CN104425858A - 滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种滤波器，其中，该滤波器包括：通带；第一开环谐振器，设置在通带的上方，第一开环谐振器包括第一环带和第二环带，第一环带和第二环带上均设置有开口；第二开环谐振器，设置在通带的下方，第二开环谐振器包括第三环带和第四环带，第三环带和第四环带上均设置有开口；第一环带和第三环带构成互补开环谐振器，第二环带和第四环带构成互补开环谐振器。通过本发明解决了现有技术中的滤波器所存在问题的至少之一，提供了相对较优的一种滤波器。

Description

滤波器

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种滤波器。

背景技术

在一个通信系统中，在有源电路的输入输出端各级之间滤波器普遍存在，各滤波器有各自不同的功能。滤波器为无线通信系统一个不可缺少的器件，它的性能好坏直接关系整个系统的通信质量。滤波器的功能包括：避免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和；除去如镜频一类的干扰信号；减小来自天线端的本机振荡器的功率泄漏；以及削弱同时存在的不同通信系统间的干扰等。因此它必须有陡峭的上升、下降沿衰减、好的群时延等特性。

随着无线通信的发展，滤波器研究不断地取得新进展。在所有现代无线通信设备的射频前端中，微型封装、性能好、低成本、易于安装使用的滤波器，一直是相关器件小型化、微型化的重点。现代蜂窝移动通信、无线局域网为代表的无线通信技术的发展，就会对部分相邻频段的频率选择产生干扰。一方面，需要对这些干扰进行抑制以提高系统的性能。另一方面，在某些场合也需要对上述无线干扰进行削弱以保护其它系统正常工作，例如当飞机导航系统工作时，就要求对飞机上用于无线接入目的的上述信号进行削弱。因此，如何设计性能优越的带阻滤波器就显得非常必要。

相关技术中，滤波器的带外抑制没有做好，有时候可能会导致系统受到寄生响应和互调失真或谐波而造成多种干扰问题。因此，滤波器对带外噪声的抑制成为通信系统噪声性能好坏的关键。目前实现阻带滤波器的常用方法就是在原有滤波器基础上加入带阻单元。内嵌带阻单元方法包括以下几种方面：一、在低通原型滤波器的基础上应用频率变换产生阻带特性；二、使用复合左/右手材料传输线代替传统的微带传输线，以此来产生阻带特性；三、使用两阶或三阶的阶梯阻抗谐振器来设计带阻滤波器；四、级联的单阻带滤波器；五、分别在顶层使用分裂环谐振环和在底层使用互补分裂环谐振环产生两个阻带；六、使用特性阻抗可控的两条传输线依据相位差的不同实现双频带阻滤波器；七、同时使用包括嵌线，马刺线和常规微带线三种平面结构获得双阻带响应。上述各种方法主要缺陷包括阻带带宽较窄且不可控，加工较为复杂，尺寸大，不便于扩展以实现多阻带特性，因此需要一种新型陷波结构以至少解决上述问题中的至少之一。

发明内容

本发明提供了一种滤波器，以至少解决现有技术中的滤波器所存在问题中的至少之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种滤波器，该滤波器包括：通带；第一开环谐振器，设置在所述通带的上方，所述第一开环谐振器包括第一环带和第二环带，所述第一环带和所述第二环带上均设置有开口；第二开环谐振器，设置在所述通带的下方，所述第二开环谐振器包括第三环带和第四环带，所述第三环带和所述第四环带上均设置有开口；所述第一环带和所述第三环带构成互补开环谐振器，所述第二环带和所述第四环带构成互补开环谐振器。

优选地，所述通带包括依次连接的：第一短路柱、第一高阻抗短路枝节、低阻抗开路枝节、第二高阻抗短路枝节和第二短路柱，所述滤波器还包括输入微带和输出微带，其中，所述输入微带通过所述第一短路柱与所述第一高阻抗短路枝节连接，用于将电磁波通过所述第一短路柱传导到所述第一高阻抗短路枝节；所述输出微带通过所述第二短路柱与所述第二高阻抗短路枝节连接，用于将所述第二短路柱将通过所述通带的电磁波输出。

优选地，所述输入微带与所述第一环带连接，所述输出微带与所述第二环带连接。

优选地，所述输入微带和所述输出微带位于第一层，所述通带位于第二层，所述第二开环谐振器位于第三层。

优选地，所述第一环带、所述第二环带、所述第三环带和所述第四环带为方形或者圆形。

优选地，所述第一开环谐振器和所述第二开环谐振器之间的距离能够调节，以产生不同的耦合效果。

优选地，所述第一开环谐振器为附在介质板上的金属环带，所述第二开环谐振器为金属地板上的开槽。

通过本发明，采用的滤波器包括：通带；第一开环谐振器，设置在通带的上方，第一开环谐振器包括第一环带和第二环带，第一环带和第二环带上均设置有开口；第二开环谐振器，设置在通带的下方，第二开环谐振器包括第三环带和第四环带，第三环带和第四环带上均设置有开口；第一环带和第三环带构成互补开环谐振器，第二环带和第四环带构成互补开环谐振器。通过本发明解决了现有技术中的滤波器所存在问题中的至少之一，提供了相对较优的一种滤波器。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的滤波器的结构框图；

图2是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的侧视图；

图3是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的top层图；

图4是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的middle层图；

图5是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的bottom层图；

图6是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的差损图；

图7是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的群时延图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本实施例中，提供了一种滤波器，图1是根据本发明实施例的滤波器的结构框图，如图1所示，该结构包括：通带12、第一开环谐振器14和第二开环谐振器16。

通带12，位于第一开环谐振器14和第二开环谐振器16之间；

第一开环谐振器14，设置在通带12的上方，第一开环谐振器14包括第一环带和第二环带，第一环带和第二环带上均设置有开口；

第二开环谐振器16，设置在通带12的下方，第二开环谐振器16包括第三环带和第四环带，第三环带和第四环带上均设置有开口；第一环带和第三环带构成互补开环谐振器，第二环带和第四环带构成互补开环谐振器。

通过上述结构，第一开环谐振器14的第一环带与第二开环谐振器16的第三环带构成互补开环谐振器，第一开环谐振器14的第二环带与第二开环谐振器16的第四环带构成互补开环谐振器，将第一开环谐振器14的一部分，第二开环谐振器16的一部分与通带12相结合，形成新型的互补裂环谐振器用于滤波器中。提供了一种新型的滤波器。

通带可以有多种实现方式，在本实施例中提供了一种优选的实现方式，在该优选的实现方式中，滤波器的通带12可以通过低阻抗开路枝节、高阻抗短路枝节和短路柱实现。但是并不限于此，也可以通过其他方式实现。例如，通带12可以包括依次连接的：第一短路柱、第一高阻抗短路枝节、低阻抗开路枝节、第二高阻抗短路枝节和第二短路柱，滤波器还包括输入微带和输出微带，其中，输入微带通过第一短路柱与第一高阻抗短路枝节连接，用于将电磁波通过第一短路柱传导到第一高阻抗短路枝节，输出微带通过第二短路柱与第二高阻抗短路枝节连接，用于将第二短路柱将通过通带的电磁波输出，输入微带与第一环带连接，输出微带与第二环带连接，一般来说，小于四分之一波长的低阻抗开路枝节相当于并联电容，而小段的高阻抗短路枝节表现为感性，可等效为串联电感。

优选的，上述滤波器可以是输入微带和输出微带与铜带分层的，即输入微带和输出微带位于第一层，通带位于第二层，第二开环谐振器位于第三层。

优选的，滤波器的馈电方式可以采用馈线与金属环带直接连接，也可以采用耦合方式进行馈电，通过微带馈电，电磁波经过第一层（top）层到第二（middle层）的短路柱后，经过高阻抗短路枝节，再经过低阻抗开路枝节，左右完全对称的结构进行传播，这样的结构就形成了一个带通滤波器。

本实施例中，上述带通滤波器滤除了同时存在的不同通信系统间的干扰，将开环谐振器（SRRs）的一部分和互补开环谐振器（CSRRs）的一部分与短路枝节和开路枝节相结合，形成了新型的互补裂环谐振器用于滤波器中。作为构成左手材料的基本单元，SRR结构是由磁场激发的，在合适的磁场激发模式下，SRR会在谐振频率附近呈现出负的有效磁导率，而CSRR是SRR的互补结构，是由电场激发的，在合适的电场激励模式下，CSRR会在谐振频率附近呈现出负的有效磁导率。利用这种改进的互补裂环谐振器单元，当SRR和CSRR分别为不同的电长度时，就会产生谐振，形成两个传输零点，这两个频率点上电磁波禁止传输，这种类型谐振器的相关特性在于它们的电长度,由于这些环带（可以称为通信圆环）产生的强电容,刚好等于频率的二分之一波长时，就产生要求的截止频率。而这种负磁导率的实现来源于结构内部的电感和电容所产生的谐振，传输零点发生在并联阻抗为零的频率点上。

在本实施例中，优选的，第一开环谐振器为附在介质板上的金属环带，第二开环谐振器为金属地板上的开槽。第一开环谐振器和第二开环谐振器之间的距离能够调节，以产生不同的耦合效果。小型化互补裂环谐振器金属地上的开槽和介质板上的金属环带之间的间距可以调节，产生不同的耦合效果，这样辐射贴片上的开槽（SRR）和附在介质板上的金属环带(CSRR)之间的耦合会产生第三个传输零点，并且根据耦合的强度可以调节谐振频段的带宽和带外抑制能力。当两个环的耦合电容和SRR的电感大小一样时，互补抵消后就形成两个传输极点。单一的SRR和CSRR都只能产生一个谐振频率，而这种新型的互补裂环谐振器在相同的尺寸下可以根据需要调节产生三个谐振频率，因此能够在较小的物理长度上实现特定的电长度，滤除不需要的频段，这种小型化可调带阻滤波器，可以有效的降低滤波器尺寸，并且解决相邻频段其他数据业务发射时带来的干扰问题。

在本实施例中，带阻滤波器可以很好的和PCB集成，直接应用到终端的PCB板上，根据布局的需要，进行调整，优选的，滤波器区域的PCB的介质材料可以不是双层介质，可以是渐变型介质以及混合介质。

在本实施例中，小型化互补裂环谐振器的形状，即金属地上的开槽形状和介质板上的金属环带形状可以多样，比如圆环形、方形等；优选的，第一环带、第二环带、第三环带和第四环带为方形或者圆形。

通过上述实施例及优选的实施方式，解决了阻带带宽较窄且不可控，加工较为复杂，尺寸大，不便于扩展以实现多阻带特性的问题，提供了满足小型，宽带、带外抑制好，阻带可控特性好的滤波器。

下面结合优选实施例和实施方式对本发明进行说明。

本优选实施例为一款采用新型小型化互补裂环的可调带阻滤波器的无线终端产品，要求满足LTE band40（2300-2400MHz）和LTE band7（2500-2690MHz）的数据传输业务。但是WIFI数据业务工作的频段为2484-2496MHz，和LTE band7之间只有4MHz，容易产生干扰，通过调节新型小型化互补裂环之间的耦合，让WIFI对LTE band7的干扰达到最小，带外抑制能力更强，从而实现更好的隔离技术。

图2是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的侧视图，如图2所示，该滤波器包括：Top层附加金属环带1，输入微带（可以称为Top层微带馈线）2，短路柱3，Bottom层环形槽4，地板5，高阻抗短路枝节6，低阻抗开路枝节7，输出微带8。

图3是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的top层图，图4是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的middle层图，本优选实施例的优越性在于从图3所示的top层的输入微带2通过短路柱3将电磁波传导到图4所示middle层，再通过等效为两个串联电感的两侧的高阻抗短路枝节6，中间等效为并联电容的低阻抗开路枝节7，然后经过相对称的短路枝3节回到top层后，经过输出微带8输出，实现了带通滤波器功能。

图5是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的bottom层图，图3所示的金属环带和图5所示的bottom层中环形槽形成了小型化互补裂环谐振器陷波单元，小型化互补裂环谐振器陷波单元之间的耦合作用，可以在不少于一个频率点上产生传输零点，使滤波器的设计更加灵活。通过调节其耦合强度，产生一个滤除WIFI的阻带。

图6是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的差损图，所图6所示，回波损耗S11和传输损耗S21曲线如图，该滤波器工作在LTE band40和LTE band7频段，滤除了WIFI信号干扰，其带外抑制能力强，达到-30dBm以上，并且多个单元级联后不会造成能量损耗，带外抑制能力更强；通带内回波损耗小于-20dBm，其插入损耗低，小于0.5dBm，功率容量大，以及对高次谐波有抑制作用。

图7是根据本发明实施例的小型化可调带阻滤波器的群时延图，图7所示，在通带内的群时延小于0.2ns，而在阻带内的群时延达到4ns，对阻带的抑制能力强。该设计体积小，与传统滤波器相比，尺寸可以减少30%左右，本发明可用于微波传输。

本优选实施例中，互补裂环的形状、互补裂环间的间距、介质基板的层数、以及互补裂环的层叠个数、级联个数、通带滤波器实现形式等方面所作的任何修改、等同替换、改进等。

本优选实施例提供了一种基于新型的小型化互补裂环谐振器的可调带阻滤波器，可以有效解决相邻频段其他数据业务发射时带来的干扰问题。具有该新型结构的带阻滤波器带外抑制能力强，结构简单，体积小巧，便于与手机电路板、CPE集成的特性，并且具有低成本，便于批量生产等，能够适用于多种终端系统。

基于小型化互补裂环谐振器的结构设计的新型的小型带阻滤波器进一步减小了滤波器面积，通过适当调节槽、附加金属环带的长度，及其间距，可以进一步调整阻带的位置、阻抗带宽及其带外抑制能力，可以提高滤波器的通带频率选择性，也可以设计出临近频率的多通带滤波器；本发明不仅可以用于传统的平面型普通金属微带滤波器，更适用于制造高温超导滤波器。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种滤波器，其特征在于，包括：

通带；

第一开环谐振器，设置在所述通带的上方，所述第一开环谐振器包括第一环带和第二环带，所述第一环带和所述第二环带上均设置有开口；

第二开环谐振器，设置在所述通带的下方，所述第二开环谐振器包括第三环带和第四环带，所述第三环带和所述第四环带上均设置有开口；所述第一环带和所述第三环带构成互补开环谐振器，所述第二环带和所述第四环带构成互补开环谐振器。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述通带包括依次连接的：第一短路柱、第一高阻抗短路枝节、低阻抗开路枝节、第二高阻抗短路枝节和第二短路柱；

所述滤波器还包括输入微带和输出微带，其中，所述输入微带通过所述第一短路柱与所述第一高阻抗短路枝节连接，用于将电磁波通过所述第一短路柱传导到所述第一高阻抗短路枝节；

所述输出微带通过所述第二短路柱与所述第二高阻抗短路枝节连接，用于将所述第二短路柱将通过所述通带的电磁波输出。

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述输入微带与所述第一环带连接，所述输出微带与所述第二环带连接。

4.根据权利要求2或3所述的滤波器，其特征在于，所述输入微带和所述输出微带位于第一层，所述通带位于第二层，所述第二开环谐振器位于第三层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的滤波器，其特征在于，所述第一环带、所述第二环带、所述第三环带和所述第四环带为方形或者圆形。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的滤波器，其特征在于，所述第一开环谐振器和所述第二开环谐振器之间的距离能够调节，以产生不同的耦合效果。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的滤波器，其特征在于，所述第一开环谐振器为附在介质板上的金属环带，所述第二开环谐振器为金属地板上的开槽。