CN106159393A - 一种滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滤波器，利用两个二分之一波长谐振器、一个加载环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级联、两个耦合激励的二分之一波长谐振器级联可调、两个加载的四分之一波长交指耦合谐振器来设计四通带滤波器，带外抑制能力强，结构简单，体积小巧，便于与手机电路板、CPE集成，并且成本低，易于批量生产等，能够适用于多种终端系统。具有较好的带外抑制，能够满足小型化、通带可控的特性。

Description

一种滤波器

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种滤波器。

背景技术

在一个通信系统中，有源电路的输入输出端各级之间滤波器普遍存在，各滤波器有各自不同的功能，它的性能好坏直接关系整个系统的通信质量。滤波器的功能包括减小来自天线端的本机振荡器的功率泄漏；削弱同时存在的不同通信系统间的干扰；避免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和；滤除如镜频一类的干扰信号等。随着无线通信系统的快速发展，对低插损、陡峭的上升、下降沿衰减、平坦的群时延、小型化的多通带滤波器提出更高的要求。

通过增加滤波器阶数来提高滤波器的频率选择性但会导致滤波器体积增大，插损增加；通过在阻带引入对称的传输零点从而实现滤波器高选择性，又会使得电路复杂、调试难度大。

近年来，滤波器的研究在不断地取得新进展，微型封装、性能好、低成本、易于安装使用的滤波器，在无线终端通信中一直是重点。随着多频段、多标准的无线通信技术的发展，相邻频段的频率选择有一点的干扰，这就需要让有用的信号通过，对干扰信号进行抑制以提高系统的性能。因此，如何设计性能优越的多通带滤波器就显得非常必要。目前实现多通带滤波器的常用方法有很多种，传统的方法就是使用四个单通带滤波器分别对信号进行处理，选出对应的频段信号；或者在一个通带的滤波器基础上加入内嵌带阻单元：使用两阶或三阶的阶梯阻抗谐振器来设计带阻滤波器；使用复合左/右手材料传输线代替传统的微带传输线；使用嵌线、马刺线和常规微带线三种平面结构获得双阻带响应等。上述各种方法主要缺陷是集成度不够，频率带宽难以控制，加工较为复杂，不便于扩展以实现多阻带特性，实际上并不符合需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种滤波器，以实现结构紧凑、通带的可控性的滤波器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种滤波器，其中，包括：上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，其中，

上层微带结构包括：外环微带线、内环微带线和中心的内嵌半圆贴片，其中，

所述外环微带线，由两个二分之一波长谐振器通过缝隙耦合组成；

所述内环微带线，由一个环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级，嵌入所述外环微带线内；

所述中心的内嵌半圆贴片，由两个四分之一波长谐振器组成，嵌入所述内环微带线内，相互交叉排列组合成交指耦合结构；

所述底层金属地板上开有两个槽带，通过短路柱连接所述内环微带环和所述槽带，由所述内环微带线上的电流通过所述短路柱激励耦合起两个加载的二分之一波长的槽型谐振器。

进一步地，上述滤波器还具有下面特点：所述内环微带线和所述外环微带线之间存在间隙。

进一步地，上述滤波器还具有下面特点：

所述四分之一波长谐振器和所述四分之三波长谐振器从所述间隙起分别到达开路端进行缝隙耦合。

进一步地，上述滤波器还具有下面特点：

所述内环微带线是通过加载得到的。

进一步地，上述滤波器还具有下面特点：

所述中心的内嵌半圆贴片和所述内环微带线之间存在间隙。

进一步地，上述滤波器还具有下面特点：

所述中心的内嵌半圆贴片是通过加载得到的。

进一步地，上述滤波器还具有下面特点：所述短路柱可移动地连接所述内环微带环和所述槽带。

综上，本发明提供一种滤波器，带外抑制能力强，结构简单，体积小巧，便于与手机电路板、CPE集成，并且成本低，易于批量生产等，能够适用于多种终端系统。具有较好的带外抑制，能够满足小型化、通带可控的特性。

附图说明

图1为本发明实施例的滤波器的俯视图；

图2为本发明实施例的滤波器的侧视图；

图3为本发明实施例的滤波器的上层图；

图4为本发明实施例的滤波器的下层图；

图5为本发明实施例的滤波器效果的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明的工作原理是：利用两个二分之一波长谐振器、一个加载环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级联、两个耦合激励的二分之一波长谐振器级联可调、两个加载的四分之一波长交指耦合谐振器来设计四通带滤波器。表层的电磁波通过短路柱到达底层激励起槽带谐振器，且短路柱的位置根据需要的频率可选择，从而形成四个通带，每个通带的两侧都可以产生一个传输零点，采用环形结构，尺寸更小，加工更容易。

本实施例的小型化四通带滤波器包括：上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，其中，

上层的微带结构包括：外环微带线、内环微带线和中心的内嵌半圆贴片。其中，

在外环微带线的2个二分之一波长谐振器通过缝隙耦合，控制第一个通带；

第二个环(即内环微带线)和第一个环(即外环微带线)之间存在间隙，第二个环是一个加载环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级联，并分别到达开路端进行缝隙耦合，嵌入所述圆环结构内，通过优化其长度会产生两个传输零点，控制第3个通带；

中心的内嵌半圆贴片，它和第二个环之间存在间隙，是两个四分之一波长谐振器嵌入第二个圆环结构内，通过加载得到的，可以产生两个传输零点和一个传输极点，他们相互交叉排列组合成交指耦合结构，相当于一个π型电容器，实现级间的电磁耦合，控制第四个通带。

上层微带结构通过第二个微带环和短路柱到达底层是金属地板，在底层金属地板上开槽，表层的电流通过短路柱激励耦合起两个加载的二分之一波长的槽型谐振器，他们之间构成耦合结构，用于实现级间信号的耦合，控制第2个通带。

可以通过调节短路柱的位置，实现需要的谐振频率。输入和输出端口分别连接在第一个环谐振器上，第一、二个环和中心内嵌半圆贴片之间的间隙耦合形成电磁耦合，通过调节各微带线的长度，可以灵活的调整各个谐振器的谐振频率。

图1为本发明实施例的滤波器的俯视图，图2为本发明实施例的滤波器的侧视图，图3为本发明实施例的滤波器的上层图，图4为本发明实施例的滤波器的下层图，图5为本发明实施例的滤波器效果的示意图。

如图所示，本实施例的滤波器包括：上层微带结构、中间介质基板6和底层金属地板5。

上层的微带结构包括：输入端口11、输出端口22、两个二分之一波长谐振器、一个加载环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级联。其中，在外环微带线的一个二分之一波长谐振器由微带线311、312、313、315、316、317、32组成，左右两边中心对称形成两个二分之一波长谐振器；第二个环是通过第一个环加载得到的，它是一个加载环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级联，环形四分之一波长谐振器由微带线321组成，环形四分之三波长谐振器由微带322、323组成；中心半圆贴片331、332内嵌在第二个环上加载得到的，它和第二个环之间存在间隙，是两个四分之一波长谐振器。下层贴片是金属地板5，表层的电流通过第二个环和短路柱34到达下层，在金属地板5上开槽通过上层短路柱激励形成两个对称加载的二分之一波长耦合谐振器，他们分别为槽带41、42。

其中，微带线313是一个开路枝节，经过1/4波长通过微带线312、311阻抗变换后到达输入端口11处相当于短路，从而在第一通带右边产生一个传输零点；微带线317是一个开路枝节，经过1/4波长通过微带线316、315阻抗变换后到达输入端口11处相当于短路，从而在第一通带左边产生一个传输零点。微带线321是一个开路枝节，经过1/4波长通过微带线32到达输入端口11处相当于短路，从而在第3个通带右侧产生一个传输零点；微带线322是一个开路枝节，经过3/4波长通过微带线323的到达微带32处相当于短路，从而在第3个通带左侧产生一个传输零点。

底层开槽41的电磁场是表层第二个环通过短路柱34激励起的，通过第三个通带激励起第二个通带，从开槽41通过短路柱34再分别经过微带线321和322、323后到达微带32，在端口11处，分别经过了3/4和5/4个波长的微带线，从开路变为短路，从而在第2个通带右侧和左侧各产生一个传输零点。当短路柱34移动到不同的位置，得到的谐振频率也会不同，当短路柱34移动到微带312处时，加载到微带313处的电磁波通过微带312后往微带311处传输，同时也会通过短路柱34传到底层的开槽41，当开槽41的长度大于微带311时，那么开槽41形成的第一个通带的传输零点，而表层的第一个环将形成第二个通带的传输零点。

从交指耦合的末端开路经过1/4波长通过微带331、33、32阻抗变换后，在馈电端口位置相当于短路，其等效总长度是第四个通带上侧零点频率所对应的1/4波长，从而在第四个通带的右侧产生一个传输零点。通过调节各个环带的长度可以优化四个通带的传输零点位置，得到需要的四通带滤波器。

第一通带的谐振频率是由外环长度决定的，如果在微带313和微带317加载奇模激励，那么中心位置处的电压值为零，即在加载微带32处的电压值为零，相当于该处接地，所以加载的第二个环对奇模的谐振频率不会产生影响。如果在微带313和微带317加载偶模激励，那么在加载微带32处就有电流流过，并且到达第二个微带环，再由第二个环带分别通过微带321，微带323、322再通过短路柱34到达底层，从而激励起槽带41、42的感应电流。另一方面，电流从微带32流过后经过微带33到达中心半圆贴片331、332。短路柱34的位置可以移动，当到达微带32处时，第一个环加载的耦合激励，电流也流过短路柱34到达底层的槽带，从而激励起感应电流，此时的通带频率就会发生变化，由槽带的长度决定。这样偶模激励时谐振频率将由第一个环的长度、微带32、第二个环的长度、底层槽带长度、微带33长度、中心半圆贴片半径共同决定。从而，可以通过奇偶模定理调节第一个微带环、第二个微带环、内嵌半圆贴片、槽带的长度，从而得到第一、第二、第三、第四个通带的谐振频率。

每个通带的带宽需要调节微带之间的耦合系数得到。微带312、314之间的间距是调节第一通带的带宽的，它们之间的间距越小，耦合系数越大，那么第一通带的带宽越宽；微带321和322之间的间距是调节第三通带的带宽的，槽带41和42之间的间距是调节第二通带的带宽的，半圆贴片331和332之间是交指耦合，类似于一个π型电容器，其交指间距和宽度是调节第四通带带宽的。当间距越小时，耦合系数越大，通带的带宽就越宽，从而实现四通带滤波器。

本实施例的小型化四通带滤波器可以很好的和PCB集成，直接应用到终端的PCB板上，可以根据布局的需要进行调整；本实施例的小型化四通带滤波器每个环的长度、宽度都可以调整，从而实现不同的谐振频率；本实施例的小型化四通带滤波器每个环的间距都是可以调节的，从而产生不同的耦合效果；

本实施例的滤波器第三个微带环(指中心的内嵌半圆贴片)的交指宽度、缝隙是可以调节的；

本实施例的滤波器第二个微带环和中心内嵌半圆贴片可以都是加载得到的；

本实施例的滤波器的底层槽型谐振器是通过上层的电磁波激励耦合得到的两个二分之一波长谐振器；

本实施例的短路柱的位置可以任意调节，形成不同的频率的第二通带。

本实施例的滤波器的电路结构紧凑、体积小巧，平面结构易于和其他微带电路集成；滤波器的地面是完整的地，可以有效地防止信号泄漏；通过适当调节环的长度、宽度，及其间距，可以进一步调整谐振频率的位置、阻抗带宽及其带外抑制能力，可以提高滤波器的通带频率选择性。

以上所述仅为本发明应用于无线接入产品的一个实施例而已，凡在本方法的精神和原则之内，环形微带的长度、宽度，环间的间距，以及耦合槽带的形状方面所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种滤波器，其特征在于，包括：上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，其中，

上层微带结构包括：外环微带线、内环微带线和中心的内嵌半圆贴片，其中，

所述外环微带线，由两个二分之一波长谐振器通过缝隙耦合组成；

所述内环微带线，由一个环形四分之一波长谐振器和一个四分之三波长谐振器级，嵌入所述外环微带线内；

所述中心的内嵌半圆贴片，由两个四分之一波长谐振器组成，嵌入所述内环微带线内，相互交叉排列组合成交指耦合结构；

所述底层金属地板上开有两个槽带，通过短路柱连接所述内环微带环和所述槽带，由所述内环微带线上的电流通过所述短路柱激励耦合起两个加载的二分之一波长的槽型谐振器。

2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：

所述内环微带线和所述外环微带线之间存在间隙。

3.如权利要求2所述的滤波器，其特征在于：

所述四分之一波长谐振器和所述四分之三波长谐振器从所述间隙起分别到达开路端进行缝隙耦合。

4.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：

所述内环微带线是通过加载得到的。

5.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：

所述中心的内嵌半圆贴片和所述内环微带线之间存在间隙。

6.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：

所述中心的内嵌半圆贴片是通过加载得到的。

7.如权利要求1－6任一项所述的滤波器，其特征在于：

所述短路柱可移动地连接所述内环微带环和所述槽带。