CN101867075A - 基于方形开环谐振器的超窄带微带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于方形开环谐振器的微带滤波器。它包括介质基板、介质基板上面的金属微带线、介质基板下表面的接地金属镀层，金属微带线为两个耦合的方形开环谐振单元——A单元和B单元，A单元在距离B单元0.2-0.4mm处旋转90度，使其输入输出馈线成正交形式，两个方形开环谐振器单元在各自开环缝隙处有向环内弯折的微带折线。本发明的滤波器结构简单，加工误差小，实现了尺寸的小型化，提高了频率选择性。

Description

基于方形开环谐振器的超窄带微带滤波器

技术领域

本发明涉及一种基于方形开环谐振器的微带滤波器，属于无线通信技术领域中具有谐波抑制功能的微带滤波器的范畴。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，人类可以利用的频率资源越来越少，因此人们对无源电子器件的设计要求也越来越高，研究具有高频率选择性的微波滤波器变得非常有意义，这不仅要求其具有良好的带内性能，而且要求更高的带外性能，带内性能即要求插入损耗要低，带外性能即要求通带截止边沿要陡峭，对谐波有一定的抑制功能。传统的微带滤波器频率响应由于分布参数的周期性，在离开主通带一定距离处存在寄生通带，这在频率复用的通信方式中将产生相当不利的影响，不适合要求有较高抑制带宽的应用场合，因此研究设计具有谐波抑制功能的微波滤波器，并在此基础上实现陡峭的截止边沿或者在边沿处插入传输零点都有很强的实际意义。

实现谐波抑制的方法有很多，一般的设计方法有以下几种，利用SIR阶跃阻抗谐振机构；利用EBG或者DGS结构；级联抑制结构；改变耦合线结构，利用折线或者弯曲线耦合。在此是利用最后提到的一种方法，通过改变传统方形开环的缝隙处的结构，在缝隙处添加折线耦合来实现优良的频响特性。

发明内容

本发明的目的在于克服因微带结构的分布参数特性而引起的寄生通带，提供了一种基于方形开环谐振器的微带滤波器，实现尺寸小型化，滤波器平面结构简单，加工误差小，提高了频率选择性。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

1.采用如下的介质板材料：介质基板选用介电常数为ε_r＝2.65，厚度h＝0.8mm。

2.采用微带方形开环谐振器结构作为基础。

3.在传统方形开环谐振器的基础上，通过在开环缝隙处添加微带折线，实现新的耦合特性。

4.加工后的电路板应为如下结构：电路板共分三层，介质板材背面为一层金属镀层，正面为微带线结构，中间是介质板层及两个端口，端口处焊接两个SMA接头，便于测量。正面微带线结构为两个耦合的方形开环A.B单元，其中A单元距B单元一定距离d处，B单元相对A单元旋转90度，输入输出馈线成正交形式。通过调节两个谐振单元之间的距离d和开口缝隙的宽度d1，来调整传输零点的位置，和谐波抑制性能的好坏。

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。

根据上述发明方案，滤波器的设计过程如下：改进型的方形开环谐振器结构实在传统结构的基础上添加折线构成，此结构A.B单元与传统结构特性相近，是从平行耦合微带结构转化而来的，可以认为是由半波长微带线改进成类U型结构，之后再对U型结构加以调整得到的，一般采用全长约为半个波长的微带线进行设计，首先将平面电路等效为LC形式，通过对集总电路进行等效计算，得出各个尺寸的大约数值。然后再利用电磁仿真软件进行改进。

该谐振器结构的馈线方式有两种，一种是直接接入，一种是平行耦合馈入，这里采用前一种方法，直接接入法是用特性阻抗为50欧姆的微带线直接接到谐振器上，通过调整接入点离方形环边沿中点的距离来调节品质因数，进而调节具体的频率特性。

其中波长如下计算：

${\mathrm{\λ}}_g={\mathrm{\λ}}_0/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{re}}}$

其中λ₀是中心频率在自由空间中对应的波长，ε_re为介质基板的有效介电常数，

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{re}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r-1}{2}\frac{1}{\sqrt{1+(12h/w)}}$

式中ε_r是介质基板的相对介电常数，h是基片厚度，w是微带线线宽。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于方形开环谐振器的窄带滤波器，包括介质基板，介质基板上表面的金属微带线，介质基板下表面的接地金属镀层和输入输出端口，其特征在于所述金属微带线为两个耦合的方形开环谐振器单元-A单元和B单元，其中A单元在距离B单元0.2-0.4mm处旋转90度，使其输入输出馈线成正交形式，所述两个方形开环谐振器单元在各自的开环缝隙处有向环内弯折的微带折线。

所述方形开环谐振单元的尺寸为：

方形边长：L1＝(10-12)mm，

输入输出带线长度：L2＝(6-8mm，

微带折线边长：L3＝(1.6-1.8)mm，

A.B单元的间距：d＝(0.2-0.4)mm，

开环处缝隙宽度：d1＝(0.2-0.4)mm

输入输出带线宽度：w＝(2.2-2.3)mm，

微带宽度：w1＝(0.8-1)mm。

所述介质基板表面的金属微带线和接地金属渡层的金属材料采用导电性良好的金、银、或铜。

所述介质基板为介电常数ε_r＝2.65介质板，厚度h＝0.8mm。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著有点：本发明的滤波器平面结构简单，加工误差小，实现了尺寸小型化，提高了频率选择性。

附图说明

图1是本发明微带滤波器结构图。

图2是传统方形开环微谐振器单元结构示意图。

图3是改进型方形开环谐振器单元结构示意图。

图4是方形开环谐振器抽头馈入结构示意图。

图5是传统方形开环微带滤波器微带布线结构示意图。

图6是改进型方形开环微带滤波器微带布线结构示意图。

图7是传统方形开环微带滤波器仿真的频率响应示意图。

图8是本发明带通滤波器仿真的频率响应示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：

实施例一：参见图1和图6，本基于方形开环谐振器的窄带滤波器，包括介质基板，介质基板上表面的金属微带线，介质基板下表面的接地金属镀层和输入输出端口，其特征在于所述金属微带线为两个耦合的方形开环谐振器单元-A单元和B单元，其中A单元在距离B单元0.2-0.4mm处旋转90度，使其输入输出馈线成正交形式，所述两个方形开环谐振器单元在各自的开环缝隙处有向环内弯折的微带折线。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：本实时例的方形开环谐振器单元结构图如图(3)所示，它是在传统结构图(2)的基础上添加枝节线，即在缝隙处添加折线结构，改变缝隙处的耦合特性。选用的介质基板的介电常数ε_r＝2.65，厚度h＝0.8mm，本设计采用抽头式输入输出方式，输入输出带线为宽度为2.2mm，特性阻抗为50Ω的微带线。

如图(1)所示，为本发明设计的微带滤波器的平面结构示意图，包括：正面部分的金属微带线、反面部分的金属镀层、中间层介质板和输入输出端口。金属微带线和电路板反面部分的金属镀层的金属材料均为铜。

基于上述方法设计了中心频率为2.58GHz，相对带宽约为8％的微带滤波器，设计目标为传输零点和谐波抑制的双优化实现，通过电磁仿真软件Sonnet进行仿真，调试。本实施例经过设计、仿真和优化，最终确定该微带超窄带带通滤波器的具体尺寸如下：

L1＝10mm，L2＝6mm，L3＝1.8mm，

d＝0.2mm，d1＝0.4mm，

w＝2.2mm，w1＝1mm。

图(7)显示了传统微带滤波器的频率响应仿真结果。

图(8)显示了该发明微带滤波器的仿真结构，仿真结果表明无论是带内特性还是带外抑制，本发明具有很好的优越性。同时跟图(7)相比降低了中心频率，相对来说相当于相同中心频率处减小了滤波器的尺寸，实现了小型化。

以上仿真结果表明：

(1)通带带宽约为180MHz，带内插入损耗均小于2.5dB，

(2)通带截止边沿陡峭，在100MHz内降到了-40dB，分别在2.44GHz处实现了截止上沿和2.86GHz处实现了截止下沿，分别插入了传输零点，

(3)在二倍中心频率处将谐波抑制到了50dB以外，并将二次谐波推到了6.4GHz处，离开中心频率3.5GHz，大大降低了谐波对滤波性能的影响，

在实现了带内，带外性能良好的同时尺寸也得到小型化，同时微带结构相对简单，印刷简易，材料损耗相对较小。

Claims (4)

1.一种基于方形开环谐振器的窄带滤波器，包括介质基板，介质基板上表面的金属微带线，介质基板下表面的接地金属镀层和输入输出端口，其特征在于所述金属微带线为两个耦合的方形开环谐振器单元-A单元和B单元，其中A单元在距离B单元0.2-0.4mm处旋转90度，使其输入输出馈线成正交形式，所述两个方形开环谐振器单元在各自的开环缝隙处有向环内弯折的微带折线。

2.根据权利要求1所述的基于方形开环谐振器的超窄带滤波器，其特征在于所述方形开环谐振单元的尺寸为：

方形边长：L1＝(10-12)mm，

输入输出带线长度：L2＝(6-8)mm，

微带折线边长：L3＝(1.6-1.8)mm，

A.B单元的间距：d＝(0.2-0.4)mm，

开环处缝隙宽度：d1＝(0.2-0.4)mm，

输入输出带线宽度：w＝(2.2-2.3)mm，

微带宽度：w1＝(0.8-1)mm。

3.根据权利要求1所述的基于方形开环谐振器的超窄带滤波器，其特征在于所述介质基板表面的金属微带线和接地金属渡层的金属材料采用导电性能良好的金、银、或铜。

4.根据权利要求1所述的基于方形开环谐振器的窄带滤波器，其特征在于所述介质基板为介电常数ε_r＝2.65介质板，厚度h＝0.8mm。

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