CN101515661A

CN101515661A - 嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器

Info

Publication number: CN101515661A
Application number: CNA2009100483275A
Authority: CN
Inventors: 李国辉; 张娟; 王志彬; 王慧娜; 邹锋
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: CN101515661B

Abstract

本发明涉及一种嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，它包括：正面部分的金属微带线、反面部分的金属镀层、中间层的介质板和输入/输出端口。金属微带线的结构是由多重嵌套环形结构的双模谐振器构成，其输入输出馈线在同一水平线上，并通过一对U型耦合臂与内部谐振器间隙耦合，通过内外环线线宽之差Δm和垂直对称线上的小贴片共同作用形成的微扰实现对简并模的控制和两个传输零点位置的调节。本发明的优越性在于与传统的平行馈线的微带双模滤波器相比尺寸大大减小了，有更好的频率选择性，可以灵活地调整滤波器传输特性曲线的零点位置。本发明可以用于无线通信系统窄带带通滤波器的设计中，适应无线通信系统对滤波器小型化的要求。

Description

嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的滤波器，具体是一种嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器。

背景技术

在现代无线通信系统中，小型化高性能的微带滤波器有着广泛的应用。双模谐振器可以用单个谐振器结构作为双调谐谐振电路，对于一个规定阶数的滤波器而言，其谐振器的数目减少了一半，因此，滤波器的尺寸就大大减小了。近年来，微带双模滤波器以其尺寸小，损耗低，品质因数高等优势成为无线通信系统中关键的无源器件之一，也成为研究热点之一。

经对现有技术的文献检索发现，1972年Wolff在Electronics Letters(电子快报)第8卷第12期发表了“Microstrip bandpass filter using degenerate modes of amicrostrip ring resonator(用微带环形谐振器的简并模式实现的微带带通滤波器)”，在该文中首次提出了一种用分离谐振器的两个简并模式实现圆环形平面双模滤波器结构。此后，很多作者提出了各式各样的双模谐振器结构，包括圆环形，方环形，圆贴片形，方贴片形和蜿蜒环形结构。其中绝大多数双模谐振器的两个简并模式TM₁₀₀ ^z和TM₀₁₀ ^z是由对角线上的小贴片、小缺口或短截线作为微扰激起并互相耦合的，其馈电方式为一对正交馈线。直到2007年，Adnan

等人在Proceeding of Asia-Pacific MicrowaveConference 2007(2007亚太微波会议学报)发表“Asymmetric Dual-Mode Microstripfilters with adjustable transmission zero(具有可调整传输零点的不对称双模微带滤波器)”，作者提出了一种输入输出馈线在同一水平线上的非正交馈电方式和传输零点可控的新型双模谐振器结构，并由垂直对称线上的微扰激起并互相耦合两个简并模式，通过不同的微扰大小来调节传输零点位置，这种水平馈线双模谐振器结构的提出适应了无线通信系统对多样化网络结构的要求，但这种滤波器仍占据着较大的尺寸，不能满足无线通信系统对滤波器小型化的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，使其能够解决现有平行馈线的双模滤波器占据较大尺寸的难题。经过仿真和实测分析，在占据相同面积的情况下，本发明和传统平行馈线的双模滤波器的中心频率分别为1.57GHz和3.52GHz，这意味着新型滤波器的尺寸减小了55％，实现了滤波器的小型化，同时该滤波器简单结构，选择性高以及具有可调节的传输零点等良好性能，可以应用于无线通信系统窄带带通滤波器的设计中。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种嵌套环形结构平行馈线的双模滤波器包括：正面部分的金属微带线、反面部分的金属镀层、中间层的介质板和输入输出端口，其特征在于所述金属微带线的结构是：由多重嵌套环形结构构成双模谐振器，其输入输出馈线在同一水平线上，并通过一对U型耦合臂与内部谐振器间隙耦合，通过内外环线线宽之差Δm(Δm＝m3-m2或Δm＝m3-m1)和垂直对称线上的小贴片共同作用形成的微扰，实现对简并模的控制和两个传输零点的调节。

所述金属微带线和反面部分的金属镀层可以是导电性能较好的金属材料，如金、或银、或铜。

所述嵌套形结构的双模谐振器的重数为1-6重。

所述的中间层可以是各种介电常数的介质板，介电常数越高尺寸越小。

所述输入输出馈线通过一对U型耦合臂与内部谐振器间隙耦合的馈线位置随着内部环形结构重数的增多而向上调节。

所述U型耦合臂为U型、或L型、或直线型。

所述小贴片为三角形、或正方形、或五边形、或六边形、或圆形。

本发明与现有技术相比较，是有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明保持了双模滤波器的优越性能，对谐振器结构进行改进，充分利用内部空间，通过内部嵌套环形结构实现平行馈线双模滤波器的小型化设计。研究各种不同的微扰方式对两个简并模的影响，通过微扰方式和微扰大小的变化实现对双模滤波器两个简并模的控制和传输零点位置的调整。当线宽变化Δm＝0.2mm和正方形小贴片的边长p＝1.15mm时，实现一对传输零点分别位于高、低阻带处的准椭圆函数特性；当p不变，Δm＝0时，可实现两个传输零点都在高阻带处的窄带带通特性。本发明滤波器传输插损大于-2dB，回波损耗在通带内小于-15dB，3dB带宽为4％～5％左右，具有良好的频率选择性。

附图说明

图1是本发明嵌套环形结构平行馈线的双模滤波器的结构示意图。

图2是传统平行馈线双模滤波器的结构示意图。

图3是弱耦合状态下，p＝0时，两个简并模式传输特性曲线随Δm变化的示意图。

图4是p＝0时，两简并模的谐振频率和耦合系数随Δm变化的示意图。

图5是Δm＝0.2mm时，两个简并模式的谐振频率和耦合系数随p变化的示意图。

图6是本发明仿真的频率特性示意图(a)p＝1.15mm，Δm＝0；(b)p＝1.15mm，Δm＝0.2mm。

图7是本发明的实物照片。

图8是本发明仿真与实测频率特性比较的示意图(p＝1.15mm，Δm＝0.2mm)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个优点实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，包括：正面部分的金属微带线2、反面部分的金属镀层、中间层介质板1和输入输出端口。金属微带线包括内部嵌套环形结构的双模谐振器5，U形耦合臂3和输入\输出馈线4、9。输入\输出馈线4、9在同一水平线上，并分别与一对U形耦合臂3相连，通过U形耦合臂3实现与内部谐振器5的间隙耦合。双模谐振器5是由一个两重嵌套环形结构的谐振器构成，并由内外环线7、6线宽之差Δm和垂直对称线上的小贴片8所引起的，共同控制双模谐振器的两个简并模式的分离和传输零点的位置。

金属微带线2和反面部分的金属镀层的金属材料为金、或银、或铜。

本实施例选用相对介电常数ε_r＝3.5，厚度h＝0.5mm的介质板1，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如下：a＝b＝13.8mm，m1＝m2＝0.5mm，m4＝0.2mm，g1＝0.2mm，g2＝0.4mm，s＝1.1mm，d＝4mm，p＝1.15mm，Δm＝0(情况a)或0.2mm(情况b)。

双模谐振器5的重数为1-6重。U型耦合臂3为U型、或L型、或直线型。小贴片为三角形或正方形、或五边形、或六边形、或圆形。

对本实施例进行模式分析，如图3所示，在弱耦合状态下，p＝0时，两个简并模式随Δm变化的传输特性曲线示意图。从图中可以明显看出Δm不仅影响着双模谐振器两个简并模的分离，而且也影响着两个传输零点的位置分布。当Δm＝0时，两个传输零点都在高阻带处；当Δm＝0.1mm时只有一个模式被激起；当Δm＞0.1mm时，一个零点移至低阻带处，即两个传输零点分别在高低阻带处，并且随着Δm的增加，两个简并模式分离得越明显。

如图4所示，当p＝0时，两个简并模式的谐振频率和耦合系数随Δm变化的示意图。模式1先增大后减小，模式2先减小后增大，当Δm＝0.1mm时只有一个模式被激起，耦合系数也是先减小后增大，并且在Δm＝0.1mm时，耦合系数最小。从图3和图4中还可以看出，Δm＝0和Δm＝0.2mm时双模谐振器的两个简并模具有相同的模式分离状态，唯一不同的只是传输特性曲线S21的两个传输零点位置的变化。由此可以设计出具有可调传输零点的双模滤波器。

如图5所示，当Δm＝0和Δm＝0.2mm时，两简并模式的谐振频率和耦合系数随方形小贴片

边长p变化的示意图。因为在这两种情况下的简并模分离情况是相同的。

如图6所示为本实施例嵌套环形结构平行馈线的双模滤波器的仿真频率特性曲线(滤波器(a)：p＝1.15mm，Δm＝0，滤波器(b)：p＝1.15mm，Δm＝0.2mm)。频率特性曲线包括：S21(传输损耗)参数、S11(回波损耗)参数。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。

如图7所示为本实施例(p＝1.15mm，Δm＝0.2mm)的实物照片。如图8所示为本实施例(p＝1.15mm，Δm＝0.2mm)的仿真和实测结果的比较图。频率特性包括：S21(传输损耗)参数、S11(回波损耗)参数。其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本实施例的传输响应特性曲线S21的两个传输零点分别在高低阻带处，插损大于-2dB，S11在通带内小于-15dB。在尺寸相同的情况下，新型结构平行馈线的双模滤波器和传统结构(如图2所示)的中心频率分别是1.57GHz和3.52GHz，相于尺寸减小了55％。

Claims

1.一种嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，它包括：正面部分的金属微带线(2)、反面部分的金属镀层、中间层的介质板(1)和输入\输出端口，其特征在于所述金属微带线(2)的结构是：由多重嵌套环形结构构成双模谐振器，其输入输出馈线(4、9)在同一水平线上，并通过一对U型耦合臂(3)与内部谐振器(5)间隙耦合，通过内外环线(7、6)线宽之差Δm和垂直对称线上的小贴片(8)共同作用形成的微扰，实现对简并模的控制和两个传输零点位置的调节。

2.根据权利要求1所说的嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，其特征在于所述金属微带线和反面部分的金属镀层的金属材料采用导电性能好的金、或银、或铜。

3.根据权利要求1所说的嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，其特征在于所说嵌套环形结构的双模谐振器(5)的重数可以为1-6重。

4.根据权利要求1所说的嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，其特征在于所说输入输出馈线(4、9)通过一对U型耦合臂(3)与内部谐振器(5)间隙耦合的馈线位置随着内部环形结构重数的增多而向上调节。

5.根据权利要求1所说的嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，其特征在于所说U型耦合臂(3)为U型、或L型、或直线型。

6.根据权利要求1所说的嵌套环形结构平行馈线的微带双模滤波器，其特征在于所说小贴片(8)的形状为三角形、或正方形、或五边形，或六边形、或圆形。