CN102544653A - 微波四频带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波四频带通滤波器，属于多频带通滤波器领域。该滤波器是由一个双频带通滤波器和一个双频带阻滤波器电路互嵌而成，具体地，该滤波器是由n个双模谐振器和n-1个双频带阻单元交替加载在传输线上构成，所有的双模谐振器和双频带阻单元的终端均短路，并且双带阻滤波器的阻带位于双频带通滤波器的通带频率范围内。本发明避免了复杂耦合网络的使用，电路简洁，总长度小，并具有较大的隔离度。

Description

微波四频带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一种四频带通滤波器，属于多频带通滤波器领域。

背景技术

现有多频带通滤波器的实现一般有两种形式：

1)多套谐振器方案。使用多组谐振器实现多频带通滤波器，每一组谐振器分别实现一个通带，有单独的耦合网络，或者耦合网络部分共用。这种多频带通滤波器实际使用了几倍于单通带滤波器的谐振器，再加上要安排复杂的耦合网络，电路结构安排非常局促，如果要实现高阶多频带通滤波器则耦合结构的安排会更为困难。该滤波器的电路效率低，且尺寸大。

2)多模谐振器(主要是阶梯阻抗谐振器SIR)的多个模式用于实现多个通带。该方案的优点是电路效率高，但是设计难度较大。多个通带使用同一套耦合网络，很难同时达到各个通带所需要的耦合系数，因此难于分别设置各通带的带宽。现有文献对此主要采取两种做法：

A)在阶梯阻抗谐振器间的多个部位引入平行耦合，通过调节各平行耦合部位的长度和耦合间距来同时达到多个频段上的耦合系数。实际设计时首先需要通过大量电磁仿真，获得各频段耦合系数随各电路参量变化的曲线，之后才能综合确定各电路参数，设计难度大。该方法一般仅能在较窄范围内调节各通带带宽之间的比例。

B)采用多模耦合方式，例如阶梯阻抗平行耦合方式。这种耦合方式能够在多个频段分别实现导纳变换(理想耦合单元)，但是耦合电路的体积过大，目前也仅被报道应用于双通带滤波器。

发明内容

本发明针对现有多频带通滤波器技术存在缺陷，而提出一种微波四频带通滤波器，以解决耦合结构复杂、带宽不易调节等问题。

该微波四频带通滤波器是由n个双模谐振器和n-1个双频带阻单元交替加载在传输线上构成，所有的双模谐振器和双频带阻单元的终端均短路，所述每个双频带阻单元的加载点位于相邻两个双模谐振器之间的传输线的均分三段的中间段上，并且由n-1个双频带阻单元所实现的两个传输阻带位于由n个双模谐振器所实现的两个通带频率范围内。

所述双模谐振器采用二节阶梯阻抗短路短截线；所述双频带阻单元采用电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线。

技术效果：

1、避免了复杂耦合网络的使用，电路简洁；在一个滤波器的长度内实现两个滤波器互嵌，因而总长度小。

2、可以较方便地调节各通带的中心频率和带宽，可以实现较大的带宽比值。

3、通带之间存在传输零点，所以具有较大的隔离度。

附图说明

图1为双频带通滤波器的结构示意图。

图2为双频带阻滤波器的结构示意图。

图3为本发明的结构示意图，图中标号名称：1、传输线；2、二节阶梯阻抗短路短截线；3、电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线。

图4为二节阶梯阻抗短路短截线的输入导纳曲线图。

图5为电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线产生的两个传输零点示意图。

图6为本发明的实施例设计结构示意图。

图7为实施例滤波器实测和仿真所得传输特性曲线图。

图8为实施例滤波器实测和仿真所得反射特性曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的结构、原理作进一步说明。

图1给出了一种双频带通滤波器的拓扑结构，双频谐振器为二节阶梯阻抗短路短截线，其是由两段特性阻抗不同的传输线连接而成，终端短路，它的输入导纳为：

$Y_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{-j}{Z_{s2}}\frac{Z_{s2}-Z_{s1}\tan {\mathrm{\θ}}_{s1}\tan {\mathrm{\θ}}_{s2}}{Z_{s1}\tan {\mathrm{\θ}}_{s1}+Z_{s2}\tan {\mathrm{\θ}}_{s2}}$

上式中：j为虚数；Z_s1、Z_s2分别为二节阶梯阻抗短路短截线中的第一段传输线(粗)和第二段传输线(细)的特性阻抗；θ_s1、θ_s2分别为二节阶梯阻抗短路短截线中的第一段传输线和第二段传输线的电长度。

在输入导纳为0的频点处发生谐振，谐振模式用于实现通带，两个谐振频率决定两个通带的大致频率。输入导纳为无穷大的频点为图1滤波器的传输零点，图4给出了若干不同特性阻抗比值和电长度比值的二节阶梯阻抗短路短截线的输入导纳曲线，图中：Rz＝Z_s2/Z_s1，Rt＝θ_s2/θ_s1。当传输线的特性阻抗确定时，两个通带的带宽由谐振频率处的电纳斜率决定，电纳斜率越小则带宽越宽。通过调节两段传输线的特性阻抗和电长度，即可调节两个通带的中心频率及相应的带宽。

图2给出了一种双频带阻滤波器的拓扑结构，双频带阻单元为电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线，其通过加载的电容与主传输线连接，终端短路，它的输入阻抗为：

$Z_{\mathrm{in}}\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{jZ}}_{l2}\frac{Z_{l1}\tan {\mathrm{\θ}}_{l1}+Z_{l2}\tan {\mathrm{\θ}}_{l2}}{Z_{l2}-Z_{l1}\tan {\mathrm{\θ}}_{l1}\tan {\mathrm{\θ}}_{l2}}-j\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_l}$

上式中：j为虚数；Z_l1、Z_l2分别为电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线中的第一段传输线和第二段传输线的特性阻抗；θ_l1、θ_l2分别为电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线中的第一段传输线和第二段传输线的电长度；C_l为加载电容。

输入阻抗为0的频点为图2滤波器的一个传输零点，每一个双频带阻单元(电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线)可以产生两个传输零点，分别位于双频带阻滤波器的两个阻带内，如图5所示。若干个双频带阻单元由传输线相连则可以实现两个阻带。

本发明的四频带通滤波器的拓扑结构如图3所示，其是由图1和图2所示的两个滤波器电路互嵌得到，具体地，本滤波器是由n个双模谐振器和n-1个双频带阻单元交替加载在传输线上构成，所有的双模谐振器和双频带阻单元的终端均短路，双模谐振器同样采用二节阶梯阻抗短路短截线，双频带阻单元也同样采用电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线，每个双频带阻单元的加载点位于相邻两个双模谐振器之间的传输线的均分三段的中间段上，则在双频带通滤波器的两个通带内分别产生若干个传输零点，形成两个阻带，且这两个阻带位于双频带通滤波器的两个通带频率范围内，从而两个通带被分割为四个通带，实现四频带通滤波器，电路参数可以通过相关优化算法提取。本滤波器可以是微带线形式，也可以是带状线或悬置微带线结构。

下面介绍本发明的一个实施例。

实施例的设计结构如图6所示，相关尺寸如表1所示。该滤波器为微带线形式，设置于介电常数为3.38、厚度为0.508mm的介质基板上。加载电容可以是多种形式，这里采用贴片电容，各短路短截线终端使用多个金属过孔接地，双频带阻单元加载在相邻两个双模谐振器之间的传输线的中点处。该滤波器的设计通带为：1-1.3GHz、1.6-1.8GHz、2.4-2.6GHz和3-3.25GHz，图7给出了该滤波器实测和仿真所得传输特性曲线S21，图8给出了该滤波器实测和仿真所得反射特性曲线S11。四个通带从低频到高频，其带内最低损耗分别为1.9dB、1.8dB、2.9dB、2.8dB，相应的回波损耗分别为13dB、12dB、10dB、8dB，带间隔离度分别为50dB、60dB、50dB。由于加工误差和电容值的容差，实际测试所得的各通带跟仿真所得通带在频率上和带宽上会有些偏差。

表1：实施例滤波器的设计尺寸数据

C1(pf)	1	W0(mm)	0.92
				C2(pf)	1	W1(mm)	1.25
L1(mm)	20.18	W2(mm)	0.69
				L2(mm)	15.78	W3(mm)	1.50
L3(mm)	21.97	W4(mm)	4.80
				L4(mm)	21.29	W5(mm)	0.23
L5(mm)	11.76	W6(mm)	3.10
				L6(mm)	18.71	W7(mm)	2.92
L7(mm)	18.39	W8(mm)	8.54
				L8(mm)	21.52	W9(mm)	0.12
L9(mm)	9.37	W10(mm)	4.32
				L10(mm)	17.32

Claims (4)

1.一种微波四频带通滤波器，其特征在于：该滤波器是由n个双模谐振器和n-1个双频带阻单元交替加载在传输线上构成，所有的双模谐振器和双频带阻单元的终端均短路，所述每个双频带阻单元的加载点位于相邻两个双模谐振器之间的传输线的均分三段的中间段上，并且由n-1个双频带阻单元所实现的两个传输阻带位于由n个双模谐振器所实现的两个通带频率范围内。

2.根据权利要求1所述的微波四频带通滤波器，其特征在于：所述双模谐振器采用二节阶梯阻抗短路短截线。

3.根据权利要求1所述的微波四频带通滤波器，其特征在于：所述双频带阻单元采用电容加载的二节阶梯阻抗短路短截线。

4.根据权利要求3所述的微波四频带通滤波器，其特征在于：所述电容采用贴片电容。

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