CN102569955A - 基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，该滤波器由输入端口、输出端口和两个呈镜像对称分布的非对称的开路支节加载谐振器组成，第一非对称的开路支节加载谐振器和第二非对称的开路支节加载谐振器之间设有间距；第一非对称的开路支节加载谐振器和第二非对称的开路支节加载谐振器各自设置有设有间距；输入端口与第一非对称的开路支节加载谐振器之间设有作为馈入输入信号的间距；输出端口与第二非对称的开路支节加载谐振器之间设有作为馈出输出信号的间距。该发明的双频带通滤波器具有结构紧凑尺寸小、通带选择性良好，以及通带频率独立可控，各通带带宽独立可控，即能实现的各通带频率带宽选择范围大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信、卫星通信以及微波通信等技术领域中射频滤波器，更具体地说，涉及一种基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器。
背景技术
近年来随着各种无线通信标准的提出以及应用，例如GSM、WLAN、WiMAX等，多频带、多标准无线通信系统引起越来越广泛的关注。在可以工作在两个频带的无线通信系统中，双频带通滤波器成为不可缺少的关键器件，其作用是使必要的信号通过，将不必要的信号滤除，并且降低各通信频道之间的信号干扰，保证通信设备的正常工作，实现高质量的信号传输。
双频带通滤波器的实现方式有很多种，以下分别阐述比较常见的结构及其特点。
(1)利用两组单频率带通滤波器组合来设计双频带滤波器
这种实现方式由两组谐振器组成，采用公共的输入输出端口，每组谐振器产生一个通带。其特点是两个通带频率独立可控；缺点是空间体积大，不易集成，通带带宽不能独立控制。
(2)利用双模谐振器来设计双频带通滤波器，其中以阶梯阻抗谐振器设计双频带通滤波器为典型。
这种实现方式由两个双模谐振器组成，独立的输入输出端口，这一组谐振器产生两个通带。其特点是集成度高，工艺简单，空间体积小；缺点是两个频率相互关联，频率和带宽都难以独立控制。
(3)利用多模谐振器来设计双频带通滤波器，其中以多支节加载谐振器设计双频带通滤波器为典型。
这种实现方式由单个谐振器组成，独立的输入输出端口，谐振器产生多个谐振模式通过支节的控制从而形成两个通带。其特点是集成度高，空间体积小；缺点是频率相互关联，频率和带宽都难以独立控制。
双频带通滤波器的实现在一些专利中已经提到一些方法，如专利号为201010045836.5的一种带宽可控的双频段带通滤波器，由双频段谐振器和双频段导纳变换器组成，该双频段带通滤波器有输入端口、输出端口、两个双频段谐振器和一个双频段导纳变换器级联而成。其中的双频段谐振器由一个均匀阻抗谐振器和一个阶梯阻抗谐振器并联而成；双频段导纳变换器由一个中部加载开路支节的微带线构成。该发明采用新的结构解决了传统双频带通滤波器在导纳变换器上设计困难和调整困难。缺点是各通带工作频率相互影响，独立控制性差，并且耦合结构单一，通带带宽难以独立控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，该双频滤波器具有结构紧凑并且各通带频率和通带带宽独立可控的特点，因此非常适合应用于多标准的多频通信系统，并克服现有双频带通滤波器的各通带频率和带宽难以独立控制的问题。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：由输入端口、输出端口和两个相同的非对称的开路支节加载谐振器组成；输入端口由四段微带线组成叉子形，包括作为叉柄的微带线十一、作为两个叉端的微带线十三、微带线十四及作为两个叉端连接处的微带线十二，微带线十一用于与外界信号连接；输出端口与输入端口相同且呈镜像对称分布；所述第一非对称的开路支节加载谐振器由微带线一、微带线二、微带线三、微带线四和微带线五组成，微带线一设置在微带线十三和微带线十四中间且与微带线十三、微带线十四和微带线十二均设有间距，微带线二的一端连接微带线一，微带线二的另一端与微带线三垂直连接，微带线四的一端连接微带线一，微带线四的另一端与微带线五垂直连接，微带线三与微带线五的朝向相反，微带线二与微带线四平行且之间设有间距；输入端口与第一非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈入输入信号；所述第二非对称的开路支节加载谐振器与第一非对称的开路支节加载谐振器呈镜像对称分布，由微带线六、微带线七、微带线八、微带线九和微带线十组成；所述第一非对称的开路支节加载谐振器和第二非对称的开路支节加载谐振器之间设有间距；所述输出端口与第二非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈出输出信号。
在上述方案中，第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线二和微带线四之间设置有间距，第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线七和微带线九之间设置有间距，该间距可形成平行耦合，该耦合是一种混合耦合，存在电耦合和磁耦合多条路径，可以在两个通带之间产生两个传输零点，有效改善通带之间的阻带衰减。
更具体地说，所述第一非对称的开路支节加载谐振器和第二非对称的开路支节加载谐振器之间设有的间距是指微带线三和微带线八之间设置有用于第一通带下传输模式的耦合的间距，微带线五和微带线十之间设置有用于第二通带下传输模式的耦合的间距。两个谐振器间的间距用于实现通带级间信号耦合传输，本发明相应地调节耦合间距的大小可以独立控制第一通带或第二通带的带宽特性，而对第二通带或第一通带的频率和带宽不会造成任何影响。
所述输入端口与第一非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈入输入信号是指，输入端口与微带线一之间的间距作为馈入输入信号的耦合间距。
所述输出端口与第二非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈出输出信号是指，输出端口与微带线六之间的间距用于馈出输出信号的耦合间距。
为了更好地实现本发明，所述输入端口和输出端口的馈电方式为缝隙耦合馈电方式；所述输入端口的微带线十一为阻抗为50Ω的传输线。
所述第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线二和微带线三的长度之和以及第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线七和微带线八的长度之和均可调长短。通过调整微带线长度和的长短，可有效控制第一通带的通带频率，而不对第二通带的通带频率和带宽造成任何影响。
所述第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线四和微带线五的长度之和以及第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线九和微带线十的长度之和均可调长短。通过调整微带线长度和的长短，可有效控制第二通带的通带频率，而不对第一通带的通带频率和带宽造成任何影响。
所述第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线五上还连接微带线十九，微带线十九与微带线四平行且均位于微带线五的同一侧，微带线三上设置有接地通孔一。
所述第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线十上还连接微带线二十，微带线二十与微带线十平行且均位于微带线十的同一侧，微带线八上设置有接地通孔二。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明采用呈对称分布的两个非对称支节加载谐振器实现双频带通滤波器，具有各通带的通带工作频率独立可控以及通带带宽独立可控的特点。
2、本发明采用平行耦合线结构的缝隙耦合馈电方式，增加双频带通滤波器端口设计的自由度，实现双频带通滤波器各通带带宽的大范围可控设计。
3、本发明非对称支节加载谐振器本身具有频率独立可控的特性，有利于实现双频带通滤波器的通带频率独立可控。
4、本发明在该类双频带通滤波器中呈对称分布的两个非对称支节加载谐振器在内部耦合的路径相互独立，有利于实现各通带带宽独立可控。
5、本发明在该类双频带通滤波器中，级间信号传输的多路径引入传输零点，提高了两个通带之间的频率选择性和带外抑制的性能。
附图说明
图1是本发明实施例一中的双频带通滤波器的结构示意图；
图2是本发明实施例一中的双频带通滤波器的频率响应曲线；
图3是本发明实施例二中的双频带通滤波器的结构示意图；
图4是本发明实施例二中的双频带通滤波器的频率响应曲线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
本发明的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器的结构示意图如图1所示，本实施例采用非对称开路支节加载谐振器实现的双频带通滤波器，由输入端口、输出端口、两个非对称开路支节加载谐振器组成；第一个非对称开路支节加载谐振器由微带线一11、微带线二12、微带线三13、微带线四14、微带线五15组成。其中，微带线二12的一端连接微带线一11，微带线二12的另一端与微带线三13垂直连接，微带线四14的一端连接微带线一11，微带线四14的另一端与微带线五15垂直连接，微带线三13与微带线五15的朝向相反，微带线二12与微带线四14平行且之间设有间距。第二个非对称开路支节加载谐振器与第一非对称开路支节加载谐振器呈镜像对称分布，由微带线六16、微带线七17、微带线八18、微带线九19、微带线十110组成，微带线七17与微带线九19平行且之间设有间距。两个非对称开路支节加载谐振器之间设有间距，包括微带线三13和微带线八18之间的间距、微带线五15和微带线十110之间的间距，用于实现通带级间信号耦合传输；两个非对称开路支节加载谐振器各自设有间距，包括微带线二12和微带线四14之间的间距、微带线七17和微带线九19之间的间距。
输入端口由四段微带线组成叉子形，包括作为叉柄的微带线十一111、作为两个叉端的微带线十三113、微带线十四114及作为两个叉端连接处的微带线十二112，微带线十一111用于与外界信号连接；微带线一11设置在微带线十三113和微带线十四114中间且与微带线十三113、微带线十四114和微带线十二112均设有间距，该间距做为输入信号的馈入。输出端口与输入端口相同且呈镜像对称分布，由微带线十五115、微带线十六116、微带线十七117、微带线十八118连结而成，并且与微带线六16之间设有间距做为输出信号的馈出。输入端口和输出端口的馈电方式为缝隙耦合馈电方式，输入端口的微带线十一111和输出端口的微带线十五115为阻抗为50Ω的传输线。
本发明所涉的双频带通滤波器，其各通带中心频率是可以独立控制的。呈镜像对称两个非对称开路支节加载谐振器的微带线二12、微带线三13的长度之和可调，以及微带线七17、微带线八18的长度之和可调，用于控制第一通带的通带频率，而不对第二通带的通带频率和带宽造成任何影响；呈镜像对称两个非对称开路支节加载谐振器的微带线四14、微带线五15的长度之和可调，以及微带线九19、微带线十110的长度之和可调，用于控制第二通带的通带频率，而不对第一通带的通带频率和带宽造成任何影响。
本发明所涉的双频带通滤波器，其各通带带宽是可以独立控制的。两个非对称支节开路加载谐振器的微带线三13、微带线八18之间的间距用于第一通带下传输模式的耦合，调节该耦合间距的大小独立控制第一通带带宽特性，而不对第二通带频率和带宽造成任何影响；两个非对称开路支节加载谐振器的微带线五15、微带线十110之间的间距用于第二通带下传输模式的耦合，调节该耦合间距的大小独立控制第二通带带宽特性，而不对第一通带频率和带宽造成任何影响。
本发明所涉的双频带通滤波器，在两通带之间引入了传输零点，大大提高了两通带之间的带外抑制性能。两个呈镜像对称分布非对称开路支节加载谐振器各自设有间距，包括微带线二12和微带线四14之间设有间距、微带线七17和微带线九19之间设有间距，形成平行耦合，该耦合是一种混合耦合，存在电耦合和磁耦合多条路径，可以在两个通带之间产生两个传输零点，有效改善通带之间的阻带衰减，提高通带选择性。
现以工作频率分别为3.5GHz和5.2GHz，带宽独立可控以及频率独立可控的双频滤波器为例加以说明，滤波器的衬底材料的介电常数为2.55，厚度为0.8mm。双频滤波器整体尺寸为0.79λg×0.35λg，其中，λg为该双频滤波器第一通带谐振频率对应的波长。
图2是该实施例的频率响应曲线。图中包括两条曲线S21、S11，曲线S21是信号的传输特性曲线，曲线S11是端口的反射特性曲线。由图可知，该滤波器具有双频通带响应，其中第一通带的中心频率是3.48GHz，通带内插入损耗为0.28dB，回波损耗大于28dB，其通带3dB带宽为7.4％；第二通带的中心频率是5.22GHz，通带内插入损耗为1.02dB，通带内回波损耗也大于30dB，其通带3dB带宽为3.65％；第一第二通带的带宽约之比为2∶1；两个传输零点分别在4.21GHz、4.53GHz，有效的提高了两个通带之间的带外衰减。
实施例二
本发明另一种基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器的结构示意图如图3所示，本实施例采用非对称短路开路支节加载谐振器实现的双频带通滤波器，包括输入端口、输出端口、两个呈镜像对称分布非对称短路开路支节加载谐振器组成；第一个非对称短路开路支节加载谐振器由微带线一21、微带线二22、微带线三23、微带线四24、微带线五25和微带线十九26及接地通孔一27组成；其中，微带线二22的一端连接微带线一21，微带线二22的另一端与微带线三23垂直连接，微带线四24的一端连接微带线一21，微带线四24的另一端与微带线五25垂直连接，微带线三23与微带线五25的朝向相反，微带线二22与微带线四24平行且之间设有间距，微带线五25上连接微带线十九26，微带线十九26与微带线四24平行且均位于微带线五25的同一侧，微带线三23上设置有接地通孔一27。第二个非对称短路开路支节加载谐振器与第一非对称短路开路支节加载谐振器呈镜像对称分布，由微带线六28、微带线七29、微带线八210、微带线九211、微带线十212和微带线二十213及接地通孔二214组成，微带线七29与微带线九211平行且之间设有间距。两个非对称短路开路支节加载谐振器之间设有间距，包括微带线三23和微带线八210之间的间距、微带线五25和微带线十212之间的间距，用于实现通带级间信号耦合传输；两个非对称短路开路支节加载谐振器各自设有间距，包括微带线二22和微带线四24之间的间距、微带线七29和微带线九211之间的间距。
输入端口由四段微带线组成叉子形，包括作为叉柄的微带线十一215、作为两个叉端的微带线十三217、微带线十四218及作为两个叉端连接处的微带线十二216，微带线十一215用于与外界信号连接；微带线一21设置在微带线十三217和微带线十四218中间且与微带线十三217、微带线十四218和微带线十二216均设有间距，该间距做为输入信号的馈入。输出端口与输入端口相同且呈镜像对称分布，输出端口由微带线十五219、微带线十六220、微带线十七221、微带线十八222连结而成，并且与微带线六28之间设有间距做为输出信号的馈出。输入端口和输出端口的馈电方式为缝隙耦合馈电方式，输入端口的微带线十一215和输出端口的微带线十五219为阻抗为50Ω的传输线。
本发明所涉的双频带通滤波器，其各通带中心频率是可以独立控制的。呈镜像对称两个非对称短路开路支节加载谐振器的微带线二22、微带线三23的长度之和可调，以及微带线七29、微带线八210的长度之和可调，用于控制第一通带的通带频率，而不对第二通带的通带频率和带宽造成任何影响；呈镜像对称两个非对称开路支节加载谐振器的微带线四24、微带线五25、微带线十九26的长度之和可调，以及微带线九211、微带线十212、微带线二十213的长度之和可调，用于控制第二通带的通带频率，而不对第一通带的通带频率和带宽造成任何影响。
本发明所涉的双频带通滤波器，其各通带带宽是可以独立控制的。两个非对称支节短路开路加载谐振器的微带线三23、微带线八210之间的间距以及接地通孔一27、接地通孔二214的半径大小用于第一通带下传输模式的耦合，耦合间距的大小和通孔半径的大小可以独立控制第一通带带宽特性，而不对第二通带频率和带宽造成任何影响。两个非对称短路开路支节加载谐振器的微带线五25、微带线十212之间的间距用于第二通带下传输模式的耦合，该耦合间距的大小独立控制第二通带带宽特性，而不对第一通带频率和带宽造成任何影响。
本发明所涉的双频带通滤波器，引入了传输零点有利于提高通带的选择性以及带外抑制性能。所述的该双频带通滤波器，两个呈镜像对称分布非对称短路开路支节加载谐振器各自设有间距，包括微带线二22和微带线四24之间设有间距、微带线七29和微带线九211之间设有间距，形成平行耦合，该耦合是一种混合耦合，包括电耦合和磁耦合多条路径，可以产生三个传输零点，有效改善通带之间的阻带衰减，提高通带选择性。
现以工作频率分别为2.4GHz和5.2GHz，带宽独立可控以及频率独立可控的双频滤波器为例加以说明，滤波器的衬底材料的介电常数为2.55，厚度为0.8mm。双频滤波器整体尺寸为0.43λg×0.13λg，其中，λg为该双频滤波器第一通带谐振频率对应的波长。
图4是该实施例的频率响应曲线。图中包括两条曲线S21、S11，由图可知，该滤波器具有双频通带响应，其中第一通带的中心频率是2.4GHz，通带内插入损耗为1.2dB，回波损耗大于18dB，其通带3dB带宽为4.2％；第二通带的中心频率是5.7GHz，通带内插入损耗为1.02dB，通带内回波损耗也大于20dB，其通带3dB带宽为4.9％；第一第二通带的带宽之比为1∶1.2；三个传输零点分别在0.74GHz、3.3GHz、6.64GHz，有效的提高了双频滤波器的通带选择性以及通带之间的衰减。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：由输入端口、输出端口和两个相同的非对称的开路支节加载谐振器组成；输入端口由四段微带线组成叉子形，包括作为叉柄的微带线十一、作为两个叉端的微带线十三、微带线十四及作为两个叉端连接处的微带线十二，微带线十一用于与外界信号连接；输出端口与输入端口相同且呈镜像对称分布；所述第一非对称的开路支节加载谐振器由微带线一、微带线二、微带线三、微带线四和微带线五组成，微带线一设置在微带线十三和微带线十四中间且与微带线十三、微带线十四和微带线十二均设有间距，微带线二的一端连接微带线一，微带线二的另一端与微带线三垂直连接，微带线四的一端连接微带线一，微带线四的另一端与微带线五垂直连接，微带线三与微带线五的朝向相反，微带线二与微带线四平行且之间设有间距；输入端口与第一非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈入输入信号；所述第二非对称的开路支节加载谐振器与第一非对称的开路支节加载谐振器呈镜像对称分布，由微带线六、微带线七、微带线八、微带线九和微带线十组成；所述第一非对称的开路支节加载谐振器和第二非对称的开路支节加载谐振器之间设有间距；所述输出端口与第二非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈出输出信号。
2.根据权利要求1所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述第一非对称的开路支节加载谐振器和第二非对称的开路支节加载谐振器之间设有的间距是指微带线三和微带线八之间设置有用于第一通带下传输模式的耦合的间距，微带线五和微带线十之间设置有用于第二通带下传输模式的耦合的间距。
3.根据权利要求1所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述输入端口与第一非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈入输入信号是指，输入端口与微带线一之间的间距作为馈入输入信号的耦合间距。
4.根据权利要求1所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述输出端口与第二非对称的开路支节加载谐振器之间的间距用于馈出输出信号是指，输出端口与微带线六之间的间距用于馈出输出信号的耦合间距。
5.根据权利要求3或4中所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述输入端口和输出端口的馈电方式为缝隙耦合馈电方式；所述输入端口的微带线十一为阻抗为50Ω的传输线。
6.根据权利要求1所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线二和微带线三的长度之和以及第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线七和微带线八的长度之和均可调长短。
7.根据权利要求1所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线四和微带线五的长度之和以及第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线九和微带线十的长度之和均可调长短。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述第一非对称的开路支节加载谐振器的微带线五上还连接微带线十九，微带线十九与微带线四平行且均位于微带线五的同一侧，微带线三上设置有接地通孔一。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的基于非对称支节加载谐振器的双频带通滤波器，其特征在于：所述第二非对称的开路支节加载谐振器的微带线十上还连接微带线二十，微带线二十与微带线十平行且均位于微带线十的同一侧，微带线八上设置有接地通孔二。
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