说明
图1为实施例1结构示意图，长度单位：mm，
图2为实施实例1的窄带S21反射系数测量结果。
图3为实施实例1的窄带S11反射系数测量结果。
图4为实施实例1的宽带S21反射系数测量结果。
图中有：谐振腔1，微扰结构2，输出馈线3，四个半圆弧4，四个四分之三圆弧5，输入耦合臂6，与输出耦合臂7。
具体实施方式
为了更进一步减少滤波器体积，本发明通过改变谐振腔的形状来实现。该谐振腔是由四个半圆弧和四个四分之三圆弧组成，这样的结构充分利用了环内面积，使展开后的微带环线变长，因为谐振频率是和谐振腔的周长成正比，从而使谐振频率变低。当保持频率不变时，微带谐振器的平面面积变小。使得电路结构在双模滤波器体积小的优点上进一步缩小了电路面积。
同时在谐振腔的设计中采用半圆弧和四分之三圆弧的线宽不同的办法，使得在谐振腔中具有阶梯阻抗特性，由此产生慢波效应，可以大大增加滤波器的二次及多次谐波抑制特性。同时耦合臂也采用多段圆弧结构，这样可以增加输入输出的50欧姆馈线和谐振腔之间的耦合量，减少滤波器的带内差损。
该滤波器的设计作为一种新型的微带贴片滤波器是基于平面印刷电路技术，采用微带线馈电的。它体积小巧，适合平面高度集成。具有小型化，易制作，插损小，抑制高等特点
这种新型的多圆弧双模微带带通滤波器是由谐振腔①，微扰结构②，耦合臂③和50欧姆输入输出馈线④组成。在设计时应做以下考虑：(1)构成谐振器的四个半圆弧线宽应比四个四分之三圆弧的线宽要宽。从而产生阶梯阻抗特性，抑制谐波分量。(2)输入输出耦合臂亦可采取圆弧形状以减少电路面积，同时增加耦合量，减少带内差损。(3)和谐振器相连的输入输出50欧姆馈线可深入到谐振器凹陷处，可进一步缩小滤波器体积。(4)通过调节耦合臂和谐振腔之间距离和微扰圆弧的线宽可影响耦合量，在通带内将微波能量充分的耦合进耦合出。
实施例1 基于新型的多圆弧双模微带结构的带通滤波器，中心频率在3.5GHz，相对带宽为2.5％.
滤波器结构如图2所示，尺寸单位均为mm。本实施实例的基片材料为RT/Duriod 6010板材，介电常数为10.2，正切角损耗为0.002，厚度为0.635mm。实测实施实例1的窄带S21、S11及宽带S21参数测量结果示于图2～图4。
Claims (2)
1.一种一种小型化高性能微带双模带通滤波器，其特征在于在微波介质基片上包括多段圆弧组成的谐振腔(1)、50欧姆输入输出馈线、耦合臂；其中，谐振腔(1)为四个半圆弧(4)和四个四分之三圆弧(5)组成，50欧姆输入输出馈线包括输入馈线(2)和输出馈线(3)，耦合臂包括输入耦合臂(6)和输出耦合臂(7)；其中，四个半圆弧(4)的外弧面相对，对称该滤波器的中心分布，四个四分之三圆弧(5)的两端分别与相邻的两个四分之三圆弧(5)相接；输入馈线(2)与输入耦合臂(6)相接，输入耦合臂(6)位于谐振腔(1)外的一侧，输出馈线(3)与输出耦合臂(7)相接，输出耦合臂(7)位于谐振腔(1)外的另一侧且输入馈线(2)与输出馈线(3)相垂直。
2.根据权利要求1所述的一种小型化高性能微带双模带通滤波器，其特征在于线宽不同的四个半圆弧和四个四分之三圆弧组成的的双模谐振腔。
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