CN101728610B - 带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种带通滤波器，包括输入端、输出端、两对传输线及一对耦合单元。输入端用于馈入电磁波信号，输出端用于馈出电磁波信号。每对传输线电性连接于所述输入端和所述输出端之间。其中一耦合单元电性连接于其中一对传输线之间，另一耦合单元电性连接于另一对传输线之间。每个耦合单元包括一对耦合区，每个耦合区包括一对耦合线，同一耦合单元的其中一耦合区的一对耦合线与另一耦合区的一对耦合线分别对应连接，且所述其中一耦合区的两耦合线为长宽相等的平行耦合微带线，所述另一耦合区的两耦合线的长度和宽度均不相等。本发明所提供的带通滤波器，利用所述耦合单元的具有平行耦合微带线，使得带通滤波器在提高衰减速度的同时使传输零点更为靠近截止频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波器，尤指一种带通滤波器。
背景技术
在设计各种不同应用的无线通讯产品时，滤波器系被广泛使用的一种组件，其主要功能系用来过滤掉信号的高频谐波或者一些高频噪声。滤波器通常以其在通带(passband)的插入损耗(insertion loss)以及在止带(stopband)的抑制能力(rejection)来表示其效能。滤波器在止带的抑制能力取决于其传输零点，传输零点愈多的滤波器在止带的抑制能力有着愈好的表现。而现有的滤波器只有一个传输零点，其在止带的抑制能力不好，其滤波效能不佳。
发明内容
有鉴于此，需提供一种具有良好滤波效能的带通滤波器。
一种带通滤波器，包括输入端、输出端、两对传输线及一对耦合单元。输入端用于馈入电磁波信号，输出端用于馈出电磁波信号。每对传输线电性连接于所述输入端和所述输出端之间。其中一耦合单元电性连接于其中一对传输线之间，另一耦合单元电性连接于另一对传输线之间。每一耦合单元包括一对耦合区，每一耦合区包括一对耦合线，同一耦合单元的其中一耦合区的一对耦合线与另一耦合区的一对耦合线分别对应连接，且所述其中一耦合区的两耦合线为长宽相等的平行耦合微带线，所述另一耦合区的两耦合线的长度和宽度均不相等。
本发明所提供的带通滤波器，利用所述耦合单元的具有平行耦合微带线，使得带通滤波器在提高衰减速度的同时使传输零点更为靠近截止频率。
附图说明
图1为本发明带通滤波器的结构示意图。
图2为本发明带通滤波器的尺寸示意图。
图3为本发明带通滤波器的等效电路图。
图4为本发明带通滤波器的测试图。
具体实施方式
请参阅图1，所示为本发明实施方式的带通滤波器10的结构示意图。
在本实施方式中，带通滤波器10印刷于电路板20上。带通滤波器10大致呈菱形，其包括输入端100、输出端120、四个传输线140、142、144及146及第一耦合单元160和第二耦合单元180。四个传输线140、142、144及146分别为菱形的四个边，传输线140平行于传输线144，传输线142平行于传输线146。输入端100与输出端120位于菱形的一个对角，第一耦合单元160和第二耦合单元180位于菱形的另一个对角，并分别向菱形的内部延伸。
在其它实施方式中，带通滤波器10大致呈长方形或正方形。
在本实施方式中，传输线140和142之间的夹角为90度，传输线144和146之间的夹角为90度。
输入端100用于馈入电磁波信号，输出端120用于馈出电磁波信号。输入端100与输出端120为带通滤波器10的50欧姆匹配阻抗。
在本实施方式中，传输线140和传输线146被称为第一对传输线，传输线142和传输线144被称为第二对传输线。第一对传输线和第二对传输线分别电性连接于输入端100和输出端120之间并在输入端100和输出端120之间传播电磁波信号。第一耦合单元160电性连接于传输线140和传输线146之间，第二耦合单元180电性连接于传输线142和传输线144之间。
第一耦合单元160包括第一耦合区162及第二耦合区164。第一耦合区162包括第一耦合线1620和第二耦合线1622，第一耦合线1620和第二耦合线1622平行设计并构成平行耦合微带线。第一耦合线1620和第二耦合线1622与传输线146与140之间的夹角分别为45度。
第二耦合区164包括第三耦合线1640与第四耦合线1642。第四耦合线1642用于将带通滤波器10的频率调到1.5GHz范围，而第三耦合线1640用于将带通滤波器10的频率调到更精准频率1575.42MHz，即第四耦合线1642用于粗调频率，第三耦合线1640用于微调频率。第一耦合线1620的中心线和第三耦合线1640的中心线重合，第二耦合线1622的中心线和第四耦合线1642的中心线重合。
第二耦合单元180包括第三耦合区182及第四耦合区184。第三耦合区182包括第五耦合线1820和第六耦合线1822，第五耦合线1820和第六耦合线1822平行设计并构成平行耦合微带线。第五耦合线1820和第六耦合线1822与传输线142与144之间的夹角分别为45度。
第四耦合区184包括第七耦合线1840和第八耦合线1842。第八耦合线1842用于将带通滤波器10的频率调到1.5GHz范围，而第七耦合线1840用于将带通滤波器10的频率调到更精准频率1575.42MHz，即第八耦合线1842用于粗调频率，第七耦合线1840用于微调频率。第五耦合线1820的中心线和第七耦合线1840的中心线重合，第六耦合线1822的中心线和第八耦合线1842的中心线重合。
第一耦合区162和第三耦合区182及第二偶合区164和第四偶合区184分别相对输入端100与输出端120之间的对角线呈对称设计。
第三耦合线1640的宽度大于第一耦合线1620的宽度，第三耦合线1640的长度小于第一耦合线1620的长度，即第一耦合线1620的宽度和长度均不等于第三耦合线1640的宽度和长度。第二耦合线1622的宽度大于第四耦合线1642的宽度，第二耦合线1622的长度大于第四耦合线1642的长度，即第二耦合线1622的宽度和长度均不等于第四耦合线1642的宽度和长度。换而言之，第一耦合区162的耦合线的长度和宽度均不等于第二耦合区164的耦合线的长度和宽度。
第三耦合线1640的宽度大于第四耦合线1642的宽度，第三耦合线1640的长度小于第四耦合线1642的长度，即第四耦合线1642的宽度和长度均不等于第三耦合线1640的宽度和长度，从而第二耦合区164的两耦合线的长度和宽度均不相等。第一耦合线1620的长度和宽度等于第二耦合线1622的长度和宽度，从而第一耦合线1620和第二耦合线1622形成平行耦合微带线。
第七耦合线1840的宽度大于第五耦合线1820的宽度，第五耦合线1820的长度大于第七耦合线1840的长度，即第五耦合线1820的宽度和长度均不等于第七耦合线1840的宽度和长度。第八耦合线1842的宽度小于第六耦合线1822的宽度，第六耦合线1822的长度大于第八耦合线1842的长度，即第六耦合线1822的宽度和长度均不等于第八耦合线1842的宽度和长度。换而言之，第三耦合区182的耦合线的长度和宽度均不等于第四耦合区184的耦合线的长度和宽度。
第七耦合线1840的宽度大于第八耦合线1842的宽度，第七耦合线1840的长度小于第八耦合线1842的长度，即第八耦合线1842的宽度和长度均不等于第七耦合线1840的宽度和长度，从而第四耦合区184的两耦合线的长度和宽度均不相等。第六耦合线1822的长度和宽度等于第五耦合线1820的长度和宽度，从而第六耦合线1822和第五耦合线1820形成平行耦合微带线。
在本实施方式中，第八耦合线1842与第三耦合线1640相对，第四耦合线1642与第七耦合线1840相对。
在本实施方式中，所有的耦合线均为耦合微带线。
请参照图2，图2揭示了本发明的带通滤波器10的主要尺寸标示。在本实施方式中，输入端100和输出端120之间的对角线的长度B为18.5mm，第一耦合单元160和第二耦合单元180之间的对角线的长度A为16.9mm。第五耦合线1820的长度C为4.9mm，其宽度C’为1.0mm。第一耦合线1620、第二耦合线1622及第六耦合线1822的长度和宽度均等于第五耦合线1820的长度和宽度。第八耦合线1842的长度D为2.7mm，其宽度D’为0.9mm。第四耦合线1642的长度和宽度均等于第八耦合线1842的长度和宽度。第三耦合线1640的长度E为0.4mm，其宽度E’为1.1mm。第七耦合线1840的长度和宽度均等于第三耦合线1640的长度和宽度。传输线140、142、144及146的长度F均为12mm，其线宽均为0.1mm。
请参照图3，所示为本发明带通滤波器10的等效电路图。图3的电感L1、L2、L3及L4系分别由本发明带通滤波器10的传输线140、142、144和146所等效形成，电容C1、C2、C3和C4系分别由传输线140、142、144和146与电路板20的接地金属面所等效形成，电感L1和L4之间的T型滤波器由第一耦合单元160所等效形成，电感L2和L3之间的T型滤波器由第二耦合单元180所等效形成。
请参阅图4，所示为经电磁模拟所得本发明实施方式中带通滤波器10的测试图。图中横轴表示通过带通滤波器10的信号的频率(单位：GHz)，纵轴表示幅度(单位元：dB)，象限区包括透射的散射参数(S-parameter:S21)的幅度。透射的散射参数(S21)表示通过低通带通滤波器10的信号的输入功率与信号的输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：S21（dB）=10Lg（输出功率/输入功率）。
由图4可知，本发明实施方式中的带通滤波器10具有良好的滤波效能。从曲线|S21|可观察到，通带频段与衰减频段间形成陡的“过渡坡”，并且在通带频段范围内的信号的插入损耗接近0。
在本实施方式中，带通滤波器10藉由耦合单元160、180与传输线140、142、144及146之间成45度夹角产生两个传输零点，从而提高了带通滤波器10在止带的抑制能力，提高了带通滤波器10的滤波效能。
在本实施方式中，利用第一耦合区162和第三耦合区182分别具有平行耦合微带线，从而提高了带通滤波器10的衰减速度，同时使得带通滤波器10的传输零点更为靠近截止频率。而且，在通带频段内，具有较低的损耗值。
Claims (8)
1.一种带通滤波器，其特征在于，包括：
一输入端，用于馈入电磁波信号；
一输出端，用于馈出电磁波信号；
两对传输线，每对传输线电性连接于所述输入端和所述输出端之间；以及
一对耦合单元，其中一耦合单元电性连接于其中一对传输线之间，另一耦合单元电性连接于另一对传输线之间，每一耦合单元包括一对耦合区，每一耦合区包括一对耦合线，同一耦合单元的其中一耦合区的一对耦合线与另一耦合区的一对耦合线分别对应连接，且所述其中一耦合区的两耦合线为长宽相等的平行耦合微带线，所述另一耦合区的两耦合线的长度和宽度均不相等。
2.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，每一耦合单元中具有不等长耦合线的耦合区的较长耦合线用于粗调所述带通滤波器的频率，其较短耦合线用于微调所述带通滤波器的频率。
3.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，每一耦合单元中的一耦合区的耦合线的长度和宽度与另一耦合区的耦合线的长度和宽度均不相等。
4.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，长度相等的两耦合微带线与其相邻传输线之间的夹角分别为45度。
5.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，两相邻传输线之间的夹角为90度。
6.如权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，所述传输线形成四边形，所述输入端和所述输出端位于所述四边形的一个对角，所述耦合单元位于所述四边形的另一个对角。
7.如权利要求6所述的带通滤波器，其特征在于，所述耦合单元分别向所述四边形的内部延伸。
8.如权利要求7所述的带通滤波器，其特征在于，所述四边形为菱形。
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