CN103187601B - 基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器 - 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多模宽带滤波器，主要解决传统多模宽带滤波器电路尺寸受到谐振环面积限制的问题。该滤波器包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，方形谐振环(3)，和一对输入、输出馈线(8)。方形谐振环(3)包括一个方形金属环(4)，一对等长的微扰枝节(5)，一对阻抗匹配金属片(6)和一对传输零点枝节(7)。两个等长的微扰枝节(5)位于方形金属环(4)的一对外部对角；两个相同的阻抗匹配金属片(6)位于金属环(4)的另一对对角内部；传输零点枝节(7)和微扰枝节(5)并联，或者位于金属环(4)内部与金属环(4)的内边连接；一对输入输出馈线(8)对称平行放置在微带介质基板(1)的上方，与微扰枝节末端平行。本发明能减小滤波器的电路尺寸，实现电路的小型化，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，特别涉及微带多模宽带滤波器，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。
多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。近年来，随着宽带、超宽带技术的发展，多模宽带滤波器成为微波滤波器产业中一个新兴的发展点，它的优势在于:每个多模谐振器都可以作为一个多调谐的谐振电路，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大大减少，这样就可以使滤波器的结构更紧凑，尺寸更小巧。但是，传统多模宽带滤波器是建立在封闭环的基础上，其中心频率基本都谐振在封闭环的谐振频率处，封闭环的周长限制了滤波器的电路尺寸，不能满足现代通信系统对滤波器小型化的需求。
发明内容
本发明目的在于针对上述已有技术的不足，在多模原理的基础上，提出一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，以降低滤波器的中心频率，减小滤波器电路尺寸，满足现代通信系统对滤波器小型化的需求。
为实现上述目的，本发明提出如下两种技术方案：
技术方案1：
一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，包括微带介质基板，金属接地板，一个方形谐振环和一对输入、输出馈线，其特征在于：
方形谐振环包括一个方形金属环，一对等长的微扰枝节，一对相同的阻抗匹配金属片，一对等长的折叠型传输零点枝节；
一对等长的微扰枝节位于方形金属环的一对对角外部，两个相同的阻抗匹配金属片位于方形金属环另一对对角的内部，折叠型传输零点枝节与微扰枝节并联；
一对输入、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，每条馈线均包含主馈线和主馈线末端的50欧姆连接线；
微扰枝节包括竖直微带线和水平微带线，该水平微带线与主馈线平行。
上述微带多模宽带滤波器，其特征在于，方形金属环的周长满足：其中，L1和L2分别为方形金属环的两边长且满足：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。
上述微带多模宽带滤波器，其特征在于，微扰枝节位于方形金属环的一对对角外部，该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”型结构分别与方形金属环的两边平行，该微扰枝节的总长度Lp满足：λg/2＜Lp≤3λg/2；
上述微带多模宽带滤波器，其特征在于，阻抗匹配金属片为正方形结构，位于方形金属环的另一对对角内部，该阻抗匹配金属片的边长d满足：0＜d＜λg/4；
上述微带多模宽带滤波器，其特征在于，传输零点枝节采用折叠结构与微扰枝节并联连接，该传输零点枝节的长度Ls满足：0＜Ls≤3λg/2。
技术方案2
一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，包括微带介质基板，金属接地板，一个方形谐振环和一对输入、输出馈线，其特征在于：
方形谐振环包括一个方形金属环一对等长的微扰枝节，一对相同的阻抗匹配金属片，一对等长的传输零点枝节；
一对等长的微扰枝节位于方形金属环的一对对角外部，两个相同的阻抗匹配金属片位于方形金属环另一对对角的内部，两个等长的传输零点枝节对称加载在方形金属环的内部，并与方形金属环的内边连接。
一对输入、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，每条馈线均包含主馈线和主馈线末端的50欧姆连接线；
微扰枝节包括竖直微带线和水平微带线，该水平微带线与主馈线平行。
本发明具有以下技术优点：
1．本发明由于在方形金属环的两个对角上加载了长度超过半个波长的“L”型微扰枝节，使滤波器中心频率最终低于金属环的谐振频率，缩小了滤波器尺寸。
2．本发明由于在方形金属环外部或内部加载了传输零点枝节，在通带右侧引入了一个传输零点，提高了滤波器的带外抑制。
3．本发明由于在多枝节加载方形谐振环中运用了阻抗匹配金属片，使得滤波器通带内的驻波大幅度降低，提高了滤波器性能。
附图说明
图1为本发明技术方案1的结构图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明技术方案2的结构图；
图4为图3的俯视图；
图5为本发明实施例1的频率响应曲线图；
图6为本发明实施例2的频率响应曲线图；
图7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：
实施例1
参照图1和图2，本发明包括微带介质基板1，金属接地板2，一个方形谐振环3和一对输入、输出馈线8；方形谐振环3包括一个方形金属环4，一对等长的微扰枝节5，一对相同的阻抗匹配金属片6，一对等长的折叠型传输零点枝节7。其中：
所述微带介质基板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位于微带介质基板1的上层，方形金属环4的周长满足：其中，L1和L2是方形金属环4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4的谐振频率；
所述的一对输入、输出馈线8，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，每条馈线均包含主馈线81和主馈线末端的50欧姆连接线82；
所述微扰枝节5，位于方形金属环4的一对对角外部，包括竖直微带线51和水平微带线52，这两条微带线连接成“L”型结构分别与方形金属环4的两边平行，水平微带线52与主馈线81平行，微扰枝节5的总长度Lp满足：λg/2＜Lp≤3λg/2；
所述的两个相同的阻抗匹配金属片6，位于方形金属环4的另一对对角的内部，每个阻抗匹配金属片为正方形结构，其边长d满足：0＜d＜λg/4；
所述的折叠型传输零点枝节7与微扰枝节5并联，该传输零点枝节的长度Ls满足：0＜Ls≤3λg/2。
以下给出本实施例的结构参数：
方形金属环4采用线宽为0.4mm的微带线，其周长为2(L1+L2)=17.2mm，即一个介质波导波长的长度，对应的中心频率GHz，其中L1、L2是金属环4的两条边长，且L1=4.5mm，L2=4.1mm，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4的谐振频率；
微扰枝节5的线宽为0.4mm，总长度Lp=17mm，微扰枝节5用来分裂金属环4的简并模，使得分裂后的三个模式的频率低于金属环4的谐振频率f0，频率较低的两个模式形成一个通带，通带的中心频率在3.5GHz；
阻抗匹配金属片6用于滤波器阻抗匹配，使得滤波器通带内驻波降低，提高滤波器性能，该阻抗匹配金属片的边长d=1mm；
传输零点枝节7的线宽为0.4mm，长度Ls=13mm，传输零点枝节7控制方形金属环4分裂后的第三个模式，使该模式移动到通带内进行通带拓展，拓展后的通带中心频率为3.67GHz，同时，传输零点枝节7能够在拓展后的通带右侧引入一个传输零点，提高通带的带外抑制；
主馈线81的线宽为0.4mm，主馈线与微扰枝节的水平微带线52之间的间隔S1=0.1mm，微扰枝节5与方形金属环4之间的间隔S2=0.2mm，传输零点枝节7与微扰枝节的竖直微带线51之间的间隔S3=0.2mm；
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，中心频率为3.67GHz，相对带宽为71%。
实施例2
参照图3和图4，本发明包括微带介质基板1，金属接地板2，一个方形谐振环3和一对输入、输出馈线8；方形谐振环3包括一个方形金属环4，一对等长的微扰枝节5，一对相同的阻抗匹配金属片6，一对等长的传输零点枝节7。其中：
所述的微带介质基板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位于微带介质基板1的上层，方形金属环4的周长满足：其中，L1和L2是方形金属环4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4的谐振频率；
所述的一对输入、输出馈线8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，每条馈线均包含主馈线81和主馈线末端的50欧姆连接线82；
所述的一对等长的微扰枝节5位于方形金属环4的一对对角外部，该微扰枝节包括竖直微带线51和水平微带线52，这两条微带线连接成“L”型结构分别与方形金属环4的两边平行，水平微带线52与主馈线81平行，微扰枝节5的总长度Lp满足：λg/2＜Lp≤3λg/2；
所述的两个相同的阻抗匹配金属片6为正方形结构，位于方形金属环4的另一对对角内部，该阻抗匹配金属片的边长d满足：0＜d＜λg/4；
所述的传输零点枝节7对称加载在方形金属环4的内部，并与方形金属环4的内边连接，传输零点枝节的长度Ls满足：0＜Ls≤3λg/2；
以下给出本实施例的具体参数：
方形金属环4采用线宽为0.4mm的微带线，其周长为2(L1+L2)=27.6mm，即一个介质波导波长的长度，对应的中心频率GHz，其中L1、L2是金属环4的两条边长，且L1=9.3mm，L2=4.5mm，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4的谐振频率；
微扰枝节5的线宽为0.4mm，总长度Lp=16.2mm，微扰枝节5用来分裂金属环4的简并模，使得分裂后的三个模式的频率低于金属环4的谐振频率f0，频率较低的两个模式形成一个通带，通带的中心频率在3.5GHz；
阻抗匹配金属片6用于滤波器阻抗匹配，使得滤波器通带内驻波降低，提高滤波器性能，该阻抗匹配金属片的边长d=0.5mm；
传输零点枝节7的线宽为0.4mm，长度Ls=10.2mm，传输零点枝节7控制方形金属环4分裂后的第三个模式，使该模式移动到通带内，通带中心频率保持3.5GHz不变，同时，传输零点枝节7能够在通带右侧引入一个传输零点，提高通带的带外抑制；
主馈线81的线宽为0.4mm，主馈线与微扰枝节的水平微带线52之间的间隔S1=0.1mm，微扰枝节5与方形金属环4之间的间隔S2=0.2mm，传输零点枝节7和与之邻近的方形金属环4的水平边之间的间隔S3=1.2mm；
本实施例滤波器的频率响应曲线如图6所示，图6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6可知，该滤波器具有较好带外陡峭度和通带性能，中心频率为3.5GHz，相对带宽为56.5%。
实施例3
本实施例的结构和实施例1的结构相同，以下给出本实施例不同于实施例1的结构参数：
方形金属环4采用线宽为0.8mm的微带线，其周长为2(L1+L2)=39.2mm，即一个介质波导波长的长度，对应的中心频率GHz，其中L1、L2是金属环4的两条边长，且L1=11.8mm，L2=7.8mm，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4的谐振频率；
微扰枝节5的线宽为0.4mm，总长度Lp=29.6mm，微扰枝节5用来分裂金属环4的简并模，使得分裂后的三个模式的频率低于金属环4的谐振频率f0，频率较低的两个模式形成一个通带，通带的中心频率在1.74GHz；
阻抗匹配金属片6用于滤波器阻抗匹配，使得滤波器通带内驻波降低，提高滤波器性能，该阻抗匹配金属片的边长d=3mm；
传输零点枝节7的线宽为0.4mm，长度Ls=31.8mm，传输零点枝节7控制方形金属环4分裂后的第三个模式，使该模式移动到通带内进行通带拓展，拓展后的通带中心频率为1.77GHz，同时，传输零点枝节7能够在拓展后的通带右侧引入一个传输零点，提高通带的带外抑制；
主馈线81的线宽为0.4mm，主馈线与微扰枝节的水平微带线52之间的间隔S1=0.1mm，微扰枝节5与方形金属环4之间的间隔S2=0.4mm，传输零点枝节7与微扰枝节的竖直微带线51之间的间隔S3=0.4mm。
本实施例滤波器的频率响应曲线如图7所示，图7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7可知，该滤波器具有较好的带外抑制和通带性能，中心频率为1.77GHz，相对带宽为39.7%。
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多模宽带滤波器，包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，一个方形谐振环(3)和一对输入、输出馈线(8)，其特征在于：
方形谐振环(3)包括一个方形金属环(4)，一对等长的微扰枝节(5)，一对相同的阻抗匹配金属片(6)，一对等长的折叠型传输零点枝节(7)；
一对等长的微扰枝节(5)位于方形金属环(4)的一对对角外部，两个相同的阻抗匹配金属片(6)位于方形金属环(4)另一对对角的内部，折叠型传输零点枝节(7)与微扰枝节(5)并联；
一对输入、输出馈线(8)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，每条馈线均包含主馈线(81)和主馈线末端的50欧姆连接线(82)；
微扰枝节(5)包括竖直微带线(51)和水平微带线(52)，该水平微带线(52)与主馈线(81)平行。
2.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，其特征在于，方形金属环(4)的周长满足：其中，L1和L2分别为方形金属环(4)的两边长且满足L2≤L1≤2L2，λg为介质波导波长，c为真空中的光速，εe为微带介质基板(1)的有效介电常数，f0为方形金属环(4)的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，其特征在于，微扰枝节(5)位于方形金属环(4)的一对对角外部，该微扰枝节包括竖直微带线(51)和水平微带线(52)，这两条微带线连接成“L”型结构，并分别与方形金属环(4)的两边平行，该微扰枝节的总长度Lp满足λg/2<Lp≤3λg/2。
4.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，其特征在于，阻抗匹配金属片(6)为正方形结构，位于方形金属环(4)的另一对对角内部，该阻抗匹配金属片的边长d满足0<d<λg/4。
5.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，其特征在于，传输零点枝节(7)采用折叠结构与微扰枝节(5)并联连接，该传输零点枝节的长度Ls满足0<Ls≤3λg/2。
6.一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，一个方形谐振环(3)和一对输入、输出馈线(8)，其特征在于：
方形谐振环(3)包括一个方形金属环(4)，一对等长的微扰枝节(5)，一对相同的阻抗匹配金属片(6)，一对等长的传输零点枝节(7)；
一对等长的微扰枝节(5)位于方形金属环(4)的一对对角外部，两个相同的阻抗匹配金属片(6)位于方形金属环(4)另一对对角的内部，两个等长的传输零点枝节(7)对称加载在方形金属环(4)的内部，并与方形金属环(4)的内边连接；
一对输入、输出馈线(8)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，每条馈线均包含主馈线(81)和主馈线末端的50欧姆连接线(82)；
微扰枝节(5)包括竖直微带线(51)和水平微带线(52)，该水平微带线(52)与主馈线(81)平行。
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2013
- 2013-03-11 CN CN201310077128.3A patent/CN103187601B/zh not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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