CN104577272B - 一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器，属于电器技术领域。由微带介质基板、7阶带通滤波器、八个箭头形状的谐振器组成；微带介质基板的厚度为0.5mm，介电常数是3.48。7阶带通滤波器为第一输入/出端口和后面的第一单位元件相连接，第一单位元件后面接第二单位元件，第二单位元件后面接第三单位元件，第三单位元件和第二输入/出端口相连接；第一短路枝节连接在第一输入/出端口和第一单位元件的中间，三者构成T型结构，第一短路枝节通过第一过孔接地。本发明可以将超宽带滤波器设计与陷波特性设计分开，陷波谐振器的引入不需要对原来滤波器结构参数做任何改变，而且基本不影响原来滤波器的性能。

Description

一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器

技术领域

本发明涉及一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器，属于电器技术领域。

背景技术

超宽带(UWB)技术以其系统简单，数据传输速度快，安全性高，成本低，功耗小等优点成为目前通信领域的一个研究热点。作为这个系统的一个重要器件，高性能的超宽带带通滤波器得到了越来越多的关注。超宽带系统通信频率范围为3.1GHz～10.6GHz，由于其频带较宽，其中的频段与一些窄带系统的工作频率重叠，如WiMAX系统的频率为3.5GHz的、WLAN系统的频率范围为5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz的、卫星通信系统的频率为8.0GHz。这些窄带信号容易对超宽带系统通信产生干扰，近年来，研究人员提出了具有陷波特性的超宽带滤波器。具有陷波特性的超宽带滤波器能有效抑制窄带信号的干扰，因而得到广泛关注。

目前实现具有陷波特性的超宽带滤波器的常用方法有以下几个：一、增加辅助谐振器；二、嵌入开路传输线；三、采用非对称耦合谐振结构。目前具有陷波特性的超宽带滤波器通常只能得到1到3个陷波频率，在电磁频谱比较复杂，干扰较多地环境中，需要一种具有3个以上的多个陷波特性的超宽带滤波器。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器。具体是一种具有多个陷波频率以实现抑制多个干扰信号的超宽带滤波器。

一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器,由微带介质基板、7阶带通滤波器、八个箭头形状的谐振器组成；微带介质基板的厚度为0.5mm，介电常数是3.48。

7阶带通滤波器为第一输入/出端口和后面的第一单位元件相连接，第一单位元件后面接第二单位元件，第二单位元件后面接第三单位元件，第三单位元件和第二输入/出端口相连接；

第一短路枝节连接在第一输入/出端口和第一单位元件的中间，三者构成T型结构，第一短路枝节通过第一过孔接地；第二短路枝节连接在第一单位元件和第二单位元件的中间，三者也构成T型结构，第二短路枝节通过第二过孔接地；第三短路枝节连接在第二单位元件和第三单位元件的中间，三者构成T型结构，第三短路枝节经过第三接地过孔接地，第四短路枝节连接在第三单位元件和第二输入/出端口的中间，三者构成T型结构，第四短路枝节通过第四过孔接地；

谐振器为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器；

第一谐振器位于第一短路枝节的左侧；第二谐振器位于第四短路枝节的右侧，第三谐振器位于第一短路枝节的右侧，第四谐振器位于第四短路枝节的左侧，第五谐振器位于第二短路枝节的左侧，第六谐振器位于第三短路枝节的右侧，第七谐振器位于第二短路枝节的右侧，第八谐振器位于第三短路枝节的左侧；

第一短截线与第二短截线连接，第二短截线、第三短截线与第四短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第一谐振器，第四短截线通过第五过孔接地；第二十三短截线与第二十二短截线连接，第二十二短截线、第二十一短截线与第二十短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第二谐振器，第二十短截线通过第十二个过孔接地；第五短截线、第六短截线与第七短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第三谐振器，第七短截线通过第六过孔接地；第二十短截线、第二十一短截线与第二十二短截线者连接在一起，构成箭头形状的第四谐振器，第二十二短截线通过第十一过孔接地；第八短截线、第九短截线与第十短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第五谐振器，第十短截线通过第七过孔接地；第十七短截线、第十八短截线与第十九短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第六谐振器，第十九短截线通过第十过孔接地；第十一短截线、第十二短截线与第十三短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第七谐振器，第十三短截线通过第八过孔接地；第十四短截线、第十五短截线与第十六短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第八谐振器，第十六短截线通过第九过孔接地。

第一输入/出端口和第二输入/出端口采用的微带线宽度为1mm，长度为10mm；第一短路枝节和第四短路枝节的长度是6.7mm，宽度为0.54mm；第二短路枝节和第三短路枝节的长度是6.35mm，宽度为1.05mm；第一单位元件和第三单位元件的长度是12.9mm，宽度为1.02mm；第二单位元件的长度是13mm，宽度为0.96mm；第一接地过孔、第二接地过孔、第三接地过孔和第四接地过孔的直径是0.6mm；

第一短截线和第二十三短截线的长度是2mm；第二短截线和第二十四短截线的长度是2.5mm；第三短截线和第二十五短截线的长度是2mm；第四短截线和第二十六短截线的长度是2mm，

第五短截线和第二十短截线的长度是4mm；第六短截线和第二十一短截线的长度是4mm；第七短截线和第二十二短截线的长度是3.7mm，

第八短截线和第十七短截线的长度是4mm；第九短截线和第十八短截线的长度是4mm；第十短截线和第十九短截线的长度是3.2mm，

第十一短截线和第十四短截线的长度是5.3mm；第十二短截线和第十五短截线的长度是5.8mm；第十三短截线和第十六短截线的长度是5.5mm，

上述的短截线的宽度都是0.3mm；第五接地过孔、第六接地过孔、第七接地过孔、第八接地过孔、第九接地过孔、第十接地过孔、第十一接地过孔和第十二接地过孔的直径都是0.4mm。

上述的八个谐振器与7阶带通滤波器之间的缝隙g1的取值0.3mm。

本发明相对于现有技术的优点和效果是：

1、本发明可以将超宽带滤波器设计与陷波特性设计分开，陷波谐振器的引入不需要对原来滤波器结构参数做任何改变，而且基本不影响原来滤波器的性能。

2、本发明采用四个短路枝节和三个单位元件来实现具有七阶切比雪夫响应的带通滤波器。通过改变短路枝节和单位元件的宽度和长度，可以改变滤波器的工作频率和带宽。

3、改变本发明中的八个箭头形状的谐振器与带通滤波器之间的缝隙大小，可以改变陷波带宽。

4、通过改变本发明中的箭头形状的谐振器中的任意短截线的长度，都可以改变陷波的频率。所以本发明不仅可以实现单个的陷波特性，还可以实现至多8个的陷波频率。

5、本发明电路为平面结构，容易加工，结构紧凑，易于与其他电路集成。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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，如图其中：

图1为本发明超宽带滤波器的结构示意图。

图2为本发明超宽带滤波器中的八个箭头形状的谐振器的结构示意图。

图3(a)为本发明具有多个陷波特性的超宽带滤波器S参数的仿真及测试曲线之一。

图3(b)为本发明具有多个陷波特性的超宽带滤波器S参数的仿真及测试曲线之二。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3(a)和图3(b)所示，一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器，如图1所示的一个具有四个陷波特性的超宽带滤波器，微带介质基板1的厚度为0.5mm，介电常数是3.48。

如图1所示的7阶带通滤波器2包括：第一输入/出端口11和第二输入/出端口23采用的微带线宽度为1mm，长度为10mm。第一短路枝节12和第四短路枝节21的长度是6.7mm，宽度为0.54mm。第二短路枝节15和第三短路枝节18的长度是6.35mm，宽度为1.05mm。第一单位元件14和第三单位元件20的长度是12.9mm，宽度为1.02mm。第二单位元件17的长度是13mm，宽度为0.96mm。第一接地过孔13、第二接地过孔16、第三接地过孔19和第四接地过孔22的直径是0.6mm。

第一输入/出端口11和后面的第一单位元件14相连接，第一单位元件14后面接第二单位元件17，第二单位元件17后面接第三单位元件20，第三单位元件20和第二输入/出端口23相连接；

第一短路枝节12连接在第一输入/出端口11和第一单位元件14的中间，三者构成T型结构，第一短路枝节12通过第一过孔13接地；第二短路枝节15连接在第一单位元件14和第二单位元件17的中间，三者也构成T型结构，第二短路枝节15通过第二过孔16接地；第三短路枝节18连接在第二单位元件17和第三单位元件20的中间，三者构成T型结构，第三短路枝节18经过第三接地过孔19接地，第四短路枝节21连接在第三单位元件20和第二输入/出端口23的中间，三者构成T型结构，第四短路枝节21通过第四过孔22接地；

如图1所示的八个箭头形状的谐振器左右对称，尺寸分别相同。即第一谐振器3位于第一短路枝节12的左侧；第二谐振器10位于第四短路枝节21的右侧，第三谐振器4位于第一短路枝节12的右侧，第四谐振器9位于第四短路枝节21的左侧，第五谐振器5位于第二短路枝节15的左侧，第六谐振器8位于第三短路枝节18的右侧，第七谐振器6位于第二短路枝节15的右侧，第八谐振器7位于第三短路枝节18的左侧；

如图2所示的八个箭头形状的谐振器包括：第一短截线24和第二十三短截线53的长度是2mm。第二短截线25和第二十四短截线54的长度是2.5mm。第三短截线26和第二十五短截线55的长度是2mm。第四短截线27和第二十六短截线56的长度是2mm，

第一短截线24与第二短截线25连接，第二短截线25、第三短截线26与第四短截线27三者连接在一起，构成箭头形状的第一个谐振器3，第四短截线27通过第五过孔28接地。第二十三短截线54与第二十二短截线54连接，第二十二短截线54、第二十一短截线55与第二十短截线56三者连接在一起，构成箭头形状的第二个谐振器10，第二十短截线56通过第十二个过孔57接地；

第五短截线29和第二十短截线49的长度是4mm。第六短截线30和第二十一短截线50的长度是4mm。第七短截线31和第二十二短截线51的长度是3.7mm，

第五短截线29、第六短截线30与第七短截线31三者连接在一起，构成箭头形状的第三个谐振器4，第七短截线31通过第六过孔32接地；第二十短截线49、第二十一短截线50与第二十二短截线51者连接在一起，构成箭头形状的第四个谐振器9，第二十二短截线51通过第十一过孔52接地；

第八短截线33和第十七短截线45的长度是4mm。第九短截线34和第十八短截线46的长度是4mm。第十短截线35和第十九短截线47的长度是3.2mm，

第八短截线33、第九短截线34与第十短截线35三者连接在一起，构成箭头形状的第五个谐振器5，第十短截线35通过第七过孔36接地；第十七短截线45、第十八短截线46与第十九短截线47三者连接在一起，构成箭头形状的第六个谐振器8，第十九短截线47通过第十过孔48接地；

第十一短截线37和第十四短截线41的长度是5.3mm。第十二短截线38和第十五短截线42的长度是5.8mm。第十三短截线39和第十六短截线43的长度是5.5mm，

第十一短截线37、第十二短截线38与第十三短截线39三者连接在一起，构成箭头形状的第七个谐振器6，第十三短截线39通过第八过孔40接地；第十四短截线41、第十五短截线42与第十六短截线43三者连接在一起，构成箭头形状的第八个谐振器7，第十六短截线43通过第九过孔44接地。

上述的短截线的宽度都是0.3mm。第五接地过孔28、第六接地过孔32、第七接地过孔36、第八接地过孔40、第九接地过孔44、第十接地过孔48、第十一接地过孔52和第十二接地过孔57的直径都是0.4mm。上述的八个谐振器3-10与7阶带通滤波器2之间的缝隙g1的取值0.3mm。

如图3(a)和图3(b)所示，本实施例的频率特性包括：图3(a)所示的S21(和插入损耗相对应)参数和图3(b)所示的S11(和回波损耗相对应)参数。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。从图3(a)和图3(b)中可见，本发明的超宽带滤波器的测试得到的3dB带宽为2.89-10.78GHz，其中在3.57GHz、5.34GHz、5.92GHz和8.08GHz处有四个陷波。-10dB的陷波带宽分别为2.24％、1.87％、2.02％和1.62％。最大陷波深度分别为16.6dB、17.7dB、16.1dB和18.4dB。

本例中，八个箭头形状谐振器左右对称并分为四对，每对中的两个谐振单元设计在同一个谐振频率时可以在该频率处产生一个陷波，当设计在两个不同的谐振频率是则可以产生两个陷波频率。

所以实际上本发明可以产生8个陷波频率，但是陷波深度可能会变小。改变箭形谐振器和7阶带通滤波器的缝隙大小能够控制阻带的带宽。耦合缝隙的大小可以根据带宽的需要来调节，耦合缝隙越小，带宽越宽，反之亦然。

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，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；只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器，其特征是由微带介质基板、7阶带通滤波器、八个箭头形状的谐振器组成；微带介质基板的厚度为0.5mm，介电常数是3.48；

7阶带通滤波器为第一输入/出端口和后面的第一单位元件相连接，第一单位元件后面接第二单位元件，第二单位元件后面接第三单位元件，第三单位元件和第二输入/出端口相连接；

第一短路枝节连接在第一输入/出端口和第一单位元件的中间，三者构成T型结构，第一短路枝节通过第一过孔接地；第二短路枝节连接在第一单位元件和第二单位元件的中间，三者也构成T型结构，第二短路枝节通过第二过孔接地；第三短路枝节连接在第二单位元件和第三单位元件的中间，三者构成T型结构，第三短路枝节经过第三接地过孔接地，第四短路枝节连接在第三单位元件和第二输入/出端口的中间，三者构成T型结构，第四短路枝节通过第四过孔接地；

谐振器为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器、第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器和第八谐振器；

第一谐振器位于第一短路枝节的左侧；第二谐振器位于第四短路枝节的右侧，第三谐振器位于第一短路枝节的右侧，第四谐振器位于第四短路枝节的左侧，第五谐振器位于第二短路枝节的左侧，第六谐振器位于第三短路枝节的右侧，第七谐振器位于第二短路枝节的右侧，第八谐振器位于第三短路枝节的左侧；

第一短截线与第二短截线连接，第二短截线、第三短截线与第四短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第一个谐振器，第四短截线通过第五过孔接地；第二十三短截线与第二十二短截线连接，第二十二短截线、第二十一短截线与第二十短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第二个谐振器，第二十短截线通过第十二个过孔接地；第五短截线、第六短截线与第七短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第三个谐振器，第七短截线通过第六过孔接地；第二十短截线、第二十一短截线与第二十二短截线者连接在一起，构成箭头形状的第四个谐振器，第二十二短截线通过第十一过孔接地；第八短截线、第九短截线与第十短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第五个谐振器，第十短截线通过第七过孔接地；第十七短截线、第十八短截线与第十九短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第六个谐振器，第十九短截线通过第十过孔接地；第十一短截线、第十二短截线与第十三短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第七个谐振器，第十三短截线通过第八过孔接地；第十四短截线、第十五短截线与第十六短截线三者连接在一起，构成箭头形状的第八个谐振器，第十六短截线通过第九过孔接地；

第一输入/出端口和第二输入/出端口采用的微带线是宽度为1mm，长度为10mm；第一短路枝节和第四短路枝节的长度是6.7mm，宽度为0.54mm；第二短路枝节和第三短路枝节的长度是6.35mm，宽度为1.05mm；第一单位元件和第三单位元件的长度是12.9mm，宽度为1.02mm；第二单位元件的长度是13mm，宽度为0.96mm；第一接地过孔、第二接地过孔、第三接地过孔和第四接地过孔的直径是0.6mm；

第一短截线和第二十三短截线的长度是2mm；第二短截线和第二十四短截线的长度是2.5mm；第三短截线和第二十五短截线的长度是2mm；第四短截线和第二十六短截线的长度是2mm，

第五短截线和第二十短截线的长度是4mm；第六短截线和第二十一短截线的长度是4mm；第七短截线和第二十二短截线的长度是3.7mm，

第八短截线和第十七短截线的长度是4mm；第九短截线和第十八短截线的长度是4mm；第十短截线和第十九短截线的长度是3.2mm，

第十一短截线和第十四短截线的长度是5.3mm；第十二短截线和第十五短截线的长度是5.8mm；第十三短截线和第十六短截线的长度是5.5mm，

上述的短截线的宽度都是0.3mm；第五接地过孔、第六接地过孔、第七接地过孔、第八接地过孔、第九接地过孔、第十接地过孔、第十一接地过孔和第十二接地过孔的直径都是0.4mm。

2.根据权利要求1所述的一种具有多个陷波频率的超宽带滤波器，其特征是上述的八个谐振器与7阶带通滤波器之间的缝隙g₁的取值0.3mm。