CN104409810A - 基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器 - Google Patents

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李玲霞
叶静
吕笑松
蔡昊成
张帅
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Abstract

本发明公开了一种基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，在介质基板上面左右对称地设置有第一谐振器与第二谐振器，第三谐振器与第四谐振器，并左右对称地设置有输入馈线和输出馈线，输入馈线与第一谐振器相连接，输出馈线与第二谐振器相连接；上述的第一谐振器与第二谐振器的下面分别耦合了第三谐振器与第四谐振器。本发明在通带两侧附近引入6个传输零点，提高了滤波器的频率选择特性；在第一与第二通带之间有两个传输零点，提高了通带与通带之间的隔离度；通过调整谐振器的两臂长度，可以调节谐振器间的电磁耦合强度，并对传输零点可控，从而实现对中心频率及带宽的调节；结构简单，易于加工。

Description

基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器
技术领域
本发明是关于应用于无线通信系统中的滤波器，具体涉及一种结构紧凑、频率选择性好且通带隔离度高的微带双通带滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，频谱资源日益拥挤，快速发展的多通道通信系统对双通带及多通带滤波器有了很大需求。微带双通带滤波器具有几何尺寸小、容易加工、易于和其它有源电路元件集成等优点，日益成为无线通信系统中必不可少的器件。
双通带滤波器的实现方式有很多种，在现阶段，几种常见的实现方式和特点总结如下：
(1)由两个独立的单通带滤波器组合而成，采用公共的输入输出端口，通过调节各个谐振器的尺寸来调节两个通带的中心频率，这种方法的缺点在于电路尺寸大，而且插入损耗较大；
(2)将带阻滤波器的拓扑结构应用到双通带滤波器的设计中，实现双通带频率响应，这种设计方法的不足在于结构复杂，设计难度大；
(3)通过加入微扰结构使简并模分离，相互耦合形成通带，这种方法的自身局限性在于，两个通带的中心频率靠的较近，通带间隔离度差；
(4)利用SIR来控制寄生频率作为第二通带形成双通带滤波器。这种滤波器设计简单，且自由度高，近年来被广泛利用。由于以上这些设计方法因为其结构复杂、体积大、设计难度高，插入损耗大等缺点已开始变得不能满足现代通信系统的要求。
因此，如何设计小型化、高选择性、高隔离度的双通带滤波器已越来越引起人们的关注。
发明内容
本发明的目的，在于克服上述现有技术中的不足，提供一种结构简单，便于加工、频率选择性好、隔离度高的微带双通带滤波器。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，包括介质基板，介质基板下面的金属地板，输入馈线和输出馈线；其特征在于，介质基板上面左右对称地设置有第一谐振器1与第二谐振器2，第三谐振器3与第四谐振器4，并左右对称地设置有输入馈线5和输出馈线6，输入馈线5与第一谐振器1相连接，输出馈线6与第二谐振器2相连接；上述的第一谐振器1与第二谐振器2的下面分别耦合了第三谐振器3与第四谐振器4；输入馈线5与输出馈线6既可以作为输入馈线也可以作为输出馈线。
所述的介质基板的介电常数为2.55，厚度为0.8mm。
所述的输入馈线5与输出馈线6均为特征阻抗为50欧姆的微带线。
所述的输入馈线5与输出馈线6为抽头式结构。
所述的输入馈线5和输出馈线6的宽度为0.8mm，长度为11.54-11.57mm。
所述的第一谐振器由1a、1b和1c组成，第二谐振器由2a、2b和2c组成，第三谐振器由3a、3b、3c和3d组成，第四谐振器由4a、4b、4c和4d组成；1c和2c的长度为13-15mm，1b与2b和3b与4b的长度为3.3mm，1a和2a的长度为26-28mm，输入馈线5距离1a底端的高度为1.2-1.5mm，3a和4a为8.8mm，3d和4d的长度为4.3mm，3c和4c的长度为5-6.5mm，1c与2c之间的距离为0.9-0.95mm，1b与3b和2b与4b之间的距离为0.33-0.35mm，上述谐振器的宽度均为1.0mm。
该微带双通带滤波器在通带两侧产生6个传输零点。
本发明的有益效果如下：
(1)具有较高的频率选择特性和通带隔离性。本发明的微带双通带滤波器采用交叉耦合结构，并且第一谐振器与第二谐振器，第三谐振器与第四谐振器中引入混合电磁耦合，从而在滤波器通带附近引入传输零点。实验证明，本发明的微带双通带滤波器在通带两侧附近引入6个传输零点，提高了滤波器的频率选择特性；在第一通带与第二通带之间有两个传输零点，提高了通带与通带之间的隔离度；
(2)两通带的中心频率及其带宽容易控制。通过调整谐振器的两臂长度，可以调节谐振器间的电磁耦合强度，并对传输零点可控，从而实现对中心频率及带宽的调节；
(3)本发明的微带双通带滤波器结构简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明的微带双通带滤波器的平面结构示意图；
图2为本发明具体实施例的微带双通带滤波器的平面结构局部尺寸示意图；
图3为本发明的微带双通带滤波器拓扑结构示意图；
图4为本发明具体实施例的微带双通带滤波器仿真的频率响应曲线图。
本发明附图标记如下：
1———第一谐振器                2———第二谐振器
3———第三谐振器                4———第四谐振器
5———输入馈线                  6———输出馈线。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例，对本发明做进一步的详细说明。
图1为本发明的微带双通带滤波器的平面结构示意图。介质基板的介电常数为2.55，厚度为0.508mm，介质基板下面是金属地板。介质基板的上面左右对称地设置有第一谐振器1与第二谐振器2，第三谐振器3与第四谐振器4，并左右对称地设置有输入馈线5和输出馈线6，输入馈线5与第一谐振器1相连接，输出馈线6与第二谐振器2相连接；上述的第一谐振器1与第二谐振器2的下面分别耦合了第三谐振器3与第四谐振器4；输入馈线5与输出馈线6既可以作为输入馈线也可以作为输出馈线，均采用特性阻抗为50欧姆且为抽头结构的微带线，且为抽头式结构。
本发明的微带双通滤波器的原理如图3拓扑结构所示，第一谐振器1、第二谐振器2与第三谐振器3、第四谐振器4之间的容性交叉耦合作用可以在第二通带两侧分别引入一个传输零点，即图3中的传输零点TZ4与TZ5；第一谐振器1与第二谐振器2中引入混合电磁耦合，其中磁耦合占优，在第一通带右侧产生传输零点，即TZ3，改变1c和2c的长度，就改变了第一谐振器1与第二谐振器2之间电耦合与磁耦合的强度，从而可以调节传输零点TZ3的位置；第三谐振器3与第四谐振器4中也引入混合电磁耦合，其中电耦合占优，影响通带两侧产生的传输零点TZ4和TZ5，改变3c和4c的长度，就改变了第三谐振器3与第四谐振器4之间的电耦合和磁耦合的强度，从而可以调节传输零点TZ4和TZ5的位置。仿真结果表明本发明的滤波器共在通带两侧产生6个传输零点，提高了滤波器的频率选择特性和通带间的隔离度。
参见图1、图2，输入馈线5和输出馈线6的宽度为0.8mm，长度为11.54mm。第一谐振器由1a、1b和1c组成，第二谐振器由2a、2b和2c组成，第三谐振器由3a、3b、3c和3d组成，第四谐振器由4a、4b、4c和4d组成。1c和2c的长度为14.0mm，1b、2b和3b、4b的长度为3.3mm，1a和2a的长度为26.0mm，输入馈线5距离1a底端的高度为1.4mm，3a和4a为8.8mm，3d和4d的长度为4.3mm，3c和4c的长度为5.0mm，1c与2c之间的距离为0.9mm，1b与3b,2b与4b之间的距离为0.35mm；上述谐振器的宽度均为1.0mm。
图4是本实施例中双通带滤波器仿真的频率响应曲线。图中包含两条曲线S11，S21，曲线S11是反射特性曲线，曲线S21是传输特曲线。由图可知，第一通带的中心频率是2.4GHz，其3dB带宽为3.6％，插入损耗为-0.08dB，回波损耗为-20.45dB，该通带在2.06GHz，2.28GHz，3.29GHz处产生三个传输零点，其衰减分别是-60.72dB,-60.46dB,-66.06dB；第二通带的中心频率为5GHz，其3dB带宽为3.8％，插入损耗为-0.38dB，回波损耗为-26.11dB。该通带在4.82GHz，5.12GHz，6.44GHz处产生三个传输零点，其衰减分别是-23.92dB，-23.91dB，-37.26dB。位于3.29GHz，4.82GHz处的两个传输零点提高了第一通带与第二通带的隔离度。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims (7)

1.一种基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，包括介质基板，介质基板下面的金属地板，输入馈线和输出馈线；其特征在于，介质基板上面左右对称地设置有第一谐振器1与第二谐振器2，第三谐振器3与第四谐振器4，并左右对称地设置有输入馈线5和输出馈线6，输入馈线5与第一谐振器1相连接，输出馈线6与第二谐振器2相连接；上述的第一谐振器1与第二谐振器2的下面分别耦合了第三谐振器3与第四谐振器4；输入馈线5与输出馈线6既可以作为输入馈线也可以作为输出馈线。
2.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，其特征在于，所述的介质基板的介电常数为2.55，厚度为0.8mm。
3.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，其特征在于，所述的输入馈线5与输出馈线6均为特征阻抗为50欧姆的微带线。
4.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，其特征在于，所述的输入馈线5与输出馈线6为抽头式结构。
5.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，其特征在于，所述的输入馈线5和输出馈线6的宽度为0.8mm，长度为11.54-11.57mm。
6.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，其特征在于，所述的第一谐振器由1a、1b和1c组成，第二谐振器由2a、2b和2c组成，第三谐振器由3a、3b、3c和3d组成，第四谐振器由4a、4b、4c和4d组成；1c和2c的长度为13-15mm，1b与2b和3b与4b的长度为3.3mm，1a和2a的长度为26-28mm，输入馈线5距离1a底端的高度为1.2-1.5mm，3a和4a为8.8mm，3d和4d的长度为4.3mm，3c和4c的长度为5-6.5mm，1c与2c之间的距离为0.9-0.95mm，1b与3b,2b与4b之间的距离为0.33-0.35mm，上述谐振器的宽度均为1.0mm。
7.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合的微带双通带滤波器，其特征在于，该微带双通带滤波器在通带两侧产生6个传输零点。
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