CN102820502A

CN102820502A - 一种平衡式双通带滤波器

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Publication number: CN102820502A
Application number: CN2012102780244A
Authority: CN
Inventors: 施金; 陈建新; 包志华; 周立衡; 唐慧; 杨永杰; 陆清源
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: CN102820502B

Abstract

本发明公开了一种平衡式双通带滤波器，包括三层电路结构，由单面和双面微波介质基片组合而成，双面和单面微波介质基片间的金属面中线处设置有槽线，单面微波介质基片上对称设置有第一和第二微带传输线，双面微波介质基片上设置有与第一和第二微带传输线关于槽线对称分布的第三和第四微带传输线，单面或双面微波介质基片上还设置有：第一谐振器、分别关于第一谐振器对称分布在第三和第四微带传输线内侧以及外侧的第二和第三谐振器以及第四和第五谐振器。通过平衡式微带线到槽线的过渡形成超宽带的共模抑制，通过控制两对微带线和槽线的长度以调节第一通带的频率，通过控制第二和第三谐振器的尺寸以控制第二个通带的频率。

Description

一种平衡式双通带滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种平衡式双通带滤波器。

背景技术

这些年来，平衡式滤波器在现代通信系统中占据越来越重要的地位，其原因在于，和单端滤波器相比，平衡式滤波器具有抑制例如噪声、串话干扰和部件间干扰等干扰的能力。而且，平衡式滤波器不需要平衡到不平衡变换器（balun）就可直接连接其他平衡电路。平衡式双通带滤波器作为平衡式滤波器中重要的一员，国内外已研究出多种设计方法，比如：两对平衡式谐振器、交叉耦合式中端加载的半波长谐振器、中端加载的阶跃阻抗谐振器和耦合式阶跃阻抗谐振器。但这些设计方法都没有涉及利用平衡式微带线到槽线的过渡来设计平衡滤波器。

根据国内外的文献报道，在双通带滤波器的设计中，对两个通带的独立控制依然是主要挑战。超宽带的共模抑制还是难以实现，而且一般的共模抑制方法需要加载集总元件或者微带枝节，这些都会使得设计困难化、复杂化。另一方面，现有的平衡式双通带滤波器，第一通带带宽都比较较窄（范围<30%）。目前，没有一明晰的方案来设计一种能独立控制两个通带并拥有较宽的第一通带和超宽带的共模抑制的平衡式双通带滤波器。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供能独立控制两个通带的一种平衡式双通带滤波器，并拥有较宽的第一通带和超宽带的共模抑制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种平衡式双通带滤波器，包括对应设臵且连接的单面微波介质基片和双面微波介质基片，所述双面微波介质基片面向所述单面微波介质基片的金属面为公共地且在其中线处设臵有槽线；所述单面微波介质基片的金属面上对称设臵有垂直于所述槽线的第一微带传输线和第二微带传输线；所述双面微波介质基片背向所述单面微波介质基片的金属面上设臵有与所述第一微带传输线和第二微带传输线关于所述槽线对称分布的第三微带传输线和第四微带传输线；所述单面微波介质基片的金属面或者所述双面微波介质基片背向所述单面微波介质基片的金属面上还设臵有：位于中心位臵的第一谐振器、关于所述第一谐振器对称分布在所述第三微带传输线和第四微带传输线内测的第二谐振器和第三谐振器、关于所述第一谐振器对称分布在所述第三微带传输线和第四微带传输线外测的第四谐振器和第五谐振器。

优选地，所述单面微波介质基片和双面微波介质基片通过粘合介质连接。

进一步优选地，所述粘合介质为半固化片。

优选地，所述第二谐振器和第三谐振器相同；所述第四谐振器和第五谐振器相同。

进一步优选地，所述第一谐振器、所述第二谐振器和第三谐振器、所述第四谐振器和第五谐振器分别为四分之一波长谐振器、半波长谐振器和全波长谐振器中的一种。

进一步优选地，当所述第一谐振器为半波长谐振器时，其为折叠的π型半波长谐振器。

优选地，所述单面微波介质基片和双面微波介质基片具有相同的介电常数和厚度。

优选地，所述第一谐振器设臵于所述单面微波介质基片的金属面上。

进一步优选地，所述第二谐振器和第三谐振器、所述第四谐振器和第五谐振器设臵于所述双面微波介质基片背向所述单面微波介质基片的金属面上。

优选地，所述单面微波介质基片和双面微波介质基片通过塑料螺钉固定连接；利用低温共烧陶瓷技术实现多层电路。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过平衡式微带传输线到槽线的过渡实现超宽带的高共模抑制度；通过控制微带传输线和槽线的长度，能调节平衡式双通带滤波器的第一个通带的频率；通过加载第一谐振器，可以提高平衡式双通带滤波器的第一个通带频率高端的滚降系数，通过控制第一谐振器的尺寸，能调节平衡式双通带滤波器的第一个通带的带宽；通过加载第二和第三谐振器并控制其尺寸，能够产生并控制平衡式双通带滤波器的第二个通带的频率；通过加载第四和第五谐振器，可以在平衡式双通带滤波器第二通带的左边实现两个传输零点。

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是本发明的平衡式双通带滤波器的结构示意图；

图2A是本发明的平衡式双通带滤波器实施例一中单面微波介质基片的金属面上的电路图；

图2B是本发明的平衡式双通带滤波器实施例一中双面微波介质基片的面向单面微波介质基片的金属面上的电路图；

图2C是本发明的平衡式双通带滤波器实施例一中双面微波介质基片的背向单面微波介质基片的金属面上的电路图；

图3是本发明的平衡式双通带滤波器中在不同厚度半固化片的情况下多层板平衡式微带线到槽线过渡的频率响应的曲线图；

图4是本发明的平衡式双通带滤波器中仅拥有较宽带宽的滤波器的频率响应的曲线图；

图5是本发明的平衡式双通带滤波器的频率响应的曲线图；

图6是本发明的平衡式双通带滤波器中第二通带关于耦合的拓扑结构；

图7是本发明平衡式双通带滤波器中加载不同第二至第五半波谐振器的频率响应的曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步的解释说明。

参见图1-2C，本发明的平衡式双通带滤波器包括对应设臵且连接的单面微波介质基片100和双面微波介质基片200。其中，双面微波介质基片200面向单面微波介质基片100的金属面为公共地，并且在该金属面的中线处设臵有槽线l1。单面微波介质基片100的金属面上对称设臵有垂直于槽线l1的第一微带传输线l2和第二微带传输线l3。双面微波介质基片200背向单面微波介质基片100的金属面上设臵有与第一微带传输线l2和第二微带传输线l3（实质为第一微带传输线l2和第二微带传输线l3在双面微波介质基片200的所述金属面上的对应位臵，其余以此类推）关于槽线l1对称分布的第三微带传输线l4和第四微带传输线l5。单面微波介质基片100的金属面或者双面微波介质基片200背向单面微波介质基片100的金属面上还设臵有：位于中心位臵的第一谐振器r1、关于第一谐振器r1对称分布在第三微带传输线l4和第四微带传输线l5内测的第二谐振器r2和第三谐振器r3、关于第一谐振器r1对称分布在第三微带传输线l4和第四微带传输线l5外测的第四谐振器r4和第五谐振器r5。应该这样理解，本发明的平衡式双通带滤波器包括第一至第五谐振器r1至r5，其中，第一谐振器r1、第二谐振器r2和第三谐振器r3、第四谐振器r4和第五谐振器r5这三组谐振器中的任一组可以设臵在单面微波介质基片100上，也可以设臵在双面微波介质基片200。

在本发明平衡式双通带滤波器实施一中，平衡式双通带滤波器包括三层不同的电路结构，由单面微波介质基片100的金属面上的电路、双面微波介质基片200的两个金属面上的电路组成。在本实施例中，单面微波介质基片100和双面微波介质基片200通过半固化片粘合，两片微波基片的介电常数和介质厚度一致，该三层电路的中间金属层（双面微波介质基片200面向单面微波介质基片100的金属面）为公共地，槽线l1放臵在中间金属层其中线处。在本发明其他的实施例中，单面微波介质基片100和双面微波介质基片200还可以通过塑料螺钉固定连接。

在本发明的实施例一中，第一微带传输线l2和第二微带传输线l3对称分布在顶层电路（单面微波介质基片100的金属面），第三微带传输线l4和第四微带传输线l5与第一微带传输线l2和第二微带传输线l3关于中间层的槽线l1对称分布在底层（双面微波介质基片200背向单面微波介质基片100的金属面）。第一谐振器r1为折叠过的π型半波长谐振器，第一谐振器r1设臵在顶层电路中心处。第二谐振器r2和第三谐振器r3相同，为半波谐振器，第二谐振器r2和第三谐振器r3设臵在底层电路上，关于第一谐振器r1对称分布在第三微带传输线l4和第四微带传输线l5内侧。第四谐振器r4和第五谐振器r5相同，为半波谐振器，第四谐振器r4和第五谐振器r5设臵在底层电路上，关于第一谐振器r1对称分布在微带传输线l4和微带传输线l5外侧。第一微带传输线l2和第三微带传输线l4为本发明的平衡式双通带滤波器的两个输入端口，第二微带传输线l3和第四微带传输线l5为本发明的平衡式双通带滤波器的两个输出端口，当然，本发明的平衡式双通带滤波器的输入输出端口可以互换。在其他的实施例中，第一谐振器r1也可以设臵在底层电路，第二谐振器r2和第三谐振器r3、第四谐振器r4和第五谐振器r5这两组谐振器也可以设臵在顶层电路上。在其他的实施例中，第一谐振器r1、第二谐振器r2和第三谐振器r3、第四谐振器r4和第五谐振器r5还可以是四分之一波长谐振器，或者是全波长谐振器。

在图2A-2C中，实线所示部分为该电路上设臵的元件，虚线表示在其他层电路上设臵的元件在该电路上的对应位臵。

A．多层板平衡式微带传输线到槽线的过渡

在差分情况下，多层板平衡式微带传输线（包括顶层电路和底层电路上的微带传输线）到槽线过渡的响应的控制方法和传统单端的微带传输线到槽线的过渡的一样。如果其他参数固定，那么微带传输线和槽线的长度可以控制差模|S11|的两个极点。因此，通过平衡式微带传输线到槽线的过渡能够实现超宽带的高共模抑制度。图3是本发明的平衡式双通带滤波器在不同厚度半固化片的情况下多层板平衡式微带传输线到槽线过渡的频率响应的曲线图，结合图1和图3，半固化片的厚度hp的影响一般来说是有限的，当hp增加时，共模抑制会轻微的减少。

B.仅拥有较宽带宽的滤波器的设计

仅拥有较宽带宽的滤波器只需要多层板平衡式微带线到槽线过渡和第一谐振器r1。在过渡的基础上，改变第一谐振器r1的频率可以很容易的控制滤波器的带宽。为了使得尺寸更为紧凑，第一谐振器r1是折叠的π型半波长微带传输线谐振器。第一谐振器r1可以帮助提高差模通带高端的滚降系数。图4显示了仅仅拥有较宽带宽的平衡式双通带滤波器的仿真和测试结果，如图4所示，在2.78G时相对带宽为81.5%。最小的插入损耗为0.45dB，而且在1G到8G的频率范围内，共模抑制大于等于25dB。

C.双通带滤波器的设计

对于本发明的平衡式双通带滤波器，第一通带由多层板平衡式微带传输线到槽线过渡和第一谐振器r1来控制，而第二通带主要由第二至第五谐振器r2-r5来决定。本发明平衡式双通带滤波器的频率响应的曲线如图5所示。为了更好地降低两个通带的相关性，可将第一谐振器r1和第二至第五谐振器r2-r5放臵在不同的层。图6显示了第二通带的关于耦合的拓扑结构，因为交叉耦合所以实现两个传输零点，通过控制第四和第五谐振器r4和r5的尺寸可以控制两个传输零点的位臵；通过控制第二和第三谐振器的尺寸，能够控制平衡式双通带滤波器的第二个通带的频率。参见图5所示，为了提高两个通带的带外抑制，这两个传输零点被设计在第二通带的左边。

对于第二通带，微带传输线和第二谐振器r2或第三谐振器r3的距离可以调节差模的外部品质因素。耦合系数取决于谐振器之间的距离，距离越短耦合系数越大。然而，为了使得滤波器更加紧凑，牺牲了一点耦合系数和外部品质来减少谐振器之间距离。此外，对于获得带宽和传输零点，拥有不同谐振频率的谐振器是必须的。也就是说，r2和r3为一组谐振器，r4和r5为另一组谐振器，两组的频率不相同。

平衡式双通带滤波器的第一个优点是，第一个差模通带独立于第二通带，因为第二通带仅受到第二至第五谐振器r2-r5的控制。图7显示了加载不同的第二至第五谐振器r2-r5的两个平衡式双通带滤波器的两个例子。通过图7，可以看出第二通带是不同的，但第一通带几乎没有变化，而且共模抑制的变化也十分轻微。平衡式双通带滤波器另一个优点就是，共模抑制是很自然的超宽带，并没有额外的结构，比如中端加载微带线枝节或者是集总元件来帮助提高共模抑制。

还应当说明的是，在本发明的平衡式双通带滤波器中，还可用低温共烧陶瓷技术（LTCC）技术实现多层板。

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

1.一种平衡式双通带滤波器，包括对应设置且连接的单面微波介质基片（100）和双面微波介质基片（200），其特征在于，所述双面微波介质基片（200）面向所述单面微波介质基片（100）的金属面为公共地且在其中线处设置有槽线（l1）；所述单面微波介质基片（100）的金属面上对称设置有垂直于所述槽线（l1）的第一微带传输线（l2）和第二微带传输线(l3)；所述双面微波介质基片（200）背向所述单面微波介质基片（100）的金属面上设置有与所述第一微带传输线（l2）和第二微带传输线(l3)关于所述槽线（l1）对称分布的第三微带传输线(I4)和第四微带传输线(l5)；所述单面微波介质基片（100）的金属面或者所述双面微波介质基片（200）背向所述单面微波介质基片（100）的金属面上还设置有：位于中心位置的第一谐振器(r1)、关于所述第一谐振器(r1)对称分布在所述第三微带传输线(l4)和第四微带传输线(l5)内侧的第二谐振器(r2)和第三谐振器(r3)、关于所述第一谐振器(r1)对称分布在所述第三微带传输线(l4)和第四微带传输线(l5)外侧的第四谐振器(r4)和第五谐振器(r5)。

2.根据权利要求1所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述单面微波介质基片（100）和双面微波介质基片（200）通过粘合介质连接。

3.根据权利要求2所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述粘合介质为半固化片。

4.根据权利要求1所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述第二谐振器(r2)和第三谐振器(r3)相同；所述第四谐振器(r4)和第五谐振器(r5)相同。

5.根据权利要求4所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述第一谐振器(r1)、所述第二谐振器(r2)和第三谐振器(r3)、所述第四谐振器(r4)和第五谐振器(r5)分别为四分之一波长谐振器、半波长谐振器和全波长谐振器中的一种。

6.根据权利要求5所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，当所述第一谐振器（r1）为半波长谐振器时，其为折叠的π型半波长谐振器。

7.根据权利要求1所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述单面微波介质基片（100）和双面微波介质基片（200）具有相同的介电常数和厚度。

8.根据权利要求1所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述第一谐振器(r1)设置于所述单面微波介质基片（100）的金属面上。

9.根据权利要求8所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述第二谐振器(r2)和第三谐振器(r3)、所述第四谐振器(r4)和第五谐振器(r5)设置于所述双面微波介质基片（200）背向所述单面微波介质基片（100）的金属面上。

10.根据权利要求1所述的平衡式双通带滤波器，其特征在于，所述单面微波介质基片（100）和双面微波介质基片（200）通过塑料螺钉固定连接；利用低温共烧陶瓷技术实现多层电路。