CN102522614B

CN102522614B - 小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器

Info

Publication number: CN102522614B
Application number: CN201110392934.0A
Authority: CN
Inventors: 章秀银; 高立
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: CN102522614A

Abstract

本发明公开小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，包括上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属板。滤波器由两个谐振器组成，每个谐振器包括一条主传输微带线和一个加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线，且关于微带结构的中心对称。馈电线直接搭接在谐振器的一边上，也是呈对称结构。除此以外，本发明采用伪交指结构产生传输零点，使滤波器具有更高的选择性。本发明具有选择性高的三通带中心频率可控以及独立调谐的特点。

Description

小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种小型化的三通带带通滤波器，特别是涉及一种三个中心频率分别可以独立控制，可应用于射频前端电路中的多频率通信系统带通滤波器。

背景技术

当今社会，随着多系统无线通信的迅速发展，滤波器作为射频系统前端的关键器件也成为了热点问题，小型化、多通带的滤波器有着极为迫切的需求。

目前许多研究者在这方面做了大量研究，也取得了不少成果，他们的主要设计方法可以分为以下几种。第一种方法是通过使用两套或者三套谐振器，其中一套谐振器产生一个通带，另一套产生另外两个通带，从而来获得三通带的效果。如 B.-J. Chen, T.-M. Shen, and R.-B. Wu, “Design of tri-band filters with improved band allocation,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 57, no. 7, pp. 1790-1797, Jul. 2009. 虽然频率也能独立可控，但是体积太大。第二种方法是用三节的阶跃阻抗线，如：C.-I G. Hsu, C.-H. Lee, and Y.-H. Hsieh, “Tri-band bandpass filter with sharp passband skirts designed using tri-section SIRs,” IEEE Microwave and Wireless Components Letters. vol.18, no.1, pp.19-21, Jan.2008.虽然它的结构简单，体积也很小，但是由于它的几个频率是相互影响的，导致频率不容易控制。本发明采用一种新的中心加载结构来产生三个中心频率可分别控制的三通带带通滤波器。

现阶段，中心加载结构因为结构简单、设计方便而受到众多设计滤波器的研究者的青睐。如 X. Y. Zhang, J.-X. Chen, Q. Xue, and S.-M. Li, “Dual-band bandpass filter using stub-loaded resonators,” IEEE Microw. Wireless Compon.Lett., vol. 17, no. 8, pp. 583–585, Aug. 2007.文章采用在开路线的中间加载开路枝节线，取得了不错的效果。Ming-Qi Zhou, Xiao-Hong Tang, and Fei Xiao, “Compact Dual Band Bandpass Filter Using Novel E-Type Resonators With Controllable Bandwidths,” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol.18, no. 12,pp.779-781, Dec. 2008. 文章采用在开路线的中间加载短路枝节线，也取得了不错的效果。但是他们加载的是阻抗一致的枝节线，都是双通带的滤波器。没有很好地利用频带。为了解决这个问题，本发明提供一种小型化的中心加载阶跃阻抗线的三通带带通滤波器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器。

为实现本发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

具有小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，包括上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属板；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，下层接地金属板附着在中间层介质基板下表面；其特征在于：上层微带结构包括两条馈电线、两个谐振器和伪交指结构部分；两个谐振器排布成左右对称的结构，并且两个谐振器结构相同，其中谐振器由一条主传输线和一个加载在主传输线中心的阶跃阻抗枝节线组成；两条馈电线结构相同，馈电线的输入输出端口位于两个谐振器的下方，两个谐振器分别与两条馈电线直接相连。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，左上方的第一谐振器包括主传输微带线部分和加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线部分，其中主传输线部分包括第一微带线、第二微带线和第三微带线，第一微带线一端穿过中间层介质基板的金属化过孔与下层接地金属相连，另一端和第二微带线一端相连，第二微带线的另一端和第三微带线一端相连，第三微带线的另一端穿过中间层介质基板的金属化过孔与下层接地金属相连，第一微带线和第三微带线相互平行，并且都垂直地接在第二微带线的两端；加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线部分包括第四微带线和第五微带线，第四微带线一端和第三微带线一端相连，另一端和第五微带线一端相连，第五微带线的另一端开路，第四微带线、第五微带线连接成倒L形。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中, 馈电线由第六微带线、第七微带线和第八微带线顺次连接而成，其中第六微带线的另一端与第二微带线一端相连，第八微带线的左端接输入信号，右边的馈电线中与左边的馈电线中的第六微带线、第七微带线和第八微带线对称的三条微带线构成L形结构。伪交指部分由三组平行的伪交指结构组成，每组伪交指结构相同，每组伪交指包含四条微带线，左右各两条，分别上下错开地搭接在左右馈电线上。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，除了伪交指部分之外，其外的部分左右对称。其中第一微带线与它对称的部分有着0.2mm的间隙。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，耦合主要由三个部分控制。第一是第一谐振器和第二谐振器之间的耦合，主要是由它们之间的间隙长度和宽度决定；第二是伪交指之间的耦合，主要是由它们交指的长度和间隙决定；第三是上层微带线通过金属化过孔与地之间的耦合，它主要是由过孔的大小决定。外部质量因素主要由馈电点的位置决定，即是由第六微带线和第一微带线的间隙决定。传输零点主要是由加载的阶跃阻抗的开路枝节线和交指耦合决定。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，由奇偶模分析可知，主传输线的长度L为所述三通带带通滤波器的最高谐振频率f ₃对应的波长

的二分之一，而主传输线长度的一半加上阶跃阻抗枝节线产生第一和第二频率，因此改变当主传输线长度固定之后，第三频率就基本没有变化了。L为第一微带线、第二微带线和第三微带线的长度之和。三通带带通滤波器的工作频率为1.92GHz、2.45GHz和5.25GHz。第一微带线的长度为 6±0.2 mm, 第二微带线的长度为 5.8±0.2mm,第三微带线的长度为 17+0.4mm，第一微带线、第二微带线和第三微带线的宽度为1.6±0.2 mm,第四微带线的长度为 2±0.2mm，第四微带线的宽度为 1.2±0.2mm，第五微带线的长度为12.3±0.2 mm，第五微带线的宽度为0.4±0.1 mm，第六微带线的长度为10±0.4 mm，第六微带线的宽度为0.8+0.2 mm，第七微带线的长度为 8±0.2mm，第七微带线的宽度是0.8±0.1mm,第八微带线的长度为12.3±0.2 mm，第八微带线的宽度为1.86 mm，伪交指部分中得每根长度的长度为 2±0.2mm，每组微带线间的间距为2.2±0.2mm,每组微带线内的间距是0.4±0.1mm。第一谐振器和第二谐振器之间的间距是4±0.2mm。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

（1）三个通带的中心频率可以独立控制。先调好第三通带，然后再调节第一第二通带，这时第三通带基本不受影响。调节好第二通带后再调节第一通带，这时第二第三通带基本都不受影响。从而实现了独立控制。

（2）具有高选择性。在本发明中，采用12条微带线构成伪交指结构用来使每个通带的两侧都产生传输零点来增强通带的选择性，使滤波器的选择性更高。

(3)体积较小。在本发明中只采用了两个谐振器，而中心加载的开路阶跃阻抗线并没有增大多少体积，但是却可以产生三个频带，所以使滤波器的体积大大减小。

附图说明

图1是小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器结构图。

图2是小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器结构示意图。

图3是小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器在不同L ₁下的响应曲线图。

图4是小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器在不同W ₃下的响应曲线图。

图5是小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通有交指耦合和没有交指耦合时滤波器响应的比较图。

图6是小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器的仿真结果和测试结果图。

具体实施方案

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下例表述的范围。

如图1所示具有小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，包括上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属板；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，下层接地金属板附着在中间层介质基板下表面；其特征在于：上层微带结构包括两条馈电线、两个谐振器和伪交指结构部分；两个谐振器排布成左右对称的结构，并且两个谐振器结构相同，其中谐振器由一条主传输线和一个加载在主传输线中心的阶跃阻抗枝节线组成；两条馈电线结构相同，馈电线的输入输出端口位于两个谐振器的下方，两个谐振器分别与两条馈电线直接相连。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，左上方的第一谐振器包括主传输微带线部分和加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线部分，其中住传输线部分包括第一微带线1、第二微带线2和第三微带线3，第一微带线1一端穿过中间层介质基板的金属化过孔与下层接地金属相连，另一端和第二微带线2一端相连，第二微带线2的另一端和第三微带线3一端相连，第三微带线3的另一端穿过中间层介质基板的金属化过孔与下层接地金属相连，第一微带线和第三微带线相互平行，并且都垂直地接在第二微带线的两端；加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线部分包括第四微带线4和第五微带线5，第四位带线4一端和第三微带线3一端相连，另一端和第五微带线5一端相连，第五微带线5的另一端开路，第四微带线4、第五微带线5连接成倒L形。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，馈电线由第六微带线6、第七微带线7和第八微带线8顺次连接而成，其中第六微带线6的另一端与第二微带线2一端相连，第八微带线8的左端接输入信号，第二谐振器中与第一谐振器中的第六微带线6、第七微带线7和第八微带线8对称的三条微带线构成L形结构。伪交指部分由三组平行的伪交指结构9组成，每组伪交指结构相同，每组伪交指包含四条微带线，左右各两条，分别上下错开地搭接在左右馈电线上。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，除了伪交指部分之外，其外的部分左右对称。其中第一微带线1与它对称的部分在横着的方向上通过金属化过孔连接在一起，在竖着的方向上有着0.2mm的间隙。

上述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器中，耦合主要由三个部分控制。第一是第一谐振器和第二谐振器之间的耦合，主要是由它们之间的间隙长度和宽度决定；第二是伪交指之间的耦合，主要是由它们交指的长度和间隙决定；第三是上层微带线通过金属化过孔与地之间的耦合，它主要是由过孔的大小决定。外部质量因素主要由馈电点的位置决定，即是由第六微带线6和第一微带线1的间隙决定。传输零点主要是由加载的阶跃阻抗的开路枝节线和交指耦合决定。

实施例

小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器的结构如图1所示，有关尺寸规格如下图2所示。介质基板的厚度为0.635mm，相对介电常数为6.15，损耗角正切为0.0015。谐振器折叠成n形结构可以有效减小滤波器的尺寸。滤波器的各微带线尺寸参数如下：L ₁=12.3±0.2 mm, L ₂=4.6±0.2 mm, L ₃=5.8±0.2 mm, L ₄=2±0.2 mm, L ₅=19.8±0.2 mm, L ₆=12±0.2 mm, L ₇=2±0.2 mm, L ₈=1.6±0.2 mm, L ₉=4.4±0.2 mm, L ₁₀=8.2±0.2 mm, W ₁=1.6±0.2 mm, W ₂=1.2±0.2 mm, W ₃=0.4±0.1 mm, W ₄=0.92mm, W ₅=1.5±0.1 mm, W ₆=0.9±0.1 mm, g ₁=0.2 mm, g ₂=0.6 mm.选择这些微带线各自的长度和宽度，以获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内传输特性和频带外衰减特性。图3是根据以上参数，设计好的滤波器。固定其他参数，通过改变L ₁的长度来仿真滤波器的响应。图中的曲线表示插入损耗。从图中可以看出，改变L ₁时，第三通带没有改变，但是第一通带和第二通带改变，而且第二通带改变的更加明显。所以在仿真好第三通带后可以通过改变L ₁的长度来调节第二通带。图4是在固定其他参数，通过改变W ₃的宽度来仿真滤波器的响应。图中的曲线表示插入损耗。从图中可以看出，改变W ₃时，第二和第三通带都基本没有变化，仅仅只有第一通带有变化。所以在调节好第二和第三通带之后，可以通过调节W ₃的宽度来调节第一通带。图5是在有交指耦合和没有交指耦合的情况下仿真结果的对比。图中的虚线是没有交指耦合的仿真结构，实线是有交指耦合的仿真结果。图中的S₁₁表示回波损耗，S₂₁表示插入损耗。从图中可以看出，在有交指耦合的情况下，一共有六个传输零点，没有交指耦合的情况下，只有两个传输零点。所以采用交指耦合能够产生传输零点，以增强选择性。图6是仿真结果和测试结果的比较。实线代表测试结果，虚线代表仿真结果，S₁₁表示回波损耗，S₂₁表示插入损耗。从图中可以看出，三个频率分别位于1.95GHz,2.45GHz,5.25GHz,三个通带的插入损耗分别是1.5dB, 1.7dB, 1.6dB，回波损耗都小于-15dB。3dB相对带宽分别为10.3%， 6.4%， 9.1%。六个传输零点分别位于1.3GHz, 2.1GHz, 3.34GHz, 3.55GHz, 4.69GHz, 5.74GHz。这些传输零点极大了提高了滤波器的选择性。从以上指标来看，本发明达到了一个比较好的效果，且实施例的测试结果与仿真结果基本一致，仿真和测试分别是使用安捷伦公司的商业电磁仿真软件ADS和E5071C网络分析仪来完成的。

以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，包括上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属板；上层微带结构附着在中间层介质基板上表面，下层接地金属板附着在中间层介质基板下表面；其特征在于：上层微带结构包括两条馈电线、两个谐振器和伪交指结构部分；两个谐振器排布成左右对称的结构，并且两个谐振器结构相同，其中谐振器由一条主传输线和一个加载在主传输线中心的阶跃阻抗枝节线组成；两条馈电线结构相同，馈电线的输入输出端口位于两个谐振器的下方，两个谐振器分别与两条馈电线直接相连；左上方的第一谐振器包括主传输微带线部分和加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线部分，其中主传输线部分包括第一微带线、第二微带线和第三微带线，第一微带线一端穿过中间层介质基板的金属化过孔与下层接地金属相连，另一端和第二微带线一端相连，第二微带线的另一端和第三微带线一端相连，第三微带线的另一端穿过中间层介质基板的金属化过孔与下层接地金属相连，第一微带线和第三微带线相互平行，并且都垂直地接在第二微带线的两端；加载在主传输线中心的阶跃阻抗开路枝节线部分包括第四微带线和第五微带线，第四微带线一端和第三微带线一端相连，另一端和第五微带线一端相连，第五微带线的另一端开路，第四微带线、第五微带线连接成倒L形。

2.根据权利要求1所述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，其特征在于，馈电线由第六微带线、第七微带线和第八微带线顺次连接而成，其中第六微带线的另一端与第二微带线一端相连，第八微带线的左端接输入信号，右边的馈电线中与左边的馈电线中的第六微带线、第七微带线和第八微带线对称的三条微带线构成L形结构；伪交指部分由三组平行的伪交指结构组成，每组伪交指结构相同，每组伪交指包含四条微带线，左右各两条，分别上下错开地搭接在左右馈电线上。

3.根据权利要求2所述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，其特征在于，除了伪交指结构部分之外，其外的部分左右对称；其中第一微带线与它对称的部分有着0.2mm的间隙。

4.根据权利要求3所述的小型化的高选择性的频率独立可控的三通带带通滤波器，其特征在于，所述频率独立可控的三通带带通滤波器的工作频率为1.92GHz、2.45GHz和5.25GHz；第一微带线的长度为 6±0.2 mm, 第二微带线的长度为 5.8±0.2mm,第三微带线的长度为 17+0.4mm，第一微带线、第二微带线和第三微带线的宽度为1.6±0.2 mm,第四微带线的长度为 2±0.2mm，第四微带线的宽度为 1.2±0.2mm，第五微带线的长度为12.3±0.2 mm，第五微带线的宽度为0.4±0.1 mm，第六微带线的长度为10±0.4 mm，第六微带线的宽度为0.8+0.2 mm，第七微带线的长度为 8±0.2mm，第七微带线的宽度是0.8±0.1mm,第八微带线的长度为12.3±0.2 mm，第八微带线的宽度为1.86 mm，伪交指部分中得每根长度的长度为 2±0.2mm，每组微带线间的间距为2.2±0.2mm,每组微带线内的间距是0.4±0.1mm；第一谐振器和第二谐振器之间的间距是4±0.2mm。