CN105990632A - 一种三通带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种三通带滤波器，包括：非导电材质的基板、输入馈线和输出馈线，在所述基板的两面上分别设置有缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构；所述输入馈线和所述输出馈线设置在所述基板上具有所述短路短截线式谐振结构的一面，位于所述缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构之间；其中，所述输入馈线、短路短截线式谐振结构和输出馈线耦合，构成具有第一通带和第三通带的第一射频通路；所述输入馈线、缺陷地式谐振结构和输出馈线耦合，构成具有第二通带的第二射频通路。本发明使用缺陷地式谐振结构和背叠短路短截线式谐振结构构成三通带滤波器的三个通带，结构简单，并保证了滤波效果，提高了滤波器的可靠性。

Description

一种三通带滤波器

技术领域

本发明涉及无源滤波器技术领域，尤其是涉及一种三通带滤波器。

背景技术

同时具有多个工作频段的无线通信系统和射频前端已成为近年来的一个趋势。因此，设计高性能的多通带带通滤波器也十分必要。

目前，如何设计结构简单、选择性好、带外抑制能力强的三通带滤波器是设计领域中一个重要问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供三通带滤波器，以解决现有技术中滤波器的馈电结构复杂的问题。

在一些说明性实施例中，所述三通带滤波器，包括：非导电材质的基板、输入馈线和输出馈线，在所述基板的两面上分别设置有缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构；所述输入馈线和所述输出馈线设置在所述基板上具有所述短路短截线式谐振结构的一面，位于所述缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构之间；其中，所述输入馈线、短路短截线式谐振结构和输出馈线耦合，构成具有第一通带和第三通带的第一射频通路；所述输入馈线、缺陷地式谐振结构和输出馈线耦合，构成具有第二通带的第二射频通路。

与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：

使用缺陷地式谐振结构和背叠短路短截线式谐振结构构成三通带滤波器的三个通带，结构简单，并保证了滤波效果，提高了滤波器的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中：

图1是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的正视图；

图2是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的后视图；

图3是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的侧视图；

图4是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的结构示意图；

图5是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的结构示意图；

图6是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的原理图；

图7是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的原理图；

图8是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的试验数据图；

图9是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的试验数据图；

图10是本发明中的说明性实施例的三通带滤波器的试验数据图。

具体实施方式

在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。

为了便于更快地理解本发明中的说明性实施例，以下对本发明中的主要思想进行简单说明：

对于多通带带通滤波器，传统方式是通过调节阶梯阻抗谐振器(SIR)各个部位的阻抗比和长度比来设计三通带BPF。而近年来缺陷地式谐振器结构(DGSR)在滤波器设计中越来越流行，因为它不仅可以通过产生带外零点来增加通带选择性，还能很好的实现滤波器小型化。针对于该结构，有一些设计者研究出通过网状式结合3个双模缺陷地谐振器设计出了新型三通带滤波器，但是这种三通带滤波器的结构复杂，增加了设计过程中调节三个通带的困难度。

本发明是仅仅通过单一的馈电结构，通过将一个背叠短路短截线式谐振器(SSLR)和两个交叉耦合式DGS谐振器(DGSR)设计了一个三通带BPF；其中，SSLR部分用于产生第一射频通路，该通路具有第一通带和第三通带，DGSR部分用于产生第二射频通路，该通路具有第二通带。该三通带BPF的优势在于：两个射频通路之间没有交叉耦合，同时可以很容易的实现抑制谐波干扰，因此三个通带设计灵活度很高；并且每个通带两边具有两个传输零点从而提高了通带选择性；同时该BPF具有很宽频率的上阻带抑制。

如图1-4所示，公开了一种三通带滤波器，包括：非导电材质的基板1、输入馈线port1和输出馈线port2，在所述基板1的两面上分别设置有缺陷地式谐振结构DGS和短路短截线式谐振结构SSLR；所述输入馈线port1和所述输出馈线port2设置在所述基板1上具有所述短路短截线式谐振结构SSLR的一面，位于所述缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构之间；

其中，所述输入馈线port1、短路短截线式谐振结构SSLR和输出馈线port2耦合，构成具有第一通带和第三通带的第一射频通路；所述输入馈线port1、缺陷地式谐振结构DGS和输出馈线port2耦合，构成具有第二通带的第二射频通路。

在一些说明性实施例中，所述缺陷地式谐振结构DGS由设置在所述基板1一表面上的金属底层2上开设的线槽构成。

在一些说明性实施例中，所述短路短截线式谐振结构SSLR由设置在所述基板1另一面上的微带线构成。

在一些说明性实施例中，所述微带线通过开设在所述基板1上的通孔连接所述基板1另一面上的金属地层2。

在一些说明性实施例中，所述短路短截线式谐振结构SSLR，具体包括：水平设置的连接线；沿所述连接线的两端分别向上弯折的第一折边、再沿第一折边向外侧弯折的第二折边、沿第二折边向下弯折的第三折边、以及与所述第三折边连接的、长方形的片状微带线；其中，所述短路短截线式谐振结构以所述连接线的中心左右镜像对称。

在一些说明性实施例中，位于所述短路短截线式谐振结构的所述连接线的中部，设置有与其连接的、用于通过所述通孔连接所述金属地层的接地微带线。

在一些说明性实施例中，所述输入馈线和所述输出馈线分别具有贴近所述短路短截线式谐振结构的第一折边的延长线。

在一些说明性实施例中，所述输入馈线和输出馈线中分别具有通过嵌入开路短截线EOCS的构成的滤波结构。

在一些说明性实施例中，所述滤波结构，具体包括：

馈线中开设有条状的凹槽，所述凹槽仅通过靠近该馈线与外部设备的接点位置处的端面与所述开路短截线的一端连接。

在一些说明性实施例中，所述缺陷地式谐振结构由左右镜像对称的两部分组成；每个部分分别与其相邻的馈线之间可以存在部分重合。

以下对上述说明性实施例进行详细说明：

参照图5，可以发现，图5所示的结构中产生的两个射频通路之间是没有交叉耦合的，结合图6，其中R1和R2分别表示背叠短路短截线式谐振器(SSLR)和缺陷地式谐振器(DGSR)。R1^o和R1^e分别表示SSLR的奇模和偶模。可以看出，第1通带1^stpassband由R1奇模和偶模的基频产生(R1^o’，R1^e’)，而第3通带3^rdpassband由R1奇模和偶模的二次谐频产生(R1^o”，R1^e”)，同时位于底层的DGSR产生第2通带2^ndpassband。其中，Passage1和2分别为第一射频通路和第二射频通路。

因为SSLR具有对称性，可以采用奇偶模分析法来分析其谐振频率，其奇模和偶模等效电路如图7所示。θ_i和Z_i(i＝1,2,3)分别表示SSLR各个部位的电长度和阻抗。在奇模和偶模输入导纳等于0的情况下可以分别获得奇模和偶模谐振频率，奇模和偶模谐振条件分别如公式(1)和(2)所示：

$\frac{Z_2}{Z_1}\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2=1---\left(1\right)$

$\frac{Z_2}{Z_1}\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2+\frac{Z_3}{Z_1}\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_3+\frac{Z_3}{Z_2}\tan {\mathrm{\θ}}_2\tan {\mathrm{\θ}}_3=1---\left(2\right)$

在本文中，Z₂＝Z₃，因此公式(2)可以简化为公式(3)

$\frac{Z_2}{Z_1}\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan ({\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3)=1---\left(3\right)$

从公式(1)和(3)中可以看出θ₃只能影响偶模谐振频率，随着θ₃不断减小，偶模谐振频率(f_e1f_e2)不断靠近奇模谐振频率(f_o1f_o2),于是通过调节L₃可以获得一个双模双通带BPF。该双模双通带BPF的尺寸可以使用表1中的参数；

利用ADS LineCalc软件，可以得到Z₁＝33Ω，Z₂＝79Ω，利用公式(1)(3)可以计算出该双模双通带BPF的4个谐振频率：f_e1＝1.549GHz，f_o1＝1.577GHz，f_e2＝4.97GHz，f_o2＝5.08GHz。全波仿真采用介质板RogersRO4350B，该介质板的介电常数，厚度和损耗角正切分别为3.48,0.762和0.004。在本文中，所有设计均采用该介质板。仿真结果如图8中虚线所示，其双通带中心频率分别为1.57GHz和5.28GHz，相对带宽分别为3.8％和2.7％。在两个通带附近分别有两个传输零点，其中第1个和第3个传输零点(f_Z1f_Z5)的产生机理在于偶模谐振频率(f_e1f_e2)比奇模谐振频率(f_o1f_o2)低。而第2个和第4个传输零点(f_Z2f_Z6)是由短路短截线产生。

DGSR可以灵活的放置在介质板的另外一层，并且DGSR对已经设计好的SSLR双模双通带BPF的影响很小。其结构及尺寸如图5和表1中所示，仿真结构如图4中的点划线所示，其通带中心频率为3.45GHz并具有7.8％的相对带宽。由于输入端与输出端间存在交叉耦合，因此通带旁边具有两个传输零点(f_Z3f_Z4)。这在该BPF中，其两个DGSR间的耦合系数可以通过调节他们之间的距离(S₁)来调节，外部品质因子可以通过调节微带线与DGSR的重叠距离(d)来调节。

在设计好两个射频通路以后，可以很方便的直接将两个射频通路组合来实现三通带带通BPF，而不需要做其他任何修改，其仿真结果如图8中的点线所示。将该三通带BPF与2.1中的双通带BPF和2.2中的中间通带BPF相比可以看出，该三通带BPF是之前两个BPF的完美重合。因此可以看出这两个射频通路之间不存在交叉耦合，所以该三通带BPF具有很好的设计灵活度。

如图9所示，该三通带BPF具有一个频率为7.2GHz的谐振通带。由于其电流主要分布在微带线的边缘，因此可以在不改变其电流分布的情况下在馈电结构里嵌入开路短截线(EOCS)的方法来改进馈电结构从而实现谐波抑制。该EOCS的宽度及缝隙宽度分别由W₉和G表示，如图1所示。当EOCS的长度为四分之一波长(λ/4)时，其可以产生一个频率为C/λ的阻带(其中C表示光速)。本发明的申请人采用两个长度为6.4mm的EOCS来产生一个频率为7.2GHz的阻带。仿真结果如图9所示，可以看出在不改变三个通带特性的情况下谐波得到了很好的抑制，其在频率高达9.6GHz的情况下仍具有20dB的抑制。现有的部分多通带BPF的耦合结构复杂，各个通带之间存在耦合因此降低了设计的灵活性；其各个通带附近不都具有两个传输零点，因此滤波器选择性差；同时滤波器没有阻带抑制功能，因此具有较大谐波通带。与之相比，本发明的说明性实施例中的多通带BPF具有几项绝对优势：高设计灵活度，高通带选择性和宽阻带。

为了验证上面的分析，作者加工了该滤波器并进行了测试，测试结果如图10中所示，测试结果与仿真结果吻合度高，其中的误差是由加工精度和测试过程造成。测试结果：三通带中心频率分别为1.53GHz，3.42GHz和5.31GHz，3dB带宽分别为5.9％，5.8％和4％，三通带带内最小插入损耗分别为：2.6dB，2.3dB和5.3dB。上阻带在频率高达9.2GHz(6倍基带通带频率)时仍具有20dB抑制。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种三通带滤波器，包括：非导电材质的基板、输入馈线和输出馈线，其特征在于，在所述基板的两面上分别设置有缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构；所述输入馈线和所述输出馈线设置在所述基板上具有所述短路短截线式谐振结构的一面，位于所述缺陷地式谐振结构和短路短截线式谐振结构之间；

其中，所述输入馈线、短路短截线式谐振结构和输出馈线耦合，构成具有第一通带和第三通带的第一射频通路；所述输入馈线、缺陷地式谐振结构和输出馈线耦合，构成具有第二通带的第二射频通路。

2.根据权利要求1所述的三通带滤波器，其特征在于，所述缺陷地式谐振结构由设置在所述基板一表面上的金属底层上开设的线槽构成。

3.根据权利要求2所述的三通带滤波器，其特征在于，所述短路短截线式谐振结构由设置在所述基板另一面上的微带线构成。

4.根据权利要求3所述的三通带滤波器，其特征在于，所述微带线通过开设在所述基板上的通孔连接所述基板另一面上的金属地层。

5.根据权利要求3所述的三通带滤波器，其特征在于，所述短路短截线式谐振结构，具体包括；

水平设置的连接线；

沿所述连接线的两端分别向上弯折的第一折边、再沿第一折边以相反方向外侧弯折的第二折边、沿第二折边向下弯折的第三折边、以及与所述第三折边连接的、长方形的片状微带线；

其中，所述短路短截线式谐振结构以所述连接线的中心左右镜像对称。

6.根据权利要求5所述的三通带滤波器，其特征在于，位于所述短路短截线式谐振结构的所述连接线的中部，设置有与其连接的、用于通过所述通孔连接所述金属地层的接地微带线。

7.根据权利要求5所述的三通带滤波器，其特征在于，所述输入馈线和所述输出馈线分别具有贴近所述短路短截线式谐振结构的第一折边的延长线。

8.根据权利要求1-7任一项所述的三通带滤波器，其特征在于，所述输入馈线和输出馈线中分别具有通过嵌入开路短截线的构成的滤波结构。

9.根据权利要求8所述的三通带滤波器，其特征在于，所述滤波结构，具体包括：

馈线中开设有条状的凹槽，所述凹槽仅通过靠近该馈线与外部设备的接点位置处的端面与所述开路短截线的一端连接。

10.根据权利要求2所述的三通带滤波器，其特征在于，所述缺陷地式谐振结构由左右镜像对称的两部分组成；

每个部分分别与其相邻的馈线之间可能存在部分重合。