CN102664295B - 超宽带微带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带微带带通滤波器，包括：正面部分、背面部分和输入端口(10)、输出端口(11)，所述正面部分包括：第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)、第一交指耦合谐振单元(2)、第二交指耦合单元(4)、锥形谐振单元(3)、第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(7)、第三slot结构单元(8)、介质板(9)、输入端口(10)、输出端口(11)；输出端口(11)连接第二均匀传输线(2)，所述背面部分均匀铺铜形成一个接地单元(12)。该微带滤波器由印刷电路板制作，结构简单，并且在其工作频带上性能表现良好。
Description
技术领域
本发明涉及微带滤波器领域，具体是一种超宽带微带带通滤波器，该滤波器可以用于超宽带系统中进行滤波。
背景技术
近年来，随着无线通信技术和多种通信系统的快速发展，无线频谱资源越来越紧缺，人们在提高现有频谱利用率的同时，更渴望能够开发出新的，更宽的频带。为了解决这一瓶颈问题，2002年美国联邦通信委员会(FCC)通过了超宽带(UWB，Ultra-wideband)技术的商用许可(3.1GHz-10.6GHz)，UWB技术开始受到广泛的关注和深入的研究。为了适应超宽带技术的发展，作为射频前端的核心器件之一，超宽带带通滤波器的研究已经成为无数学者关注的热点和重点。
超宽带带通滤波器在整个超宽带无线通信系统中起着重要的作用，它性能的优劣直接影响整个通信系统的质量。传统的交指耦合微带带通滤波器采用的是3指耦合，调整交指的长度和耦合距离能够保证3.1GHz-10.6GHz频段内良好的通带特性，但是由于在整个UWB频段范围内已经存在各种窄带无线通信信号，像无线局域网系统，它存在的频段是5.7GHz-5.8GHz，这些信号会严重干扰UWB系统，为了保证系统的正常工作，迫切需要具有陷波特性的UWB带通滤波器。在3指耦合的基础上改进的5指交指耦合微带带通滤波器可以满足这样的要求，但这样的滤波器阻带较窄，不能有效抑制高次谐波。而且随着移动通信技术的迅速发展，多种通信系统并存，不同的信号会在UWB系统中产生大量谐波从而影响UWB系统的灵敏度，所以设计一种具有陷波特性又可以抑制高次谐波的UWB带通滤波器是很有必要的。
发明内容
为了满足陷波同时具有高阻带特性，本发明提供了一种改进的超宽带微带带通滤波器。该滤波器结构简单，并且在工作频段有良好的性能表现。
本发明通过下面技术方案来实现：
一种超宽带微带带通滤波器，包括：正面部分、背面部分和输入端口(10)、输出端口(11)，所述正面部分包括：第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)、第一交指耦合谐振单元(2)、第二交指耦合单元(4)、锥形谐振单元(3)、第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(7)、第三slot结构单元(8)、介质板(9)、输入端口(10)、输出端口(11)；第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)分别位于介质板(9)的两端，第一交指耦合谐振单元(2)的一端和第一均匀传输线(1)相接，第二交指耦合谐振单元(4)的一端与第二均匀传输线(5)相接，第一交指耦合谐振单元(2)的另一端和第二交指耦合谐振单元(4)的另一端通过锥形谐振单元(3)相连接，通过刻蚀技术在锥形谐振单元(3)上刻蚀出缝隙结构形状形成三个slot结构单元：第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(7)、第三slot结构单元(8)，从而形成相应的空气单元；输入端口(10)连接第一均匀传输线(1)；输出端口(11)连接第二均匀传输线(2)，所述背面部分均匀铺铜形成一个接地单元(12)。
所述的超宽带微带带通滤波器，所述三个slot结构单元等间距排列，第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(8)距离中心的第三slot结构单元(7)距离为3.47mm，位于中心的第三slot结构单元(7)最长，长度为8.0mm，位于两侧的第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(8)等长，长度均为4.7mm。
所述的超宽带微带带通滤波器，所述的第一交指耦合单元(2)、第二交指耦合单元(4)均为五指耦合，耦合指的数量比是2∶3，指间的间距是0.15mm。
所述的超宽带微带带通滤波器，所述的第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)均为50欧姆的传输线。
所述的超宽带微带带通滤波器，所述的第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)、第一交指耦合谐振单元(2)、第二交指耦合谐振单元(4)、锥形谐振单元(3)、接地单元(12)均为导体。
所述的超宽带微带带通滤波器，所述的输入端口(10)外接信号源，使激励信号能够通过第一均匀传输线(1)，再通过第一交指耦合谐振单元(2)、锥形谐振单元(3)、第二交指耦合谐振单元(4)和第二均匀传输线(5)，最后经由输出端口(11)到达外部电路。
所述的超宽带微带带通滤波器，所述的介质板(9)为低介电常数物质。
本发明通过交指耦合谐振单元来实现具有陷波特性的超宽带微带带通滤波器，通过引入带slot结构的锥形谐振单元来改善陷波频段和高阻带的特性。该滤波器的结构简单，并且在工作频段有良好的性能表现。
附图说明
图1是本发明超宽带微带带通滤波器的结构图。
图2是本发明超宽带微带带通滤波器的正面结构图。
图3是本发明超宽带微带带通滤波器的背面结构图。
图4是本发明超宽带微带带通滤波器仿真插入损耗、回波损耗曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的超宽带微带带通滤波器包括：正面部分、背面部分和输入端口10、输出端口11。
如图2所示，本发明正面部分包括：均匀传输线1、均匀传输线5、交指耦合谐振单元2、交指耦合谐振单元4、锥形谐振单元3和介质板9。均匀传输线1、均匀传输线5分别位于介质板9的两端，交指耦合谐振单元2的一端和均匀传输线1相接，交指耦合谐振单元4的一端与均匀传输线5相接，交指耦合谐振单元2的另一端和交指耦合谐振单元4的另一端通过锥形谐振单元3相连，通过刻蚀技术在锥形谐振单元3上刻蚀出相应的缝隙结构形状形成三个slot结构单元：slot结构单元6、slot结构单元7、slot结构单元8，从而形成相应的空气单元。输入端口10连接均匀传输线1；输出端口11连接均匀传输线2。如图3所示，超宽带微带带通滤波器的背面部分均匀铺铜形成一个接地单元12。
所述的均匀传输线1、均匀传输线5均是50欧姆的均匀传输线。
所述的交指耦合谐振单元2、交指耦合谐振单元4位于介质板9正面，对称分布，均为五指耦合，耦合指的数量比为2∶3，指间间距为0.15mm。
所述的slot结构单元6、slot结构单元7、slot结构单元8，位于介质板9正面的锥形谐振单元3上，三个slot结构单元等间距排列，slot结构单元6、slot结构单元8距离中心的slot结构单元7距离为3.47mm，位于中心的slot结构单元7最长，长度为8.0mm，位于两侧的slot结构单元6、slot结构单元8等长，但比中心的稍短，长度为4.7mm。
所述的均匀传输线1、均匀传输线5、交指耦合谐振单元2、交指耦合谐振单元4、锥形谐振单元3和接地单元12均为导体。
所述的介质板9为低介电常数物质。
所述的输入端口10外接信号源，使激励信号能够通过均匀传输线1，再通过交指耦合谐振单元2、锥形谐振单元3、交指耦合谐振单元4和均匀传输线5，最后经由输出端口11到达外部电路，实现对信号的滤波。传统的交指耦合谐振单元具有带通滤波的特性，通过调整耦合指的长、宽、耦合间距以及耦合指的数量可以得到具有陷波的带通特性；而锥形谐振器通过加入slot结构单元来改变电流分配的情况，从而获得高频的阻带特性。将以上两者结合起来实现性能更加全面的超宽带微带带通滤波器。
利用HFSS 10.0对其进行仿真，仿真结果如图4所示。本发明的频率特性包括：插入损耗S21和回波损耗S11。其中横坐标代表频率变量；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本发明的超宽带微带带通滤波器超宽带带通滤波器在满足通带内(3.1GHz～10.6GHz)插入损耗小于3dB，陷波频段为5.7GHz～5.8GHz的基础上，扩宽了高频阻带的带宽，同时由于开槽锥形谐振器的引入，陷波频段的抑制电平高于-40dB。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种超宽带微带带通滤波器，其特征在于，包括：正面部分、背面部分和输入端口(10)、输出端口(11)，所述正面部分包括：第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)、第一交指耦合谐振单元(2)、第二交指耦合单元(4)、锥形谐振单元(3)、第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(7)、第三slot结构单元(8)、介质板(9)、输入端口(10)、输出端口(11)；第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)分别位于介质板(9)的两端，第一交指耦合谐振单元(2)的一端和第一均匀传输线(1)相接，第二交指耦合谐振单元(4)的一端与第二均匀传输线(5)相接，第一交指耦合谐振单元(2)的另一端和第二交指耦合谐振单元(4)的另一端通过锥形谐振单元(3)相连接，通过刻蚀技术在锥形谐振单元(3)上刻蚀出缝隙结构形状形成三个slot结构单元：第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(7)、第三slot结构单元(8)，从而形成相应的空气单元；输入端口(10)连接第一均匀传输线(1)；输出端口(11)连接第二均匀传输线(2)，所述背面部分均匀铺铜形成一个接地单元(12)；所述的第一交指耦合单元(2)、第二交指耦合单元(4)均为五指耦合，耦合指的数量比是2∶3，指间的间距是0.15mm；所述三个slot结构单元等间距排列，第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(8)距离中心的第三slot结构单元(7)距离为3.47mm，位于中心的第三slot结构单元(7)最长，长度为8.0mm，位于两侧的第一slot结构单元(6)、第二slot结构单元(8)等长，长度均为4.7mm；所述的输入端口(10)外接信号源，使激励信号能够通过第一均匀传输线(1)，再通过第一交指耦合谐振单元(2)、锥形谐振单元(3)、第二交指耦合谐振单元(4)和第二均匀传输线(5)，最后经由输出端口(11)到达外部电路。
2.如权利要求1所述的超宽带微带带通滤波器，其特征是，所述的第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)均为50欧姆的传输线。
3.如权利要求1所述的超宽带微带带通滤波器，其特征是，所述的第一均匀传输线(1)、第二均匀传输线(5)、第一交指耦合谐振单元(2)、第二交指耦合谐振单元(4)、锥形谐振单元(3)、接地单元(12)均为导体。
4.如权利要求1所述的超宽带微带带通滤波器，其特征是，所述的介质板(9)为低介电常数物质。
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