CN104767013B - 一种高镜像抑制的c波段宽带微带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，包括第一扇形线滤波结构、第一微带线连接结构、发夹型带通滤波结构、第二微带线连接结构及第二扇形线滤波结构；其中发夹型带通滤波结构的一端通过第一微带线连接结构与第一扇形线滤波结构相连，发夹型带通滤波结构的另一端通过第二微带线连接结构与第二扇形线滤波结构相连。本发明高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，在传统发夹型带通微带滤波器的基础上，在设计上增加扇形线滤波结构，来提升滤波器对高频阻带的抑制特性，进而增加滤波器实际连接时的镜像抑制指标，提升了滤波器的应用性能。

Description

一种高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器

技术领域

本发明属于射频电路技术领域，特别涉及一种高镜像抑制的C波段(6-8GHz波段)宽带微带带通滤波器。

背景技术

现有微带带通滤波器主要依托平行耦合线带通滤波器的设计思想，进而衍生出发夹型滤波器、交叉耦合型滤波器等微带带通滤波器模型，基本设计思想都是利用微带线组成的多个平行谐振器结构，来完成对信号的滤去功能，现有微带带通滤波器设计中忽略了当开关滤波器组件应用于频谱分析下变频射频模块当中时，阻带抑制指标的重要性。

随着现有宽带信号分析领域技术的发展，数字化分析设备可以分析信号的频率越来越高，射频变频模块中产生的中频信号频率也越来越高，为了提升系统性能指标，简化模块系统设计方案，对射频变频模块中的滤波器组件提出了带宽更宽，镜像抑制更高的要求以使系统整机达到更理想的功能效果。若利用现有设计完成传统6-8GHz的宽带平行耦合滤波器的设计，达不到整机使用时对镜像抑制指标的要求，便会对整机信号分析中频率的准确性产生影响。

发明内容

有鉴于此，本发明在现有带通微带滤波器的结构上，结合低通滤波效果的微带结构，并综合整体优化，提出一种高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器。

实现本发明的技术方案如下：

一种高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，包括第一扇形线滤波结构、第一微带线连接结构、发夹型带通滤波结构、第二微带线连接结构及第二扇形线滤波结构；其中发夹型带通滤波结构的一端通过第一微带线连接结构与第一扇形线滤波结构相连，发夹型带通滤波结构的另一端通过第二微带线连接结构与第二扇形线滤波结构相连。

进一步地，本发明所述第一扇形线滤波结构主要由主微带线、从微带线和3个并排的扇形结构组成；所述主微带线与第一微带线连接结构相连，3个并排的扇形结构分别通过从微带线与主微带线相连，3个扇形结构的半径为n，中心角为m；主微带线的宽度为a，从微带线的宽度为c。

进一步地，本发明所述第二扇形线滤波结构主要由主微带线、从微带线和3个并排的扇形结构组成；所述主微带线与第二微带线连接结构相连，3个并排的扇形结构分别通过从微带线与主微带线相连，3个扇形结构的半径为n，中心角为m；主微带线的宽度为a，从微带线的宽度为c。

进一步地，本发明在第一扇形线滤波结构的3个并排扇形结构中，连接两端扇形结构的从微带线高度为d，连接中间扇形结构的微带线高度为e。

进一步地，本发明在第二扇形线滤波结构的3个并排扇形结构中，连接两端扇形结构的微带线高度为f，连接中间扇形结构的微带线高度为h。

进一步地，本发明所述高度e与高度h相同。

进一步地，本发明在第一扇形线滤波结构和第二扇形线滤波结构中，两端扇形结构与中间扇形结构之间的距离相同，为j，紧邻微带线连接结构的扇形结构与微带线连接结构之间的距离相同，为i，紧邻滤波器输入端的扇形结构与滤波器输入端之间的距离为i，紧邻滤波器输出端的扇形结构与滤波器输出端之间的距离为i。

进一步地，本发明宽度a＝0.2mm，微带线连接结构的宽度b＝1.32mm，宽度c＝0.2mm，高度d＝0.2mm，高度e＝0.33mm，高度f＝0.45mm，高度h＝0.33mm，距离i＝1.03mm，距离j＝1.5mm，微带线连接结构长度k＝2.073mm，半径n＝1.517mm，中心角m＝39.5°。

有益效果

本发明高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，在传统发夹型带通微带滤波器的基础上，在设计上增加扇形线滤波结构，来提升滤波器对高频阻带的抑制特性，进而增加滤波器整机应用时的镜像抑制指标，提升了滤波器的应用性能。

附图说明

图1为C波段高镜像抑制微带滤波器仿真模型图；

图2为C波段高镜像抑制微带滤波器尺寸说明图

图3为C波段高镜像抑制微带滤波器仿真S21曲线图；

图4为C波段高镜像抑制微带滤波器实物图；

图5为C波段高镜像抑制微带滤波器实际测试S21曲线图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，包括第一扇形线滤波结构、第一微带线连接结构、发夹型带通滤波结构、第二微带线连接结构及第二扇形线滤波结构；其中发夹型带通滤波结构的一端通过第一微带线连接结构与第一扇形线滤波结构相连，发夹型带通滤波结构的另一端通过第二微带线连接结构与第二扇形线滤波结构相连。

本发明利用了传统平行耦合微带滤波器组的设计理论，以6-8GHz发夹型带通微带滤波部分为主体，在主体发夹型带通滤波结构两端分别加入了一组扇形线滤波结构，其主要作用是实现整体滤波器对镜像频率的高抑制度指标。

如图2所示，本发明第一扇形线滤波结构主要由主微带线、从微带线和3个并排的扇形结构组成；所述主微带线与第一微带线连接结构相连，3个并排的扇形结构分别通过从微带线与主微带线相连，3个扇形结构的半径为n，中心角为m；主微带线的宽度为a，从微带线的宽度为c。在第一扇形线滤波结构的3个并排扇形结构中，连接两端扇形结构的从微带线高度为d，连接中间扇形结构的微带线高度为e。

第二扇形线滤波结构主要由主微带线、从微带线和3个并排的扇形结构组成；所述主微带线与第二微带线连接结构相连，3个并排的扇形结构分别通过从微带线与主微带线相连，3个扇形结构的半径为n，中心角为m；主微带线的宽度为a，从微带线的宽度为c。在第二扇形线滤波结构的3个并排扇形结构中，连接两端扇形结构的微带线高度为f，连接中间扇形结构的微带线高度为h，。

本发明长度e与长度h相同，且所述在第一扇形线滤波结构和第二扇形线滤波结构中，两端扇形结构与中间扇形结构之间的距离相同，为j，两端扇形结构与微带线连接结构之间的距离相同，为i，紧邻滤波器输入端的扇形结构与滤波器输入端之间的距离为i，紧邻滤波器输出端的扇形结构与滤波器输出端之间的距离为i。

本发明2个扇形线滤波结构均由三个并排的扇形结构组成，利用高低阻抗低通滤波器的基本设计原理，通过使第一扇形线滤波结构和第二扇形线滤波结构为非对称的形式，使得设计的扇形线滤波结构为阻带特性不同的8GHz低通滤波结构，主体发夹型带通滤波结构利用了平行耦合线微带滤波器原理衍生出的发夹型滤波器的设计思想，完了一组9阶滤波器结构，两组微带线连接部分起到了连接滤波结构的作用。

为了使得微带连接部分对3个并排扇形结构的影响最小，本发明对设计的C波段宽带微带带通滤波器的结构参数进行优化设计，通过调整两组不同的扇形线滤波结构的参数来调整阻带特性；并且同时对微带线连接部分以及分布方式(包括扇形线结构分别在两侧、发夹型结构在中间，以及发夹型结构在一侧、扇形线相级联等多种连接方式)进行联合优化，最终得到的的滤波器的参数设计如下：

如图2所示，扇形线滤波结构在发夹型带通滤波结构的两端，通过宽度为c的从微带线与扇形结构相连接，两组扇形结构中，6个扇形的半径n均相同，中心角m均相同；与扇形相连接的主微带线的宽度a也均相同，距离i、j也相同，只有从微带线高度不同，分别为d、e、h、f，微带线连接结构包括优化连接部分线宽b和连接部分线长k，最终滤波器排布方式如图2，连接部分微带线线宽优化与输入输出50欧姆特征阻抗微带线线宽相等时滤波器性能达到最佳，使得整体滤波器性能达到指标。上述设计的具体数值如表1所示。

表1高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器设计参数

a	0.2mm	b	1.32mm	c	0.2mm
						d	0.2mm	e	0.33mm	f	0.45mm
h	0.33mm	i	1.03mm	j	1.5mm
						k	2.073mm	m	39.5°	n	1.517mm

本发明优化设计的流程为：首先根据项目体积要求，采用了ROGERS 6010射频板材，厚度1.27mm，介电常数10.2，铜皮厚度0.018mm，以降低整体滤波器体积，然后根据传统平行耦合线带通滤波器理论完成主体发夹型带通滤波结构部分的设计，再依据扇形线阻抗计算公式，结合高低阻抗低通滤波器设计公式，完成第一扇形线滤波结构和第二扇形线滤波结构的初步设计，再将三部分滤波结构使用微带线相连接，之后进行整体优化设计，主要优化了第一微带线连接结构和第二微带线连接结构的长度以及两个扇形线滤波结构的参数，使其整个高镜像抑制带通滤波器在10-12GHz频段达到最优的抑制效果，若因系统选取中频输出频率的频率不同导致的镜像频段不同，可在设计上调节扇形结构达到指标要求。

图3是本发明高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器的仿真结果S21曲线图，即代表了滤波器的插入损耗，有图中标记可以看出通带6-8GHz插入损耗小于3dB，仿真时特意将通带做宽为了避免实际加工误差而导致的频率偏移。在阻带10-12GHz，滤波器仿真表现插入损耗大于40dBc，因为仿真软件边界设定问题，预计实际阻带效果更为理想。

图4是本发明高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器的实物图，仿真采用的是ROGERS 6010板材进行设计仿真的，实际加工由于库存问题采用了ARLON AD1000板材，两种板材介电常数，厚度，铜皮厚度参数均相同，只是在误差上AD1000板材多出5％。其中白色部分为板材介质部分，金色部分为板材铜皮部分，为了减小插入损耗，做了沉金表面处理。

图5是本发明高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器的实际测试S21曲线图，由图中标记可见，在通带4-6GHz中插入损耗基本小于5dB，其中抛去射频连接器和焊接工艺等影响，估算滤波器自身插入损耗在3dB以内，其系统镜像频率段10-12GHz，插入损耗基本在80dB以上，抑制度达到了70dBc以上，经应用后完成了整机系统指标。

本发明基于系统任务对体积已经镜像抑制参数的主要要求，利用传统平行耦合微带滤波器衍生的发夹型滤波器理论，加上高低阻抗低通滤波理论和扇形线阻抗计算理论完成了整体高镜像抑制C波段宽带微带带通滤波器的设计，在系统整机4-12GHz下变频模块当中，实现了40dBc的镜像抑制指标，并实现超越指标30dB，完成了系统对宽带射频信号频谱分析的功能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，其特征在于，包括第一扇形线滤波结构、第一微带线连接结构、发夹型带通滤波结构、第二微带线连接结构及第二扇形线滤波结构；其中发夹型带通滤波结构的一端通过第一微带线连接结构与第一扇形线滤波结构相连，发夹型带通滤波结构的另一端通过第二微带线连接结构与第二扇形线滤波结构相连；所述第一扇形线滤波结构和第二扇形线滤波结构为非对称结构；

所述第一扇形线滤波结构主要由主微带线、从微带线和3个并排的扇形结构组成；所述主微带线与第一微带线连接结构相连，3个并排的扇形结构分别通过从微带线与主微带线相连，3个扇形结构的半径为n，中心角为m；主微带线的宽度为a，从微带线的宽度为c；

所述第二扇形线滤波结构主要由主微带线、从微带线和3个并排的扇形结构组成；所述主微带线与第二微带线连接结构相连，3个并排的扇形结构分别通过从微带线与主微带线相连，3个扇形结构的半径为n，中心角为m；主微带线的宽度为a，从微带线的宽度为c；

在第一扇形线滤波结构和第二扇形线滤波结构中，两端扇形结构与中间扇形结构之间的距离相同，为j，紧邻微带线连接结构的扇形结构与微带线连接结构之间的距离相同，为i，紧邻滤波器输入端的扇形结构与滤波器输入端之间的距离为i，紧邻滤波器输出端的扇形结构与滤波器输出端之间的距离为i。

2.根据权利要求1所述高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，其特征在于，在第一扇形线滤波结构的3个并排扇形结构中，连接两端扇形结构的从微带线高度为d，连接中间扇形结构的微带线高度为e；

在第二扇形线滤波结构的3个并排扇形结构中，连接两端扇形结构的微带线高度为f，连接中间扇形结构的微带线高度为h。

3.根据权利要求2所述高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，其特征在于，所述高度e与高度h相同。

4.根据权利要求2所述高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，其特征在于，宽度a＝0.2mm，微带线连接结构的宽度b＝1.32mm，宽度c＝0.2mm，高度d＝0.2mm，高度e＝0.33mm，高度f＝0.45mm，高度h＝0.33mm，微带线连接结构长度k＝2.073mm，半径n＝1.517mm，中心角m＝39.5°。

5.根据权利要求1所述高镜像抑制的C波段宽带微带带通滤波器，其特征在于，距离i＝1.03mm，距离j＝1.5mm。