CN102637931B - 一种微波三通带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波三通带带通滤波器，该滤波器包括：左右对称设置的第一、二微波传输线、分别加载在第一、二微波传输线中点处的第一、二微波线开路枝节、位于第一微波线开路枝节上方的第一微波线短路枝节、位于第二微波线开路枝节下方的第二微波线短路枝节，两个微波线开路枝节的形状相同，两个微波线短路枝节的形状相同，两个微波线短路枝节的加载点分别与两个微波传输线的中点之间的电长度相等。实施本发明的技术方案，采用非对称对称加载短路枝节的结构，通过控制微波线开路枝节，可实现第三通带频率的调节；通过控制微波线短路枝节，可以实现对第一、二、三通带带宽的调节。

Description

一种微波三通带带通滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种三通带带通滤波器。

背景技术

近些年来，无线通信已成为人们生活密不可分的一部分。滤波器作为无线通信系统必不可少的一部分，势必成为研究热点。随着无线通信技术的高速发展，对所设计的电路提出了更高的要求。现代无线通信系统的一个主要发展趋势是多标准、多制式。为了实现电路多功能、小型化、低成本，多通带带通滤波器逐渐成为射频微波电路和系统设计方面的焦点。作为三频带无线通信系统中一个主要模块，三通带带通滤波器的拓扑结构在过去十年内得到了广泛的研究。为了实现微波三通带带通滤波器良好通带响应，多种形式的谐振器被采用，如多段谐振器、阶跃阻抗谐振器、枝节加载谐振器等，但这些谐振器所实现的三通带滤波器存在对通带频率或带宽调节上的不足，设计自由度受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在三通带带通滤波器实现频率或通带带宽调节的设计不足，提供一种频率、带宽均可调节的三通带带通滤波器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种微波三通带带通滤波器，包括：左右对称设置的第一微波传输线和第二微波传输线、分别加载在第一微波传输线中点处、第二微波传输线中点处的第一微波线开路枝节、第二微波线开路枝节、加载在第一微波传输线上且位于第一微波线开路枝节上方的第一微波线短路枝节、加载在第二微波传输线上且位于第二微波线开路枝节下方的第二微波线短路枝节、设置在第一微波线短路枝节的加载点处的输入端口、及设置在第二微波线短路枝节的加载点处的输出端口，其中，所述第一微波线开路枝节和第二微波线开路枝节的形状相同，所述第一微波线短路枝节和第二微波线短路枝节的形状相同，第一微波线短路枝节的加载点与第一微波传输线的中点之间的电长度与第二微波线短路枝节的加载点与第二微波传输线的中点之间的电长度相等；随着第一微波线开路枝节和第二微波开路枝节的电长度的增加，微波三通带带通滤波器的第三通带的中心频率减小，反之，第三通带的中心频率增大。

在本发明所述的微波三通带带通滤波器中，所述第一微波传输线和所述第二微波传输线呈上下对称。

在本发明所述的微波三通带带通滤波器中，所述第一微波线短路枝节、第二微波线短路枝节为L形。

在本发明所述的微波三通带带通滤波器中，所述第一微波传输线、第二微波传输线分别为微带线或槽线。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1、通过对微波线开路枝节的电长度的调节，可以实现对滤波器的第三通带频率的调节，而滤波器的第一、二通带频率基本保持不变；

2、通过对微波线短路枝节的电长度的调节，可以实现对滤波器的第一、二、三通带带宽的调节；

3、采用非对称对称加载短路枝节的结构，实现了比较好的频率选择性以及很好的高频段截止特性，同时，滤波器选择直接馈电方式，可减小通带内插损，并简化了电路设计步骤。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明微波三通带带通滤波器实施例一的结构图；

图2是对本发明的微波三通带带通滤波器所采用的谐振器的等效电路图；

图3A是图2中谐振器的频率特性与微波线短路枝节在微波传输线上的位置、微波线开路枝节关系的仿真测试曲线图；

图3B是图2中谐振器的频率特性与微波线短路枝节在微波传输线上的位置、微波线短路枝节关系的仿真测试曲线图；

图4A是本发明微波三通带带通滤波器的频率特性与微波线开路枝节关系的仿真测试曲线图；

图4B是本发明微波三通带带通滤波器的频率特性与微波线短路枝节关系的仿真测试曲线图；

图5是本发明微波三通带带通滤波器的仿真与测试结果的曲线图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明微波三通带带通滤波器实施例一的结构图中，该微波三通带带通滤波器包括第一微波传输线11、第二微波传输线21、第一微波线开路枝节12、第二微波线开路枝节22、第一微波线短路枝节13、第二微波线短路枝节23、输入端口Feed1和输出端口Feed2。其中，第一微波传输线11和第二微波传输线21呈左右对称设置。第一微波线开路枝节12加载在第一微波传输线11中点处，第二微波线开路枝节22加载在第二微波传输线21中点处，而且，第一微波线开路枝节12和第二微波线开路枝节22的形状相同。第一微波线短路枝节13加载在第一微波传输线11上且位于第一微波线开路枝节12的上方，第二微波线短路枝23加载在第二微波传输线21上且位于第二微波线开路枝节22的下方，而且，第一微波线短路枝节13和第二微波线短路枝节23的形状相同，在该实施例中，均为L形。第一微波线短路枝节13的加载点与第一微波传输线11的中点之间的电长度与第二微波线短路枝节23的加载点与第二微波传输线21的中点之间的电长度相等。另外，输入端口Feed1设置在第一微波线短路枝节13的加载点处，输出端口Feed2设置在第二微波线短路枝节23的加载点处。最后，应当说明的是，在该实施例中，第一微波传输线11、第二微波传输线21围成围成了方形，当然，在其它实施例中，也可围成其它呈左右对称、上下对称的形状，如圆形、六边形、八边形等，还可以围成其它仅呈左右对称的形状，如五边形、七边形、心形等。另外，第一微波线开路枝节12和第二微波线开路枝节22的形状可为其它任意形状，第一微波线短路枝节13和第二微波线短路枝节23的形状也可为其它任意形状，这都在本发明的保护范围内。

下面以方形的三通带带通滤波器为例来具体说明其原理：首先对该三通带带通滤波器所采用的谐振器进行分析，结合图2，在此应当说明的是，以下实施例都是仅以第一微波传输线11为例进行分析的，应当理解，以第二微波传输线21进行分析的原理相同。

如图2所示，该谐振器的输入导纳Y_in可以表示为：

$Y_{\mathrm{in}}=j{Y}_1\frac{Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_1+Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_4+Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}{Y_1-Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2-Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_2\tan {\mathrm{\θ}}_4}+j{Y}_1\tan {\mathrm{\θ}}_3-j{Y}_3\cot {\mathrm{\θ}}_5---\left(1\right)$

其中，Y₁为第一微波传输线11的特征导纳，θ₁为第一微波传输线11电长度的一半，θ₂为第一微波线短路枝节的加载点与第一微波传输线中点之间的电长度，θ₃为第一微波线短路枝节的加载点与第一微波传输线上方的端点之间的电长度，Y₂为第一微波线开路枝节的特征导纳，θ₄(L₄)为第一微波线开路枝节的电长度，θ₅(L₃)为第一微波线短路枝节的电长度。

然后，根据谐振条件，Y_in的虚部为零，即Im{Y_in}＝0，得：

Y₁ ²(tanθ₁+tanθ₂+tanθ₃-tanθ₁tanθ₂tanθ₃)+Y₁Y₂(tanθ₄+tanθ₂tanθ₃tanθ₄)

-Y₁Y₃(cotθ₅-tanθ₁tanθ₂cotθ₅)+Y₂Y₃tanθ₂tanθ₄cotθ₅＝0   (2)

图3A示出了谐振器的频率特性与微波线短路枝节在微波传输线上的位置、微波线开路枝节的关系，图3B示出了谐振器的频率特性与微波线短路枝节在微波传输线上的位置、微波线短路枝节的关系，其中，u表示微波线短路枝节在微波传输线上的位置，例如规定：u＝θ₃/(θ₂+θ₃)。从图3A、图3B可以看出，谐振器的前三个谐振频率f₁、f₂、f₃受微波线开路枝节、微波线短路枝节的电长度以及微波线短路枝节在微波传输线上的位置u的影响，且在不同的u的取值范围内，微波线开路枝节、微波线短路枝节对谐振器的前三个谐振频率f₁、f₂、f₃影响的效果是不同的，例如，在图3A中，在0.8>u>0.4范围内，改变微波线开路枝节的电长度L₄(L₄分别取3mm、4mm、5mm)，谐振器的第三个谐振频率f₃变化较大(也即，在0.8>u>0.4范围内，谐振器的第三个谐振频率f₃仅受微波线开路枝节的电长度L₄的控制)，而谐振器的第一、二个谐振频率f₁、f₂几乎保持不变。在图3B中，在0.8>u>0.4范围内，改变微波线短路枝节的电长度L₃(L₃分别取5mm、6mm、7mm)，谐振器的前三个谐振频率f₁、f₂、f₃仅有轻微的变化，但是他们的频率变化范围是不同的。上述的谐振器的这种特性对于调谐三通带带通滤波器的通带至期望的运行频率是非常有用的。因此，与传统的枝节对称结构的谐振器相比，这种设计结构在控制谐振器频率方面有更多的设计自由度。

综合以上分析，在0.8>u>0.4范围内，若取u＝0.78作为实施例，设计了三通带带通滤波器，并对滤波器的频率响应与开路、短路枝节的关系也做了仿真测试，如图4A、4B所示。

图4A示出了本发明微波三通带带通滤波器的频率特性与微波线开路枝节的关系，从图4A上可以清楚的看出，随着微波开路枝节电长度L₄的增加(2.0→2.8→3.6→4.4)，所设计的三通带带通滤波器的第三通带的中心频率逐渐向左移动(越来越小)，实现了对第三通带中心频率的控制。图4B示出了微波三通带带通滤波器的频率特性与微波线短路枝节的关系，从图4B上可以清楚的看出，随着微波短路枝节电长度L₃的增加(3.6→4.6→6.1)，所设计的微波三通带带通滤波器的三个通带的带宽随之增加，实现的对通带带宽的控制。

图5示出了微波三通带带通滤波器的仿真与测试结果的曲线，在图5中，实线为实测曲线，虚线为仿真曲线，S11为回波损耗，S21为插入损耗。位于通带附近的传输零点提高了通带的频率选择性。本发明的阻带有一个很宽的范围。

应当说明的是，以上实施例是以方形的三通带带通滤波器为例来说明的，在该实施例中，0.8>u>0.4。当然本发明的其它形状的三通带带通滤波器的实施例中，u的取值范围并非一定为上述范围。这都在本发明的保护范围之内。

另外，在一个优选实施例中，第一微波传输线11、第二微波传输线21分别为微带线、共面波或槽线。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种微波三通带带通滤波器，其特征在于，包括：左右对称设置的第一微波传输线和第二微波传输线、分别加载在第一微波传输线中点处、第二微波传输线中点处的第一微波线开路枝节、第二微波线开路枝节、加载在第一微波传输线上且位于第一微波线开路枝节上方的第一微波线短路枝节、加载在第二微波传输线上且位于第二微波线开路枝节下方的第二微波线短路枝节、设置在第一微波线短路枝节的加载点处的输入端口、及设置在第二微波线短路枝节的加载点处的输出端口，其中，所述第一微波线开路枝节和第二微波线开路枝节的形状相同，所述第一微波线短路枝节和第二微波线短路枝节的形状相同，第一微波线短路枝节的加载点与第一微波传输线的中点之间的电长度与第二微波线短路枝节的加载点与第二微波传输线的中点之间的电长度相等；随着第一微波线开路枝节和第二微波开路枝节的电长度的增加，微波三通带带通滤波器的第三通带的中心频率减小，反之，第三通带的中心频率增大。

2.根据权利要求1所述的微波三通带带通滤波器，其特征在于，所述第一微波传输线和所述第二微波传输线呈上下对称。

3.根据权利要求1所述的微波三通带带通滤波器，其特征在于，所述第一微波线短路枝节、第二微波线短路枝节为L形。

4.根据权利要求1所述的微波三通带带通滤波器，其特征在于，所述第一微波传输线、第二微波传输线分别为微带线或槽线。