CN104051829A - 基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，该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。所述的顶层微带电路部分包括：输入/输出抽头、馈线、相耦合的两个阶梯阻抗谐振器。阶梯阻抗谐振器采用短路线实现，其低阻抗端通过通孔接地。馈线采用开路线实现，耦合间距、馈线长度和馈线宽度用以调节双频段耦合，增加设计自由度。所提出的滤波器结构简单、紧凑，可靠性高，便于微波电路集成。
Description
技术领域
本发明涉及微波器件技术领域，特别涉及一种基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器。
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，新材料、新工艺及半导体技术的迅猛发展，使得射频、微波、毫米波电路的集成度越来越高，体积越来越小，而由于滤波器的特殊性一般无法与其他功能电路相集成，如何设计高性能、小型化的滤波器，是目前微波、毫米波电路设计的关键环节之一。
为了兼容不同通信标准，以及新一代通信技术需要与上一代通信技术进行较好的兼容，现在越来越多的研究转向了多频带射频前端器件。在这一通信趋势下，多频带滤波器应运而生，以保证通信系统能够在多个频带下共同工作。双拼微波滤波器是多频无线通信系统前端的重要器件。
一般实现双频带滤波器的方法是把两个谐振在不同频段的谐振器结合在一起作为基本的双频谐振器，通过这一双频谐振器和馈线实现双频段带通滤波器。由于包含两个不同的谐振器，因此体积较大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，以解决现有双频段滤波器体积大的缺点。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，该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。
上述方案中，所述顶层微带电路包括：相互耦合的两个阶梯阻抗谐振器，其中每个阶梯阻抗谐振器均包括：采用短路线实现的高阻抗部分1；与高阻抗部分一端连接的采用短路线实现的低阻抗部分2；以及形成在低阻抗部分的与高阻抗部分相连接的相对端的多个接地通孔3；第一馈线6和第二馈线7，分别采用开路线耦合的方式对两个阶梯阻抗谐振器进行馈电；以及输入抽头4和输出抽头5，输入抽头4与第一馈线6之间采用渐变传输线连接，输出抽头5与第二馈线7之间采用渐变传输线连接。
上述方案中，所述两个阶梯阻抗谐振器通过中心奇对称的方式相互耦合，第一阶梯阻抗谐振器的高阻抗部分与第二阶梯阻抗谐振器的低阻抗部分相对，第一阶梯阻抗谐振器的低阻抗部分与第二阶梯阻抗谐振器的高阻抗部分相对。
上述方案中，所述第一馈线6和第二馈线7采用均匀传输线或阶梯阻抗传输线。
上述方案中，所述输入抽头4和输出抽头5的特征阻抗均为50欧姆。
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。
(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、本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，由于采用的相互耦合的两个阶梯阻抗谐振器谐振在双频段，减小了滤波器尺寸。
2、本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，采用开路线耦合的方式可靠性高，易于加工。开路线长度、宽度和耦合间距的调节来同时调节双频段，增加设计灵活性。
3、本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，在两频段之间产生一个传输零点，增加两频段间的隔离度。
附图说明
图1是本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器的示意图。
图2是图1中的其中一个阶梯阻抗谐振器的示意图。
图3是对本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器进行仿真测试的结果示意图。
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。
本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，其发明构思是：传统的1/4波长均匀端路线在基频和三倍频处谐振，通过引入阶梯阻抗调节两个谐振频率，根据微波分析方法将两谐振频点设计到所需的双频段。本发明将两个阶梯阻抗谐振器通过中心奇对称的方式相耦合，分别计算出在两个频段的耦合系数。利用开路线耦合的方式进行馈电。针对馈线和一个谐振器，通过电磁仿真得到在两频段相对于馈线长度、宽度和间距的加载品质因子。根据耦合系数、加载品质因子得到谐振器间距、馈线尺寸。
如图1和图2所示，本发明提供的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，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。
其中，顶层微带电路包括相互耦合的两个阶梯阻抗谐振器、第一馈线6、第二馈线7、输入抽头4和输出抽头5。在相互耦合的两个阶梯阻抗谐振器中，每个阶梯阻抗谐振器均包括：采用短路线实现的高阻抗部分1；与高阻抗部分一端连接的采用短路线实现的低阻抗部分2；以及形成在低阻抗部分的与高阻抗部分相连接的相对端的多个接地通孔3。第一馈线6和第二馈线7分别采用开路线耦合的方式对两个阶梯阻抗谐振器进行馈电。输入抽头4与第一馈线6之间采用渐变传输线连接，输出抽头5与第二馈线7之间采用渐变传输线连接。
两个阶梯阻抗谐振器通过中心奇对称的方式相互耦合，即第一阶梯阻抗谐振器的高阻抗部分与第二阶梯阻抗谐振器的低阻抗部分相对，第一阶梯阻抗谐振器的低阻抗部分与第二阶梯阻抗谐振器的高阻抗部分相对。第一馈线6和第二馈线7采用均匀传输线或阶梯阻抗传输线。输入抽头4和输出抽头5的特征阻抗均为50欧姆。微带基片的相对介电常数1-100，厚度为0.05-5mm。
实施例
在本实施例中，基片相对介电常数3.55，厚度0.508mm。
如图1所示的小型化双频段带通滤波器示意图。滤波器包含相互耦合的两个阶梯阻抗谐振器(8，9)、输入/输出抽头(4，5)和作为馈线的开路线。输入/输出传输线的特征阻抗为50欧姆，输入/输出抽头与馈线之间采用较短的渐变传输线连接。
如图2所示的阶梯阻抗谐振器，其有高阻抗部分1、低阻抗部分2和接地通孔3组成。双频段的谐振频率可以通过调节高阻抗与低阻抗部分的电长度比和阻抗比来调节。
如图3所示，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3实测结果可知，所设计双频段滤波器的两个通带的中心频率分别为2.4GHz和5.75GHz，在3.5GHz处存在传输零点10。
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 (6)
1.一种基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，其特征在于，该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。
2.根据权利要求1所述的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，其特征在于，所述顶层微带电路包括：
相互耦合的两个阶梯阻抗谐振器，其中每个阶梯阻抗谐振器均包括：
采用短路线实现的高阻抗部分(1)；
与高阻抗部分一端连接的采用短路线实现的低阻抗部分(2)；以及
形成在低阻抗部分的与高阻抗部分相连接的相对端的多个接地通孔(3)；
第一馈线(6)和第二馈线(7)，分别采用开路线耦合的方式对两个阶梯阻抗谐振器进行馈电；以及
输入抽头(4)和输出抽头(5)，输入抽头(4)与第一馈线(6)之间采用渐变传输线连接，输出抽头(5)与第二馈线(7)之间采用渐变传输线连接。
3.根据权利要求2所述的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，其特征在于，所述两个阶梯阻抗谐振器通过中心奇对称的方式相互耦合，第一阶梯阻抗谐振器的高阻抗部分与第二阶梯阻抗谐振器的低阻抗部分相对，第一阶梯阻抗谐振器的低阻抗部分与第二阶梯阻抗谐振器的高阻抗部分相对。
4.根据权利要求2所述的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，其特征在于，所述第一馈线(6)和第二馈线(7)采用均匀传输线或阶梯阻抗传输线。
5.根据权利要求2所述的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，其特征在于，所述输入抽头(4)和输出抽头(5)的特征阻抗均为50欧姆。
6.根据权利要求1所述的基于阶梯阻抗的小型化双频段带通滤波器，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。
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