CN101986457A - 基于阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器 - 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；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

基于阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器

技术领域

本发明属于无线通讯设备技术，涉及一种多模谐振器设计，特别涉及超宽带带通滤波器设计。

背景技术

在2002年美国联邦通信委员会(FCC)将3.1～10.6GHz的频段自由开放用作通信领域的应用之后，超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域的极大关注。滤波器作为通信系统中不可或缺并广泛运用的无源器件，更是成为了研究的热点之一。由于超宽带滤波器要求工作在3.1～10.6GHz这样一个较宽的频段范围内，且要求该滤波器有较小的尺寸，传统的滤波器设计方法无法设计出如此宽频带的滤波器。

目前实现超宽带滤波器的方法有通过低通和高通滤波器级联或是利用多模谐振器结构等。各种传输线结构如平行耦合线、共面波导、微带线、带状线等结构和形式都被运用到超宽带滤波器的设计中来。但是，随着无线通讯产品都朝着轻、薄、短、小的方向发展，所以要求滤波器尺寸也越来越小。如何在保证超宽带滤波器的性能的前提下，减小滤波器尺寸乃是当今滤波器设计的一大挑战。

Zhu L.等在2005年的IEEE Microwave and Wireless Components Letters上发表的“Ultra-wideband(UWB)bandpass filters using multiple-mode resonator”一文中提出了一种基于多模谐振器结构的超宽带滤波器。由于该设计方法简单，实现的滤波器通带特性较好，故该文被大量引用，然而该结构的电路尺寸较大，而且阻带衰减慢，带外抑制较差。Zhu L.等继而又在2007的IEEEMicrowave and Wireless Components Letters上发表“Compact UWB bandpassfilter using stub-loaded multiple-mode resonator”一文，提出了基于枝节加载的多模谐振器结构用于改善上述多模结构超宽带滤波器的带外特性，并减小了电路尺寸。实验结果表明该结构虽然能够减小电路尺寸，但在带外抑制和阻带衰减特性上仍然没有得到大幅改善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有基于多模谐振器结构的超宽带滤波器尺寸大、阻带衰减慢、带外抑制差等缺点，提供一种阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器。它具有结构紧凑、带内带外性能更优的特点。

为实现本发明的目的采用的技术方案：一种阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，其特征是，由微带基片(11)、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(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；所述第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(6)为平行双线结构；所述第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(7)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(10)和第二均匀传输线单元(7)相连接；第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(6)通过阶梯阻抗谐振器(4)相连接，加载阶梯阻抗枝节(5)并联加载在水平的阶梯阻抗谐振器(4)上；第一平行耦合馈线(3)另一端和均匀传输线单元(2)相连接，第二平行耦合馈线(6)另一端和均匀传输线单元(7)相连接；其中，第一、第二平行耦合馈线长度均为中心频率6.85GHz的四分之一波长；

所述的反面部分包括：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)、第二缺陷地单元(9)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(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。

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(7)，均为50欧姆微带线。

所述反面部分的第一缺陷地单元(8)、第二缺陷地单元(9)均为矩形。且两个矩形分别位于正面部分的第一平行耦合馈线(3)、第二平行耦合馈线(6)的下方。

所述加载阶梯阻抗枝节为一节或两节以上。

所述加载阶梯阻抗枝节每一节均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阶梯阻抗谐振器(4)。

本发明相对于现有技术的优点和效果是：

1、阶梯阻抗枝节加载谐振器可以为多模谐振器提供更多调节自由度控制谐振器模式，不仅可以实现该谐振器所需的谐振模式均匀分布在超宽带通带内，将带外的所不需的谐振模式退离通带达到实现带外抑制的目的。

2、并联加载阶梯阻抗枝节在通带两端各产生一个传输零点，并且可以通过阶梯阻抗枝节调节，增强了滤波器的选择性。

3、该滤波器为平面结构，尺寸小，容易加工，易于和其他电路集成。

附图说明

图1是本发明的滤波器的一种结构透视图。

图2为图1的正面结构示意图。

图3为图1的反面结构示意图。

图4是实施例1频率响应的电磁仿真及测试曲线。

图5是本发明的滤波器的另一种结构透视图。

图6为图5的正面结构示意图。

图7为图5的反面结构示意图。

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，一种阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器包括：正面部分、微带基片11、反面部分和输入\输出端口。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10。正面部分和反面部分分别位于微带基片11的两个面上，反面部分作为滤波器的金属地板。

如图2所示，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、加载阶梯阻抗枝节5，第一平行耦合馈线3和第二平行耦合馈线6为平行双线结构，第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元7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相接，第二输入\输出端口10和第二均匀传输线单元7相接；第一平行耦合馈线3和第二平行耦合馈线6通过阶梯阻抗谐振器4相连接，第一平行耦合馈线3另一端和均匀传输线单元2相连，第二平行耦合馈线6另一端和均匀传输线单元7相连。其中，平行耦合馈线长度为中心频率6.85GHz的四分之一波长。加载阶梯阻抗枝节5并联加载在水平的阶梯阻抗谐振器4上，加载阶梯阻抗枝节5仅采用一节，采用均匀的高低阻抗线级联结构，由两段阻抗和电长度不同的第一微带线13和第二微带线14级联构成；其中，第一微带线13垂直连接阶梯阻抗谐振器4。其中高阻抗部分传输线14阻抗为101.323欧姆，相对中心频率6.85GHz的电长度为109.45°，低阻抗部分传输线15阻抗为34.47欧姆，相对中心频率6.85GHz的电长度为42.05°。

微带基片11介电常数为2.55，厚度为0.8mm。

如图3所示，所述的反面部分包括，第一缺陷地单元8、第二缺陷地单元9和接地金属单元12组成。第一缺陷地单元8、第二缺陷地单元9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。第二输入\输出端口10还与接地金属单元12相连接。第一缺陷地单元8、第二缺陷地单元9均为矩形。

如图4所示，本实施例的滤波器的频率特性包括：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2.9～10.9GHz，，群时延小于0.45ns，且滤波器具有非常良好选择性。

实施例二

如图5-图7所示，本实施例和实施例1的结构基本相同，唯一不同的是，在实施例1中，加载的阶梯阻抗枝节5为一节，而实施例2中的加载阻抗枝节共5和15两节。加载的两节阶梯阻抗枝节5和15结构相同，15也由两段阻抗和电长度不同的第一微带线16和第二微带线17级联构成。

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 (6)

1.一种阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，其特征是，由微带基片(11)、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(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；所述第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(6)为平行双线结构；所述第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(7)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(10)和第二均匀传输线单元(7)相连接；第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(6)通过阶梯阻抗谐振器(4)相连接，加载阶梯阻抗枝节并联加载在水平的阶梯阻抗谐振器(4)上；第一平行耦合馈线(3)另一端和均匀传输线单元(2)相连接，第二平行耦合馈线(6)另一端和均匀传输线单元(7)相连接；其中，第一、第二平行耦合馈线长度均为中心频率6.85GHz的四分之一波长；

所述的反面部分包括：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)、第二缺陷地单元(9)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(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。

2.根据权利要求1所述的阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，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所述的阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，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(7)，均为50欧姆微带线。

4.根据权利要求1所述的阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，其特征是，所述反面部分的第一缺陷地单元(8)、第二缺陷地单元(9)均为矩形，分别位于第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(6)下方。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，其特征是，所述加载阶梯阻抗枝节为一节或两节以上。

6.根据权利要求5所述的阶梯阻抗谐振器加载的阶梯阻抗超宽带滤波器，其特征是，所述加载阶梯阻抗枝节每一节均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阶梯阻抗谐振器(4)。

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