CN102509823A - 双通带微带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双通带微带滤波器，一种双通带微带滤波器，包括两组结构相异的第一子微带滤波器和第二子微带滤波器、以及输入耦合馈线和输出耦合馈线，该输入耦合馈线分别与第一子微带滤波器和第二子微带滤波器耦合，该输出耦合馈线分别与第一子微带滤波器和第二子微带滤波器耦合。相对于现有技术，本发明提供的双通带微带滤波器的两个通带的中心频率、带宽、和带内特性均可独立调节，可以很大范围的调节两个通带之间的距离，从而使得本发明的微带滤波器器件可以满足两通带之间较小阻带带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用在无线通信系统的滤波器，尤其是涉及一种双通带微带滤波器。
背景技术
作为无线通信系统的前端设备，高效的频谱利用率对具有高选择性、小体积、低成本、设计灵活的射频滤波器有着迫切需求。而如今的通信系统要求同时工作于多个通信频段以节约成本，即多通带低成本滤波器成为了这些系统中必不可少的器件。而微带滤波器在低成本方面有着绝对的优势。因此，双通带微带滤波器也在业界有着广泛的研究，如基于SIR双通带谐振器的滤波器等。
请参阅图1，其是现有技术中的一种SIR双通带微带滤波器的结构示意图。该双通带微带滤波器10包括第一谐振器30和第二谐振器40，该第一谐振器30依序由三枝节组成，第一枝节31与输入端21靠近耦合，第三枝节32与第二谐振器40的第一枝节41靠近耦合，第二枝节33连接第一枝节31和第三枝节32，其中，第二枝节33的线宽小于第一枝节31和第三枝节32。该第二谐振器40的结构与第一谐振器30的结构相同，第二谐振器40的第三枝节42与输出端22靠近耦合，第二枝节43连接第一枝节41和第三枝节42，其中，第二枝节43的线宽小于第一枝节31和第三枝节32。该两个谐振器组成一组微带滤波器，通过调节该两个谐振器的阻抗比和长度来调节两个中心频率，从而实现双通带。但图1所示的SIR双通带微带滤波器设计所能做到的频段仅能实现两个通带距离较远的情况，其两通带之间的阻带一般为40％，两通带中心频率比为2，且通带相对带宽在10％以上，且阶数较高，尺寸较大，插损较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种频段较近的双通带微带滤波器。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种双通带微带滤波器，包括两组结构相异的第一子微带滤波器和第二子微带滤波器、以及输入耦合馈线和输出耦合馈线，该输入耦合馈线分别与第一子微带滤波器和第二子微带滤波器耦合，该输出耦合馈线分别与第一子微带滤波器和第二子微带滤波器耦合。
进一步，该第一子微带滤波器包括第一谐振器和第二谐振器，该第一谐振器包括第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节、第六枝节和第七枝节，其中，第二枝节分别与第一枝节和第三枝节垂直相交，第四枝节分别与第三枝节和第五枝节垂直相交，第六枝 节分别与第五枝节和第七枝节垂直相交，从而该第一谐振器为一“弓”形；该第二谐振器为第一谐振器的镜像结构，其中，该第二谐振器的第二枝节与第一谐振器的第二枝节平行靠近使其之间相互耦合；该第一谐振器的第三枝节、第四枝节、第五枝节与该第二谐振器的第三枝节、第四枝节、第五枝节构成一半封闭的方框空间。
进一步，该第二子微带滤波器包括设置在该第一子微带滤波器的半封闭方框空间内的第三谐振器和第四谐振器，第三谐振器设置在靠近该第二谐振器的一侧，包括枝节一、枝节二、枝节三、枝节四、枝节五和枝节六，其中，枝节二分别与枝节一和枝节三垂直相交，枝节四分别与枝节三和枝节垂直相交，从而该第三谐振器为一“弓”形；该第四谐振器设置在靠近该第一谐振器的一侧，为第三谐振器的镜像结构；该第四谐振器的枝节一的端头与该第三谐振器的枝节一的端头连接短路。
进一步，该输入耦合馈线的一端与信号输入端连接，其平行靠近该第一谐振器的第七枝节，再弯折平行靠近该第一谐振器的第六枝节，并延伸至该第一子微带滤波器的半封闭方框空间内，再弯折平行靠近该第四谐振器的枝节三。
进一步，该输出耦合馈线一端信号输出端连接，其平行靠近该第二谐振器的第七枝节，再弯折平行靠近该第二谐振器的第六枝节，并延伸至该第一子微带滤波器的半封闭方框空间内，再弯折平行靠近该第三谐振器的枝节三。
进一步，该第三谐振器与第四谐振器的连接处，或者其上方，或其下方具有一接地孔。
该输入耦合馈线和输出耦合馈线在该第一谐振器及第二谐振器的第六枝节处平行靠近耦合。
相对于现有技术，本发明提供的双通带微带滤波器的两个通带的中心频率、带宽、和带内特性均可独立调节，可以很大范围的调节两个通带之间的距离，从而使得本发明的微带滤波器器件可以满足两通带之间较小阻带带宽。
附图说明
图1是现有技术中的一种SIR双通带微带滤波器的结构示意图。
图2是发明双通带微带滤波器的结构示意图。
图3是图2所示的第一子微带滤波器12的结构示意图。
图4是图2所示的第二子微带滤波器14的结构示意图。
图5是图2所示双通带微带滤波器的信号传输路径示意图。
图6是图2所示的双通带微带滤波器的TD-F+A频段的参数示意图。
图7是图6所示的双通带微带滤波器的响应曲线。
具体实施方式
请参阅图2，其是本发明双通带微带滤波器的结构示意图。该双通带微带滤波器10包括第一子微带滤波器12、第二子微带滤波器14、输入耦合馈线16和输出耦合馈线18。
请同时参阅图3，其是图2所示的第一子微带滤波器12的结构示意图。该第一子微带滤波器12包括由微带线构成的第一谐振器122和第二谐振器124。该第一谐振器122包括第一枝节122a、第二枝节122b、第三枝节122c、第四枝节122d、第五枝节122e、第六枝节122f和第七枝节122g，其中，第二枝节122b分别与第一枝节122a和第三枝节122c垂直相交，第四枝节122d分别与第三枝节122c和第五枝节122e垂直相交，第六枝节122f分别与第五枝节122e和第七枝节122g垂直相交，从而该第一谐振器122为一“弓”形。该第二谐振器124为第一谐振器122的镜像结构，其中，该第二谐振器124的第二枝节124b与第一谐振器122的第二枝节122b平行靠近使其之间能够相互耦合。该第一谐振器122的第三枝节122c、第四枝节122d、第五枝节122e与该第二谐振器124的第三枝节124c、第四枝节124d、第五枝节124e构成一半封闭的方框空间126。
请同时参阅图4，其是图2所示的第二子微带滤波器14的结构示意图。该第二子微带滤波器14设置在该第一子微带滤波器12的半封闭方框空间126内，包括由微带线构成的第三谐振器142和第四谐振器144。该第三谐振器142设置在靠近该第二谐振器124的一侧，包括枝节一142a、枝节二142b、枝节三142c、枝节四142d、枝节五142e和枝节六142f，其中，枝节二142b分别与枝节一142a和枝节三142c垂直相交，枝节四142d分别与枝节三142c和枝节五142e垂直相交，从而该第三谐振器142为一“弓”形。该第四谐振器144设置在靠近该第一谐振器122的一侧，为第三谐振器142的镜像结构；其中，该第四谐振器144的枝节一144a的端头与该第三谐振器142的枝节一142a的端头连接短路。在连接处，或者其上方或下方设置一接地孔146。
该输入耦合馈线16的一端通过一段50Ω的传输线与信号输入端(图未示)连接，其平行靠近该第一谐振器122的第七枝节122g，弯折平行靠近第六枝节122f，并延伸至该第一子微带滤波器12的半封闭方框空间126内，再弯折平行靠近该第四谐振器144的枝节三144c。
该输出耦合馈线18的一端通过一段50Ω的传输线与信号输出端(图未示)连接，其平行靠近该第二谐振器124的第七枝节124g，弯折平行靠近第六枝节124f，并延伸至该第一子微带滤波器12的半封闭方框空间126内，再弯折平行靠近该第三谐振器142的枝节三142c。
请参阅图5，其为图2所示双通带微带滤波器的信号传输路径示意图。当电磁信号传输时，信号从输入端传输给输入耦合馈线16，该第一谐振器122的第七枝节122g和第六枝节122f与该输入耦合馈线16耦合，因此信号由输入耦合馈线16传输至第一谐振器122。通过 该第一谐振器122的第二枝节122b与第二谐振器124的第二枝节124b之间的耦合路径，信号由第一谐振器122传输至第二谐振器124。再通过该第二谐振器124的第六枝节124f和第七枝节124g与输出耦合馈线18耦合路径，信号由第二谐振器124传输至输出耦合馈线18。最后，信号通过输出端B传出。同时，信号从输入端A传输给输入耦合馈线16，通过该第四谐振器144的枝节三144c与该输入耦合馈线16耦合路径，信号由输入耦合馈线16传输给第四谐振器144。然后，通过第四谐振器144的枝节一144a与第三谐振器142的枝节一142a的直接连接，信号由第四谐振144传送给第三谐振器142。接着，通过第三谐振器142的枝节三142c与输出耦合馈线18耦合路径，信号由第三谐振器142传送至输出耦合馈线18。最后，信号通过输出端传出。在信号传输的同时，该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18在该第一谐振器142及第二谐振器144的第六枝节处平行靠近，因此该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18之间在此直接耦合，成为电磁信号最直接的传输路径。
该第一谐振器122和第二谐振器124的第一枝节122a、124a和第七枝节122g、124g两端开路，通过调节第一谐振器122和第二谐振器124的第一枝节122a、124a的长度可以对该第一子微带滤波器12的中心频率进行微调。该第一谐振器122和第二谐振器124的第二枝节122b、124b的耦合路径的耦合缝隙大小及第二枝节122b、124b的线宽决定了该第一子微带滤波器12的带宽；其中，缝隙越小、第二枝节线越窄，该第一谐振器122与第二谐振器124之间的耦合越强，则该第一子微带滤波器12的带宽越宽；反之，缝隙越大、第二枝节线越宽，则谐振器间的耦合越弱，该第一子微带滤波器12的带宽越小。该第一谐振器122及第二谐振器124的长度为预设通过波长的二分之一波长或四分之一波长。
该第三谐振器142和第四谐振器144的枝节六142f、144f开路，通过调节该枝节六142f、144f的长度可以对该第二子微带滤波器14的中心频率进行微调。以及，该接地孔146的孔径大小决定了该第三谐振器142和第四谐振器144之间的耦合强度，进而影响了该第二子微带滤波器14的带宽；其中，该接地孔146的孔径越小，耦合越强，则该第二子微带滤波器14的带宽越宽；反之，孔径越大，耦合越弱，该第二子微带滤波器14的带宽越窄。该第三谐振器142及第四谐振器144的长度为预设通过波长的二分之一波长或四分之一波长。
通过调节该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18与第二子微带滤波器14的枝节三142c、144c耦合处的线长、线宽以及与枝节三142c、144c之间的缝隙间距，可以调节该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18与第二子微带滤波器14耦合强度。通过调节该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18与第一子微带滤波器12的第六枝节122f、124f耦合处的线长、线宽以及与第六枝节122f、124f之间的缝隙间距，可以调节该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18与第一子微带滤波器12耦合强度。以及通过改变该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18之间的直 接耦合缝隙的间距与耦合长度，以及非耦合间距与长度，可调节其源端耦合的大小以及该双通带微带滤波器10的传输零点的位置和数目。
本发明的双通带微带滤波器可实现TD-F频段(1880MHz～1920MHz)结合TD-A频段(2010MHz～2025MHz)的传输通带。
请参阅图6，其是图2所示的双通带微带滤波器的TD-F+A频段的参数示意图。该双通带微带滤波器被加工在厚度为0.762mm，介电常数为3.48的介质板上。该双通带微带滤波器尺寸为30mm×22.1mm。
该第一子微带滤波器12为TD-F频段的滤波器。该第一谐振器122和第二谐振器124的长度均为F频段的半波长即50.5mm，其中，第二枝节122b、124b的线宽为0.3mm，除第二枝节122b、124b以外的枝节线宽均为0.5mm。该第一谐振器122和第二谐振器124的第二枝节122b、124b的耦合路径的耦合缝隙为0.4mm。
该第二子微带滤波器14为TD-A频段滤波器。该第三谐振器142和第四谐振器144的长度均为A频段的四分之一波长即25.3mm，线宽均为0.5mm。该接地孔146的孔径为0.4mm。
该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18的线长为27mm。其中，该输入耦合馈线16与该第一谐振器122的第六枝节122f及第七枝节122g之间的耦合缝隙为0.2mm，与第六枝节122f处的耦合路径的耦合长度为3.4mm，在第六枝节122f处的耦合线宽为0.5mm；与第七枝节122g处的耦合路径的耦合长度为8.7mm，在第七枝节122g处的耦合线宽为0.3mm。
该输入耦合馈线16与该第四谐振器144的枝节三144c的耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，耦合长度为4.7mm，输入耦合馈线16在该枝节三144c处的耦合线宽为0.3mm。该输入耦合馈线16与枝节四144d的耦合路径的耦合缝隙为0.5mm，耦合长度为3mm，输入耦合馈线16在该枝节四144d处的耦合线宽为0.5mm。
除了与第一谐振器122的第七枝节122g和第四谐振器144的枝节三144c的耦合之处以外，该输入耦合馈线16其余部分的线宽均为0.5mm。
输出耦合馈线18与该第二谐振器124之间的耦合尺寸与输入耦合馈线16和第一谐振器122的耦合尺寸一致。输出耦合馈线18与该第三谐振器142的枝节三和枝节四的耦合尺寸与该输入耦合馈线16与该第四谐振器144的枝节三的耦合尺寸一致。该输出耦合馈线的线宽参数与该输入耦合馈线的一致。即，该输出耦合馈线18与该第二谐振器124的第六枝节124f及第七枝节124g之间的耦合缝隙为0.2mm，与第六枝节124f处的耦合路径的耦合长度为3.4mm，在第六枝节124f处的耦合线宽为0.5mm；与第七枝节124g处的耦合路径的耦合长度为8.7mm，在第七枝节124g处的耦合线宽为0.3mm。
该输出耦合馈线18与该第三谐振器142的枝节三142c的耦合路径的耦合缝隙为0.2mm， 耦合长度为4.7mm，输出耦合馈线18在该枝节三142c处的耦合线宽为0.3mm。该输出耦合馈线18与枝节四142d的耦合路径的耦合缝隙为0.5mm，耦合长度为3mm，输出耦合馈线18在该枝节四142d处的耦合线宽为0.5mm。除了与第二谐振器124的第七枝节124g和第三谐振器142的枝节三142c的耦合之处以外，该输出耦合馈线18其余部分的线宽均为0.5mm。
输入耦合馈线16和输出耦合馈线18之间的耦合路径的耦合缝隙为0.8mm。该输入耦合馈线16和输出耦合馈线18的末端分别与一段长为5mm，宽为1.6mm的50Ω传输线相连接。
请参阅图5，其是图4所示的双通带微带滤波器的响应曲线。该TD-F+A两个通带之间的阻带带宽仅为4.6％，即两个通带中心频率比仅为1.062，且通带相对带宽仅为2％和0.05％，带内插损仅分别为3dB和4.2dB。此外，由于引入源端耦合，两个通带两边都分别产生了多余的传输零点，大大改善了滤波器的带外抑制特性，尤其是近端的带外抑制特性。
相对于现有技术，本发明的双通带微带滤波器对两个通带分别使用相异的两组子微带滤波器进行设计和控制，两个通带的中心频率、带宽、和带内特性均可独立调节，可以很大范围的调节两个通带之间的距离，从而使得本发明的微带滤波器器件可以满足两通带之间较小阻带带宽，如TD-F+A频段。同时，通过引入传输零点使得本发明仅仅使用了二阶的滤波器就实现了较好的带外抑制，从而也改善了滤波器插损和减小了滤波器体积，且该滤波器采用的两组子滤波器的谐振器长度分别为二分之一波长和四分之一波长，可以方便进行嵌套和同时馈电，减小了滤波器尺寸，即该滤波器具有尺寸小，插损低，带外抑制好，设计灵活等优点。进一步，本发明的双通带微带滤波器器件可以与现有其它多模谐振器相结合，创造出体积更小，性能更优越的双通带滤波器。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (21)
1.一种双通带微带滤波器，其特征在于：包括两组结构相异的第一子微带滤波器和第二子微带滤波器、以及输入耦合馈线和输出耦合馈线，该输入耦合馈线分别与第一子微带滤波器和第二子微带滤波器耦合，该输出耦合馈线分别与第一子微带滤波器和第二子微带滤波器耦合。
2.根据权利要求1所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一子微带滤波器包括第一谐振器和第二谐振器，该第一谐振器包括第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节、第六枝节和第七枝节，其中，第二枝节分别与第一枝节和第三枝节垂直相交，第四枝节分别与第三枝节和第五枝节垂直相交，第六枝节分别与第五枝节和第七枝节垂直相交，从而该第一谐振器为一“弓”形；该第二谐振器为第一谐振器的镜像结构，其中，该第二谐振器的第二枝节与第一谐振器的第二枝节平行靠近使其之间相互耦合；该第一谐振器的第三枝节、第四枝节、第五枝节与该第二谐振器的第三枝节、第四枝节、第五枝节构成一半封闭的方框空间。
3.根据权利要求2所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第二子微带滤波器包括设置在该第一子微带滤波器的半封闭方框空间内的第三谐振器和第四谐振器，第三谐振器设置在靠近该第二谐振器的一侧，包括枝节一、枝节二、枝节三、枝节四、枝节五和枝节六，其中，枝节二分别与枝节一和枝节三垂直相交，枝节四分别与枝节三和枝节垂直相交，从而该第三谐振器为一“弓”形；该第四谐振器设置在靠近该第一谐振器的一侧，为第三谐振器的镜像结构；该第四谐振器的枝节一的端头与该第三谐振器的枝节一的端头连接短路。
4.根据权利要求3所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线的一端与信号输入端连接，其平行靠近该第一谐振器的第七枝节，再弯折平行靠近该第一谐振器的第六枝节，并延伸至该第一子微带滤波器的半封闭方框空间内，再弯折平行靠近该第四谐振器的枝节三。
5.根据权利要求4所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输出耦合馈线一端信号输出端连接，其平行靠近该第二谐振器的第七枝节，再弯折平行靠近该第二谐振器的第六枝节，并延伸至该第一子微带滤波器的半封闭方框空间内，再弯折平行靠近该第三谐振器的枝节三。
6.根据权利要求5所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第三谐振器与第四谐振器的连接处，或者其上方，或其下方具有一接地孔。
7.根据权利要求6所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线和输出耦合馈线在该第一谐振器及第二谐振器的第六枝节处平行靠近耦合。
8.根据权利要求7所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一子微带滤波器为TD-F频段的滤波器，其中，该第一谐振器和第二谐振器的长度均为TD-F频段的半波长。
9.根据权利要求8所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第二子微带滤波器为TD-A频段滤波器，其中，该第三谐振器和第四谐振器的长度均为TD-A频段的四分之一波长。
10.根据权利要求9所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一谐振器和第二谐振器的第二枝节的线宽为0.3mm，除第二枝节以外的枝节线宽均为0.5mm。
11.根据权利要求10所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第三谐振器和第四谐振器的线宽均为0.5mm。
12.根据权利要求10或11所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该第一谐振器和第二谐振器的第二枝节的耦合路径的耦合缝隙为0.4mm。
13.根据权利要求12所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该接地孔的孔径为0.4mm。
14.根据权利要求13所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线和输出耦合馈线的线长为27mm。
15.根据权利要求14所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线与该第一谐振器的第六枝节及第七枝节之间的耦合缝隙为0.2mm；与第六枝节处的耦合路径的耦合长度为3.4mm，在第六枝节处的耦合线宽为0.5mm；与第七枝节处的耦合路径的耦合长度为8.7mm，在第七枝节处的耦合线宽为0.3mm。
16.根据权利要求15所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线与该第四谐振器的枝节三的耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，耦合长度为4.7mm，输入耦合馈线在该枝节三处的耦合线宽为0.3mm；该输入耦合馈线与枝节四的耦合路径的耦合缝隙为0.5mm，耦合长度为3mm，输入耦合馈线在该枝节四处的耦合线宽为0.5mm。
17.根据权利要求16所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输出耦合馈线与该第二谐振器的第六枝节及第七枝节之间的耦合缝隙为0.2mm，与第六枝节处的耦合路径的耦合长度为3.4mm，在第六枝节处的耦合线宽为0.5mm；与第七枝节处的耦合路径的耦合长度为8.7mm，在第七枝节124g处的耦合线宽为0.3mm。
18.根据权利要求17所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输出耦合馈线与该第三谐振器的枝节三的耦合路径的耦合缝隙为0.2mm，耦合长度为4.7mm，输出耦合馈线在该枝节三处的耦合线宽为0.3mm；该输出耦合馈线与枝节四的耦合路径的耦合缝隙为0.5mm，耦合长度为3mm，输出耦合馈线在该枝节四处的耦合线宽为0.5mm。
19.根据权利要求18所述的双通带微带滤波器，其特征在于：除了与第一谐振器的第七枝节和第四谐振器的枝节三的耦合之处以外，该输入耦合馈线其余部分的线宽均为0.5mm；除了与第二谐振器的第七枝节和第三谐振器的枝节三的耦合之处以外，该输出耦合馈线其余部分的线宽均为0.5mm。
20.根据权利要求19所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线和输出耦合馈线之间的耦合路径的耦合缝隙为0.8mm。
21.根据权利要求20所述的双通带微带滤波器，其特征在于：该输入耦合馈线和输出耦合馈线的末端分别与一段50Ω传输线相连接。
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