CN101958442A - 基于楔形sir结构的微波三频带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种基于楔形SIR结构的低损耗三通带微带滤波器，该三通带微带滤波器在50欧姆阻抗匹配的微带传输线上采用耦合式的馈电结构，并在其下方加入了矩形的缺陷地结构(DGS)；谐振器采用的是交叉指型耦合的楔形SIR结构。所述楔形SIR结构采用了渐变线改善SIR的阻抗突变，达到平滑效果，同时又可以等效为多阶SIR的一个极限形式，耦合效果更强。在50欧姆的耦合馈线下方加入的矩形缺陷地结构(DGS)，等效于在后级的带通滤波器的前端级联一个低通滤波器，这样在不增加滤波器体积的情况下进一步优化了滤波器的性能。本发明设计的一种基于新型楔形SIR结构的低损耗三通带滤波器相比单一的滤波器结构更小，更适合小型化三通带的现代通信的要求。

Description

基于楔形SIR结构的微波三频带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种楔形SIR结构的微波三频带通滤波器，属微波传输器件技术领域。
背景技术
滤波器作为现代通信设备中不可缺少的关键器件之一，它能有效地滤除各种无用信号及噪声信号，降低各通信频道间的信号干扰，从而保障通信设备的正常工作，实现高质量的通信，进而达到频谱资源的有效利用。微带滤波器由于本身尺寸小、加工复杂度相对较低、质量轻及易于集成等优点，在微波集成电路(MIC)等电路中得到了广泛使用。
为了充分利用现有的频谱和基础设备资源，在通信系统中设置能同时工作的多个通信频段，有效途径之一就是研究和开发高性能的多频段微波滤波器。三频带通滤波器可以同时工作在无线通信的三个不同频段。三频带通滤波器可以大大降低多频系统体积，提高系统可靠性，因此通信设备中三频段滤波器已经成为微波频段的无线通信设备中的重要元件。
现有文献中，有关于微带交指带通滤波器的研究，《信息与电子工程》2008年6月2日公开了一种基于SIR结构的新型微带交指带通滤波器的文献，该文分析了四分之一波长阶跃阻抗谐振器(SIR)能够抑制寄生响应的特点和实现滤波器小型化设计的原理后，利用SIR增加了设计滤波器的灵活度，实现了对L波段传统微带交指带通滤波器的改进，得到了基于SIR结构的新型微带交指带通滤波器。
但在现有的文献中，未出现过楔形SIR结构，也没有对楔形SIR结构应用的实例。楔形SIR结构不仅具有结构简单，小型化的特点，而且相比传统的SIR结构多了一个设计自由度。相对于一般的谐振器结构，设计更加灵活，对高次谐波的利用效果更高。在原有耦合馈线的基础上，加入缺陷地结构(DGS)，可以等效为滤波器级联，更进一步的优化滤波器的性能。
发明内容
本发明的目的是，提出一种新的谐振器结构，并应用这种新型结构，设计一种三频带通滤波器。为了进一步减少体积，设计采用了交叉指型的耦合方式。三频带通滤波器的谐振器采用楔形SIR的结构，相当于在不改变原有尺寸的基础上整合了低通和带通滤波器，优化了其性能。
本发明的技术方案是，在50欧姆阻抗匹配的微带传输线上采用耦合式的馈电结构，并在其下方基板底层加入了矩形的缺陷地结构(DGS)；谐振器采用的是交叉指型耦合的楔形SIR结构。
本发明基于楔形SIR结构的微波三频带通滤波器构建在介质板上，由耦合馈线1、6；楔形SIR 2、4；基板底层的矩形的缺陷地结构3、5所组成；楔形SIR 2和楔形SIR 4相互插入组成交叉指型耦合谐振器结构；耦合馈线1与楔形SIR 2耦合，耦合馈线6与楔形SIR 4耦合；下方基板底层加入了矩形的缺陷地结构，矩形的缺陷地结构3位于馈线1和谐振器之间刚好与谐振器楔形SIR 2相切的位置，矩形的缺陷地结构5位于馈线6和谐振器之间刚好与谐振器楔形SIR 4相切的位置。
本发明中的楔形SIR结构如图1所示，其结构特点是采用了渐变线改善SIR的阻抗突变，达到平滑效果，同时又可以等效为多阶SIR的极限形式，耦合效果更强。
本发明中应用楔形SIR谐振器设计的交叉指型耦合结构的双频微带滤波器如图2所示，相比传统的交叉指型耦合，楔形SIR多了一个设计自由度，不同的渐变线角度对第一通带影响不大，但对第二通带影响很大，即通过对渐变线角度的改变，改变第二通带的性能。
本发明在50欧姆的耦合馈线下方加入矩形缺陷地结构(DGS)，等效于在后级的带通滤波器的前端级联一个低通滤波器，这样在不增加滤波器体积的情况下进一步优化滤波器的性能。
本发明对传统的SIR结构进行了优化改进，相比于传统的SIR结构，楔形SIR结构有更灵活的设计方法，非对称的结构可以大大增强耦合。
本发明与现有技术比较的有益效果是，本发明采用楔形SIR结构不仅具有结构简单，小型化的特点，而且相比传统的SIR结构多了一个设计自由度。相对于一般的谐振器结构，设计更加灵活，对高次谐波的利用效果更高。在原有耦合馈线的基础上，加入缺陷地结构(DGS)，可以等效为滤波器级联，更进一步的优化滤波器的性能。
本发明由于本身尺寸小、加工复杂度相对较低、质量轻及易于集成等优点，可广泛适用于微波集成电路(MIC)等电路中。
附图说明
图1是楔形SIR结构图；
图2是应用楔形SIR结构设计的双通带带通滤波器；
图3是在馈线处加入矩形缺陷地结构(DGS)的三通带带通滤波器背面结构图；
图4本发明的整体结构设计图；
图5为本发明实施例基于楔形SIR结构微波三频带通滤波器的仿真图；
图中图示：1耦合馈线；2楔形SIR；3基板底层的DGS结构；4楔形SIR；5基板底层的DGS结构；6耦合馈线。
具体实施方式
本发明实施例如图1、图2、图3、图4和图5所示。
图1为本发明实施例中楔形SIR结构图；图2为本发明实施例中应用谐振SIR设计的交叉指型双通带带通滤波器结构图；图3为本实施例基于楔形SIR结构的三频带通滤波器上层整体尺寸图；图4为本发明实施例DGS层的整体尺寸图；图5为本实施例基于楔形SIR结构微波三频带通滤波器的仿真图。
本实施例基于楔形SIR结构的微波三频带通滤波器构建在尺寸为2mm×20mm，厚度为0.8mm，介电常数为4.5的介质板上。
楔形SIR的低阻抗宽度W1＝0.8mm，高阻抗W2＝0.2mm，L1＝12.36mm，L2＝3.13mm，渐变线长度L3＝4.27mm，L4＝4.8mm，L5＝4mm，L6＝4mm。谐振器与谐振器之间的间距分别为S1＝0.6mm，S2＝0.6mm。耦合馈线的宽度为0.2mm，长度为8.6mm，耦合间隙为0.25mm。接地层的矩形缺陷地结构尺寸为宽W3为1.1mm，长L10为7.78mm，矩形的位置选在馈线和谐振器之间刚好与谐振器相切的位置。其它相关尺寸为：L7＝20mm，L8＝20mm，L9＝4.22mm，L11＝6mm。
图5所示为本发明实施例基于楔形SIR结构微波三频带通滤波器的仿真结果。结果中可以很明显的看出各个频点在通过滤波器的衰减情况，S21曲线表示插入损耗，是指信号从一端到另一端信号的衰减情况，越接近0dB，表示信号的衰减越少，滤波器的通带特性越好；S11曲线是回波损耗，表示信号在进入一端口时反弹回多少，这个量越小，表示信号反弹回的能量越小，而接近0dB，则表示信号全部反射，信号没有通过。
由于采用楔形SIR结构，这种结构可以自由设计所需要频段的带通滤波器，而后面的高次谐波所形成的通带，也可根据阻抗比来进行调整。设计的主通带中心频率为2.5G，带宽为150M，传输极点为-10.86dB；第二通带的中心频率为5.6G，带宽为450M，传输极点为-23.24dB；第三通带中心频率为9.1G，带宽为120M，传输极点为-14.29dB。现有的工业标准要求90％以上的信号能量可以通过滤波器，即要求回波损耗小于-10dB，仿真结果表明的三个通带的回波损耗均小于-10dB，满足工业标准。
从电路的仿真结果可以看出，原来并不明显的第三通带的出现，其表现出良好的特性。因此，设计一种基于新型楔形SIR结构的低损耗三通带滤波器相比单一的滤波器结构更小，更适合小型化三通带的现代通信的要求。

Claims (3)

1.一种基于楔形SIR结构的低损耗三通带微带滤波器，其特征在于，所述三通带微带滤波器在50欧姆阻抗匹配的微带传输线上采用耦合式的馈电结构，并在其下方基板底层加入了矩形的缺陷地结构；谐振器采用的是交叉指型耦合的楔形SIR结构；
所述三通带微带滤波器由馈线1、6；楔形SIR 2、4；基板底层的矩形缺陷地结构3、5所组成；楔形SIR 2和楔形SIR 4相互插入组成交叉指型(交指)耦合谐振器结构；耦合馈线1与楔形SIR 2耦合，耦合馈线6与楔形SIR 4耦合；下方基板底层加入了矩形的缺陷地结构，矩形的缺陷地结构3位于馈线1和谐振器之间刚好与楔形SIR 2相切的位置，矩形的缺陷地结构5位于馈线6和谐振器之间刚好与楔形SIR 4相切的位置。
2.根据权利要求1所述的基于楔形SIR结构的低损耗三通带滤波器，其特征在于，所述楔形SIR结构采用了渐变线改善SIR的阻抗突变，达到平滑效果，同时又可以等效为多阶SIR的一个极限形式，耦合效果更强。
3.根据权利要求1所述的基于楔形SIR结构的低损耗三通带滤波器，其特征在于，所述矩形的缺陷地结构，等效于在后级的带通滤波器的前端级联一个低通滤波器，这样在不增加滤波器体积的情况下进一步优化滤波器的性能。
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