CN105226354B - 三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器及耦合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器及耦合方法。此滤波器包括基板以及基板上的微带线结构，所述的微带线结构包括L形弯折的左微带馈线和右微带馈线，双模微带谐振结构，单模微带谐振结构；左微带馈线和右微带馈线左右对称；所述的双模微带谐振结构和单模微带谐振结构分别位于左右微带馈线的上方和下方；位于上方的双模微带谐振结构包括半波长的U形微带线结构和开路短枝节；位于下方的单模微带谐振结构包括H形阻抗变换微带结构和S形的微带线结构。本发明具有滤波器体积小，带内平坦度高，高频侧阻带抑制强，频率选择性强等优点，适用于射频收发系统的收发通道间的隔离。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器，适用于射频收发系统的收发信道间的信号隔离。
背景技术
近年来，高性能的微波滤波器成为现代射频微波集成电路中的重要器件之一，可用于实现有效频段内的信号提取，滤除干扰信号，在很大程度上决定了整个集成电路的工作质量。其中小体积、低通带插损、高阻带反射、高频率选择性等性能是研究的重点方向。大量由平面谐振结构构成的微带带通滤波器被提出，减小了滤波器的体积并提高工作性能。为了进一步减小滤波器的尺寸，引入了多模谐振器，大幅减少了所需谐振器的数量。
随着现代通信系统的飞速发展，通信频带占有率大幅上升，且对信号敏感度的要求也在不断提高，给高性能的带通滤波器的设计带来了新的挑战。在射频收发共用系统中，信号在发射和接收通道中会出现相互干扰现象。
发明内容
为了克服现有技术的不足，实现射频收发系统的收发信道间的信号隔离，本发明提出了一种基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器及耦合方法。
该种基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器，此滤波器包括基板以及基板上的微带线结构，所述的微带线结构包括L形弯折的左微带馈线和右微带馈线，双模微带谐振结构，单模微带谐振结构；左微带馈线和右微带馈线左右对称；所述的双模微带谐振结构和单模微带谐振结构分别位于左右微带馈线的上方和下方；位于上方的双模微带谐振结构包括半波长的U形微带线结构和开路短枝节，开路短枝节由一微带线和一方型结构组成，U形微带线结构的中心点向上连接开路短枝节的微带线；位于下方的单模微带谐振结构包括H形阻抗变换微带结构和S形的微带线结构，H形阻抗变换微带结构的中心点向上连接S形的微带线结构。
所述S形的微带线结构的末端直线部分置于L形弯折的微带馈线和L形弯折的微带馈线之间，并且与两条L形弯折的微带线的弯折段平行，从而实现信号能量在L形弯折的微带馈线、单模微带谐振结构、L形弯折的微带馈线之间耦合传输。
所述S形的微带线结构由两个四分之一圆环、三个半椭圆环，通过直的微带线连接组成，通过调节圆环和半椭圆环的内外半径来减小阻抗失配，并且此S形的微带线结构可大幅减小滤波器的总面积。
所述的U形微带线结构的弯折处为一四分之一圆环微带线，以减小传输损耗。
所述的双模微带谐振结构工作于奇偶模谐振模式，偶模谐振模式的等效谐振长度为偶模谐振频率对应波长的二分之一，奇模谐振模式的等效谐振长度为奇模谐振频率对应波长的二分之一。
所述的单模微带谐振结构工作于偶模谐振模式，其等效谐振长度为偶模谐振频率对应波长的二分之一。
所述的滤波器的三模耦合方法，当输入信号从左微带馈线或右微带馈线输入时，所述的双模微带谐振结构将激励出奇模和偶模两种模式，单模微带谐振结构将激励出偶模模式；一个奇模模式与两个偶模模式独立地与左微带馈线和右微带馈线进行能量耦合；大部分信号能量通过左微带馈线或右微带馈线耦合入奇模谐振模式与偶模谐振模式，并由奇模谐振模式与偶模谐振模式相应耦合入右微带馈线或左微带馈线输出；小部分信号能量直接通过左微带馈线和右微带馈线进行耦合传输。
本发明的有益效果在于：本发明具有滤波器体积小，带内平坦度高，高频侧阻带抑制强，频率选择性强等优点，适用于射频收发系统的收发通道间的隔离。第一、通过设计并调节所述S形的微带线结构中的四分之一圆环和半椭圆环的内外半径，可有效地减小阻抗失配；第二、所述滤波器的双模微带谐振结构和单模微带谐振结构有效地减小了滤波器的整体尺寸；第二、所述滤波器实现了在通带低频侧形成一个传输零点，在高频侧形成两个传输零点，可实现低插入损耗、高的频率选择性和带内平坦度，并在通带高频侧实现强的阻带抑制。
附图说明
图1是基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器的结构图；
图2是基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器的尺寸示意图；
图3是基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器的频率响应曲线图；
附图标记说明：1、左微带馈线；2、右微带馈线；3、双模微带谐振结构；4、单模微带谐振结构；5、U形微带线结构；6、开路短枝节；7、H形阻抗变换微带结构；8、S形的微带线结构；9、四分之一圆环微带线结构。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器，它包括基板以及基板上的微带线结构，所述的微带线结构包括L形弯折的左微带馈线1和右微带馈线2，双模微带谐振结构3，单模微带谐振结构4；左微带馈线1和右微带馈线2左右对称；所述的双模微带谐振结构3和单模微带谐振结构4分别位于左右微带馈线的上方和下方；位于上方的双模微带谐振结构3包括半波长的U形微带线结构5和开路短枝节6，开路短枝节6由一微带线和一方型结构组成，U形微带线结构5的中心点向上连接开路短枝节6的微带线；位于下方的单模微带谐振结构4包括H形阻抗变换微带结构7和S形的微带线结构8，H形阻抗变换微带结构7的中心点向上连接S形的微带线结构8。
所述S形的微带线结构8的末端直线部分置于L形弯折的微带馈线1和L形弯折的微带馈线2之间，并且与两条L形弯折的微带线的弯折段平行，从而实现信号能量在L形弯折的微带馈线1、单模微带谐振结构4、L形弯折的微带馈线2之间耦合传输。
所述S形的微带线结构8由两个四分之一圆环、三个半椭圆环，通过直的微带线连接组成，通过调节圆环和半椭圆环的内外半径来减小阻抗失配，并且此S形的微带线结构可大幅减小滤波器的总面积。
所述的U形微带线结构5的弯折处为一四分之一圆环微带线9，以减小传输损耗。
所述的双模微带谐振结构3工作于奇偶模谐振模式，偶模谐振模式的等效谐振长度为偶模谐振频率对应波长的二分之一，奇模谐振模式的等效谐振长度为奇模谐振频率对应波长的二分之一。
所述的单模微带谐振结构4工作于偶模谐振模式，其等效谐振长度为偶模谐振频率对应波长的二分之一。
当输入信号从左微带馈线1或右微带馈线2输入时，所述的双模微带谐振结构3将激励出奇模和偶模两种模式，单模微带谐振结构4将激励出偶模模式；一个奇模模式与两个偶模模式独立地与左微带馈线1和右微带馈线2进行能量耦合；大部分信号能量通过左微带馈线1或右微带馈线2耦合入奇模谐振模式与偶模谐振模式，并由奇模谐振模式与偶模谐振模式相应耦合入右微带馈线2或左微带馈线1输出；小部分信号能量直接通过左微带馈线1和右微带馈线2进行耦合传输。
所述的双模微带谐振结构3产生的偶模谐振模式与微带馈线1和微带馈线2之间的耦合效率高于单模微带谐振结构4产生的偶模谐振模式与微带馈线1和微带馈线2之间的耦合效率；单模微带谐振结构4产生的偶模谐振模式与微带馈线1和微带馈线2之间的耦合效率高于双模微带谐振结构3产生的奇模谐振模式与微带馈线1和微带馈线2之间的耦合效率；三个耦合效率可通过改变两种微带谐振结构与微带馈线1和微带馈线2之间的耦合长度和间距实现调节。
图2为本实施例的尺寸示意图，经过设计、仿真及优化，最终确定该基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器的一个优选的具体尺寸（其它未示出）。其整体尺寸为1.9mm*2mm*0.1mm。其中L1=0.5mm，L2=0.407mm，L3=0.58mm，L4=0.19mm，L5=0.419mm，L6=0.22mm，L7=0.19mm，L8=0.758mm，L9=0.364mm，L10=0.54mm，L11=0.34mm，L12=0.14mm，L13=0.146mm，L14=0.22mm，L15=0.013mm，W1=W2=W3=0.06mm，D1=0.02mm，D2=D3=0.08mm，R1=0.005mm，R2=0.065mm，R3= R5=0.03mm，R4=0.09mm，R6=0.089mm。
图3为本实施例的频率响应曲线图。此滤波器实现了通带内插入损耗小于-1.8dB，带内波动小于0.6dB，回波损耗小于-23dB，在通带高频侧产生两个传输零点，从而使得高频阻带抑制超过-35dB，频率选择性强。
Claims (6)
1.一种基于三模耦合的强高频侧阻带抑制微带带通滤波器，其特征在于：此滤波器包括基板以及基板上的微带线结构，所述的微带线结构包括L形弯折的左微带馈线（1）和右微带馈线（2），双模微带谐振结构（3），单模微带谐振结构（4）；左微带馈线（1）和右微带馈线（2）左右对称；所述的双模微带谐振结构（3）和单模微带谐振结构（4）分别位于左右微带馈线的上方和下方；位于上方的双模微带谐振结构（3）包括半波长的U形微带线结构（5）和开路短枝节（6），开路短枝节（6）由一微带线和一方型结构组成，U形微带线结构（5）的中心点向上连接开路短枝节（6）的微带线；位于下方的单模微带谐振结构（4）包括H形阻抗变换微带结构（7）和S形的微带线结构（8），H形阻抗变换微带结构（7）的中心点向上连接S形的微带线结构（8）；
所述S形的微带线结构（8）的末端直线部分置于L形弯折的左微带馈线（1）和L形弯折的右微带馈线（2）之间，并且与两条L形弯折的微带馈线的弯折段平行，从而实现信号能量在L形弯折的左微带馈线（1）、单模微带谐振结构（4）、L形弯折的右微带馈线（2）之间耦合传输。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述S形的微带线结构（8）由两个四分之一圆环、三个半椭圆环，通过直的微带线连接组成，通过调节圆环和半椭圆环的内外半径来减小阻抗失配，并且此S形的微带线结构可大幅减小滤波器的总面积。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述的U形微带线结构（5）的弯折处为一四分之一圆环微带线（9），以减小传输损耗。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述的双模微带谐振结构（3）工作于奇偶模谐振模式，偶模谐振模式的等效谐振长度为偶模谐振频率对应波长的二分之一，奇模谐振模式的等效谐振长度为奇模谐振频率对应波长的二分之一。
5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述的单模微带谐振结构（4）工作于偶模谐振模式，其等效谐振长度为偶模谐振频率对应波长的二分之一。
6.一种根据权利要求1所述的滤波器的三模耦合方法，其特征在于：当输入信号从左微带馈线（1）或右微带馈线（2）输入时，所述的双模微带谐振结构（3）将激励出奇模和偶模两种模式，单模微带谐振结构（4）将激励出偶模模式；一个奇模模式与两个偶模模式独立地与左微带馈线（1）和右微带馈线（2）进行能量耦合；大部分信号能量通过左微带馈线（1）或右微带馈线（2）耦合入奇模谐振模式与偶模谐振模式，并由奇模谐振模式与偶模谐振模式相应耦合入右微带馈线（2）或左微带馈线（1）输出；小部分信号能量直接通过左微带馈线（1）和右微带馈线（2）进行耦合传输。
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