CN103985928B - 一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器 - Google Patents

一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器，包括结构相同、相互对称且在对称面上连接的第一滤波器和第二滤波器。第一滤波器包括微带线结构和开槽线结构，其中开槽线结构包含2N+1个采用直线结构的开槽线谐振器，其长度为平衡滤波器中心频率对应波长的二分之一，呈第一、第二两条直线等距均匀排列，N为大于1的自然数。第一直线包含N个开槽线谐振器，第二直线包含N+1个开槽线谐振器，且第一直线上N个开槽线谐振器的中心分别设置在第二直线上N+1个开槽线谐振器之间间隔的中轴线上，该2N+1个开槽线谐振器相互耦合，与微带线结构形成N+2阶滤波器。本发明所述平衡滤波器具有超宽带，高共模抑制，结构简单等特性。

Description

一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器
技术领域
本发明涉及电子信息领域，尤其涉及一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器。
背景技术
在现代无线通信系统中，平衡器件受到了越来越多的关注，因为平衡器件可以有效抑制环境噪声和系统内部的噪声。平衡滤波器作为无线通信系统的必不可少的器件，在近些年得到了广泛的研究。平衡滤波器在差模信号激励下具有滤波作用，且可以有效抑制环境和系统内部产生的噪声，因而广泛应用于现代无线通信电路。共模信号会降低其信噪比，所以在平衡电路设计中，要尽可能增强对共模信号的抑制水平。
现有的平衡滤波器设计主要针对窄带系统，这是因为很难做到在很宽的频带内抑制共模信号，且平衡滤波器往往具有很复杂的结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提出了一种基于开槽线结构的平衡滤波器，其在很宽的差模信号通带内具有很高的共模抑制特性，电路简单，易于加工。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器，形成于介质基板上，由结构相同、相互对称的第一滤波器和第二滤波器组成，所述第一滤波器和第二滤波器均包含位于介质基板上层的微带线结构和位于介质基板下层的开槽线结构；
所述第一滤波器的微带线结构包含第一馈线、第二馈线、第一开路枝节和第二开路枝节，所述第一馈线的一端与所述第一开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第二馈线的一端与所述第二开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第一馈线的另一端与第二馈线的另一端组成一对输入输出端口；
所述第一滤波器的开槽线结构包含2N+1个开槽线谐振器，其中N为大于等于1的自然数；
所述2N+1个开槽线谐振器均采用直线结构，长度均为所述基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器中心频率对应波长的二分之一；
所述2N+1个开槽线谐振器呈第一、第二两组，每组都以直线等距均匀排列，其中第一组包含N个开槽线谐振器，第二组包含N+1个开槽线谐振器，且第一组N个开槽线谐振器的中心分别设置在第二组N+1个开槽线谐振器之间间隔的中轴线上；
所述2N+1个开槽线谐振器相互耦合，与所述第一开路枝节、第二开路枝节形成2N+3阶滤波器；
所述第二滤波器的微带线结构包含第三馈线、第四馈线、第三开路枝节和第四开路枝节，所述第三馈线的一端与所述第三开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第四馈线的一端与所述第四开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第三馈线的另一端与第四馈线的另一端组成一对输入输出端口；
所述第二滤波器的开槽线结构包含2M+1个开槽线谐振器，其中M等于N；
所述2M+1个开槽线谐振器均采用直线结构，长度均为所述基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器中心频率对应波长的二分之一；
所述2M+1个开槽线谐振器呈第三、第四两组，每组都以直线等距均匀排列，其中第三组包含M+1个开槽线谐振器，第四组包含M个开槽线谐振器，且第四组M个开槽线谐振器的中心分别设置在第三组M+1个开槽线谐振器之间间隔的中轴线上；
所述2M+1个开槽线谐振器相互耦合，与所述第三开路枝节、第四开路枝节形成2M+3阶滤波器；
所述第一馈线与第三馈线对称，第二馈线与第四馈线对称；
所述第一开路枝节与第三开路枝节对称，第二开路枝节与第四开路枝节对称；
所述2N+1个开槽线谐振器分别与所述2M+1个开槽线谐振器对称，且第二组的N+1个开槽线谐振器分别与第三组的M+1个开槽线谐振器在对称面上连接。
作为本发明一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器进一步的优化方案，所述第一至第四馈线的特性阻抗均为50欧姆。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 能够在很宽的频带内抑制共模信号；
2. 电路简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明微带平衡滤波器的印刷电路板切面示意图；
图2为本发明微带平衡滤波器的结构示意图；
图3为本发明微带平衡滤波器上表面的结构示意图；
图4为本发明微带平衡滤波器下表面的结构示意图；
图5为本发明微带平衡滤波器差模信号激励下的等效电路图；
图6为本发明微带平衡滤波器共模信号激励下的等效电路图；
图7为本发明微带平衡滤波器的散射参数仿真与测试结果；
图8为本发明微带平衡滤波器的群时延测试结果。
图中：A1、第一馈线，A2、第二馈线，A3、第一开路枝节，A4、第二开路枝节，AR1、第AR1开槽线谐振器，AR2、第AR2开槽线谐振器，AR3、第AR3开槽线谐振器，B1、第三馈线，B2、第四馈线，B3、第三开路枝节，B4、第四开路枝节，BR1、第BR1开槽线谐振器，BR2、第BR2开槽线谐振器，BR3、第BR3开槽线谐振器，S1、介质基板，S2、上层金属，S3、下层金属，Pin1、输入端口，Pin2、输入端口，Pout1、输出端口，Pout2、输出端口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明中输入和输出端口均采用SMA接头焊接，以便接入测试或者与其他电路相连。现以N取1为例说明，即所示平衡滤波器为五阶滤波器。
图1为本发明所采用的介质基板，其相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0009。当然也可以选择其他规格的介质板。在介质基片S1的上下表面分别包覆有上金属层S2和下金属层S3，其中本发明所述双通带滤波器形成于上金属层S2，下金属层S3作为接地面。
如图2所示，本发明宽带平衡微带滤波器形成于介质基板，包括结构相同并且关于对称面OPP’O’对称的第一滤波器和第二滤波器；第一滤波器和第二滤波器均包括位于介质基板上层的微带线结构，如图3所示，和位于介质基板下层的开槽线结构，如图4所示；第一滤波器包括第一馈线A1、第二馈线A2、第一开路枝节A3、第二开路枝节A4、第AR1至AR3开槽线谐振器（AR1至AR3），第一开路枝节A3和第二开路枝节A4分别采用抽头线结构与第一馈线A1和第二馈线A2的一端相连，形成两个L型输入输出耦合结构；第AR1至AR3开槽线谐振器（AR1至AR3）均采用直线结构，其长度均为通带中心频率对应波长的二分之一，形成“品”字布局；其中第AR1开槽线谐振器与第AR3开槽线谐振器一字排布；间距记为K1，分别与第一开路枝节和第二开路枝节平行，第AR2开槽线谐振器平行于第AR1、AR3开槽线谐振器，且位于二者的中间位置；第二滤波器具有与第一滤波器相同且对称的结构；第一滤波器的电路结构以AX表示，第二滤波器的电路结构以BX表示，第一滤波器和第二滤波器结构相同且对称，具体表现为标号为AX的结构与标号为BX的结构对称；其中第AR1开槽线谐振器AR1与第BR1开槽线谐振器BR1在对称面上相连，第AR3开槽线谐振器AR3与第BR3开槽线谐振器BR3在对称面上相连。
如图5所示，本发明宽带平衡微带滤波器在差模信号激励下的等效电路结构。当差模信号从输入端口Pin1和输入端口Pin2进入系统时，该平衡滤波器在对称面OPP’O’上相当于短路，其等效电路如图5所示。此时，开槽线谐振器AR1、AR2、AR3和开槽线谐振器BR1、BR2、BR3之间相当于存在一个电壁，平衡滤波器相当于一个单端滤波器。以第一滤波器为例说明，不失一般性，其中第一开路枝节A3、第二开路枝节A4与第AR1至AR3谐振器形成了五阶滤波器，产生差模信号的传输通带。
如图6所示，本发明宽带平衡微带滤波器在共模信号激励下的等效电路结构，当共模信号从输入端口Pin1和输入端口Pin2进入系统时，该平衡滤波器在对称面OPP’O’上相当于开路，其等效电路如图6所示。此时，开槽线谐振器AR1、AR2、AR3和开槽线谐振器BR1、BR2、BR3之间相当于存在一个磁壁，滤波器的滤波结构被破坏，共模信号不能正常传输，形成了很高的共模抑制效果。
如图7所示，本发明宽带平衡微带滤波器的散射参数仿真与实测结果。其中Sdd11表示差模信号激励下的回波损耗，Sdd21为差模信号激励下的传输系数，Scc21为共模信号激励下的传输系数。所述平衡微带滤波器中心频率为4.2GHz，其3dB相对带宽为47%，从图中可以看到仿真和实测结果基本吻合，实测结果的插入损耗偏大，是源于加工制造误差以及测试过程中存在的一些偏差。在差模信号通带内共模信号均在-40dB以下，具有很高的共模抑制水平。
图8为所述宽带平衡微带滤波器的群时延测试结果。群时延是描述宽带或者超宽带滤波器对于信号的延迟特性的参数。从图中可以看出，在差模信号通带内，群时延在0.6ns到1.1ns的区间内变化，具有很平坦的特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器，其特征在于形成于介质基板上，由结构相同、相互对称的第一滤波器和第二滤波器组成，所述第一滤波器和第二滤波器均包含位于介质基板上层的微带线结构和位于介质基板下层的开槽线结构；
所述第一滤波器的微带线结构包含第一馈线、第二馈线、第一开路枝节和第二开路枝节，所述第一馈线的一端与所述第一开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第二馈线的一端与所述第二开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第一馈线的另一端与第二馈线的另一端组成一对输入输出端口；
所述第一滤波器的开槽线结构包含2N+1个开槽线谐振器，其中N为大于等于1的自然数；
所述2N+1个开槽线谐振器均采用直线结构，长度均为所述基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器中心频率对应波长的二分之一；
所述2N+1个开槽线谐振器呈第一、第二两组，每组都以直线等距均匀排列，其中第一组包含N个开槽线谐振器，第二组包含N+1个开槽线谐振器，且第一组N个开槽线谐振器的中心分别设置在第二组N+1个开槽线谐振器之间间隔的中轴线上；
所述2N+1个开槽线谐振器相互耦合，与所述第一开路枝节、第二开路枝节形成2N+3阶滤波器；
所述第二滤波器的微带线结构包含第三馈线、第四馈线、第三开路枝节和第四开路枝节，所述第三馈线的一端与所述第三开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第四馈线的一端与所述第四开路枝节采用抽头线结构形成L型结构，所述第三馈线的另一端与第四馈线的另一端组成一对输入输出端口；
所述第二滤波器的开槽线结构包含2M+1个开槽线谐振器，其中M等于N；
所述2M+1个开槽线谐振器均采用直线结构，长度均为所述基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器中心频率对应波长的二分之一；
所述2M+1个开槽线谐振器呈第三、第四两组，每组都以直线等距均匀排列，其中第三组包含M+1个开槽线谐振器，第四组包含M个开槽线谐振器，且第四组M个开槽线谐振器的中心分别设置在第三组M+1个开槽线谐振器之间间隔的中轴线上；
所述2M+1个开槽线谐振器相互耦合，与所述第三开路枝节、第四开路枝节形成2M+3阶滤波器；
所述第一馈线与第三馈线对称，第二馈线与第四馈线对称；
所述第一开路枝节与第三开路枝节对称，第二开路枝节与第四开路枝节对称；
所述2N+1个开槽线谐振器分别与所述2M+1个开槽线谐振器对称，且第二组的N+1个开槽线谐振器分别与第三组的M+1个开槽线谐振器在对称面上连接。
2.根据权利要求1所述的基于开槽线结构的超宽带平衡滤波器，其特征在于，所述第一至第四馈线的特性阻抗均为50欧姆。
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