CN101986456A - 一种具有陷波特性的超宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，其由微带基片11、正面部分、反面部分和输入\输出端口组成；正面部分包括相互连接的第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(7)、第一平行耦合馈线(3)、第二平行耦合馈线(6)、阶梯阻抗谐振器(4)和加载阶梯阻抗枝节(5)；反面部分包括：第一缺陷地单元(8)、第二缺陷地单元(9)和接地金属单元(12)；第一缺陷地单元(8)位于第一平行耦合馈线(3)下方，第二缺陷地单元(9)位于第二平行耦合馈线(6)下方；第一输入\输出端口(1)、第二输入\输出端口(10)还与接地金属单元(12)相连接。该滤波器结构紧凑、带内带外性能更优。

Description

一种具有陷波特性的超宽带滤波器

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的微带滤波器，具体是一种具有无线局域网(WLAN)干扰信号抑制功能的紧凑型平面超宽带滤波器。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，人们对信息系统的要求越来越高。目前主要使用的无线接入技术有蓝牙，红外和超宽带等。蓝牙和红外接入技术由于受到传输速率低、带宽小等缺点的约束，其应用受到限制。超宽带(UWB)技术以其系统简单，成本低，功耗小，数据传输速度快，安全性高等优点成为目前通信领域的一个研究热点。作为这个系统的一个重要器件，高性能的超宽带带通滤波器得到了越来越多的关注。另一方面，无线局域网(WLAN)的标准将IEEE802.11a将5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz这两个频段都作为其工作频段之一，在两种系统都存在的情况下，可能会对超宽带系统形成干扰，因此有必要设计一种能够抑制WLAN信号干扰的超宽带滤波器。

目前实现超宽带滤波器的常用方法就是在原有滤波器的基础上嵌入带阻单元。内嵌带阻单元的实现方式总结起来有以下几个方面：一、增加开槽传输线单元；二、内嵌开路枝节；三、引入带阻单元与滤波器之间耦合实现阻带。上述实现方法的主要问题首先表现在带阻特性的带宽控制上，不能简便控制陷波频率和带宽，其次加工较为复杂，并且不便于扩展以实现双陷波特性。因此需要一种陷波结构能够实现简便控制带阻特性并实现所陷波特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种能够抑制WLAN信号干扰的小型超宽带滤波器，使其设计简单，结构紧凑，加工成本低，特性好，适用于超宽带无线通信的需要。其次本发明不仅可以用于传统单陷波特性设计，还可以扩展到双陷波特性乃至于多陷波特性的超宽带滤波器，实现工作范围在3.1-10.6GHz这样一个比较宽的频带，并能在5.2GHz及5.8GHz处产生阻带，抑制WLAN的IEEE802.1a标准频段的信号对IEEE802.15.3a标准的频段干扰。该滤波器阻带频率和带宽均可以独立控制。

为实现本发明的目的采用的技术方案：一种具有陷波特性的超宽带滤波器，其特征是，由微带基片(12)、正面部分、反面部分和输入\输出端口组成，所述正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为所述滤波器的金属接地板；

所述的正面部分包括：第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(10)、第一平行耦合馈线(5)、第二平行耦合馈线(6)、第一带阻单元(3)、第二带阻单元(4)、第三带阻单元(7)、第四带阻单元(8)和阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)；所述第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(10)分别位于正面的左右两端且处于同一水平线上，所述第一输入\输出端口(1)和第一均匀传输线单元(2)相连接，第二输入\输出端口(11)和第二均匀传输线单元(10)相连接；所述第一平行耦合馈线(5)和第二平行耦合馈线(6)分别呈“[”形和“]”形并以开口端相向排列；第一平行耦合馈线(5)和第二平行耦合馈线(6)的开口端通过阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)相连接；第一平行耦合馈线(5)非开口端和第一均匀传输线单元(2)相连接，第二平行耦合馈线(6)非开口端和第二均匀传输线单元(10)相连接；阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)由超宽带中心频率6.85GHz的半波长谐振器加载一段阶梯阻抗枝节组成；第一带阻单元(3)和第二带阻单元(4)以缝隙耦合的方式与第一平行耦合馈线(5)相连接，第三带阻单元(7)和第四带阻单元(8)以缝隙耦合的方式与第二平行耦合馈线(6)相连接；第一带阻单元(3)、第二带阻单元(4)、第三带阻单元(7)、第四带阻单元(8)分为左右两对，分别分布在第一、第二平行耦合馈线上下两侧；第一带阻单元(3)、第二带阻单元(4)、第三带阻单元(7)、第四带阻单元(8)的谐振频率为所需设计阻带的中心频率，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在所需频率处产生阻带；

所述的反面部分包括：第一缺陷地单元(13)、第二缺陷地单元(14)和接地金属单元(15)；第一缺陷地单元(13)、第二缺陷地单元(14)均是在金属地板上刻蚀去除相应的结构形状，从而形成的空气单元；第一缺陷地单元(13)位于第一平行耦合馈线(5)下方，第二缺陷地单元(14)位于第二平行耦合馈线(6)下方；第一输入\输出端口(1)、第二输入\输出端口(11)还与接地金属单元(15)相连接。

为了更好地实现本发明，所述微带基片(11)相对介电常数为1～100，厚度为0.1mm～5mm。

所述第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(10)，均为50欧姆微带线。

所述反面部分的第一缺陷地单元(13)、第二缺陷地单元(14)均为矩形，且两个矩形分别位于第一平行耦合馈线(5)下方和第二平行耦合馈线(6)下方。

所述阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)中加载的一端阶梯阻抗枝节由两段阻抗和电长度不同的第一微带线和第二微带线级联构成；其中，第一微带线垂直连接半波长谐振器，第二微带线与半波长谐振器平行。

所述第一微带线和第二微带线共轴分布。

本发明相对于现有技术的优点和效果是：

1、使用阶梯阻抗枝节加载谐振器不仅能在3.1-10.6GHz内产生三个均匀分布的谐振模式，而且能在通带两侧阻带各产生一个传输零点，使得所设计的超宽带滤波器具有高选择性。

2、本设计可以将滤波器设计与带阻特性设计分开，带阻单元的引入不需要对原来滤波器结构参数做任何改变，而且基本不影响原来滤波器的性能。

3、带阻单元的结构设计可以灵活多样，可以实现单陷波特性也可以实现双陷波功能。而且阻带的带宽可以通过带阻单元与平行耦合线之间的耦合间隙来控制。

4、该电路为平面结构，容易加工，结构紧凑，易于与其他电路集成。

附图说明

图1为本发明超宽带滤波器总体的结构示意图。

图2为本发明超宽带滤波器的正面结构示意图。

图3为本发明超宽带滤波器的反面结构示意图。

图4是具有陷波特性超宽带滤波器频率响应的电磁仿真及测试曲线。

图5是陷波处频率响应的细部曲线。

其中：1、11为输入\输出端口；2、10为50欧姆均匀传输线；3、4、7、8为实现陷波的四个带阻单元；5、6为平行耦合馈线；9为阶梯阻抗枝节加载谐振器；13、14为缺陷地单元；12为微带基片；15为接地金属单元。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本发明的滤波器由微带基片12、正面部分、反面部分和输入\输出端口组成，所述正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为所述滤波器的金属接地板；输入\输出端口有两个，分别为输入\输出端口1和输入\输出端口11。

如图2所示，正面部分包括：第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元10、第一平行耦合馈线5、第二平行耦合馈线6、第一带阻单元3、第二带阻单元4、第三带阻单元7、第四带阻单元8和阶梯阻抗枝节加载谐振器9；第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元10分别位于正面的左右两端且处于同一水平线上，第一输入\输出端口1和第一均匀传输线单元2相连接，第二输入\输出端口11和第二均匀传输线单元10相连接；第一平行耦合馈线5和第二平行耦合馈线6分别呈“[”形和“]”形并以开口端相向排列；第一平行耦合馈线5和第二平行耦合馈线6的开口端通过阶梯阻抗枝节加载谐振器9相连接；第一平行耦合馈线5非开口端和第一均匀传输线单元2相连接，第二平行耦合馈线6非开口端和第二均匀传输线单元10相连接；阶梯阻抗枝节加载谐振器9由超宽带中心频率6.85GHz的半波长谐振器加载一端阶梯阻抗枝节组成；其中，阶梯阻抗枝节加载谐振器9中加载的一端阶梯阻抗枝节由两段阻抗和电长度不同的第一微带线和第二微带线级联构成；其中，第一微带线垂直连接半波长谐振器。第一带阻单元3和第二带阻单元4以缝隙耦合的方式与第一平行耦合馈线5相连接，耦合缝隙为0.21mm；第三带阻单元7和第四带阻单元8以缝隙耦合的方式与第二平行耦合馈线6相连接，耦合缝隙为0.21mm；第一带阻单元3、第二带阻单元4、第三带阻单元7、第四带阻单元8分为左右两对，分别分布在第一、第二平行耦合馈线上下两侧，并相对于第一、第二平行耦合馈线所在水平线的垂直平分线左右对称；第一带阻单元3、第二带阻单元4、第三带阻单元7、第四带阻单元8的谐振频率均为5.775GHz(WLAN频段5.725-5.825GHz的中心频率)，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在5.8GHz处产生阻带，耦合缝隙的调整可以改变阻带带宽。微带基片12介电常数为2.55，厚度为0.8mm。

如图3所示，反面部分包括：第一缺陷地单元13、第二缺陷地单元14和接地金属单元15；第一缺陷地单元13、第二缺陷地单元14均是在金属地板上刻蚀去除相应的结构形状，从而形成的空气单元；第一缺陷地单元13位于第一平行耦合馈线5下方，第二缺陷地单元14位于第一平行耦合馈线6下方；第二输入\输出端口11还与接地金属单元15相连接。

如图4所示，本实施例的频率特性包括：S21(插入损耗)参数和S11(回波损耗)参数，群时延。横坐标代表频率变量，单位为GHz，左纵坐标代表幅度变量，单位为dB。右纵坐标为群时延，单位为ns。从图4可见，本发明的超宽带滤波器的3dB带宽为3.08-11.9GHz，其中在5.775GHz处为一阻带。除了阻带外，其他频率群时延小于0.5ns。图5所示为滤波器阻带相应的细部，在5.775GHz处陷波幅度为44dB，-10dB阻带带宽为5.02％。

本例中，四个带阻单元分为左右两对，每对中的两个谐振单元设计在同一个谐振频率时可以在该频率处产生一个阻带，当设计在两个不同的谐振频率是则可以产生两个相应频率的阻带。同时改变带阻单元和耦合馈线之间的缝隙大小能够控制阻带的带宽。耦合缝隙的大小可以根据带宽的需要来调节，耦合缝隙越小，带宽越宽，反之亦然。同时，第一带阻单元3、第二带阻单元4、第三带阻单元7、第四带阻单元8的谐振频率还可以根据实际需要，设计为所需设计阻带的中心频率，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在所需频率处产生阻带。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有陷波特性的超宽带滤波器，其特征是，由微带基片(12)、正面部分、反面部分和输入\输出端口组成，所述正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为所述滤波器的金属接地板；

所述的正面部分包括：第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(10)、第一平行耦合馈线(5)、第二平行耦合馈线(6)、第一带阻单元(3)、第二带阻单元(4)、第三带阻单元(7)、第四带阻单元(8)和阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)；所述第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(10)分别位于正面的左右两端且处于同一水平线上，所述第一输入\输出端口(1)和第一均匀传输线单元(2)相连接，第二输入\输出端口(11)和第二均匀传输线单元(10)相连接；所述第一平行耦合馈线(5)和第二平行耦合馈线(6)分别呈“[”形和“]”形并以开口端相向排列；第一平行耦合馈线(5)和第二平行耦合馈线(6)的开口端通过阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)相连接；第一平行耦合馈线(5)非开口端和第一均匀传输线单元(2)相连接，第二平行耦合馈线(6)非开口端和第二均匀传输线单元(10)相连接；阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)由超宽带中心频率6.85GHz的半波长谐振器加载一端阶梯阻抗枝节组成；第一带阻单元(3)和第二带阻单元(4)以缝隙耦合的方式与第一平行耦合馈线(5)相连接，第三带阻单元(7)和第四带阻单元(8)以缝隙耦合的方式与第二平行耦合馈线(6)相连接；第一带阻单元(3)、第二带阻单元(4)、第三带阻单元(7)、第四带阻单元(8)分为左右两对，分别分布在第一、第二平行耦合馈线上下两侧；第一带阻单元(3)、第二带阻单元(4)、第三带阻单元(7)、第四带阻单元(8)的谐振频率为所需设计阻带的中心频率，通过平行耦合馈线以缝隙耦合方式在所需频率处产生阻带；

所述的反面部分包括：第一缺陷地单元(13)、第二缺陷地单元(14)和接地金属单元(15)；第一缺陷地单元(13)、第二缺陷地单元(14)均是在金属地板上刻蚀去除相应的结构形状，从而形成的空气单元；第一缺陷地单元(13)位于第一平行耦合馈线(5)下方，第二缺陷地单元(14)位于第二平行耦合馈线(6)下方；第一输入\输出端口(1)、第二输入\输出端口(11)还与接地金属单元(15)相连接。

2.根据权利要求1所述的具有陷波特性的超宽带滤波器，其特征是，所述微带基片(11)相对介电常数为1～100，厚度为0.1mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的具有陷波特性的超宽带滤波器，其特征是，所述第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(10)，均为50欧姆微带线。

4.根据权利要求1所述的具有陷波特性的超宽带滤波器，其特征是，所述反面部分的第一缺陷地单元(13)、第二缺陷地单元(14)均为矩形，且两个矩形分别位于第一平行耦合馈线(5)和第二平行耦合馈线(6)下方。

5.根据权利要求1所述的具有陷波特性的超宽带滤波器，其特征是，所述阶梯阻抗枝节加载谐振器(9)中加载的一端阶梯阻抗枝节由两段阻抗和电长度不同的第一微带线和第二微带线级联构成；其中，第一微带线垂直连接半波长谐振器。

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