CN104269588B

CN104269588B - 一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器

Info

Publication number: CN104269588B
Application number: CN201410565885.XA
Authority: CN
Inventors: 唐明春; 石婷; 胡禹
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Shandong Huazhang Technology Co ltd
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: CN104269588A

Abstract

本发明涉及一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，该滤波器包括谐振部分、介质基板、接地板、耦合线和馈线；利用环形六边形谐振器作为基本的滤波器结构的基础上，对六边形的不相邻三边进行交指线变异，降低了简并基模的工作频率，并利用圆形贴片枝节在谐振器中心加载引入新的谐振模式，从而达到滤波器的深度小型化与带宽的大幅度扩展。本发明提供的滤波器可以有效地拓宽通带带宽，可以在实现小型化和频带展宽的情况下对同一个滤波器进行参数调谐，实现所需频段的滤波要求，无需重新设计新的滤波器，缩短了滤波器的设计时间，使得该滤波器在实际工程设计中具有普适性。

Description

一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器

技术领域

本发明属于滤波器技术领域，涉及一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器。

背景技术

伴随着现代移动和无线通信系统的跨越式发展，无线通信系统对电路尺寸和信号质量的要求越来越高。滤波器作为位于射频前端提取信号和抑制信号的关键性器件，其性能的优劣直接影响到通讯系统的各项指标，这对滤波器的设计提出了非常苛刻的指标要求。兼顾低尺寸与高性能的滤波器设计是近年来微波工程师的努力方向之一，成为了微波无源器件近年来的研究热点和难点。在滤波器实际的设计与制作过程中，在满足基本的性能要求外，往往还要求滤波器具有更小的尺寸，更低的成本，更短的设计周期。近年来，为了达到实现交叠双模的工作特性，出现了各种形式的环形滤波器，如圆形、三角形、方形、六边形等。实质上该类环形滤波器设计的努力方向主要集中在扩展工作频段的宽度以及阻带抑制方面。双模或多模滤波器是实现小型化的重要方式。谐振器中对于不同的场分布有无穷多个谐振模式和谐振频率、其中具有相同谐振频率的模式称为简并模。若在单个谐振器中通过加入一些结构微扰，比如开槽、切角或加入小的贴片、内切角等，会改变原正交简并模的电场分布，使得一对正交简并模之间发生耦合，两个耦合简并模的作用相当于两个耦合谐振器，从而在保持谐振回路不变的情况下，使谐振器的个数减少一半，可以减小电路体积。但是以上方法实现小型化的程度均受到各自基模工作频率的限制，使得进一步减小滤波器整体尺寸受到一定限制。因此，亟需一款能满足需求的小型化滤波器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器。通过中心枝节加载、模式微扰、交指结构加载等方法，在不增加谐振器个数的基础上，提供一种基于中心枝节加载的小型化可调谐六边形三模滤波器设计，实现了滤波器的小型化、带宽扩展和可调谐。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，该滤波器包括谐振部分、介质基板、接地板、耦合线和馈线；

所述谐振部分包括环状六边形谐振器金属贴片，所述环状六边形中任意不相邻三边为曲折式交指线结构，剩下的另外三边为直线型结构，且分别从直线型结构三边的各自中点引出中心枝节交汇于六边形中心，并继续延伸，且分别端接相同尺寸的圆形金属贴片；

所述介质基板的上表面紧贴环状六边谐振器金属贴片、耦合线、馈线；环状六边谐振器金属贴片位于介质基板的上表面中心；耦合线位于曲折式交指线结构的任意两边，与环形六边形谐振器贴片存在间隙，顺着六边形的结构分别延展出长为L1、L2的枝节；馈线一端接耦合线，与耦合线相连为T型结构，另一端接同轴线缆内导体；介质基板下表面紧贴与基板表面积相等的接地板，接地板完全覆盖介质基板，接地板接同轴线缆外导体。

进一步，所述每个圆形金属贴片两侧加载了结构对称的调谐凹槽，凹槽结构关于圆形金属贴片圆心中心对称，凹槽的底边与中心枝节线性平行，凹槽可以进一步增加线性枝节的电流路径。

进一步，所述环状六边形谐振器金属贴片，正六边形边长L0为10～14mm，线宽W为0.1～0.3mm。

进一步，所述介质基板为六棱柱，该柱体上下表面为正六边形，边上L为24～26mm，高度H为1.016mm，材料为Rogers R04350，介质基板的相对介电常数为3.66，相对磁导率1.0，损耗角正切为0.04。

进一步，所述曲折式交指线结构为线宽为W的方波图形结构，其占空比为0.5，上升沿高度d为1.6～1.7mm。

进一步，所述中心枝节交汇于六边形中心，并继续延伸，延伸长度d1为3.2～3.4mm，中心枝节的线宽W1为0.2～0.4mm。

进一步，所述耦合线宽度为W，与谐振器最近边的垂直距离gap为0.1～0.3mm。耦合线两翼向外延伸，延伸长度L1为4.5～5.5mm，L2为0.2～0.4mm。

进一步，所述馈线为50Ω微带馈线，馈线宽度W3由通带中心频率、基板参数、贴片厚度等通过计算得到，长度L4为12～13mm端；所述接同轴线缆的内导体和同轴线缆的外导体均为50Ω。

进一步，所述圆形金属贴片的半径r为2～2.2mm。

进一步，所述凹槽的槽宽度W2为1.5～1.7mm，同一圆片上的两个对称槽底边之间的距离L3为0.3～0.5mm。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器符合设计要求，具有明显的工程使用价值，本发明通过交指结构的运用，有效地减小了该滤波器的尺寸，通过中心枝节的加载，使谐振器基膜简并模分裂为双模，同时实现圆形贴片枝节所引入工作模式的频率位置可调谐，完成了三模滤波器的设计，极有效的拓宽了通带带宽。此外，本发明还具有设计简单，结构紧凑，易于制造和推广的优势。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明一种基于中心枝节加载的小型化可调谐六边形三模滤波器结构示意图；

图2为本发明一种基于中心枝节加载的小型化可调谐六边形三模滤波器俯视图；

图3为仿真得到的本发明S₁₁和S₂₁参数随频率变化曲线图；

其中：1-介质基板、2-环状正六边形谐振器、3-交指线结构、4-中心枝节、5-带槽圆片、6-开槽结构、7-耦合线、8-馈线。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，该滤波器包括谐振部分、介质基板、接地板、耦合线和馈线。

谐振部分包括环状六边形谐振器金属贴片，所述环状六边形中任意不相邻三边为曲折式交指线结构，剩下的另外三边为直线型结构，且分别从直线型结构三边的各自中点引出中心枝节交汇于六边形中心，并继续延伸，且分别端接相同尺寸的圆形金属贴片。

介质基板的上表面紧贴环状六边谐振器金属贴片、耦合线、馈线；环状六边谐振器金属贴片位于介质基板的上表面中心；耦合线位于曲折式交指线结构的任意两边，与环形六边形谐振器贴片存在间隙，顺着六边形的结构分别延展出长为L1、L2的枝节；馈线一端接耦合线，与耦合线相连为T型结构，另一端接50Ω同轴线缆的内导体；介质基板下表面紧贴与基板表面积相等的接地板，接地板完全覆盖介质基板的下表面。

环形六边形中任意不相邻的三边为曲折式交指线结构的环状正六边形边长L0为10～14mm，线宽W为0.1～0.3mm，在不加任何中心枝节的情况下，是一个谐振器，由于该六边形谐振器的谐振频率和六边形周长直接相关，所以本发明将不相邻三边设计为交指微带结构，能够保证该谐振器的周长不变的情况下，增加交指线的电流有效路径，以实现小型化。

环形六边形的另外三边为直线型结构，分别从它们各自中点引出了线性枝节交汇于六边形中心，并继续延伸d1为3.2～3.4mm距离后，分别端接相同尺寸的圆形金属贴片，为了进一步增加所加载枝节的电流路径，分别在每个圆形贴片两侧加载了结构对称的调谐凹槽。并且，凹槽结构关于圆形金属贴片圆心中心对称，凹槽的底边与中心枝节线性平行。槽底边宽度W2为1.5～1.7mm，且两个槽的底边之间的距离L3为0.3～0.5mm。该槽线的作用是进一步增大中心枝节的可调电流路径长度，引入的第三模式的中心频率可由圆片的半径r做初调，由开槽的宽度W2，槽线距离L3进行微调，对该引入模式的频率的调谐基本不影响环形结构谐振器的基膜频率，使该设计的滤波器的调谐工作十分简单快捷。

耦合线与谐振器之间存在间隙，与谐振器之间的垂直距离gap为0.2～0.3mm，耦合线向两侧分别延展出长为L1、L2的枝节，L1为4.5～5.5mm，L2为0.2～0.4mm，耦合线宽度为W，通过适当调谐L1，L2，以达到三个模式在相邻频点具有良好的耦合度，确保滤波器在整个频段内的稳定通带性能。

馈线长度L4为12～13mm，宽度W3为2.199mm，馈线为50Ω微带馈线。介质基板为六棱柱，该柱体上下表面为正六边形，边上L为24～26mm，高度H为1.016mm，材料为RogersR04350，介质基板的相对介电常数为3.66，相对磁导率1.0，损耗角正切为0.04。

图1为本发明一种基于中心枝节加载的小型化可调谐六边形三模滤波器的结构示意图；图2为本发明一种基于中心枝节加载的小型化可调谐六边形三模滤波器的俯视图；图3为仿真得到的本发明S₁₁和S₂₁参数随频率变化曲线图。参照图1、2，本发明一种基于中心枝节加载的小型化可调谐六边形三模滤波器，包括介质基板1、环状正六边形谐振器金属贴片2、交指线微带结构3、中心枝节4、带槽圆片5、凹槽结构6、耦合线7、馈线8，所述介质基板1的上表面紧贴设置有环状正六边形谐振器2、交指线结构3、中心枝节4、带槽圆片5、凹槽结构6、耦合线7、馈线8，其中，馈线8一端与耦合线7相连为T型结构，另一端用于接同轴线内导体，所述介质基板1的下表面紧贴设置基地板，接地板接同轴线外导体。

介质基板1为六棱柱，该柱体上下表面为正六边形，边长表示为L，高度H为1.016mm，材料为Rogers R04350，介质基板的相对介电常数为3.66。相对磁导率1.0，损耗角正切为0.04。介质基板上下两表面设置的铜的接地板、金属辐射贴片、金属馈线的厚度相同。

2、3构成的环形谐振器部分，线宽W为0.1～0.3mm，边长L0为10～14mm，交指结构中，d为1.6～1.7mm，占空比为0.5。

整个中心枝节加载部分4、5、6，部分4的线宽W1为0.2～0.4mm，对应5的圆片的半径r为2～2.2mm，开槽部分6的槽宽度W2为1.5～1.7mm，槽间距L3为0.3～0.5mm。

耦合线7，该耦合线宽度为W，与谐振器最近边的垂直距离gap为0.1～0.3mm，L1为4.5～5.5mm，L2为0.2～0.4mm。

表1本发明各参数最佳尺寸表

表中：h不仅代表金属贴片的厚度，还代表了接地板和微带线的厚度。

依照上述参数，使用HFSS对所设计的三模滤波器的各项特性参数进行仿真分析，对S₁₁、S₂₁进行联合仿真分析。

图3所示为本发明S₁₁和S₂₁联合参数仿真曲线图。如图所示，在S₂₁>-3dB条件下，通带覆盖范围为2.383GHz～2.497GHz，中心频率为2.44GHz，带内回波损耗S₁₁<-16dB，滤波器的相对带宽为4.66％，完全覆盖了802.11b标准的要求的WLAN频段(2.4GHz-2.4825GHz)，并在通带左右各有一个传输零点，使滤波器具有非常好的阻带衰减特性。

本发明在利用环形六边形谐振器作为基本的滤波器结构的基础上，对六边形的不相邻三边进行交指线变异，明显降低了简并基模的工作频率；并利用圆形贴片枝节在谐振器中心加载引入新的谐振模式，通过调节圆形贴片的半径大小可以快速实现对该引入的第三模式的工作频率的大范围调节，通过圆形贴片枝节上所加载的凹槽的调节，可以进一步调节该引入模式的工作频率至分裂基膜的工作频率附近，形成三模的带通滤波器，同时，凹槽可用于微调引入模式频率与基膜频率的位置关系，实现三个工作模之间的良好的耦合，通过以上几个方面的调谐，从而达到滤波器的深度小型化和工作带带的大幅度扩展。基于该优点，可以在实现小型化和频带展宽的情况下对同一个滤波器的环状谐振器的周长、加载的中心枝节的有效电路径长度等进行参数调谐，实现所需频段的滤波要求，无需重新设计新的滤波器，缩短了滤波器的设计时间，使得该滤波器在实际工程设计中具有普适性。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：该滤波器包括谐振部分、介质基板、接地板、耦合线和馈线；

所述谐振部分包括环状六边形谐振器金属贴片，环状六边形中任意不相邻三边为曲折式交指线结构，剩下的另外三边为直线型结构，且分别从直线型结构三边的各自中点引出中心枝节交汇于六边形中心，并继续延伸，且分别端接相同尺寸的圆形金属贴片；

所述介质基板的上表面紧贴环状六边形谐振器金属贴片、耦合线、馈线；环状六边形谐振器金属贴片位于介质基板的上表面中心；耦合线位于曲折式交指线结构的任意两边，与环状六边形谐振器金属贴片存在间隙，顺着六边形的结构分别延展出长为L1、L2的枝节；馈线一端接耦合线，与耦合线相连为T型结构，另一端接同轴线缆内导体；介质基板下表面紧贴与基板表面积相等的接地板，接地板完全覆盖介质基板，接地板接同轴线缆外导体。

2.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：每个所述圆形金属贴片两侧加载了结构对称的调谐凹槽，凹槽结构关于圆形金属贴片圆心中心对称，凹槽的底边与中心枝节线性平行，凹槽可以进一步增加线性枝节的电流路径。

3.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述环状六边形谐振器金属贴片为正六边形，其边长L0为10~14mm，线宽W为0.1~0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述介质基板为六棱柱，该柱体上下表面为正六边形，边长L为24~26mm，高度H为1.016mm，材料为Rogers R04350，介质基板的相对介电常数为3.66，相对磁导率1.0，损耗角正切为0.04。

5.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述曲折式交指线结构为方波图形结构，其占空比为0.5，上升沿高度d为1.6~1.7mm。

6.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述中心枝节交汇于六边形中心，并继续延伸，延伸长度d1为3.2~3.4mm，中心枝节的线宽W1为0.2~0.4mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述耦合线与环状六边形谐振器金属贴片最近边的垂直距离gap为0.1~0.3mm，耦合线两翼向外延伸，延伸长度L1为4.5~5.5mm，L2为0.2~0.4mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述馈线为50Ω微带馈线，馈线宽度W3由通带中心频率、基板参数、贴片厚度等通过计算得到，长度L4为12~13mm。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述圆形金属贴片的半径r为2~2.2mm。

10.根据权利要求2所述的一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器，其特征在于：所述凹槽的槽宽度W2为1.5~1.7mm，同一圆片上的两个对称槽底边之间的距离L3为0.3~0.5mm。