CN101901950A - 宽带三通带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种微带宽带三通带滤波器，设置于介质基板上，其电路网络包括：输入端传输线和输出端传输线；多个终端短路的三节阶梯阻抗短截线；相邻两个阶梯阻抗短截线之间的连接传输线。其中所述终端短路的三节阶梯阻抗短截线为三模谐振器，由三节不同特性阻抗不同长度的传输线相连而成，终端通过多个金属过孔实现接地。该三通带滤波器的通带较宽，三个通带的中心频率和带宽可设置，且相邻两个通带之间存在多个零点，隔离度高。

Description

宽带三通带滤波器

技术领域

本发明属于微波通讯设备技术领域，特别涉及微波三通带滤波器的设计。

背景技术

在近20年内，随着人们对移动通信的需求日益增长，现代无线通信技术经历了非常迅猛的发展阶段，而通信系统的标准也经历了一个不断创新和发展的过程。当前，移动通信已经形成了多运营商多通信标准同时并存，互相竞争发展的格局。在2009年初工信部发放出三张3G牌照后，目前国内并存的移动通信系统就已经包括了GSM、DCS、PHS、CDMA2000、TD-SCDMA和WCDMA等多种标准。再加上无线局域网系统WLAN的两个标准，在用的通信系统标准纷繁复杂，频率资源的使用也各不相同。

多标准并存的移动通信格局对现代射频系统和器件的发展提出了挑战。首先，越来越多的通信设备，比如基站或终端设备，需要同时支持两个甚至两个以上通信系统的工作，这就要求其射频前端能够同时处理多个频段的信号传输与信号分离。多种多模射频组件曾经被提出过，包括2.4/5.2GHz WLAN双模收发组件、WCDMA/GSM双模射频前端、GSM/DCS射频接收机和三频GPRS收发组件等等。双通带和三通带滤波器是构建这些多模射频系统的关键器件，其性能决定了系统构架的性能。

作为多系统通信信号的优化覆盖的室内外无线覆盖系统和网络优化系统，比如直放站和塔顶放大器、干线放大器、多频合路平台(POI)等，需要将多个通信系统的射频信号进行复杂的合路，然后一起进行传输和处理。在这些过程中，为了能够实现多个通带信号的同时传输，并且抑制通带间的杂散信号，必须使用多通带滤波器，且有时候需要使用带宽较宽的多通带滤波器。

另外，在一些复杂的微波混频电路和频率合成器中，也常常会有这样的要求，必须同时允许多个有用频率信号的传输，而抑制掉其他的谐波或杂波。在这样的系统中，假如能够使用多通带滤波器，则可以优化系统设计方案，减少滤波次数，缩减体积，节省成本，且大幅提高性能。多通带滤波器为提出新型微波射频电路系统提供了新的技术基础。有鉴于上面所述，多通带滤波器的研究(主要包括双通带和三通带滤波器)具有重要的应用意义。

针对三通带滤波器的设计，文献报道的方案主要有以下几种：其一，首先获取三通带滤波器的传输函数，然后利用耦合矩阵提取法获得三通带滤波器的耦合矩阵，延用耦合谐振器滤波器的实现结构(如同轴腔体滤波器形式)实现三通带滤波器。这种方法产生的通带间距往往很小。第二种方法是使用三模谐振器，通过一定的耦合结构实现三通带响应。最常用的三模谐振器是阶梯阻抗三模谐振器。由于常常采用平行耦合的结构，可实现的带宽较窄。且由于耦合结构不能等效为具有宽带特性的理想J变换器，所以无法随意调整各通带带宽之间的比例。第三种方法是使用三套不同频率的谐振器，使用三套耦合网络，分别实现三个通带。这种方法的设计复杂度太高，设计难度也较大。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽带三通带滤波器的实现方案，使其能够解决现有三通带滤波器方案中存在的通带间距较小、通带带宽较窄、通带带宽比例无法调节等等缺陷。本发明所提供的三通带滤波器设计方法易于实现较宽的通带，且各通带带宽的比例可以在一定范围内设置，通带间的隔离度较高。

技术方案

一种微带宽带三通带滤波器，设置于微带介质基板上，其电路网络包括：输入端传输线和输出端传输线；多个终端短路的三节阶梯阻抗短截线；相邻两个阶梯阻抗短截线之间的连接传输线。

其中所述终端短路的三节阶梯阻抗短截线由三节不同特性阻抗不同长度的传输线相连而成，终端通过多个金属过孔实现接地。三节阶梯阻抗短截线为三模谐振器。当频率由低到高变化，其输入阻抗会依次出现最低的三个极点，分别对应于三个谐振模式f_r1、f_r2、f_r3；在三个谐振频率之间，输入阻抗会出现两个零点f_z1、f_z2，分别对应于三个通带之间的两个传输零点。各谐振频率与零点频率之间高低顺序为：

f_r1＜f_z1＜f_r2＜f_z2＜f_r3

这些谐振频率和零点频率与阶梯阻抗短路短截线的各段微带传输线的长度及特性阻抗相关，可以通过设置各段传输线的长度和特性阻抗来设置各谐振模式的谐振频率与点纳斜率，从而设置各通带的中心频率和带宽。

使用三节阶梯阻抗短路短截线代替传统四分之一波长短截线滤波器中的短路短截线，可以获得三通带滤波器。在每个通带的中心频率处，三节阶梯阻抗短路短截线都可以等效为一定特性阻抗的四分之一波长终端短路短截线。

使用一定长度一定特性阻抗的连接传输线段作为耦合元件连接任意相邻的两个三节阶梯阻抗短路短截线，其长度一般为三通带中间频率处波长的四分之一左右。由于连接传输线在三个通带中心频率的电长度不都为90度，因此当其作为耦合元件，必然会引起通带频率的牵引，实际设计中需要通过调节各三节阶梯阻抗短截线中的各段传输线的长度和特性阻抗来补偿频率的偏移。

这种三通带滤波器由于使用连接传输线实现级间强耦合，因而各通带的带宽都较宽。

对于一个N阶的三通带滤波器，相邻两个通带之间有N个传输零点，而且这些零点与通带边缘的间距很小，因此从通带到阻带的抑制陡峭度较高，通带之间的隔离度高，

本发明与现有技术相比的有益效果是：1，各通带的带宽较宽；2，通带间的隔离度较高；3，可以通过调节各阶梯阻抗短截线中传输线的长度和特性阻抗实现各通带频率和带宽的调节；4，引入弯曲折叠式的传输线，可以实现电路的小型化；5，加工难度低，易于实现大批量生产。

附图说明

图1是本发明的三通带滤波器正面电路示意图。

图2是本发明的三通带滤波器电路仿真和电磁场仿真频率响应曲线图。

具体实施方式

图1为一个三阶的微带三通带滤波器的正面电路图。该滤波器实施于介质基板100上，其中包含输入端传输线101和输出端传输线104(皆为特性阻抗50欧姆的微带线)；三个三节接替阻抗短路短截线，其中左边的短截线包含微带传输线111、121和131，中间的短截线包含微带传输线112、122，132，而右边的短截线包含微带传输线113、123和133；阶梯阻抗短截线的终端通过多个金属过孔140实现接地；三个三节阶梯阻抗短截线依次由弯曲的微带传输线102和103连接。

实施例中介质基板100为Rogers4003C，厚度0.4mm，介电常数为3.38，正面为滤波器电路，而反面为敷铜接地面。整个电路的面积为53.6*60mm²。输入端传输线线101的宽度为0.92mm，长度为10mm；输出端传输线102的宽度为0.92mm，长度为15mm。连接传输线102和103的宽度都为0.64mm，弯曲线的总长度都为23mm。左边和右边两个三节阶梯阻抗短截线完全相同，其中传输线111和113的宽度为0.78mm，长度都为32.2mm；传输线121和123的宽度都为0.71mm，弯曲线的总长度都为31.5mm；传输线131和133的宽度都为6mm，长度都未20.4mm。虚线151所示为传输线111和121的连接位置；虚线152所示为传输线113和123的连接位置。中间的三节阶梯阻抗短截线中，传输线112的宽度为0.65mm，长度为22.3mm；传输线122的宽度为1mm，弯曲线的总长度为37.9mm；传输线123的宽度为4.6mm，长度为17.3mm。每个短截线的终端由三个圆形金属过孔实现接地，金属过孔140的直径为0.8mm。

图2分别利用电路仿真软件Ansoft Serenade 8.7和电磁场仿真软件Sonnet对该滤波器作了仿真，仿真所得响应曲线基本一致。201为两种软件仿真所得滤波器回波损耗S11曲线，而202为仿真所得S21曲线。三个通带的频率范围分别为0.65-1.04GHz、1.58-1.94GHz和2.22-2.48GHz，绝对带宽分别为0.39GHz、0.36GHz和0.26GHz，而相对带宽分别为47％、20％和11％。最低通带和中间通带之间的隔离达到27dB以上；中间通带和最高通带之间的隔离达到45dB。以上由低到高的三个通带的回波损耗S11分别高于17dB、13dB和15dB。

在具体实施中，连接传输线及各阶梯阻抗短截线的各段传输线可以根据电路的方便设计为弯曲的甚至蜿蜒曲折的传输线段。各阶梯阻抗短路短截线可以位于主传输通道的任何一侧。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明的实施范围，即凡依本发明权利要求及发明说明书内容所作的简单的等效变化或修饰，皆应仍属于本发明专利覆盖的范围。

Claims (4)

1.一种应用于微波射频电路或系统的三通带带通滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：输入端传输线和输出端传输线；多个终端短路的三节阶梯阻抗短截线传输线；相邻两个阶梯阻抗短截线之间的连接传输线。

2.如权利要求1所述的三通带滤波器，其特征在于，所述终端短路的三节阶梯阻抗短截线为三模谐振器，由三节不同特性阻抗不同长度的传输线相连而成，终端通过多个金属过孔实现接地。

3.如权利要求1所述的三通带滤波器，其特征在于，相邻两个三节阶梯阻抗短截线之间通过一定长度的连接传输线实现强耦合。

4.如权利要求1所述的三通带滤波器，其特征在于，连接传输线以及阶梯阻抗短截线都可以通过电路的弯曲实现电路面积的缩减。 

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