CN102623775A - 基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，包括介质基板，介质基板上表面微带线，介质基板下表面的接地金属镀层。介质基板上表面微带线由两个相同的非对称阶跃阻抗谐振器A、B及输入输出馈线组成。谐振器A与谐振器B折叠成螺旋形状，并且相互弱耦合，输入、输出馈线也分别与谐振器A、谐振器B耦合馈电。本发明实施例中的双频滤波器体积小、选频特性好，在通带内具有低插损，在带外具有高衰减，可用于无线通信系统中超窄带小型化双频滤波器的设计。

Description

基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器

所属技术领域

本发明涉及一种基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，属于无线通信技术领域中具有小型化、高选频特性的双频带通滤波器范畴。

背景技术

 随着无线通信系统的快速发展，频谱资源日益稀缺，高效的频谱利用率对具有高选频特性、小型化、低成本的双频或多频滤波器需求迫切。高选频特性是指滤波器通带到阻带的过渡十分陡峭，且阻带回波损耗要尽量大。为实现高选频特性，往往在通带一侧或两侧引入多个传输零点，传输零点越靠近通带，选频特性就越好。

在现有的技术条件下，用于产生传输零点的交叉耦合双频滤波器尺寸仍较大，以及选频特性有待提高。传统的滤波器是通过增加谐振器的个数实现多个传输零点，但会增加滤波器的体积和设计成本。因此，为解决当前无线通信系统中频谱资源稀缺问题，研究小型化、高选频特性、低成本的双频或多频滤波器具有很大的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决当前微带双频滤波器无法实现较好的选频特性，以及体积仍较大等关键技术问题，提供一种新型的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，它在通带外有四个传输零点，通带内具有低插损，带外有高衰减，从而实现高的选频特性。发明的本目的可通过下述发明构思实现：

（1）        采用的介质板材料：介质基板选用的介电常数为                                               =2.65，厚度为h=0.8mm。

（2）        采用非对称阶跃阻抗谐振器结构作为基础。

（3）        加工后的电路板共分为三层：介质板背面一层为金属镀层，作为接地面。介质基  板表面附着微带线。中间层是介质基板和输入输出端口，端口处用于焊接两个同轴接头。介质板表面附着的微带线由以下几个部分组成：两个相互耦合的螺旋形非对称阶跃阻抗谐振器A、B,其中谐振器A与谐振器B相距d，谐振器B相对谐振器A旋转180度并交错耦合，输入输出馈线采用180度耦合馈电。通过改变两个螺旋形金属微带线谐振器的间距和输入输出馈线的长度等可以在通带外产生四个传输零点，并调节零点的位置和通带特性，从而提高频率选择性。

所述的金属微带线和金属镀层可以是导电性能较好的金、银或铜。

所述的中间层可以是不同介电常数的介质板，在其它条件不变的情况下，金属微带线的长度与介电常数成反比。

本发明的双频滤波器是由两个相同的螺旋形非对称阶跃阻抗谐振器组成，单个谐振器长度为第一中心频率处的二分之一波长。利用单个谐振器的基频和第一谐波实现双频特性。改变两个螺旋形谐振器间的耦合间距和输入输出馈线的长度等可以在通带外产生四个传输零点。调节非对称阶跃阻抗的阻抗比和电长度可实现带外宽阻带。此结构设计出的双频滤波器带内插损低、选频特性好、体积小。

该谐振器结构的馈电方式有两种，一种是直接接入即抽头馈电，一种是耦合馈电，本发明采用耦合馈电，这种馈电结构不需加入阻抗变换器，通过调整馈线与谐振器的距离，进而调节具体的通带特性。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，包括介质基板，介质基板表面的微带线，介质基板下表面的接地金属镀层；其特征在于所述介质基板上表面微带线由两个相同的非对称阶跃阻抗谐振器及输入输出馈线组成；谐振器与谐振器折叠成螺旋结构，并且相互弱耦合；同时输入、输出馈线也分别与谐振器耦合馈电。

所述每个谐振器长度为第一中心频率处的二分之一波长，且每个谐振器的两端开路。

所述输入馈线与输出馈线成180度馈电。

所述介质基板表面的微带线和接地金属镀层材料采用导电性能良好的金、银或铜。

所述介质基板为介电常数

=2.65的介质板，该介质板厚度h =0.8mm。

与现有的技术相比，本发明具有如下显而易见的实出实质地特点和显著优点：

（1）    传统的谐振器主要采用对称的阶跃阻抗结构，由于对称的阶跃阻抗结构具有两阶不连续性，而本发明采用的非对称阶跃阻抗谐振器仅具有一阶不连续性，所以减小了不连续性带来的损耗，同时也增加了结构设计的灵活性。

（2） 与现有的具有额外传输零点的双频滤波器相比，本发明具有更低的阶数，是一个二阶滤波器。却使得通带外有四个传输零点，使其具有高的选频特性。同时将谐振器设计成螺旋结构，使整个滤波器具有更小的体积。

附图说明

图1是本发明的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器结构图。

图2是传统的对称阶跃阻抗单元结构图。

图3是本发明的非对称阶跃阻抗单元结构图。

图4是本发明的螺旋形非对称阶跃阻抗谐振器结构图。

图5 是本发明的馈电结构图。

图6是本发明的电磁仿真频率响应曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明：

实施例一：

参见图1，本非对称阶跃阻抗超窄带双频滤波器，包括介质基板(2)，介质基板(2)表面的微带线(4)，介质基板下表面的接地金属镀层(1)；其特征在于所述介质基板上表面微带线(4)由两个相同的非对称阶跃阻抗谐振器（A、B）及输入输出馈线（3，5）组成；谐振器A与谐振器B折叠成螺旋结构，并且相互弱耦合；同时输入、输出馈线（3，5）也分别与谐振器（A、B）耦合馈电。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述每个谐振器（A、B）长度为第一中心频率处的二分之一波长，且每个谐振器（A、B）的两端开路。

所述输入馈线与输出馈线（A、B）成180度馈电。

所述介质基板（2）表面的微带线（4）和接地金属镀层（1）材料采用导电性能良好的金、银或铜。

所述介质基板（2）为介电常数

=2.65的介质板，该介质板厚度h =0.8mm。

实施例三：

如图1所示，为本实施例的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器结构图。谐振器A与谐振器B间相互耦合,可产生两个传输零点。同时可通过调节谐振器间的距离改变传输零点的位置以及通带特性。经过设计、仿真和优化，最终确定该微带超窄带双频滤波器的具体尺寸如下：

L1=3.6mm， L2=5 mm， L3=5.6 mm,  L4=5 mm,  L5=4.2 mm,   L6=3.2 mm,  L7=4 mm, 

L8=2.6 mm,  L9=2.2 mm,  L10=2 mm,   L11=1.6 mm,  L12=1.2 mm,  L13=0.6 mm,  L14=6 mm,  L15=4.8 mm，L16=6.8 mm,  W1=1.8 mm，W2=0.4 mm，W3=2 mm,  

d1=d2=0.4 mm。

基于上述方法设计了一种用于无线局域网（WLAN）的双频滤波器，其中心频率为2.4GHz /5.22GHz，相应的相对带宽分别约为2%/1.3%，通过电磁仿真软件Sonnet进行仿真，优化。

本实施例的非对称阶跃阻抗单元结构图3所示，它由传统的对称阶跃阻抗单元结构图2改变而成的。采用图3结构可减小谐振器中由阶跃不连续性引起的损耗问题。同时为实现带外宽阻带，可适当的调节非对称阶跃阻抗谐振器的阻抗比和电长度。

如图4所示，为本实施例提出的螺旋形非对称阶跃阻抗谐振器结构图。为了实现本发明其中一个目的即小型化，特将非对称阶跃阻抗谐振器设计成螺旋形。

如图5所示，为本实施例的馈电结构图。由于采用平行耦合馈电，不需要加入阻抗变换器，而抽头馈电需考虑阻抗变换，因此，耦合馈电有利于滤波器的小型化。同时输入端与输出端成180度馈电，使滤波器带外额外产生一个传输零点。

图6显示了该超窄带双频滤波器仿真结果图。仿真结果表明无论是带内特性还是带外抑制，本发明具有很好的优越性。两个通带附近有四个传输零点，带外衰减陡峭，提高了滤波器的选频特性。带外抑制也因为多个传输零点而变得更好，并且滤波器结构简单、尺寸小。 

以上仿真结果表明：

（1）    两个通带的3dB带宽分别为50MHz和70MHz,插入损耗小于0.1dB；

（2）    两个通带带内回波损耗分别达到-37dB、34dB，通带特性好。

（3）    通带截止边沿陡峭，在第一通带下频段1.86GHz、2.32GHz处有两个传输零点分别降到了82dB、-70dB。在第二通带两侧4.92GHz、5.36GHz处也有传输零点。分别降到了-64dB、-60dB。

（4）    在实现带内、带外性能良好的同时，也得到结构相对简单、小型化、损耗小等优点的超窄带双频滤波器。

Claims (5)

1.一种基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，包括介质基板(2)，介质基板(2)表面的微带线(4)，介质基板下表面的接地金属镀层(1)；其特征在于所述介质基板上表面微带线(4)由两个相同的非对称阶跃阻抗谐振器（A、B）及输入输出馈线（3，5）组成；谐振器A与谐振器B折叠成螺旋结构，并且相互弱耦合；同时输入、输出馈线（3，5）也分别与谐振器（A、B）耦合馈电。

2.根据权利要求1所述的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，其特征在于所述每个谐振器（A、B）长度为第一中心频率处的二分之一波长，且每个谐振器（A、B）的两端开路。

3.根据权利要求1所述的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，其特征在于所述输入馈线与输出馈线（A、B）成180度馈电。

4.根据权利要求1所述的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，其特征在于所述介质基板（2）表面的微带线（4）和接地金属镀层（1）材料采用导电性能良好的金、银或铜。

5.根据权利要求1所述的基于非对称阶跃阻抗谐振器的超窄带双频滤波器，其特征在于所述介质基板（2）为介电常数                                               

=2.65的介质板，该介质板厚度h =0.8mm。

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