CN102447151A - 双频带微波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频带微波滤波器，包括一第一谐振器与一第二谐振器。第一谐振器具有第一宽度的一第一线段、第二宽度的一第二线段以及第三宽度的一第三线段。第二线段耦接于第一线段的第一端与第三线段之间。第二谐振器具有第四宽度的一第四线段、第五宽度的一第五线段以及第六宽度的一第六线段。第五线段耦接于第四线段的第一端与第六线段之间，并且第四线段的第二端耦接于第一线段的第二端。通过调整第一谐振器与第二谐振器的尺寸，分别产生一第一频率通带与一第二频率通带。本发明可以有效地把倍频往后推延，同时让电路产生出额外的传输零点，不会再出现因倍频现象而产生出额外的通带出来，进而大幅减少微波滤波器所占用的面积。

Description

双频带微波滤波器

技术领域

本发明涉及一种双频带微波滤波器，特别是涉及一种双频带通滤波器。

背景技术

用一微带线(micro-strip line)设计微波滤波器(microwave filter)时，电磁波在微带线的电压呈现弦波函数状态分布，即一段微带线的在线电压为周期性弦波函数分布，因此，在应用微带线设计微波滤波器时，其频率响应会出现通带成周期性方式出现，此就是滤波器的倍频效应(frequencydoubling effect)。使用微带线所制作的微波滤波器通常会遇到倍频效应的问题，所以当设计出一带通微波滤波器(Band-pass microwave filter)时，需要再串接一低通微波滤波器(low pass microwave filter)或者是在电路上额外增加四分之一波长的阻抗转换器以消除倍频的问题。

然而，利用低通微波滤波器或者在电路上额外增加四分之一波长的阻抗转换器消除倍频的方式，将会导致整体微带线路非常复杂而且占用的面积非常庞大。此外，在单频带通微波滤波器(Single Band-pass Filter)不敷使用，以及双频带通微波滤波器(Dual Band-pass Filter)需求应运而生的情况下，如果仍是利用低通微波滤波器或者在电路上额外增加四分之一波长的阻抗转换器来消除倍频的问题，则将会导致整体微带线路更为复杂，而且占用的面积更为庞大。同时，带通微波滤波器在设计上常常为了达到宽截止带的效果，而忽略通带的带宽，使得通带带宽过窄，从而限制其应用领域。

由于在对双频带通微波滤波器进行电磁波干扰测试时，发射信号主频的二倍、三倍以及四倍频的谐波是最难达到的标准。所以如何在不大幅增加产品制作成本和体积的前提下，设计制作出符合相关法规的双频带通微波滤波器，就成为各该设计及制造厂商迫切需要克服与解决的一个重要课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术忽略通带的带宽，使得通带带宽过窄，从而限制其应用领域的缺陷，提供一种双频带微波滤波器，其具有抑制倍频的效果，同时，其通带(pass band)的比例带宽(Bandwidth Ratio)能够达到11％，使其在电路应用时，不会因为通带带宽过窄的因素，而让应用范围受限。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

依据一实施例，本发明的双频带微波滤波器包括一第一谐振器与一第二谐振器。其中，第一谐振器具有第一宽度的一第一线段、第二宽度的一第二线段及第三宽度的一第三线段，且第二线段耦接于第一线段与第三线段之间。第二谐振器具有第四宽度的一第四线段、第五宽度的一第五线段及第六宽度的一第六线段，且第五线段耦接于第四线段与第六线段之间，并且，第四线段耦接于第一线段。其中，第一谐振器与第二谐振器产生一第一频率通带与一第二频率通带。

较佳地，该第一谐振器与该第二谐振器为对称设置。

较佳地，该第一谐振器与该第二谐振器连接形成一H型步阶阻抗共振器。

较佳地，该第一谐振器为一个具有三个不同宽度线段的三段式步阶阻抗谐振器。

较佳地，该第二谐振器为一个具有三个不同宽度线段的三段式步阶阻抗谐振器。

较佳地，该第一宽度与第四宽度相同，该第二宽度与第五宽度相同，该第三宽度与第六宽度相同。

较佳地，该第一线段与该第四线段具有相同的特性阻抗，该第二线段与该第五线段具有相同的特性阻抗，该第三线段与该第六线段具有相同的特性阻抗。

依据另一实施例，本发明的双频带微波滤波器还包括一第一波长阻抗转换器与一第二波长阻抗转换器，该第一波长阻抗转换器与该第二波长阻抗转换器分别耦接于该第一线段与该第四线段的二侧边。

较佳地，该第一波长阻抗转换器与该第二波长阻抗转换器对称设置在该第一线段与该第四线段的二侧边，用于提供一传输零点。

较佳地，该第一波长阻抗转换器与该第二波长阻抗转换器为一四分之一波长的阻抗转换器。

本发明的积极进步效果在于：

本发明前述各实施例的双频带微波滤波器应用步阶阻抗共振器(StepImpedance Resonator)的基本特性以及调整步阶阻抗共振器的阻抗比率(Impedance Ratio)的方式，就可以有效地把倍频往后推延。同时，本发明前述各实施例的双频带微波滤波器应用四分之一波长的阻抗转换器，从而让电路产生出额外的传输零点。

如此，本发明前述各实施例的双频带微波滤波器可以有效扩大截止带(Rejection Band)的范围，使其在0～15GHz频率范围之间除了中心频率为3.33GHz和5.34GHz的双通带之外，不会再出现因倍频现象而产生出额外的通带出来。

所以本发明前述各实施例的多频带通微波滤波器不需要串接一低通微波滤波器仍可有效解决倍频问题，达到宽截止带的效果与双频带的目标，进而大幅减少微波滤波器所占用的面积。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的双频带微波滤波器结构示意图。

图2为本发明的第一实施例的频率响应示意图。

图3为本发明的第二实施例的双频带微波滤波器结构示意图。

图4为本发明第二实施例的耦合系数曲线示意图。

图5为本发明第三实施例的双频带微波滤波器结构示意图。

图6为本发明第四实施例的双频带微波滤波器结构示意图。

图7为本发明第四实施例的一频率响应示意图。

图8为本发明第四实施例的另一频率响应示意图。

主要组件符号说明

双频带微波滤波器1、1’、2、2’

第一谐振器10

第二谐振器12

第一线段102

第二线段104

第三线段106

第四线段122

第五线段124

第六线段126

特性阻抗Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6

第一宽度W1

第二宽度W2

第三宽度W3

第四宽度W4

第五宽度W5

第六宽度W6

第一长度Φ1

第二长度Φ2

第三长度Φ3

第四长度Φ4

第五长度Φ5

第六长度Φ6

射频信号输入端口IN

射频信号输出端口OUT

第一波长阻抗转换器130

第二波长阻抗转换器132

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

参考图1，图1为本发明第一实施例的双频带微波滤波器结构示意图。双频带微波滤波器1包括一第一谐振器10与一第二谐振器12。其中，第一谐振器10具有第一宽度W1的一第一线段102、第二宽度W2的一第二线段104以及第三宽度W3的一第三线段106，并且第二线段104耦接于第一线段102与第三线段106之间。同时，第二谐振器12具有第四宽度W4的一第四线段122、第五宽度W5的一第五线段124以及第六宽度W6的一第六线段126，并且第五线段124耦接于第四线段122与第六线段126之间。同时，第四线段122耦接于第一线段102。

再次参考图1。第一谐振器10与第二谐振器12都为一种三段式步阶阻抗共振器(tri-section stepped impedance resonator)。同时，在本发明的第一实施例中，第一谐振器10与第二谐振器12为对称设置，并且彼此连接形成一H型步阶阻抗共振器(H-type stepped impedance resonator)。

再次参考图1。本发明的第一实施例的第一谐振器10与第二谐振器12不仅对称连接，且各相对称的线段也具有相同的特性阻抗。也就是第一线段102的特性阻抗Z1与第四线段122的特性阻抗Z4相同，第二线段104的特性阻抗Z2与第五线段124的特性阻抗Z5相同，第三线段106的特性阻抗Z3与第六线段126的特性阻抗Z6相同。

本发明的第一实施例中，为了让第一谐振器10与第二谐振器12中各相对称的线段具有相同的特性阻抗，就将第一线段102的第一宽度W1与第四线段122的第四宽度W4设计为相同，第二线段104的第二宽度W2与第五线段124的第五宽度W5设计为相同，并且第三线段106的第三宽度W3与第六线段126的第六宽度W6设计为相同。同时，第一线段102的第一长度Φ1与第四线段122的第四长度Φ4设计为相同，第二线段104的第二长度Φ2与第五线段124的第五长度Φ5设计为相同，并且第三线段106的第三长度Φ3与第六线段126的第六长度Φ6设计为相同。

在本发明的第一实施例中，双频带微波滤波器1的第一谐振器10与第二谐振器12都为一个具有三个不同宽度线段的三段式步阶阻抗谐振器，同时，双频带微波滤波器1可以通过第一谐振器10与第二谐振器12尺寸与阻抗比率的调整产生所需要的第一频率通带(first frequency pass band)与第二频率通带(second frequency pass band)，从而设计出所需要的双频带位置，进而达成双频带的目标。

配合图1，请参考图2。图2为本发明第一实施例的频率响应示意图。从图2可以得知，双频带微波滤波器1的第一线段102与第四线段122的宽度设计，将会影响双频带微波滤波器1在频率响应时的频带宽度(bandwidth)。如图2所示，第一线段102与第四线段122的宽度W设计为2mm的双频带微波滤波器1，其频率响应时的频带宽度(bandwidth)将会大于第一线段102与第四线段122的宽度W设计为0.5mm的双频带微波滤波器1。可见，增加第一线段102与第四线段122的宽度W，将可以有效提高双频带微波滤波器1使用的带宽。

配合图1，请参考图3。图3为本发明第二实施例的双频带微波滤波器结构示意图。图3所示的双频带微波滤波器1’由二个双频带微波滤波器1以平行耦合方式设置而成，如此，将可以增强高次谐波的抑制，并增加所设计的带通频率的鉴别率。所以利用电磁方式耦合二个双频带微波滤波器1所构成的双频带微波滤波器1’就可以有效地解决倍频问题，达成双频带的目标。

配合图3，参考图4。图4为本发明第二实施例的耦合系数曲线示意图。如图4所示，二个双频带微波滤波器1的间距y的长短，将会影响双频带微波滤波器1’的耦合系数(coupling coefficient)，其中，间距y与耦合系数成反比例的关系。也就是说，缩短二个双频带微波滤波器1的间距y将能够得到较高的耦合系数，加强双频带微波滤波器1’的耦合量。

配合图1，参考图5。图5为本发明第三实施例的双频带微波滤波器结构示意图。相对于图1所示的双频带微波滤波器1，图5所示的双频带微波滤波器2还包括一第一波长阻抗转换器130与一第二波长阻抗转换器132。

其中，第一波长阻抗转换器130耦接于第一线段102与第四线段122的一侧边。同时，第二波长阻抗转换器132耦接于第一线段102与第四线段122的另一侧边。其中，第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132被对称设置在第一线段102与第四线段122的二侧边，用于提供一传输零点(transmission zero)。在本发明的第三实施例中，第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132都可以为一四分之一波长的阻抗转换器。

再次参考图5。第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132可以视为开路桩(open stub)的装置，如此，双频带微波滤波器2利用第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132产生的传输零点，可以提升通带外的衰减速率，并且有效阻隔通带外的噪声干扰。前述的第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132可以设计成直线状或弯折状，并且对称设置在第一线段102与第四线段122的二侧边。相对于直线状，弯折状的第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132可以减少所占用的面积。

另外，改变第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132的导波长度，也将可以得到不同的传输零点，因此，通过调整第一波长阻抗转换器130与第二波长阻抗转换器132的导波长度，将可以直接调整双频带微波滤波器2的频率通带(pass-band)的衰减特性。

配合图5，请参考图6。图6为本发明的第四实施例的双频带微波滤波器结构示意图。第四实施例为本发明较佳实施例，图6所示的双频带微波滤波器2’是由二个双频带微波滤波器2以平行耦合方式设置而成，用于增强高次谐波的抑制，并增加所设计的带通频率的鉴别率，进而有效解决倍频问题，达成双频带的目标。

再次参考图6。使用一射频信号输入端口IN与一射频信号输出端口OUT分别连接于双频带微波滤波器2’的二端，并且进行频率响应的测试。从图7可以得知，双频带微波滤波器2’频率响应所产生的第一通带频率大约在3.33GHz附近，并且，所产生的第二通带频率大约在5.34GHz附近。所以，利用电磁方式耦合二个双频带微波滤波器2所构成的双频带微波滤波器2’是可以达成双频带的目标。前述的图7，为本发明第四实施例的一频率响应示意图。

配合图6，请参考图8。图8为本发明第四实施例的另一频率响应示意图。从图8可以得知，双频带微波滤波器2’在频率响应时，在0～15GHz的频率范围内只存在所设计出的双频带(3.33GHz与5.34GHz)，并不会出现其它倍频的通带，所以能够有效的解决倍频的问题，并且截止带可以达到至少8GHz，进而有效提高了使用的带宽，双频带的比例带宽可达到至少11％以上。

综上所述，本发明前述各实施例的双频带微波滤波器具有以下效果：

其一，电路上不需要任何集总组件(lump)，可以有效地降低零件成本。

其二，利用步阶阻抗共振器(Step Impedance Resonator)的设计，达成双频带的目标。

其三，利用四分之一波长的阻抗转换器产生额外的传输零点，可以将倍频往后推延，并有效地抑制倍频，使得0～15GHz的频率范围内只存在所设计出的双频带(3.33GHz与5.34GHz)，并且双频带的比例带宽可达到至少11％以上。

其四，因为把倍频往后推延再加上引入四分之一波长的阻抗转换器产生额外的传输零点，双频带微波滤波器的截止带可以达到至少8GHz，同时，通带的带宽不会因为宽截止带的效果而被牺牲掉。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双频带微波滤波器，其特征在于，包括：

一第一谐振器，具有第一宽度的一第一线段、第二宽度的一第二线段及第三宽度的一第三线段，其中，该第二线段耦接于该第一线段与该第三线段之间；以及

一第二谐振器，具有第四宽度的一第四线段、第五宽度的一第五线段及第六宽度的一第六线段，其中，该第五线段耦接于该第四线段与该第六线段之间，并且，该第四线段耦接于该第一线段；

其中，该第一谐振器与该第二谐振器产生一第一频率通带与一第二频率通带。

2.如权利要求1所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一谐振器与该第二谐振器为对称设置。

3.如权利要求2所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一谐振器与该第二谐振器连接形成一H型步阶阻抗共振器。

4.如权利要求2所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一谐振器为一个具有三个不同宽度线段的三段式步阶阻抗谐振器。

5.如权利要求4所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第二谐振器为一个具有三个不同宽度线段的三段式步阶阻抗谐振器。

6.如权利要求5所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一宽度与第四宽度相同，该第二宽度与第五宽度相同，该第三宽度与第六宽度相同。

7.如权利要求6所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一线段与该第四线段具有相同的特性阻抗，该第二线段与该第五线段具有相同的特性阻抗，该第三线段与该第六线段具有相同的特性阻抗。

8.如权利要求1所述的双频带微波滤波器，其特征在于，还包括一第一波长阻抗转换器与一第二波长阻抗转换器，该第一波长阻抗转换器与该第二波长阻抗转换器分别耦接于该第一线段与该第四线段的二侧边。

9.如权利要求8所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一波长阻抗转换器与该第二波长阻抗转换器对称设置在该第一线段与该第四线段的二侧边，用于提供一传输零点。

10.如权利要求9所述的双频带微波滤波器，其特征在于，该第一波长阻抗转换器与该第二波长阻抗转换器为一四分之一波长的阻抗转换器。

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