CN104091980B - 一种宽阻带抑制的带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽阻带抑制的带通滤波器，包括1/4波长级联谐振器、用于馈入电磁波信号的输入端馈线，以及用于馈出电磁波信号的输出端馈线，所述的输入端馈线、输出端馈线平行耦合在1/4波长级联谐振器的两侧，输入端馈线的端口、输出端馈线的端口均位于级联谐振器开路端的五分之一到三分之一之间。本发明的带通滤波器，由于传输线频率响应的周期性而产生的寄生通带得到有效的抑制，尤其是能实现对三倍频以及五倍频的抑制，进而使滤波器的阻带得到大范围扩展，这种思路同样适用于更高阶的带通滤波器设计，其主要优点有：超宽阻带；结构简单可靠；体积小；通带低损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频组件，特别涉及一种宽阻带抑制的带通滤波器。
背景技术
近几年，无线通信技术迅猛发展，3G技术在全国基本得到了普及，而4G技术也在2014年正式运营商用。然而，随着无线信息产业的蓬勃发展，越来越多的微波频率资源被通信系统所使用，空间电磁频谱日益密集，各无线通信系统之间的干扰现象也越来越严重，带通滤波器作为电路系统里重要的组成部分之一，其性能的优劣很大程度上决定了系统的工作质量。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对，它广泛应用于各类通信系统的射频前端中，比如话音通讯系统、天线伺服系统。
为了设计出体积小、带内损耗小、滚降快、超宽阻带的性能良好的带通滤波器，学者们提出了许多新型的谐振器结构，其中有些的确展现出良好的性能，比如为了实现宽阻带抑制特性，常使用插指电容谐振器、阶跃阻抗谐振器推高第一寄生频率，使寄生通带远离工作通带，从而增大阻带的频率范围；或者利用缺陷地结构引入传输零点，抑制寄生通带的强度，从而提高宽阻带范围内的抑制度。然而，以上措施在抑制倍频处的寄生通带方面表现欠佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种宽阻带抑制的带通滤波器。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种宽阻带抑制的带通滤波器，包括1/4波长级联谐振器、用于馈入电磁波信号的输入端馈线，以及用于馈出电磁波信号的输出端馈线，所述的输入端馈线、输出端馈线平行耦合在1/4波长级联谐振器的两侧，输入端馈线的端口、输出端馈线的端口均位于距离级联谐振器开路端1/20波长和1/12波长之间。
所述的1/4波长级联谐振器包括设置在微带介质板上同一面的N个均匀阻抗谐振器和接地通孔，每个均匀阻抗谐振器的一端与接地通孔相连接，分别构成四分之一波长并联谐振器，其中N≥2。
所述的均匀阻抗谐振器的另一端折叠为L形，同时输入端馈线的端口、输出端馈线的端口靠近级联谐振器开路端的一端也折叠为L形。
所述的N＝2，则带通滤波器为二阶。
所述的N＝3，则带通滤波器为三阶，中间的均匀阻抗谐振器不与接地通孔相连的一端连接一段两端弯折的高阻抗线，输入端馈线、输出端馈线远离级联谐振器开路端的一端相互耦合。
所述的输入端馈线、输出端馈线均为50Ω的匹配阻抗。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过调整端口馈线于短路线的四分之一处左右，同时实现对三倍频和五倍频的抑制，进而实现了超宽阻带的特性。
2、本发明的结构采用四分之一波长的短路线实现均匀阻抗谐振器，并且多处折叠弯曲，使得滤波器的体积减小。本设计简单可靠，制作成本低廉，适合工业批量生产，适用于多种通信系统。
附图说明
图1为本发明所述的一种宽阻带抑制的带通滤波器的结构示意图(N＝2)；
图2为图1所述带通滤波器的散射参数测试结果图；
图3为图2的局部放大图；
图4为图1所述带通滤波器在不同馈电位置下的散射参数仿真结果图；
图5为本发明所述的一种宽阻带抑制的带通滤波器的结构示意图(N＝3)；
图6为图5所述带通滤波器的散射参数仿真结果图；
图7为图6的局部放大图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
一种宽阻带抑制的带通滤波器，包括1/4波长级联谐振器、用于馈入电磁波信号的输入端馈线，以及用于馈出电磁波信号的输出端馈线，所述的输入端馈线、输出端馈线平行耦合在1/4波长级联谐振器的两侧，输入端馈线的端口、输出端馈线的端口均位于距离级联谐振器开路端1/20波长和1/12波长之间；
所述的1/4波长级联谐振器包括设置在微带介质板上同一面的2个均匀阻抗谐振器和接地通孔，每个均匀阻抗谐振器的一端与接地通孔相连接，分别构成四分之一波长并联谐振器；
所述的均匀阻抗谐振器的另一端折叠为L形，同时输入端馈线的端口、输出端馈线的端口靠近级联谐振器开路端的一端也折叠为L形；
所述的输入端馈线、输出端馈线均为50Ω的匹配阻抗。
图1为二阶的带通滤波器结构，主要由两个四分之一波长的短路线以及输入输出平行耦合线馈线构成。滤波器整体制作在双面覆铜微带介质板上，介质板1的同一面上分别制作有输入端馈线2，用于馈入电磁波信号，输出端馈线5，用于馈出电磁波信号，输入输出端均为50Ω的匹配阻抗，传输线3、6为均匀阻抗谐振器，4为接地通孔。
两个均匀阻抗谐振器一端均与接地通孔相连接，分别构成四分之一波长并联谐振器，且都进行了折叠弯曲，以减小滤波器体积。3、4、6构成了带通滤波器主体；输入输出馈线2、5与谐振器间平行耦合。端口的位置与谐振器3、6开路端相距L2＝4.85mm，在谐振器长L1＝17.75mm的0.27倍处，使由于传输线的频率响应周期性而产生的三倍频和五倍频的寄生通带得到有效抑制。
在图2、3、4中，横轴表示本发明的带通滤波器的输入信号频率，纵轴表示对数幅度(dB)，包括插入损耗S21的幅度和回波损耗S11的幅度。S21表示通过本发明的带通滤波器的信号的输入功率与信号的输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：10*lg(Pi/Po)(dB)＝20*lg|S21|,其中，Pi表示输入功率，Po表示输出功率。在本发明的带阻滤波器的信号传输过程中，信号的部分功率被反射回信号源，被反射的功率成为反射功率。S11表示通过本发明中带阻滤波器的信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系,其相应的数学函数如下：10*lg(Pr/Pi)(dB)＝20*lg|S11|,其中，Pr表示反射功率，Pi表示入射功率。
由图2、图3可知，滤波器中心频率为3GHz，通带内插入损耗绝对值小于2.2dB,回波损耗绝对值大于15.4dB,-20dB阻带抑制从3.2GHz开始，最高超过19GHz。三倍频与五倍频的寄生通带得到抑制，带外特性令人满意。
为了验证端口位置与三倍频和五倍频处的阻带抑制效果的关系，本发明将图1结构的端口位置分别下移和上移1mm，即将L2变为3.85mm和5.85mm。由图4可见，端口位置的改变使得此时滤波器对三倍频抑制能力变弱。
需要说明的是，因为谐振器的长度是四分之一波长，馈线端口位于谐振器开路端的五分之一和三分之一之间，相当于(1/5*1/4)波长和(1/3*1/4)波长之间，即二十分之一波长和十二分之一波长之间。
实施例二
一种宽阻带抑制的带通滤波器，包括1/4波长级联谐振器、用于馈入电磁波信号的输入端馈线，以及用于馈出电磁波信号的输出端馈线，所述的输入端馈线、输出端馈线平行耦合在1/4波长级联谐振器的两侧，输入端馈线的端口、输出端馈线的端口均位于距离级联谐振器开路端1/20波长和1/12波长之间；
所述的1/4波长级联谐振器包括设置在微带介质板上同一面的3个均匀阻抗谐振器和接地通孔，每个均匀阻抗谐振器的一端与接地通孔相连接，分别构成四分之一波长并联谐振器；
所述的均匀阻抗谐振器的另一端折叠为L形，同时输入端馈线的端口、输出端馈线的端口靠近级联谐振器开路端的一端也折叠为L形；
中间的均匀阻抗谐振器不与接地通孔相连的一端连接一段两端弯折的高阻抗线，输入端馈线、输出端馈线远离级联谐振器开路端的一端相互耦合；
所述的输入端馈线、输出端馈线均为50Ω的匹配阻抗。
三阶带通滤波器结构如图5所示，介质板1的同一面上分别制作有输入端馈线2，用于馈入电磁波信号，输出端馈线7，用于馈出电磁波信号，输入输出端均为50Ω的匹配阻抗。传输线3、5、6为均匀阻抗谐振器，4为接地通孔。
三个均匀阻抗谐振器一端均与接地通孔相连接，分别构成四分之一波长并联谐振器，其中传输线3、6进行了折叠弯曲，传输线5末端连接一段高阻抗线构成T形分支，同时对T形分支8也进行弯折，以减小滤波器体积。输入输出馈线2、7与谐振器间平行耦合。端口的位置为离谐振器3、6开路端L2＝4.15mm，是谐振器长度L1＝17.55mm的0.24倍处。与实施例一提到的二阶带通滤波器相同的是，三倍频和五倍频也得到了很好的抑制；不同的是，三阶带通滤波器的两条输入输出馈线的一端相互耦合，通带特性得到进一步的改善。
由图6、7可知，滤波器中心频率为3GHz，通带内插入损耗绝对值小于1.9dB,回波损耗绝对值大于17dB,-20dB阻带抑制从3.16GHz开始，最高超过20GHz。三倍频与五倍频的寄生通带得到抑制，带外特性令人满意。
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 (4)
1.一种宽阻带抑制的带通滤波器，其特征在于：包括1/4波长级联谐振器、用于馈入电磁波信号的输入端馈线，以及用于馈出电磁波信号的输出端馈线，所述的输入端馈线、输出端馈线平行耦合在1/4波长级联谐振器的两侧，输入端馈线的端口、输出端馈线的端口均位于距离级联谐振器开路端1/20波长和1/12波长之间；
所述的1/4波长级联谐振器包括设置在微带介质板上同一面的N个均匀阻抗谐振器和接地通孔，每个均匀阻抗谐振器的一端与接地通孔相连接，分别构成四分之一波长并联谐振器，其中N≥2；
所述的均匀阻抗谐振器的另一端折叠为L形，同时输入端馈线的端口、输出端馈线的端口靠近级联谐振器开路端的一端也折叠为L形。
2.根据权利要求1所述的宽阻带抑制的带通滤波器，其特征在于：所述的N＝2，则带通滤波器为二阶。
3.根据权利要求1所述的宽阻带抑制的带通滤波器，其特征在于：所述的N＝3，则带通滤波器为三阶，中间的均匀阻抗谐振器不与接地通孔相连的一端连接一段两端弯折的高阻抗线，输入端馈线、输出端馈线远离级联谐振器开路端的一端相互耦合。
4.根据权利要求1所述的宽阻带抑制的带通滤波器，其特征在于：所述的输入端馈线、输出端馈线均为50Ω的匹配阻抗。
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