CN104051827A - 一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器 - Google Patents

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杜泽保
杨浩
张海英
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Abstract

本发明公开了一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，采用微带形式实现，包括微带基片、底层地和顶层微带电路；底层地开设有关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽，线槽中设置有两段关于中心奇对称的相互嵌套耦合的螺旋槽线，这两段螺旋槽线构成螺旋结构的槽线谐振器；顶层微带电路包括输入抽头、输出抽头、第一阶梯阻抗馈线和第二阶梯阻抗馈线，第一阶梯阻抗馈线和第二阶梯阻抗馈线的位置对应于底层地中相互嵌套的螺旋槽线的外围槽线，顶层微带电路中的第一阶梯阻抗馈线、第二阶梯阻抗馈线与底层地的槽线谐振器相互耦合来激励谐振模。本发明结构简单、紧凑，具有良好的通带和阻带特性，便于微波电路集成。

Description

一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器
技术领域
本发明涉及微带滤波器技术领域，特别涉及一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器。
背景技术
滤波器是无线通信系统中用于抑制干扰信号不可或缺的重要无源器件。随着无线通信的快速发展，对于通信信道容量的要求与日俱增，需要使用宽带信号处理的宽带滤波器来提高整个系统的信道容量。
在通信的微波/射频设备中，频宽通常以赫兹(Hz)来表示。从带宽角度，相对带宽大于20％或绝对带宽大于1GHz属于宽带滤波器。其中，相对带宽BW＝(f2-f1)/f0。f2和f1分别为通带的上下截止频率，f0为中心频率。
当相对带宽达到40％时，传统的宽带带通滤波器在一定工艺精度下需要增加滤波器阶数实现。这样增加了带内损耗，降低系统灵敏度。
利用满足工艺精度的情况下采用较少的谐振器单元，配合传输零点来实现宽带、低插损、较好的滚降特性和小型化的带通滤波器是较为理想的选择。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，以解决传统微带滤波器实现较宽带宽时不可避免的阶数增加问题，进而实现较宽的带宽。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，该宽带带通滤波器采用微带形式实现，包括微带基片、底层地和顶层微带电路，其中，微带基片形成于底层地之上，顶层微带电路形成于微带基片之上；
底层地开设有关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽，线槽中设置有两段关于中心奇对称的相互嵌套耦合的螺旋槽线(1、2)，这两段螺旋槽线(1、2)构成螺旋结构的槽线谐振器；
顶层微带电路包括输入抽头5、输出抽头6、第一阶梯阻抗馈线3和第二阶梯阻抗馈线4，输入抽头5连接于第一阶梯阻抗馈线3，输出抽头6连接于第二阶梯阻抗馈线4，且第一阶梯阻抗馈线3和第二阶梯阻抗馈线4的位置对应于底层地中相互嵌套的螺旋槽线(1、2)的外围槽线，顶层微带电路中的第一阶梯阻抗馈线3、第二阶梯阻抗馈线4与底层地的槽线谐振器相互耦合来激励谐振模。
上述方案中，所述底层地开设的关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽构成缺陷地结构。
上述方案中，所述两段螺旋槽线(1、2)采用非均匀槽线构成，其电长度在中心频率处为1/2波长。
上述方案中，所述第一阶梯阻抗馈线3和第二阶梯阻抗馈线4为开路形式的馈线，采用均匀传输线或阶梯阻抗传输线，二者位于槽线谐振器外围槽线的正上方。
上述方案中，所述输入抽头5或输出抽头6为特征阻抗50欧姆的传输线。
上述方案中，所述输入抽头5与第一阶梯阻抗馈线3之间采用渐变传输线连接，所述输出抽头6与第二阶梯阻抗馈线4之间采用渐变传输线连接。
上述方案中，所述微带基片的相对介电常数1-100，厚度为0.05-5mm。
上述方案中，所述宽带带通滤波器为中心奇对称结构。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，采用三维立体结构实现的滤波器结构，较大的缩减了滤波器的面积。
2、本发明提供的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，采用开路线耦合的方式可靠性高，易于加工。开路线使用阶梯阻抗实现，便于调节耦合强度，增加设计自由度。
3、本发明提供的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，在底层地引入谐振器、顶层馈电的方式，增强了馈线和谐振器间的耦合强度，便于实现小型化的宽带带通滤波器。
4、本发明提供的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，在山下边带临近通带产生传输零点，提高了阻带抑制特性；同时，因为使用了较少的谐振器，使得通带插入损耗较小，通带平坦特性优异。
附图说明
图1是依照本发明实施例的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器的结构示意图。
图2是图1中底层地开槽线谐振器的结构示意图。
图3是图1中顶层微带馈线的结构示意图。
图4是对图1所示的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器进行仿真测试的结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，采用微带形式实现，包括微带基片、底层地和顶层微带电路，其中，微带基片形成于底层地之上，顶层微带电路形成于微带基片之上。
底层地开设有关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽，线槽中设置有两段关于中心奇对称的相互嵌套耦合的螺旋槽线(1、2)，这两段螺旋槽线(1、2)构成螺旋结构的槽线谐振器。底层地开设的关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽构成缺陷地结构。
顶层微带电路包括输入抽头5、输出抽头6、第一阶梯阻抗馈线3和第二阶梯阻抗馈线4，输入抽头5连接于第一阶梯阻抗馈线3，输出抽头6连接于第二阶梯阻抗馈线4，且第一阶梯阻抗馈线3和第二阶梯阻抗馈线4的位置对应于底层地中相互嵌套的螺旋槽线(1、2)的外围槽线，顶层微带电路中的第一阶梯阻抗馈线3、第二阶梯阻抗馈线4与底层地的槽线谐振器相互耦合来激励谐振模。
本发明提供的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，采用底层地实现耦合谐振器、顶层进行馈电的方式可以增强馈线与谐振器间的耦合，增加了馈线与谐振器间的耦合强度，便于实现较宽的带宽。所提出的滤波器结构简单、紧凑，具有良好的通带和阻带特性，便于微波电路集成。
两段螺旋槽线(1、2)采用非均匀槽线构成，其电长度在中心频率处为1/2波长。第一阶梯阻抗馈线3和第二阶梯阻抗馈线4为开路形式的馈线，采用均匀传输线或阶梯阻抗传输线，二者位于槽线谐振器外围槽线的正上方。输入抽头5或输出抽头6为特征阻抗50欧姆的传输线。输入抽头5与第一阶梯阻抗馈线3之间采用渐变传输线连接，输出抽头6与第二阶梯阻抗馈线4之间采用渐变传输线连接。微带基片的相对介电常数1-100，厚度为0.05-5mm。整个宽带带通滤波器为中心奇对称结构。
本实施例中，基片相对介电常数3.55，厚度0.508mm。
图1是依照本发明实施例的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器的结构示意图。灰色对应底层槽线谐振器，黑色框对应顶层馈电部分。滤波器整体关于中心奇对称。馈线位置对应外围槽线，馈线的宽度根据所需耦合强度调整。开路线和抽头之间的连接位置视所需上边带远端传输零点而定。
图2是图1中底层地开槽线谐振器的结构示意图。灰色部分对应底层地，白色部分对应在底层地上所开槽线，槽线谐振器为螺旋结构。螺旋槽线1构成的谐振器与螺旋槽线2构成的谐振器关于中心奇对称相嵌套耦合。槽线的电长度约为中心频率处的1/2波长。
图3是图1中顶层微带馈线的结构示意图。顶层微带包括输入输出抽头(5，6)和阶梯阻抗开路线(3，4)。阶梯阻抗开路线实现和槽线谐振器的耦合来激励谐振模。
图4是对图1所示的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器进行仿真测试的结果图。本发明的实施实例的仿真和测试结果频率特性包括：S11和S21，横坐标代表频率变量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。虚线代表仿真结果，实现代表测试结果。由图4可以看出，本发明的带通滤波器中心频率5.1GHz，相对带宽达到40％。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，该宽带带通滤波器采用微带形式实现，包括微带基片、底层地和顶层微带电路，其中，微带基片形成于底层地之上，顶层微带电路形成于微带基片之上；
底层地开设有关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽，线槽中设置有两段关于中心奇对称的相互嵌套耦合的螺旋槽线(1、2)，这两段螺旋槽线(1、2)构成螺旋结构的槽线谐振器；
顶层微带电路包括输入抽头(5)、输出抽头(6)、第一阶梯阻抗馈线(3)和第二阶梯阻抗馈线(4)，输入抽头(5)连接于第一阶梯阻抗馈线(3)，输出抽头(6)连接于第二阶梯阻抗馈线(4)，且第一阶梯阻抗馈线(3)和第二阶梯阻抗馈线(4)的位置对应于底层地中相互嵌套的螺旋槽线(1、2)的外围槽线，顶层微带电路中的第一阶梯阻抗馈线(3)、第二阶梯阻抗馈线(4)与底层地的槽线谐振器相互耦合来激励谐振模。
2.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述底层地开设的关于中心奇对称的相互嵌套的螺旋结构的线槽构成缺陷地结构。
3.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述两段螺旋槽线(1、2)采用非均匀槽线构成，其电长度在中心频率处为1/2波长。
4.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述第一阶梯阻抗馈线(3)和第二阶梯阻抗馈线(4)为开路形式的馈线，采用均匀传输线或阶梯阻抗传输线，二者位于槽线谐振器外围槽线的正上方。
5.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述输入抽头(5)或输出抽头(6)为特征阻抗50欧姆的传输线。
6.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述输入抽头(5)与第一阶梯阻抗馈线(3)之间采用渐变传输线连接，所述输出抽头(6)与第二阶梯阻抗馈线(4)之间采用渐变传输线连接。
7.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述微带基片的相对介电常数1-100，厚度为0.05-5mm。
8.根据权利要求1所述的基于螺旋缺陷地的宽带带通滤波器，其特征在于，所述宽带带通滤波器为中心奇对称结构。
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