CN102437400B

CN102437400B - 四阶交叉耦合带通滤波器

Info

Publication number: CN102437400B
Application number: CN201110247593.8A
Authority: CN
Inventors: 姜伟; 沈玮; 周亮; 尹文言; 毛军发
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: CN102437400A

Abstract

本发明公开一种四阶交叉耦合带通滤波器，包括输入、输出馈线、带阻结构、两个对置的第一、第二谐振器；在第一、第二谐振器的内部耦合了一个双模的第三谐振器；第一和第二谐振器为完全相同的开路环结构，用于实现级间信号的耦合；第三谐振器为一个中心加载谐振器，包括开口型微带线和T型结构，开口型微带线的长度为滤波器中心频率的半波长，第三谐振器内嵌于第一和第二谐振器内，构成交叉耦合；输入、输出馈线分别连接在第一、第二谐振器上；两个相同的带阻结构加在输入、输出馈线上。本发明将一双模谐振器内置于两个相互耦合的半波长谐振器之间，同时采用非对称馈电方式以及增加带阻结构，使得该滤波器具有高频率选择性和宽阻带特性。

Description

四阶交叉耦合带通滤波器

技术领域

本发明涉及的是一种微波微带滤波器，具体的说，涉及的是一种高频率选择性、宽阻带四阶交叉耦合带通滤波器。

背景技术

具有小体积、高频率选择性、宽阻带的微带带通滤波器，作为无线通信系统前端的重要器件，越来越受到研究人员的关注。

高频率选择性是指滤波器的频率响应的通带与阻带之间的过渡非常迅速，在通带与阻带间引入传输零点将大大改善滤波器的频率选择性。Hong J-S等人在1996年提出一种开环四阶交叉耦合带通滤波器（J. S. Hong, and M. J. Lancaster, “Couplings of microstrip square open loop resonators for cross-coupled planar microwave filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 44, no. 12, pp. 2099-2109, Dec. 1996.），该滤波器通过引入交叉耦合使得信号从滤波器的输入端传输到输出端不仅通过主耦合路径，还通过了交叉耦合路径，电磁信号在某一频点幅度相同、相位相反，从而产生传输零点，改善了频率选择性。在此之后，陆续有研究人员设计出性能更加优越的四阶交叉耦合滤波器，如“Miniaturized cross-coupled filter with second and third spurious responses suppression,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 15, no. 2, pp. 122–124, Feb. 2005.作者用四个阶梯阻抗谐振器代替四个均匀阻抗谐振器并添加谐波抑制单元，虽然耦合拓扑结构与1996年Hong J-S提出的滤波器相同，却很好地抑制了二次和三次谐波。遗憾的是，通带两侧的零点数目没有增加，谐振器的数目没有减少，结构不够紧凑。

寄生通带的存在会影响单通带滤波器的阻带抑制特性，所以谐波抑制也是近来研究人员关注的热点问题。为了获得宽阻带，阶梯阻抗谐振器以及缺陷地结构常常被应用于滤波器设计当中。但是一旦阶梯阻抗谐振器或者缺陷地结构的尺寸发生变化往往会对滤波器的通带性能产生较大的影响，不便于设计。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种四阶交叉耦合带通滤波器，该滤波器将一双模谐振器内置于两个相互耦合的半波长谐振器之间，结构紧凑，节约面积，同时采用非对称馈电方式以及增加带阻结构，使得该滤波器具有高频率选择性和宽阻带特性。

本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明包括：输入馈线、输出馈线、带阻结构、两个对置的第一、第二谐振器，在所述第一、第二谐振器的内部耦合了一个双模的第三谐振器；所述第一谐振器和第二谐振器为物理尺寸完全相同的开路环结构，长度为滤波器中心频率的半波长，两半波长谐振器间留有间距，构成耦合结构，用于实现级间信号的耦合；所述第三谐振器为一个中心加载谐振器，包括开口型微带线和T型结构，开口型微带线的长度为滤波器中心频率的半波长，所述第三谐振器内嵌于两个半波长谐振器内，构成交叉耦合；所述输入馈线、输出馈线分别连接在第一谐振器、第二谐振器上，采用非对称馈电方式；所述带阻结构加在输入馈线、输出馈线上。

本发明的四阶交叉耦合滤波器与现有技术相比，具有以下优点：

（1）第三谐振器被置于两个对置第一、第二谐振器的内部，并不增加额外的面积，因而本发明滤波器结构紧凑，空间利用率高，容易加工。

（2）采用非对称的馈电方式，在通带两侧多产生了两个传输零点，提高了滤波器的频率选择性。

（3）在输入、输出馈线上增加带阻结构，有效地抑制了谐波，实现了宽阻带。

（4）本滤波器的地面是完整的地，可以有效地防止信号泄露，并且易于和其他微带电路集成。

附图说明

图1 是本发明实施例的滤波器的结构布局示意图；

图2 是本发明实施例中心加载的谐振器的结构示意图；

图3 是本发明实施例中用到的带阻结构的结构示意图；

图4 是本发明实施例的滤波器实施例的频率响应曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明实施例所述滤波器包括：输入端口I/P、输出端口O/P、带阻结构、两个对置第一、第二谐振器和一个内嵌第三谐振器；第一谐振器1为一开路型微带线，依次连接的第一微带线4、第二微带线5、第三微带线6、第四微带线7、第五微带线8、第六微带线9、第七微带线10、第八微带线11组成开路型微带线；第二谐振器2与第一谐振器1结构相同，对称布置，第二谐振器2与第一谐振器1中间设有间距；第二谐振器2两端第九微带线12以及第十微带线13和第七微带线以及第二微带线之间构成耦合结构，用于实现信号耦合；输入端口I/P和输出端口O/P分别直接连接在第一谐振器1和第二谐振器2上，其特性阻抗均为50Ω。

第三谐振器3为中心加载T型支节双模谐振器，内嵌于第一谐振器1和第二谐振器2内，第三谐振器3包括第十一微带线14、第十二微带线15、第十三微带线16、第十四微带线17、第十五微带线18、第十六微带线19、第十七微带线20、第十八微带线21和第十九微带线22。其中：第十一微带线14、第十二微带线15、第十三微带线16、第十四微带线17、第十五微带线18依次连接构成开口型微带线，而第十六微带线19、第十七微带线20、第十八微带线21和第十九微带线22连接构成一个T型结构。T型结构加载在开口型微带线的中心处。

第十一微带线14、第十二微带线15、第十三微带线16、第十四微带线17、第十五微带线18的长度之和为L，如图2所示，若奇模激励加载于微带线L的两端，那么中心位置处的电压值为零，相当于该处接地，所以加载的T型结构对奇模的谐振频率不会产生影响。若偶模激励加载于微带线L的两端，那么微带线L的中心位置点就没有电流经过，两端的电流都流向了T型结构，偶模的谐振频率大小由微带线L和T型结构的等效长度共同来决定，所以先通过调节L的长度得到所需要的奇模谐振频率，再调节T型结构的尺寸进而得到所需的偶模谐振频率。

第十二微带线15、第十三微带线16、第十四微带线17和第十七微带线20用于和第一谐振器1和第二谐振器2进行耦合，实现双模谐振器两种模式与第一谐振器1和第二谐振器2之间的交叉耦合。

两带阻结构尺寸相同，如图3所示，分别加在输入馈线、输出馈线上，放置的位置不能距离第一谐振器1、第二谐振器2太近，以免相互间发生影响。通过调节带阻结构中去耦微带线24、25的长、宽以及之间的间隙和开路谐振器26的长、宽使得带阻结构的中心频率远离四阶交叉耦合滤波器的通带。

本实施例中，将平面紧凑型四阶交叉耦合滤波器的中心频率控制在2.08GHz，滤波器的衬底材料的介电常数为2.65，厚度为1mm。滤波器结构尺寸为：第一、第二谐振器的微带线宽度为0.8mm，第一微带线4长度L ₁ =2.3mm，第二微带线5长度L ₂ =3.3mm（第一、第二谐振器间耦合微带线长度），第三微带线6长度L ₃ =12.2mm，第四微带线7长度L ₄ =2.9mm，第五微带线8长度L ₅ =13mm，第一、第二谐振器的级间耦合间隙g ₁ =0.82mm。中心加载谐振器如图2所示，开口型微带线和T型结构微带线的宽带分别为0.5mm、1mm，第十一微带线14的长度L ₁₁ =2.65mm，第十二微带线15的长度L ₁₂ =14.5mm，第十三微带线16的长度L ₁₃ =21.1mm，与第一、第二谐振器的间隙g ₂ =1.3mm，第十六微带线19的长度L ₁₆ =13.39mm，第十七微带线20的长度L ₁₇ =9.1mm，第十八微带线21的长度L ₁₈ =5.5mm。带阻结构如图3所示，与第一、第二谐振器相距第二十微带线23的长度L ₂₀ =3.2mm，第二十一微带线24的宽度为0.3mm，长度L ₂₁ =5.2mm，微带线24与微带线25之间的间隙g ₃ =0.3mm，第二十三微带线26的宽度为4mm，长度L ₂₃ =5mm。输入输出端口微带线的宽度为2.7mm。

图4为本发明实施例的四阶交叉耦合滤波器仿真的频率响应曲线，图中显示该滤波器的中心频率f ₀ 为2.08GHz，相对带宽约为14%。通带最小插入损耗为0.98dB，回波损耗为-16dB左右。四个零点的位置分别位于1.78GHZ，1.91GHz，2.24GHz，2.73GHZ。阻带抑制到12.9GHz。

本发明是一种利用半波长谐振器和中心加载谐振器来实现的交叉耦合滤波器。中心加载谐振器为一双模谐振器，由半波长的微带线和中心加载的T型结构组成，内置于两个相互耦合的半波长谐振器之内，行成交叉耦合。两个相同的带阻结构加在输入、输出馈线上抑制谐波，获得很好的带外特性。整个滤波器采用平面结构，滤波器的通带两侧各有两个零点，从而具有很好的频率选择性，同时还具有结构紧凑，空间利用率高，易于加工等特点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims

1.一种四阶交叉耦合带通滤波器，包括：输入馈线、输出馈线、带阻结构、两个对置的第一、第二谐振器；其特征在于：在所述第一、第二谐振器的内部耦合了一个双模的第三谐振器；所述第一谐振器和第二谐振器为物理尺寸完全相同的开路环结构，长度为滤波器中心频率的半波长，两半波长谐振器间留有间距，构成耦合结构，用于实现级间信号的耦合；所述第三谐振器为一个中心加载谐振器，包括开口型微带线和T型结构，开口型微带线的长度为滤波器中心频率的半波长，所述第三谐振器内嵌于第一和第二谐振器内，构成交叉耦合；所述输入馈线、输出馈线分别连接在第一谐振器、第二谐振器上，采用非对称馈电方式；两个相同的带阻结构加在输入馈线、输出馈线上；

所述第一谐振器和第二谐振器均由依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线组成开路型微带线，第二谐振器两端的第七微带线以及第二微带线分别与第一谐振器两端的第七微带线以及第二微带线之间构成耦合结构；

所述双模的第三谐振器包括第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线、第十六微带线、第十七微带线、第十八微带线和第十九微带线，其中：第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线依次连接构成开口型微带线，而第十六微带线、第十七微带线、第十八微带线和第十九微带线连接构成一个T型结构，T型结构加载在开口型微带线的中心处；

所述第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线和第十七微带线用于和第一谐振器和第二谐振器进行耦合，实现双模谐振器两种模式与第一谐振器和第二谐振器之间的交叉耦合；

所述第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线的长度之和为L，先通过调节L的长度得到所需要的奇模谐振频率，再调节T型结构的尺寸进而得到所需的偶模谐振频率。

2.根据权利要求1所述的四阶交叉耦合带通滤波器，其特征在于，所述带阻结构设有去耦微带线、开路谐振器，通过调节带阻结构中去耦微带线的长、宽和去耦微带线之间的间隙，以及开路谐振器的长、宽，使得带阻结构的中心频率远离四阶交叉耦合滤波器的通带。