CN101694898A - 直接馈电平面结构双模环形谐振腔带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结构新颖的双模平面带通滤波器，可广泛应用于射频微波无源电路设计中。该滤波器由末端开路的微带线构成的容性加载以及一个环形双模谐振腔构成；环形双模谐振腔为方形，由环形谐振器(3)以及处于该环形谐振器(3)的一个直角处的末端开路微带线加载(4)构成；输入/输出微带线(1)有两条，均为四分之一波长的阻抗变换器(2)，该两条输入/输出微带线(1)直接与环形谐振器(3)上两条相邻边连接，该两相邻边与末端开路微带线加载(4)成对角；整个滤波器结构制作在双面覆金属的介质基板(5)上，其中一面蚀刻成为电路，另一面的金属全部保留做为接地板。本发明在保持了原有双模滤波器优点的前提下，减少了滤波器的插入损耗，而且带宽也可调控。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种采用印制电路板技术制作的小型化平面微波带通滤波器。该滤波器可应用于各种电子设备中的微波电路与微波集成电路，其使用有利于电路的集成化与小型化，属于微波技术领域。
背景技术
滤波器是一种在微波与射频应用中被大量使用的无源器件，其指标的好坏直接影响了整个系统的性能。常见的微波滤波器多采用金属波导/介质波导、同轴线或平面微带线/带状线制作。近年来，由于通信系统的小型化微型化需求越发强烈，作为系统内的关键无源器件之一，对滤波器的小型化设计需求也越来越高。采用平面工艺的微波滤波器相对波导或同轴线等立体结构实现而言，具有结构简单，加工方便，造价低廉以及易于与其它有源/无源电路集成的优势，近年来受到极大的关注。其中，采用微带环形双模谐振腔的双模滤波器更是研究的重点对象。环形双模滤波器的核心是一个有对称性加载(4)的环形谐振器(3)，由于该加载使得环形谐振器的一对简并谐振模式发生互相耦合而产生频率分离，就可以利用一个谐振器产生两个谐振峰，类似于两个级联的单模谐振器对的响应。因此滤波器实现所需要的固有谐振器阶数可以减少一半，这样就达到了小型化的目的。同时环形谐振腔的固有品质因数也较之普通的半波长谐振器为高，这样在相同的实现下，双模滤波器的插入损耗也会减小。当采用容性加载时，双模滤波器的传输响应类似于椭圆函数响应，即会在通带的两端分别产生一个传输零点，极大的提高滤波器的带外抑制效果。现有的双模滤波器大多采用末端电容耦合来对双模谐振腔进行馈电，由于末端电容的辐射以及边缘效应，这种馈电方式会带来耦合损耗即馈电损耗，这样会加大滤波器的插入损耗，影响了滤波器的实际应用。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种结构新颖的直接馈电平面结构双模环形谐振腔带通滤波器，它在保持了原有双模滤波器优点的前提下，减少了滤波器的插入损耗，而且带宽也可调控。
技术方案：本发明的直接馈电平面结构双模环形谐振腔带通滤波器由末端开路的微带线构成的容性加载以及一个环形双模谐振腔构成；环形双模谐振腔为方形，由环形谐振器以及处于该环形谐振器的一个直角处的末端开路微带线加载构成；输入/输出微带线有两条，均为四分之一波长的阻抗变换器，该两条输入/输出微带线直接与环形谐振器上两条相邻边连接，该两相邻边与末端开路微带线加载成对角；整个滤波器结构制作在双面覆金属的介质基板上，其中一面蚀刻成为电路，另一面的金属全部保留做为接地板。
所述的环形谐振器的周长可调，通过更改环形谐振器的周长以及介质基板的介电常数和厚度即可控制滤波器的工作频率；通过控制微带线加载的宽度和长度即可控制滤波器的工作带宽；通过控制四分之一波长的阻抗变换器的特征阻抗即可控制滤波器与任意阻抗输入/输出微带线进行阻抗匹配。
有益效果：本发明的优点：结构简单、尺寸小、易于制作、损耗小、带宽可调。
附图说明
图1是本发明专利的结构示意图。
图2是双模带通环形滤波器的传输与反射特性的示意图。
图中有：输入/输出微带线1、四分之一波长阻抗变换器2、环形谐振器3、末端开路微带线加载4、介质基板5。
具体实施方式
馈电结构为直接连接在双模谐振器上的一对微带线，为了便于输入输出端口相匹配，这对微带线可制作成阻抗可变的四分之一波长阻抗变换器。滤波器结构是制作在双面覆铜板的一面上，另一面的金属全部保留以做金属地，其中双模谐振器由一个末端开路的微带线构成的容性加载以及一个环形谐振器构成。
双模谐振器由一个末端开路的微带线构成的容性加载以及一个环形谐振器构成。对环形谐振器3进行馈电时，采用直接连接的微带线进行馈电，这段馈线需做成约四分之一波长的阻抗变换器2，环形双模谐振腔由环形谐振腔3以及处于45°处的电抗性分布式末端开路微带线加载4构成，整个滤波器结构制作在双面覆金属的介质基板5上，其中一面蚀刻成为电路，另一面的金属全部保留做为接地板。
实施例1(对照附图1)，输入/输出微带线1取特征阻抗50欧姆，环形谐振腔3取长度为12.0毫米，线宽1.0毫米，四分之一波长阻抗变换器2长度取10.0毫米，末端开路微带线加载4取宽度0.7毫米，介质基片5选择介电常数10厚度为1.0毫米。为了实现带通滤波器良好的带内匹配，取末端开路微带线加载4长度7.0毫米，阻抗变换器宽度取0.3毫米。
实施例2(对照附图1)，输入/输出微带线1取特征阻抗50欧姆，环形谐振腔3取长度为12.0毫米，线宽1.0毫米，阻抗变换器2长度取10.0毫米，末端开路微带线加载4取宽度0.7毫米，介质基片5选择介电常数10厚度为1.0毫米。为了实现带通滤波器良好的带内匹配，取末端开路微带线加载4长度5.5毫米，阻抗变换器宽度取0.2毫米。
实施例3(对照附图1)，输入/输出微带线1取特征阻抗50欧姆，环形谐振腔3取长度为12.0毫米，线宽1.0毫米，四分之一波长阻抗变换器2长度取10.0毫米，末端开路微带线加载4取宽度0.7毫米，介质基片5选择介电常数10厚度为1.0毫米。为了实现带通滤波器良好的带内匹配，取末端开路微带线加载4长度4.0毫米，阻抗变换器2宽度取0.1毫米。
对照附图2，它给出了实施例1-3的滤波器散射参量曲线。由图可见该采用该新型双模滤波器设计方法，可以显著的改善滤波器性能。由图可见，通过采用不同的扰动单元大小，以及相应的改变阻抗变换器的宽度，可以实现滤波器带宽的调节。同时通带内的匹配良好，S11均在-30dB以下，带内插入损耗最小仅为0.3dB。而且可以看到双模滤波器的双带外传输零点特性均予以保留。实验表明，这种滤波器设计可以显著提高双模滤波器的实际应用价值。同时由于其较为精简的结构以及方便的加工，相信本发明会有广泛的应用前景。
Claims (2)
1.一种直接馈电平面结构双模环形谐振腔带通滤波器，其特征在于该滤波器由末端开路的微带线构成的容性加载以及一个环形双模谐振腔构成；环形双模谐振腔为方形，由环形谐振器(3)以及处于该环形谐振器(3)的一个直角处的末端开路微带线加载(4)构成；输入/输出微带线(1)有两条，均为四分之一波长的阻抗变换器(2)，该两条输入/输出微带线(1)直接与环形谐振器(3)上两条相邻边连接，该两相邻边与末端开路微带线加载(4)成对角；整个滤波器结构制作在双面覆金属的介质基板(5)上，其中一面蚀刻成为电路，另一面的金属全部保留做为接地板。
2.如权利要求1所述的直接馈电平面结构双模环形谐振腔带通滤波器，其特征是所述的环形谐振器(3)的周长可调，通过更改环形谐振器(3)的周长以及介质基板(5)的介电常数和厚度即可控制滤波器的工作频率；通过控制微带线加载(4)的宽度和长度即可控制滤波器的工作带宽；通过控制四分之一波长的阻抗变换器(2)的特征阻抗即可控制滤波器与任意阻抗输入/输出微带线(1)进行阻抗匹配。
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