CN101635383A - 具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器 - Google Patents

Abstract

具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器是一种高性能的微波带通滤波器，在微波介质基片上包括方环形谐振器(1)、L形耦合结构、微扰元素(3)和50欧姆输入输出馈线；其中，输入端的L形耦合结构(21)和输出端的L形耦合结构(22)相对于方环形谐振器(1)的一个对角线呈对称分布；输入端的L形耦合结构(21)与50欧姆输入馈线(41)相连，输出端的L形耦合结构(22)与50欧姆输出馈线(42)相连，微扰元素(3)位于方环形谐振器(1)的一个角上，并与方环形谐振器(1)相连。本发明的双模微带带通滤波器适用于移动通信射频前端的设计，可以得到比传统微带更大的端口耦合量，从而降低插入损耗，同时非常有效的抑制高次谐波的响应。

Description

具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器

技术领域

本发明可应用于移动通信系统的射频前端，可以大大提高系统的谐波抑制度并降低带内插入损耗，是一种高性能的微波带通滤波器。

背景技术

现代移动通信技术系统对射频前端的性能提出了越来越高的要求，而位于射频最前端的滤波器在很大程度上影响到系统的发射功率和信噪比。微带双模滤波器以其低成本、易于加工和实现方式灵活等优点备受瞩目。由于其自身具有的双调谐特性，体积比相同阶数的滤波器减半。但是，普通微带双模滤波器插入损耗较大，并且其固有的二次谐波会恶化滤波器的杂散抑制特性，并造成近边带响应的不对称。上述缺点限制了普通微带双模滤波器的应用。

为了抑制微带环形滤波器的杂散响应，通常有三种技术可以采用。一种是采用慢波结构将寄生通带搬移至远端，拉大基本通带和寄生通带间的频率间隔。另一种采用诸如DGS和spur line等陷波结构。这类结构通常加载于输入/输出线上。第三种则采用改进的谐振器，此类谐振器具有一定的模式抑制特性。但是，第一种技术会减少滤波器的带宽，而后两种则会引入附加的结构，不但使电路规模变大，而且恶化通带内的传输特性，增加插入损耗。

本发明在传统方环形双模谐振器的基础上，提出了一种新型微带双模滤波器。该滤波器可以得到比传统微带更大的端口耦合量，从而降低插入损耗。同时，该滤波器特有的耦合结构可以非常有效的抑制高次谐波的响应。此外，该滤波器结构简单，易于大规模制造，尤其适用于移动通信射频前端的设计。

发明内容

技术问题：本发明提出一种具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器，该结构具有插入损耗低、谐波抑制能力强的特点。并且结构简单，易于制造加工和与平面电路集成，适用于各种移动通信射频前端。

技术方案：本发明具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器在微波介质基片上包括方环形谐振器、L形耦合结构、微扰元素和50欧姆输入输出馈线；其中，输入端的L形耦合结构和输出端的L形耦合结构相对于方环形谐振器的一个对角线呈对称分布；输入端的L形耦合结构与50欧姆输入馈线相连，输出端的L形耦合结构与50欧姆输出馈线相连，微扰元素位于方环形谐振器的一个角上，并与方环形谐振器相连。

方环形谐振腔的周长为中心频率上的一个波长的封闭微带线。

输入端的L形耦合结构和输出端的L形耦合结构由终端开路的微带线构成，其弯曲方向应与方环形谐振器的外沿一致。

微扰元素由方形微带贴片构成。

有益效果：

1.提高带通滤波器的端口耦合量，降低带内插入损耗。在需要强耦合的场合，可以克服耦合缝隙过小带来的制造工艺上的限制。

2.利用耦合结构形成的寄生谐振单元，完全抑制滤波器的二次谐波，从而增加阻带宽度，改善近边带的响应对称性。

3.可以灵活调整滤波器响应中近边带传输零点的位置，从而获得理想的传输特性。

4.结构简单，体积小巧，采用普通平面印刷电路工艺制作，重复性好，适合标准化生产和与各种平面电路的集成。

附图说明

图1是具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器示意图。

图中包括方环形谐振腔1、输入端的L形耦合结构21、输出端的L形耦合结构22、微扰元素3、50欧姆输入馈线41、50欧姆输出馈线42。

图2为实施实例1的近边带传输系数测量结果，

图3为实施实例1的近边带反射系数测量结果，

图4为实施实例1的宽频带传输系数测量结果。

具体实施方式

在微波介质基片上包括方环形谐振器1、L形耦合结构、微扰元素3和50欧姆输入输出馈线；方环形微带谐振器由封闭环形微带线构成，由于环的宽度很窄，该谐振器和微带谐振器有相同的色散特性，可以看作是一段闭环的传输线，所以方环形谐振器还可以用传输线模型来描述，等效为一并联谐振电路。该谐振器工作的最低模式为TM₁₀₀模和TN₀₁₀模。在该结构的对角线上放置方形贴片作为微扰元素，使得上述的一对简并模之间产生耦合，等效为两个相互耦合的谐振器，这两个谐振器通过缝隙和微带耦合臂之间产生耦合。通过调整微扰贴片的大小，可以控制两个模式之间的耦合系数；调整谐振器和耦合臂之间的缝隙宽度，可以调整外部Q值的大小。从而构成了满足一定性能要求的二阶滤波器，使得电路规模缩小。

将耦合臂沿着谐振器的外围弯曲，构成了L形耦合结构。该结构一端与50欧姆馈线端口连接，另一端开路。在耦合缝隙宽度和耦合臂长度相同的情况下，L形耦合结构能够提供更大的端口耦合量，降低通带内插入损耗。同时，L形耦合结构可以构成寄生谐振器。在寄生谐振频点上，通过50欧姆端口馈入的绝大部分微波能量被寄生单元吸收，只有很少的部分进入方环谐振器，则在该频点出现传输零点。由于寄生谐振频率由L形耦合结构长度决定，调整该结构开路端的长度，使得寄生谐振频率靠近方环形谐振器的二次谐波频率，可以完全抑制二次谐波的产生，也使得滤波器的近边带频率响应特性更加对称。同时，调整L形耦合结构和方环形谐振器的相对位置，还可以改变双模谐振器近边带的两个传输零点的频率，从而获得所需的传输特性。

该滤波器的设计基于平面印刷电路工艺，微带端口馈电，无任何附加电路，体积小巧，结构简单，易于生产。

该新型的L型耦合结构的双模微带带通滤波器由四部分组成，在微波介质基片上包括方环形谐振器1、L形耦合结构、微扰元素3和50欧姆输入输出馈线；其中，输入端的L形耦合结构21和输出端的L形耦合结构22相对于方环形谐振器1的一个对角线呈对称分布；输入端的L形耦合结构21与50欧姆输入馈线41相连，输出端的L形耦合结构22与50欧姆输出馈线42相连，微扰元素3位于方环形谐振器1的一个角上，并与方环形谐振器1相连。

在设计时应做以下考虑：(1)L形耦合臂的弯曲方向应与方环形谐振器的外沿一致，从而保证耦合强度。(2)方环形微带谐振器的周长应等于中心频率上相等宽度微带传输线的一个波长。(3)L形耦合臂的长度应近似等于中心频率上相等宽度微带传输线的1/8波长，从而保证在方环谐振器的二次谐波频点上的传输特性有足够大的抑制。(4)通过调节L形耦合臂和方环形谐振腔之间的相对位置、耦合缝隙大小及微扰元素面积可以改变滤波器的带宽和近边带传输零点的位置，获得理想的传输特性。

实施例1基于新型的L型耦合结构的双模微带带通滤波器，中心频率在3.3GHz，3dB相对带宽为13％，通带内最小插入损耗为0.92dB。

滤波器结构如图1所示。本实施实例的中滤波器采用的介质基片材料为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。实施实例1的近边带传输系数、近边带反射系数及宽频带传输系数测量结果分别如图2～图4所示。

Claims (4)

1.一种具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器，其特征在于在微波介质基片上包括方环形谐振器(1)、L形耦合结构、微扰元素(3)和50欧姆输入输出馈线；其中，输入端的L形耦合结构(21)和输出端的L形耦合结构(22)相对于方环形谐振器(1)的一个对角线呈对称分布；输入端的L形耦合结构(21)与50欧姆输入馈线(41)相连，输出端的L形耦合结构(22)与50欧姆输出馈线(42)相连，微扰元素(3)位于方环形谐振器(1)的一个角上，并与方环形谐振器(1)相连。

2.根据权利要求1所述的具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器，其特征在于方环形谐振腔(1)的周长为中心频率上的一个波长的封闭微带线。

3.根据权利要求1所述的具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器，其特征在于输入端的L形耦合结构(21)和输出端的L形耦合结构(22)由终端开路的微带线构成，其弯曲方向应与方环形谐振器(1)的外沿一致。

4.根据权利要求1所述的具有增强耦合和谐波抑制特性的微带双模滤波器，其特征在于微扰元素(3)由方形微带贴片构成。

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