CN103199323B - 一种多层双模双通带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层双模双通带带通滤波器，包括三层电路结构，由单面和双面微波介质基片组合而成，双面微波介质基片面向单面微波介质基片的金属面为公共地且设置有多个空槽；单面微波介质基片的金属面上设置有第一贴片谐振器，第一贴片谐振器上设置有两条正交且长度不相等的缝隙；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置有与第一贴片谐振器结构相同且对称分布的第二贴片谐振器。贴片谐振器上的缝隙的长度和公共地上的空槽的大小能够分别控制两个通带的频率和耦合系数。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种多层双模双通带带通滤波器。
背景技术
随着无线通信系统的高速发展，微波双通带或多通带滤波器已受到了较大关注。双模谐振器的一个谐振单元可以起到两个谐振器的作用，这样就可以大大减小电路的尺寸同时保证电路的性能不受到影响。目前，多种多样的设计方法已被深入研究，已验证了多种双模谐振器，比如，贴片谐振器、矩形环，和加载枝节的半波长谐振器，这些谐振器已经广泛应用于双通带带通滤波器的设计中。
在双通带滤波器的设计中，对两个通带的谐振频率和耦合系数的独立可控是一个难点。在以往的设计中，利用基波和谐波设计的双通带滤波器的方案一般无法实现两个较近的通带。利用两组不同谐振频率的谐振器设计双通带滤波器的方案则具有设计复杂而且尺寸大的缺陷。目前，尚缺少一种简单的耦合拓扑结构来设计一种能独立控制两个通带频率和耦合系数的双模双通带滤波器。
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，提供一种多层双模双通带带通滤波器，拥有新型多层耦合结构，能独立控制两个通带，并大大减小了电路尺寸。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：构造一种多层双模双通带带通滤波器，包括层叠设置且相互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设置有多个空槽；所述单面微波介质基片的金属面上设置有第一贴片谐振器，所述第一贴片谐振器上设置有两条正交且长度不相等的缝隙；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置有与所述第一贴片谐振器结构相同且对称分布的第二贴片谐振器，所述第一贴片谐振器的输入/输出端与所述第二贴片谐振器的输出/输入端垂直。
优选地，所述第一贴片谐振器和所述第二贴片谐振器为正方形。
优选地，所述多个空槽包括设置在公共地上对应于所述第一贴片谐振器四个顶角的位置上的四个空槽。
优选地，所述四个空槽包括位于四个顶角中两个对角的位置上的第一空槽，以及位于四个顶角中另外两个对角的位置上的第二空槽。
优选地，所述多个空槽还包括设置在公共地上，对应于所述第一贴片谐振器的输入/输出端和所述第二贴片谐振器的输出/输入端之间的位置上的一个第三空槽。
优选地，所述多个空槽均为正方形。
优选地，所述第一贴片谐振器和所述第二贴片谐振器的中心处均开设有相同的两条正交且长度不相等的缝隙。
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或者通过塑料螺丝固定连接。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明的多层双模双通带带通滤波器具有新型的拓扑结构，通过改变正交的两条缝隙的长度，可分别控制两个通带频率；通过改变公共地上两对空槽的大小，可分别控制两个通带的耦合系数。利用新型的拓扑结构实现了独立控制两个通带频率和耦合系数。
另外，在第一贴片谐振器输入/输出端和第二贴片谐振器输入/输出端之间的公共地上设置了一个第三空槽，实现源到负载耦合，在两个通带之间增加了一个额外的传输零点，提高通带的选择性。
附图说明
图1是本发明的多层双模双通带带通滤波器的立体示意图；
图2是本发明的多层双模双通带带通滤波器的结构示意图；
图3是本发明的多层双模双通带带通滤波器中具有开槽结构的贴片谐振器的电路图；
图4是本发明的双模双通带谐振器的模式A和模式B随l1和l2变化趋势示意图；
图5A是本发明的多层双模双通带带通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5B是本发明的多层双模双通带带通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5C是本发明的多层双模双通带带通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6是本发明的多层双模双通带带通滤波器的耦合拓扑结构；
图7是本发明的多层双模双通带带通滤波器的空槽边长d1与模式A和模式B的耦合系数关系图；
图8是本发明的多层双模双通带带通滤波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。
结合图1和图2，本发明的多层双模双通带带通滤波器100包括层叠设置且相互连接的单面微波介质基片110和双面微波介质基片120。单面微波介质基片110和双面微波介质基片120构成多层电路板结构，多层电路板包括顶层电路、中间层电路和底层电路。单面微波介质基片110和双面微波介质基片120具有相同的介电常数和厚度，两者可以通过多种方式连接，例如，通过粘合介质连接、通过塑料螺丝固定连接等。单面微波介质基片110的金属面（即顶层电路）上设置有第一贴片谐振器111，第一贴片谐振器111上设置有两条正交且长度不相等的缝隙1111，两条缝隙的长度分别为2l1和2l2，宽度均为W（参见图3）。
双面微波介质基片120面向单面微波介质基片110的金属面（即中间层电路）为公共地122且设置有多个空槽。
双面微波介质基片120背向单面微波介质基片110的金属面（即底层电路）上设置有与第一贴片谐振器111结构相同且对称分布的第二贴片谐振器121，并且，第一贴片谐振器111的输入/输出端与第二贴片谐振器121的输出/输入端垂直。输入/输出端指的是该端口可以作为信号输入端，也可以作为信号输出端（由于本发明的多层双模双通带带通滤波器100具有对称结构），输出/输入端同理。其中，第二贴片谐振器121与第一贴片谐振器111的结构相同指的是，在第二贴片谐振器121上设置有与第一贴片谐振器111上相同的两条正交且长度不相等的缝隙1111（如图5c所示）。
如图3所示，在本发明中，第一贴片谐振器111和第二贴片谐振器121为边长为a的正方形，第一贴片谐振器111和第二贴片谐振器121的中心处均开设有两条正交的缝隙1111，且两组正交的缝隙相同。两条正交的缝隙1111的使用可增加电流的传输路径，从而调节谐振频率，使得滤波器尺寸减小。两种模式正交分布在图3虚线处。为了描述方便，将沿着虚线AA’分布的模式定义为模式A（MODE A），将沿着虚线BB’分布的模式定义为模式B（MODE B），通过调节图3中l1和l2的长度，可分别控制两种模式的谐振频率。两种模式的谐振频率随l1和l2的长度变化趋势如图4所示。
在图5A-5C中，实线所示部分为该电路上设置的元件，虚线表示在其他层电路上设置的元件在该电路上的对应位置。参见图5A-5C，在本发明中，多个空槽包括设置在公共地122上对应于第一贴片谐振器111四个顶角的位置上的四个空槽。四个空槽包括位于四个顶角中两个对角的位置上的第一空槽131，以及位于四个顶角中另外两个对角的位置上的第二空槽132，这两对空槽（两个第一空槽131和两个第二空槽132）分别用于控制两个模式的耦合系数，第一空槽131与第二空槽132的大小可同也可不相同，形状可以相同也可以不同。多个空槽还包括设置在公共地上对应于第一贴片谐振器111的输入/输出端和第二贴片谐振器121的输出/输入端之间的位置上的一个第三空槽133。第一空槽131、第二空槽132以及第三空槽133可以为多种形状，例如，圆形，椭圆形，长方形，正方形等，附图中均以正方形为例。
在公共地122上对应于第一贴片谐振器111四个顶角的位置上设置的四个空槽（两个第一空槽131和两个第二空槽132），也就是设置在两种模式下谐振器电流最大的位置，因此，可以通过控制第一空槽131和第二空槽132的尺寸大小，例如正方形的边长d1，来实现分别控制两个模式的耦合系数。如图7所示，当增加第一空槽131的d1时模式A的耦合系数变大，同时模式B的耦合系数几乎保持不变。同理，改变第二空槽132的大小，模式A的耦合系数不变。
在公共地122上对应于第一贴片谐振器111的输入/输出端和第二贴片谐振器121的输出/输入端之间的位置上设置一个第三空槽133，能够在两个通带间增加一个额外的传输零点，在公共地122上设置第三空槽133可实现多层结构源到负载的耦合，该耦合方式的引入并没有增加电路的尺寸。
因此，本发明的多层双模双通带带通滤波器可实现对两个通带的频率和耦合系数的分别控制，这样就解决了现有技术中无法独立控制两个通带频率和耦合系数的问题。
参见图1-5C，为本发明的多层双模双通带带通滤波器是由两个完全对称的双模谐振器（即第一贴片谐振器111和第二贴片谐振器121）所组成，其具有新型的拓扑结构，其耦合拓扑结构如图6所示，图6中1A和1B为一个双模谐振器，该双模谐振器可以是第一贴片谐振器111，也可以是第二贴片谐振器121，其中，1A为该双模谐振器的模式A，1B为该双模谐振器的模式B。2A和2B为另一个双模谐振器，2A为另一个双模谐振器的模式A，2B为另一个双模谐振器的模式B。
使用软件HFSS以及安捷伦E5071C网络分析器对本发明的多层双模双通带带通滤波器进行模拟和测量，测量的结果如图8所示，两个通带分别集中在频率为1.85GHz和2.45GHz处，输入损耗的最小值分别为1.3dB和1.8dB,其中包括了SMA头连接器的损耗。本发明的多层双模双通带带通滤波器能够测量到三个传输零点，三个传输零点分别位于频率为1.2GHz、2.1GHz以及2.9GHz处，这大大提高了多层双模双通带带通滤波器的选择性以及带与带之间的隔离性。
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)
1.一种多层双模双通带带通滤波器，包括层叠设置且相互连接的单面微波介质基片(110)和双面微波介质基片(120)，其特征在于，所述双面微波介质基片(120)面向所述单面微波介质基片(110)的金属面为公共地(122)且设置有多个空槽；所述单面微波介质基片(110)的金属面上设置有第一贴片谐振器(111)，所述第一贴片谐振器(111)上设置有两条正交且长度不相等的缝隙(1111)；两条缝隙(1111)中的一条缝隙沿着所述第一贴片谐振器(111)的一条对角线进行设置，两条缝隙(1111)中的另一条缝隙沿着所述第一贴片谐振器(111)的另一条对角线进行设置，且两条缝隙(1111)的交点位于所述第一贴片谐振器(111)的中心处；所述双面微波介质基片(120)背向所述单面微波介质基片(110)的金属面上设置有与所述第一贴片谐振器(111)结构相同且对称分布的第二贴片谐振器(121)，所述第一贴片谐振器(111)的输入/输出端与所述第二贴片谐振器(121)的输出/输入端垂直；
其中，所述第一贴片谐振器(111)和所述第二贴片谐振器(121)为正方形；所述多个空槽包括设置在公共地(122)上对应于所述第一贴片谐振器(111)四个顶角的位置上的四个空槽；所述四个空槽包括位于四个顶角中两个对角的位置上的第一空槽(131)，以及位于四个顶角中另外两个对角的位置上的第二空槽(132)。
2.根据权利要求1所述的多层双模双通带带通滤波器，其特征在于，所述多个空槽还包括设置在公共地(122)上，对应于所述第一贴片谐振器(111)的输入/输出端和所述第二贴片谐振器(121)的输出/输入端之间的位置上的一个第三空槽(133)。
3.根据权利要求1所述的多层双模双通带带通滤波器，其特征在于，所述单面微波介质基片(110)和双面微波介质基片(120)具有相同的介电常数和厚度。
4.根据权利要求1所述的多层双模双通带带通滤波器，其特征在于，所述单面微波介质基片(110)和双面微波介质基片(120)通过粘合介质连接或者通过塑料螺丝固定连接。
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