CN103187600B - 基于多枝节加载方形谐振环的双模三通带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多枝节加载方形谐振环的双模三通带滤波器，主要解决传统双模三通带滤波器频率选择性不易控制的问题。该滤波器包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，两个对称的多枝节加载方形谐振环(3,4)和输入输出馈线(11)；每一个多枝节加载方形谐振环包括一个方形金属环(5)、下微扰枝节(6)、上微扰枝节(7)、传输零点枝节(8)和一对微扰金属片(9,10)；两个微扰枝节(6,7)位于方形金属环(5)的一对外部对角，每个微扰枝节与金属环(5)两边平行，一对金属微扰片(9,10)位于金属环(5)的另一对对角内部，传输零点枝节(8)与下微扰枝节(6)并联，输入输出馈线(11)对称放置在介质基板(1)的上方，平行深入到方形金属环(5)的一边和上微扰枝节(7)的中间。本发明能提高频率选择性，具有良好的带外抑制，可用于无线通信系统。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，特别涉及微带双模三通带滤波器，可用于无线通信系统射频前端。
背景技术
随着移动通信、卫星通信和雷达、遥感技术的迅猛发展，无线频谱日益拥挤，对通信系统中的射频微波滤波器提出了十分苛刻的要求。微带滤波器具有尺寸小、重量轻、成本低、易加工的优点，在微波电路中得以广泛应用。微带滤波器的种类和实现形式多种多样，小型化高性能微带滤波器的研究一直是个热门领域。传统的滤波器形式如巴特沃兹和切比雪夫滤波器只有通过增加滤波器级数才能满足高选择性要求，加工出来的滤波器体积和重量相对较大，不适合现代通讯的需求。椭圆函数或交叉耦合滤波器虽然具有很好的选择性，但是结构相对复杂，体积也较大。
双模谐振器因为尺寸小、重量轻、成本低等优良特性，越来越多地应用于无线通信系统高性能滤波器设计中。双模滤波器是微波滤波器产业中一项新兴的技术，它的优势在于:每个双模谐振器都可以作为一个双调谐的谐振电路，所以对于同一个性能指标的滤波器来说，所需要的谐振器的数目就减半，这样就可以使滤波器的结构更紧凑，尺寸更小巧。同时，由于小型化，集成化的需求，三通带滤波器的发展越来越迫切，一个滤波器能同时满足三个频带的要求，能够减少滤波器的个数，对于设备的小型化具有不可替代的作用。基于以上特性的双模三通带滤波器综合理论和设计技术近年来在国内外得到广泛研究。
2011年，Sha Luo,Lei Zhu and Sheng Sun在IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques期刊（vol.59,no.5,pp.1222-1229,2011）上发表了“CompactDual-Mode Triple-Band Bandpass Filters Using Three Pairs of Degenerate Modes in aRing Resonator”，提出将一个圆环的简并模通过添加微扰进行分裂，从而实现三通带特性的滤波器。但是由于所分裂的简并模几乎成倍频关系，这种滤波器的频率受到圆环本身谐振的限制，不能自由的加以控制，因此它的频率选择性不够理想。
发明内容
本发明目的在于针对上述已有技术的不足，在双模原理的基础上，提出一种基于多枝节加载方形谐振环的双模三通带滤波器,使三个通带的频率得以控制，以获得更好的频率选择性。
为实现上述目的，本发明基于多枝节加载方形谐振环的双模三通带滤波器，包括介质基板、金属接地板、两个对称的多枝节加载方形谐振环、输入、输出馈线，其特征在于：
每一个多枝节加载方形谐振环均包括一个方形金属环、上微扰开路枝节、下微扰开路枝节、传输零点枝节和一对微扰金属片；
上微扰开路枝节和下微扰开路枝节分别位于方形金属环的两个对角的外部，一对微扰金属片位于方形金属环的另外一对对角的内部，传输零点枝节与下微扰枝节并联连接。
上述微带双模三通带滤波器，其特征在于，方形金属环的周长满足：其中，L1和L2是方形金属环的两条边长且满足L2≤L1≤2L2，λg为介质波导波长，c为真空中的光速，εe为该微带谐振器的有效介电常数，f0为方形金属环的谐振频率。
上述微带双模三通带滤波器，其特征在于，上微扰枝节包括竖直微带线和水平微带线，这两条微带线连接成“L”型结构，两条微带线的总长度Lp1满足：λg/2＜Lp1≤3λg/2，λg为介质波导波长。
上述微带双模三通带滤波器，其特征在于，下微扰枝节包括竖直微带线和水平微带线，该两条微带线连接成“L”型结构，两条微带线的总长度Lp2满足：λg/2＜Lp2≤3λg/2，λg为介质波导波长。
上述微带双模三通带滤波器，其特征在于，位于下微扰枝节上的传输零点枝节，其长度Ls满足：0＜Ls≤λg，λg为介质波导波长，该传输零点枝节用于调整第三通带谐振频率并在第三通带右侧产生一个传输零点。
上述微带双模三通带滤波器，其特征在于，一对微扰金属片的为正方形结构，其边长d满足：0＜d＜λg/4，λg为介质波导波长，该微扰金属片用于调整第二通带谐振频率。
上述微带双模三通带滤波器，其特征在于，输入、输出馈线采用对称的分布方式，相互平行放置在微带介质基板的上方，每条馈线包含主馈线和主馈线末端的50欧姆连接线，主馈线深入到方形金属环和上微扰枝节的水平微带线的中间，并与该方形金属环的一边和上微扰枝节的水平微带线平行。
本发明具有以下技术优点：
1．本发明由于在方形金属环的对角上加载了长度超过半个波长的微扰枝节，可很大程度上降低滤波器的三个谐振频率，缩小滤波器的尺寸。
2．本发明由于在多枝节加载方形谐振环中运用了微扰金属片，可有效的调节第二通带的频率，增强了第二通带的频率选择性。
4．本发明由于对称的排布了两个直接加载方形谐振环，有效的排除了三对模式在腔间耦合时的相互干扰，使三个频带内腔间耦合均可以实现控制。
5．本发明由于采用了传输零点枝节，可在调节第三通带的频率的同时在第三通带右侧增加一个传输零点，有效增强了第三通带的频率选择性及带外抑制。
附图说明
图1为本发明的三维结构图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明实施例1的频率响应曲线图；
图4为本发明实施例2的频率响应曲线图；
图5为本发明实施例3的频率响应曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：
参照图1和图2，本发明主要由微带介质基板1、金属接地板2、两个对称的方形谐振环3和方形谐振环4、输入输出馈线11组成，每一个方形谐振环包括一个方形金属环5、上微扰枝节7和下微扰枝节6、传输零点枝节8和一对微扰金属片9和10，其中：
微带介质基板1，采用介电常数为2.65，厚度为1mm的单面覆铜介质基板；
微带介质基板1的下层为覆铜接地板2，方形谐振环3和4的结构和大小相同，对称的位于微带介质基板1的上层，方形金属环5的周长满足：其中，L1和L2是方形金属环5的两条边长且满足L2≤L1≤2L2，λg为介质波导波长，c为真空中的光速，εe为该微带谐振器的有效介电常数，f0为方形金属环5的谐振频率；
上微扰枝节7和下微扰枝节6位于方形金属环5的对角外部，该上微扰枝节7由竖直微带线71和水平微带线72组成，这两条微带线相互垂直，构成“L”形结构，上微扰枝节7的总长度Lp1满足：λg/2＜Lp1≤3λg/2；该下微扰枝节由竖直微带线61和水平微带线62组成，这两条微带线相互垂直，构成“L”形结构，下微扰枝节6的长度Lp2满足：λg/2＜Lp2≤3λg/2，λg为上述的介质波导波长，
微扰金属片9和10结构相同，二者都是正方形，位于方形金属环5的另一对对角内部，用于调整第二通带的谐振频率，微扰金属片的边长d满足：0＜d＜λg/4，λg为上述的介质波导波长；
传输零点枝节8与下微扰枝节6并联，该枝节用于在第三通带右侧产生传输零点并调整第三通带频率，其长度Ls满足：0＜Ls≤λg，λg为上述的介质波导波长；
一对输入输出馈线11包括主馈线111和50欧姆连接线112，输入输出馈线对称平行放置在微带介质基板1的上方，主馈线111深入到上微扰枝节的水平微带线72和方形金属环5的中间，且与上微扰枝节的水平微带线72和方形金属环5的一边平行。
以下给出本发明三种实施例：
实施例1：
本实施例的结构如图1所示。主要由微带介质基板1、金属接地板2、两个对称的方形谐振环3和方形谐振环4、输入输出馈线11组成，每一个方形谐振环包括一个方形金属环5、上微扰枝节7和下微扰枝节6、传输零点枝节8和一对微扰金属片9和10，其中：
微带介质基板1，采用介电常数为2.65，厚度为1mm的单面覆铜介质基板；
微带介质基板1的下层为覆铜接地板2，方形谐振环3和4的结构和大小相同，对称的位于微带介质基板1的上层，方形金属环5的微带线宽为0.4mm，方形金属环5的周长为：2(L1+L2)＝34.2mm，即等于一个介质波导波长λg，对应的谐振频率其中，L1和L2是方形金属环5的两条边长，且L1=10.9mm，L2=6.2mm，c为真空中的光速，εe为该微带谐振器的有效介电常数，f0为方形金属环5的谐振频率；
上微扰枝节7和下微扰枝节6位于方形金属环5的对角外部，该上微扰枝节7由竖直微带线71和水平微带线72组成，这两条微带线相互垂直，构成“L”形结构，上微扰枝节7的总长度Lp1=22.4mm；该下微扰枝节由竖直微带线61和水平微带线62组成，这两条微带线相互垂直，构成“L”形结构，下微扰枝节6的长度Lp2=19.3mm；上微扰枝节7的线宽和下微扰枝节6的线宽均与方形金属环5的线宽相等，上微扰枝节7和下微扰枝节6用来分裂金属环5的简并模，使得分裂后的三个模式的频率均低于金属环5的谐振频率f0，且第一通带频率谐振在2.4GHz处，第二通带谐振频率高于3.5GHz，第三通带的谐振频率高于5.2GHz；
微扰金属片9和10结构相同，二者都是正方形，位于方形金属环5的另一对对角内部，微扰金属片的边长d=2mm，微扰金属片用来调节第二通带的谐振频率，使其精确谐振在3.5GHz处；
传输零点枝节8与下微扰枝节6并联，其长度Ls=8.4mm，线宽与方形金属环5的线宽相等，传输零点枝节用来控制第三通带的谐振频率使其精确谐振在5.2GHz处，并且在第三通带右侧产生一个传输零点；
一对输入输出馈线11包括主馈线111和50欧姆连接线112，输入输出馈线对称平行放置在微带介质基板1的上方，主馈线111深入到上微扰枝节的水平微带线72和方形金属环5的中间，且与上微扰枝节的水平微带线72和方形金属环5的一边平行；
主馈线111的线宽为0.4mm，主馈线111和上微扰枝节的水平微带线72之间的间隔S1=0.2mm，主馈线111和与之临近的方形金属环5的一边之间的间隔S2=0.2mm，下微扰枝节的水平微带线62和与之临近的方形金属环5的一边之间的间隔S3=1mm，传输零点枝节8和下微扰枝节6之间的间隔S4=0.6mm，方形谐振环3和方形谐振环4之间的间隔g=0.15mm；
本实施例滤波器的频率响应曲线如图3所示，图3中的S21为滤波器的传输特性曲线，S11为滤波器的反射特性曲线。由图3可知，该滤波器具有较好的带外抑制和通带性能，中心频率分别为2.4GHz、3.5GHz和5.2GHz，相对带宽分别为7.5%,2.5%,5.2%。
实施例2：
本实施例的结构与实施例1相同，以下给出不同于实施例1的结构参数：
方形金属环5的微带线宽为0.4mm，方形金属环5的周长为：2(L1+L2)=42.4mm，即等于一个介质波导波长λg，对应的谐振频率其中，L1和L2是方形金属环5的两条边长，且L1=12.8mm，L2=8.4mm，c为真空中的光速，εe为该微带谐振器的有效介电常数，f0为方形金属环5的谐振频率；
上微扰枝节7的总长度Lp1=30.8mm，下微扰枝节6的长度Lp2=24.9mm，上微扰枝节7的线宽和下微扰枝节6的线宽均为0.8mm，上微扰枝节7和下微扰枝节6用来分裂金属环5的简并模，使得分裂后的三个模式的频率均低于金属环5的谐振频率f0，且第一通带频率谐振在1.57GHz处，第二通带谐振频率高于2.6GHz，第三通带的谐振频率高于3.5GHz；
微扰金属片的边长d=3.5mm，微扰金属片用来调节第二通带的谐振频率，使其精确谐振在2.6GHz处；
传输零点枝节8的长度Ls=8.6mm，线宽为0.8mm，传输零点枝节用来控制第三通带的谐振频率使其精确谐振在3.5GHz处，并且在第三通带右侧产生一个传输零点；
主馈线111的线宽为0.4mm，主馈线111和上微扰枝节的水平微带线72之间的间隔S1=0.2mm，主馈线111和与之临近的方形金属环5的一边之间的间隔S2=0.6mm，下微扰枝节的水平微带线62和与之临近的方形金属环5的一边之间的间隔S3=2.2mm，传输零点枝节8和下微扰枝节6之间的间隔S4=0.4mm，方形谐振环3和方形谐振环4之间的间隔g=0.15mm；
本实施例滤波器的频率响应曲线如图4所示，图4中的S21为滤波器的传输特性曲线，S11为滤波器的反射特性曲线。由图4可知，该滤波器具有较好的带外抑制和通带性能，中心频率分别为1.57GHz、2.6GHz和3.5GHz，相对带宽分别为7.7%,4.2%,2.6%。
实施例3：
本实施例的结构与实施例1相同，以下给出不同于实施例1的结构参数:
方形金属环5的微带线宽为0.8mm，方形金属环5的周长为：2(L1+L2)=41.2mm，即等于一个介质波导波长λg，对应的谐振频率其中，L1和L2是方形金属环5的两条边长，且L1=11.8mm，L2=8.8mm，c为真空中的光速，εe为该微带谐振器的有效介电常数，f0为方形金属环5的谐振频率；
上微扰枝节7的总长度Lp1=25.8mm，下微扰枝节6的长度Lp2=25.7mm，上微扰枝节7的线宽和下微扰枝节6的线宽均为0.4mm，上微扰枝节7和下微扰枝节6用来分裂金属环5的简并模，使得分裂后的三个模式的频率均低于金属环5的谐振频率f0，且第一通带频率谐振在1.86GHz处，第二通带谐振频率高于2.6GHz，第三通带的谐振频率高于4.7GHz；
微扰金属片的边长d=1mm，微扰金属片用来调节第二通带的谐振频率，使其精确谐振在2.6GHz处；
传输零点枝节8的长度Ls=4.5mm，线宽为0.8mm，传输零点枝节用来控制第三通带的谐振频率使其精确谐振在4.7GHz处，并且在第三通带右侧产生一个传输零点；
主馈线111的线宽为0.4mm，主馈线111和上微扰枝节的水平微带线72之间的间隔S1=0.16mm，主馈线111和与之临近的方形金属环5的一边之间的间隔S2=0.64mm，下微扰枝节的水平微带线62和与之临近的方形金属环5的一边之间的间隔S3=2mm，传输零点枝节8和下微扰枝节6之间的间隔S4=1mm，方形谐振环3和方形谐振环4之间的间隔g=0.15mm；
本实施例滤波器的频率响应曲线如图5所示，图5中的S21为滤波器的传输特性曲线，S11为滤波器的反射特性曲线。由图5可知，该滤波器具有较好的带外抑制和通带性能，中心频率分别为1.86GHz、2.6GHz和4.7GHz，相对带宽分别为9.2%,11.3%,3.7%。
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 (6)
1.一种基于多枝节加载方形谐振环的双模三通带滤波器，包括介质基板(1)、金属接地板(2)、两个对称的多枝节加载方形谐振环(3，4)、输入、输出馈线(11)，其特征在于：
每一个多枝节加载方形谐振环均包括一个方形金属环(5)、上微扰开路枝节(7)、下微扰开路枝节(6)、传输零点枝节(8)和一对微扰金属片(9，10)；
上微扰开路枝节(7)和下微扰开路枝节(6)分别位于方形金属环(5)的两个对角的外部，一对微扰金属片(9，10)位于方形金属环(5)的另外一对对角的内部，传输零点枝节(8)与下微扰枝节(6)并联连接；
传输零点枝节(8)位于下微扰枝节上，其长度Ls满足：0＜Ls≤λg，λg为介质波导波长，该传输零点枝节(8)用于调整第三通带谐振频率并在第三通带右侧产生一个传输零点。
2.根据权利要求1所述的微带双模三通带滤波器，其特征在于，方形金属环(5)的周长满足：其中，L1和L2是方形金属环(5)的两条边长且满足L2≤L1≤2L2，λg为介质波导波长，c为真空中的光速，εe为该微带谐振器的有效介电常数，f0为方形金属环(5)的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的微带双模三通带滤波器，其特征在于，上微扰枝节(7)包括竖直微带线(71)和水平微带线(72)，这两条微带线连接成“L”型结构，两条微带线的总长度Lp1满足：λg/2＜Lp1≤3λg/2，λg为介质波导波长。
4.根据权利要求1所述的微带双模三通带滤波器，其特征在于，下微扰枝节(6)包括竖直微带线(61)和水平微带线(62)，该两条微带线连接成“L”型结构，两条微带线的总长度Lp2满足：λg/2＜Lp2≤3λg/2，λg为介质波导波长。
5.根据权利要求1所述的微带双模三通带滤波器，其特征在于，一对微扰金属片(9，10)为正方形结构，其边长d满足：0＜d＜λg/4，λg为介质波导波长，该微扰金属片用于调整第二通带谐振频率。
6.根据权利要求1所述的微带双模三通带滤波器，其特征在于，输入、输出馈线(11)采用对称的分布方式，相互平行放置在微带介质基板(1)的上方，每条馈线包含主馈线(111)和主馈线末端的50欧姆连接线(112)，主馈线(111)深入到方形金属环(5)和上微扰枝节的水平微带线(72)的中间，并与该方形金属环(5)的一边和上微扰枝节的水平微带线(72)平行。
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| CN102394328A (zh) * | 2011-07-19 | 2012-03-28 | 西安电子科技大学 | 基于dgs方环谐振器的微带双模带通滤波器 |
| CN102509821A (zh) * | 2011-10-09 | 2012-06-20 | 西安电子科技大学 | 基于电容加载方形谐振环的双模双通带滤波器 |
| CN102522616A (zh) * | 2012-01-03 | 2012-06-27 | 西安电子科技大学 | 基于双端短路谐振器的微带双模带通滤波器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Compact Dual-Mode Triple-Band Bandpass Filters Using Three Pairs of Degenerate Modes in a Ring Resonator;Sha Luo等;《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES》;20110531;第59卷(第5期);第1222-1229页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103187600A (zh) | 2013-07-03 |
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