CN104993196A - 一种射频带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种射频带通滤波器，包括通过耦合方式级联的两谐振腔，两谐振腔之间形成一窄带耦合缝隙，每一所述谐振腔包括：馈线、一端与所述馈线连接的短蛇形线、一端与所述馈线连接的长蛇形线、以及分别与短蛇形线的另一端、长蛇形线的另一端连接的耦合交指线，所述两谐振腔通过长、短蛇形线和耦合交指线分别谐振出自身的简并模式，之后通过两谐振腔之间的耦合缝隙将两简并模式合并，以产生新的谐振。本发明提供的射频带通滤波器，一方面，可以在通带同时覆盖北斗/GPS/GLONASS，并且实现在GSM频带的20dB以上的抑制；另一方面，这种滤波器可以在普通的更加低成本的PCB电路板和陶瓷材料上实现。
Description
技术领域
本发明涉及带通滤波器（band pass filter），尤其涉及一种应用于导航领域且可以同时覆盖北斗/GPS/GLONASS的射频带通滤波器。
背景技术
随着2012年12月27号北斗卫星导航系统正式提供商用，成功的标志着我国打破了俄国和美国在此领域的垄断地位。
现有北斗卫星导航的应用技术已经相当成熟。但是如何在实现北斗导航的功能时，兼容现有成熟的GPS（Global Positioning System，全球定位系统）和GLONASS（GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，全球卫星导航系统）的接收模块，而不增加成本，是现在北斗能否实现产业化最大的挑战。
到现在为止，要实现同时兼容北斗/GPS/GLONASS的低成本的解决方案，其中之一需要解决的挑战就是实现能够同时兼容北斗/GPS/GLONASS的射频滤波器。现有的市场上的SAW滤波器（surface acoustic wave，声表面波滤波器）和FBAR射频滤波器（Film Bulk Acoustic ResONator，薄膜腔声谐振滤波）都无法满足这一要求。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种应用于导航领域且可以同时覆盖北斗/GPS/GLONASS的射频带通滤波器。
本发明的技术方案如下：本发明提供一种射频带通滤波器，包括通过耦合方式级联的两谐振腔，两谐振腔之间形成一窄带耦合缝隙，每一所述谐振腔包括：馈线、一端与所述馈线连接的短蛇形线、一端与所述馈线连接的长蛇形线、以及分别与短蛇形线的另一端、长蛇形线的另一端连接的耦合交指线，所述两谐振腔通过长、短蛇形线和耦合交指线分别谐振出自身的简并模式，之后通过两谐振腔之间的耦合缝隙将两简并模式合并，以产生新的谐振。
每一所述谐振腔中，所述耦合交指线位于所述长蛇形线与短蛇形线之间。
所述耦合交指线包括相互耦合的第一交指线与第二交指线，所述第一交指线与短蛇形线连接，所述第二交指线与长蛇形线连接。
所述馈线与所述谐振腔的外边垂直连接，所述两馈线以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。
所述一谐振腔的馈线为输入馈线，另一谐振腔的馈线为输出馈线。
所述两谐振腔以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。
所述两耦合交指线以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。
所述滤波器的频率带通覆盖1.55GHz-1.605GHz，中心频率为1.575HGz。
所述滤波器形成于铝基板或陶瓷介质基片上。
采用上述方案，本发明的射频带通滤波器具有以下特点：
1、该带通滤波器由于其采用双层耦合的概念，比传统的双模微带带通滤波器拥有更小的尺寸和面积，满足了现代通信系统的小型化的要求；
2、该滤波器由于采用了微带线作为输入输出端，方便的与其他的电路结构直接集成；
3、该滤波器可以在普通的低成本的PCB板上实现，结构简单，适合标准化生产，也可以在陶瓷工艺上实现；
4、该滤波器可以和低噪放、天线一起级联在普通的电路板上一起成为有源天线模块，可以在不增加任何成本的情况下实现滤波器的功能；
5、该带通滤波器由于采用了双谐振结构，可以实现宽通带性能，通带同时覆盖北斗、GPS、GLONASS信号，同时实现对GSM频带的抑制。
附图说明
图1为本发明射频带通滤波器的结构示意图。
图2为本发明射频带通滤波器实现于FR4基片上的测试结果。
图3为本发明射频带通滤波器与有源天线级联实现共轭匹配的测试结果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种射频带通滤波器，一方面，可以在通带同时覆盖北斗/GPS/GLONASS，并且实现在GSM频带的20dB以上的抑制；另一方面，这种滤波器可以在普通的更加低成本的PCB电路板和陶瓷材料上实现。具体的，该射频带通滤波器包括通过耦合方式级联的两谐振腔2，两谐振腔2之间形成一窄带耦合缝隙4，每一所述谐振腔2包括：馈线22、一端与所述馈线22连接的短蛇形线24、一端与所述馈线22连接的长蛇形线26、以及分别与短蛇形线24的另一端、长蛇形线26的另一端连接的耦合交指线28。所述两谐振腔2通过长、短蛇形线26、24和耦合交指线28分别谐振出自身的简并模式，之后通过两谐振腔2之间的耦合缝隙4将两简并模式合并，以产生新的谐振。物理学上讲，相当于通过二级耦合的方式实现了二级谐振滤波器。另外，每一所述谐振腔2都有两端长短不同的慢波效应的蛇形线和带状耦合交指线28组成，这样一方面由于蛇形线的结构，极大的提高了整体滤波器的有效的微带线的总长度，使得更加有效地利用了微带谐振器的面积；另一方面由于采用了带状耦合交指线28结构，最大化地增加了每个谐振腔2自身的耦合量。
本发明提供的射频带通滤波器采用新型的架构，采用了双层耦合的概念，解决了传统微带滤波器体积过大的问题，比传统的双模带通滤波器拥有更小的尺寸，拥有更低的带内插损和更好的带外抑制。
另外，由于采用了蛇形线和带状耦合交指线28级联谐振腔的结构，使得每个谐振腔2的谐振频率的特性可以自由的调节，从而更加容易地实现对此滤波器带宽性能、谐振频率和带外抑制性能的调节，使得此滤波器在不同PCB板的环境下易集成性，可实现性大大的增加。
所述滤波器可以置于低噪声放大器之后，实现共轭匹配后，提供替代原有滤波器器件的低成本有源天线方案。
进一步地，每一所述谐振腔2中，所述耦合交指线28位于所述长蛇形线26与短蛇形线24之间。所述两耦合交指线28以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。所述耦合交指线28包括相互耦合的第一交指线31与第二交指线32，所述第一交指线31与短蛇形线24连接，所述第二交指线32与长蛇形线26连接。进一步地，第一交指线31与第二交指线32的形状和大小也可以自由调节，从而可以进一步控制滤波器的谐振频率和带宽。
优选的，所述馈线22与所述谐振腔22的外边33垂直连接，所述两馈线222以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。应当说明的是：所述两馈线22的位置可以自由调节，这样可以增加滤波器的易集成性。每一所述馈线22的阻值为50欧姆。具体的，所述一谐振腔2的馈线22为输入馈线，另一谐振腔2的馈线22为输出馈线。
所述两谐振腔2以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。长蛇形线26和短蛇形线24的宽度以及弯曲的次数和形状可以自由调节，这样子可以进一步缩小滤波器的整体面积。还可以通过调节耦合缝隙4的宽度和耦合壁的长度来控制滤波器的性能。
在本实施例中，基于上述结构，所述滤波器的频率带通覆盖1.55GHz-1.605GHz，中心频率为1.575HGz。
所述滤波器形成于铝基板或陶瓷介质基片上，可以实现低成本的方案，也可以通过低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）的工艺来实现，实现与声表滤波器相当的高性能。在本实施例中，所述滤波器形成于材质为FR4（环氧玻璃纤维板，环氧板）的基片上，该基片的厚度为0.8mm，该滤波器在该基片上单独测试的测试结果如图2所示，具体的测量数据如图2所示，波形①为dB（S（1,1）），波形②为dB（S（1,2）），其中m1处，freq=1.577GHz，dB（S（1,2））=-2.653。另外，该滤波器在相同电路板材上与一LNA集成设计的有源天线，级联实现共轭匹配，共轭匹配后的测试结果如图3所示，具体的测量数据如图3中所示：M1处，freq=1.558GHz，dB（S（1,2））=26.939；M2处，freq=1.575GHz，dB（S（1,2））=26.940；M3处，freq=1.603GHz，dB（S（1,2））=26.351；M4处，freq=1.805GHz，dB（S（1,2））=1.196；M5处，freq=1.885GHz，dB（S（1,2））=17.079；M6处，freq=935.0MHz，dB（S（1,2））=16.366；M7处，freq=960.0MHz，dB（S（1,2））=14.849。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种射频带通滤波器，其特征在于，包括通过耦合方式级联的两谐振腔，两谐振腔之间形成一窄带耦合缝隙，每一所述谐振腔包括：馈线、一端与所述馈线连接的短蛇形线、一端与所述馈线连接的长蛇形线、以及分别与短蛇形线的另一端、长蛇形线的另一端连接的耦合交指线，所述两谐振腔通过长、短蛇形线和耦合交指线分别谐振出自身的简并模式，之后通过两谐振腔之间的耦合缝隙将两简并模式合并，以产生新的谐振。
2.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，每一所述谐振腔中，所述耦合交指线位于所述长蛇形线与短蛇形线之间。
3.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述耦合交指线包括相互耦合的第一交指线与第二交指线，所述第一交指线与短蛇形线连接，所述第二交指线与长蛇形线连接。
4.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述馈线与所述谐振腔的外边垂直连接，所述两馈线以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。
5.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述一谐振腔的馈线为输入馈线，另一谐振腔的馈线为输出馈线。
6.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述两谐振腔以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。
7.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述两耦合交指线以滤波器的中心为对称点成中心旋转对称。
8.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述滤波器的频率带通覆盖1.55GHz-1.605GHz，中心频率为1.575HGz。
9.根据权利要求1所述的射频带通滤波器，其特征在于，所述滤波器形成于铝基板或陶瓷介质基片上。
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