CN105489979B

CN105489979B - 基于多模谐振器的三频带通滤波器

Info

Publication number: CN105489979B
Application number: CN201410484578.9A
Authority: CN
Inventors: 沈义进; 周恺; 康炜; 吴文
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2014-09-20
Filing date: 2014-09-20
Publication date: 2018-07-31
Anticipated expiration: 2034-09-20
Also published as: CN105489979A

Abstract

本发明公开一种基于多模谐振器的三频带通滤波器，包括介质基板、接地板、一个多模谐振器和两个非等长双指耦合馈电结构。多模谐振器以及两个非等长双指耦合馈电结构均关于中心对称，输入输出馈线搭接在非等长双指耦合馈电结构上，关于中心对称。除此以外，由于多模谐振器的固有零点、耦合线产生的零点、非等长双指耦合馈电结构以及横向信号干扰效应，本发明的基于多模谐振器的三频带通滤波器可产生十个传输零点，可极大地提高滤波器的选择性和通带间隔离度。本发明均采用分布参数的微带线设计，具有重量轻、体积小、可靠性高、性能优异、温度稳定性好、大批量生产成本低等优点，非常适用于不同工作环境的多频段多业务的现代无线通信系统。

Description

基于多模谐振器的三频带通滤波器

技术领域

本发明属于微波通信技术领域，特别是涉及一种基于多模谐振器的三频带通滤波器，可用于多频段多业务无线通信系统射频前端电路。

背景技术

随着近年来多频段多业务无线通信系统的飞速发展，多频段滤波器作为现代无线通信系统中的关键器件，越来越成为世界各地研究人员的研究热点。其中，小型化、多通带、高选择性、高隔离度的滤波器更是吸引了更多的关注。

目前，建立在众多学者大量研究的基础上，众多设计方法被提了出来。概括起来主要有以下几种：第一种方法是在较宽的带宽内插入零点来实现多个通带，但是中心频率和带宽不可控制，而且各通带的中心频率可变化范围很小；第二种方法是使用多组谐振器级联，每一组谐振器产生一个通带，各通带可以单独控制，但是体积较大；第三种方法是使用多模谐振器，通过控制多模谐振器的谐振频率位于目标频率构成多个通带。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，采用多模谐振器，提出一种基于多模谐振器的三频带通滤波器，具有选择性高、隔离度高、可靠性高、易于加工、成本低等优点。

为实现本发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于多模谐振器的三频带通滤波器，包括介质基板、接地板、一个多模谐振器、两个非等长双指耦合馈电结构以及对应的两个输入输出馈线，其中：

所述多模谐振器与两个非等长双指耦合馈电结构位于介质基板的上表面，接地板位于介质基板的下表面；

所述多模谐振器关于中心为左右对称结构，所述两个非等长双指耦合馈电结构耦合在多模谐振器的两端，形成相互对称结构；

输入输出馈线分别位于两个非等长双指耦合馈电结构的两端，并且直接搭接在非等长双指耦合馈电结构上，且关于中心呈对称结构；

所述两个非等长双指耦合馈电结构以及对应的两个输入输出馈线连接分别构成多模谐振器两端的馈电结构。

进一步的实施例中，所述输入输出馈线为特性阻抗50欧姆的微带线。

进一步的实施例中，所述多模谐振器包括一条主传输线，以及加载在主传输线上的开口环，其中：

主传输线由第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线和第十六微带线顺次连接组成：第六微带线、第八微带线、第十微带线、第十二微带线、第十四微带线和第十六微带线相互平行，并且都与第七微带线、第九微带线、第十一微带线、第十三微带线和第十五微带线垂直；

加载在主传输线上的开口环包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线和第五微带线，第二微带线与第三微带线相互平行，并且都垂直地接在第一微带线的两端，另一端分别垂直地接在第四微带线和第五微带线的一端，第四微带线与第五微带线分别垂直地接在第六微带线与第十六微带线上。

进一步的实施例中，所述每个非等长双指耦合馈电结构包括第一手指和第二手指，其中，第一手指由第十七微带线、第十八微带线、第十九微带线顺次连接组成，第二手指由第二十微带线和第二十一微带线顺次连接组成；第十八微带线与第二十微带线相互平行，并且都垂直地接在第十七微带线的两端，另一端分别垂直地接在第十九微带线与第二十一微带线的一端；第十九微带线、第十八微带线、第十七微带线、第二十微带线、第二十一微带线依次连接；输入输出馈线垂直地接在第二十微带线的顶端；所述两个非等长双指耦合馈电结构的结构相同且关于中心对称地耦合在多模谐振器的两端。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)本发明只使用一个多模谐振器来实现多个通带；(2)由于多模谐振器的固有零点、耦合线产生的零点、非等长双指耦合馈电结构以及横向信号干扰效应，本发明共产生了十个传输零点，极大地提高了滤波器的选择性和通带间隔离度；(3)采用微带线结构，电路体积小，重量轻，易于加工，工艺简单成熟，成本低。

附图说明

图1是本发明一实施方式基于多模谐振器的三频带通滤波器的结构图。

图2是图1实施例基于多模谐振器的三频带通滤波器的侧视图。

图3是根据图1实施例制作的基于多模谐振器的三频带通滤波器的一个具体示例性结构示意图。

图4是本发明基于多模谐振器的三频带通滤波器的S₂₁曲线在不同L₉值的情况下的仿真曲线图。

图5是本发明基于多模谐振器的三频带通滤波器的仿真与实测S参数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2所示，一种基于多模谐振器的三频带通滤波器，包括介质基板、接地板、一个多模谐振器、两个非等长双指耦合馈电结构以及对应的两个输入输出馈线，其中：

如图1所示，所述多模谐振器包括一条主传输线，以及加载在主传输线上的开口环，其中：

主传输线由第六微带线6、第七微带线7、第八微带线8、第九微带线9、第十微带线10、第十一微带线11、第十二微带线12、第十三微带线13、第十四微带线14、第十五微带线15和第十六微带线16顺次连接组成：第六微带线6、第八微带线8、第十微带线10、第十二微带线12、第十四微带线14和第十六微带线16相互平行，并且都与第七微带线7、第九微带线9、第十一微带线11、第十三微带线13和第十五微带线15垂直；

加载在主传输线上的开口环包括第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3、第四微带线4和第五微带线5，第二微带线2与第三微带线3相互平行，并且都垂直地接在第一微带线1的两端，另一端分别垂直地接在第四微带线4和第五微带线5的一端，第四微带线4与第五微带线5分别垂直地接在第六微带线6与第十六微带线16上。

每个非等长双指耦合馈电结构包括第一手指和第二手指，其中，第一手指由第十七微带线17、第十八微带线18、第十九微带线19顺次连接组成，第二手指由第二十微带线20和第二十一微带线21顺次连接组成。

第十八微带线18与第二十微带线20相互平行，并且第十八微带线18、第二十微带线20都垂直地接在第十七微带线17的两端，另一端分别垂直地接在第十九微带线19与第二十一微带线21的一端。输入输出馈线22垂直地接在第二十微带线20的顶端。所述两个非等长双指耦合馈电结构的结构相同且关于中心对称地耦合在多模谐振器的两端。

如图1、2所示，前述两个非等长双指耦合馈电结构(由前述两个手指构成)以及对应的两个输入输出馈线22连接分别构成多模谐振器(由主传输线和开口环构成)两端的馈电结构。

如图1所示，前述第一手指和第二手指之间，第十九微带线19、第十八微带线18、第十七微带线17、第二十微带线20、第二十一微带线21依次连接。输入输出馈线22垂直地接在第二十微带线20的顶端。

优选地，本实施例中，输入输出馈线22为特性阻抗50欧姆的微带线。

前述的介质基板采用RO4003型号，厚度为0.508mm，相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。

上述的基于多模谐振器的三频带通滤波器中，耦合由非等长双指耦合馈电结构的两个手指的长短，以及两个手指与多模谐振器之间的耦合间隙大小决定的。由于多模谐振器的固有零点、耦合线产生的零点、非等长双指耦合馈电结构以及横向信号干扰效应，本实施例基于多模谐振器的三频带通滤波器的共产生了十个传输零点，如图4所示，其中，TZ₁与TZ₉为多模谐振器的固有传输零点，TZ₄与TZ₆为耦合线产生的传输零点，TZ₂、TZ₃、TZ₇、TZ₈以及TZ₁₀为非等长双指耦合馈电结构产生的传输零点，TZ₅为横向信号干扰效应产生的传输零点。

图3所示为根据图1实施例所制作的基于多模谐振器的三频带通滤波器的一个示例性结构示意，其主结构示意如图1所示，侧视图如图2所示，尺寸规格如图3所示。所使用的介质基板为RO4003，厚度为0.508mm，相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。多模谐振器的各微带线与非等长双指耦合馈电结构的两个手指宽度相同。滤波器各微带线的尺寸参数如图3所示，其中，W为所述多模谐振器、非等长双指耦合馈电结构中的第一手指与第二手指中各微带线的宽度，L₁为第十微带线10的长度，L₂为第十一微带线11的长度，L₃为第四微带线4与第六微带线6垂直连接处距离第七微带线7与第六微带线6垂直连接处的长度，L₄为第五微带线5的长度，L₅为第四微带线4与第六微带线6垂直连接处距离第六微带线6顶端的长度，L₆为第三微带线3的长度，L₇为第一微带线1的长度，L₈为第二十微带线20的长度，L₉为第二十一微带线21的长度，L₁₀为第十八微带线18的长度，L₁₁为第十九微带线19的长度，S₁为第六微带线6与第十六微带线16之间的间隙大小，S₂为第七微带线7与第十九微带线19之间的间隙大小，S₃为第八微带线8与第十八微带线18之间的间隙大小，S₄为两个非等长双指耦合馈电结构的两个第二手指之间的间隙大小，S₅为第十一微带线11与第二十一微带线21之间的间隙大小。各参数值具体如下：W＝0.2mm，L₁＝12.2mm，L₂＝15.8mm，L₃＝2.1mm，L₄＝1.2mm，L₅＝2.1mm，L₆＝6.2mm，L₇＝3.4mm，L₈＝11.89mm，L₉＝8.1mm，L₁₀＝11.7mm，L₁₁＝1.5mm，S₁＝0.1mm，S₂＝0.1mm，S₃＝0.2mm，S₄＝0.5mm，S₅＝0.1mm。50欧姆输入输出馈线的宽度为1.11mm，滤波器的整体面积为12.2×15.8mm²，对应的导波长尺寸为0.123λ_g×0.159λ_g，其中λ_g为第一通带中心频率对应的导波波长。选择以上微带线的长度和宽度，以获得最优的频带内传输特性、频带外衰减特性、频带选择性和频带间隔离度。

图4是基于多模谐振器的三频带通滤波器的S₂₁曲线在不同L₉值的情况下的仿真曲线图。图中列出了当其他参数不变时，L9分别取7.1mm、7.6mm以及8.1mm时的仿真曲线。从图中可以看出，当L9取8.1mm时，第三通带的带内频率响应最好，并且第二通带与第三通带之间的隔离度最高。

图5是本实施例中的基于多模谐振器的三频带通滤波器的仿真和测试结果曲线图。其中，虚线为仿真结果，实线为测试结果，S₁₁表示回波损耗，S₂₁表示插入损耗。从图中可以看出，三个通带的中心频率分别为1.9GHz、3.55GHz以及7.33GHz，各通带的插入损耗分别为0.86dB、1.1dB以及1.23dB，各通带的回波损耗分别为18dB、20dB以及17dB，各通带的3dB相对带宽分别为14.2％、7.9％以及11.6％。图中可以观察到十个传输零点，这些零点极大地提高了滤波器的通带选择性和通带之间的隔离度。从以上指标来看，本发明达到了一个比较好的效果，并且实施例的仿真与测试结果基本一致，其中仿真使用的是ANSYS公司的商业全波电磁仿真软件HFSS，测试使用的是安捷伦公司的N5244A网络分析仪。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种基于多模谐振器的三频带通滤波器，其特征在于，包括介质基板、接地板、一个多模谐振器、两个非等长双指耦合馈电结构以及对应的两个输入输出馈线，其中：

所述多模谐振器关于竖直方向中心轴线为左右对称结构，所述两个非等长双指耦合馈电结构耦合在多模谐振器的两端，形成相互对称结构；

所述输入输出馈线分别位于两个非等长双指耦合馈电结构的两端，并且直接搭接在非等长双指耦合馈电结构上，且关于竖直方向中心轴线呈对称结构；

所述两个非等长双指耦合馈电结构以及对应的两个输入输出馈线连接分别构成多模谐振器两端的馈电结构；

所述输入输出馈线为特性阻抗50欧姆的微带线；

所述多模谐振器包括一条主传输线，以及加载在主传输线上的开口环，其中：

主传输线由第六微带线(6)、第七微带线(7)、第八微带线(8)、第九微带线(9)、第十微带线(10)、第十一微带线(11)、第十二微带线(12)、第十三微带线(13)、第十四微带线(14)、第十五微带线(15)和第十六微带线(16)顺次连接组成：第六微带线(6)、第八微带线(8)、第十微带线(10)、第十二微带线(12)、第十四微带线(14)和第十六微带线(16)相互平行，并且都与第七微带线(7)、第九微带线(9)、第十一微带线(11)、第十三微带线(13)和第十五微带线(15)垂直；

加载在主传输线上的开口环包括第一微带线(1)、第二微带线(2)、第三微带线(3)、第四微带线(4)和第五微带线(5)，第二微带线(2)与第三微带线(3)相互平行，并且都垂直地接在第一微带线(1)的两端，另一端分别垂直地接在第四微带线(4)和第五微带线(5)的一端，第四微带线(4)与第五微带线(5)分别垂直地接在第六微带线(6)与第十六微带线(16)上；

每个所述非等长双指耦合馈电结构包括第一手指和第二手指，其中，第一手指由第十七微带线(17)、第十八微带线(18)、第十九微带线(19)顺次连接组成，第二手指由第二十微带线(20)和第二十一微带线(21)顺次连接组成；第十八微带线(18)与第二十微带线(20)相互平行，并且都垂直地接在第十七微带线(17)的两端，另一端分别垂直地接在第十九微带线(19)与第二十一微带线(21)的一端；第十九微带线(19)、第十八微带线(18)、第十七微带线(17)、第二十微带线(20)、第二十一微带线(21)依次连接；输入输出馈线(22)垂直地接在第二十微带线(20)的顶端；所述两个非等长双指耦合馈电结构的结构相同且关于竖直方向中心轴线对称地耦合在多模谐振器的两端；

所述的介质基板采用RO4003型号，厚度为0.508mm，相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。