CN106207329A - 微带开环滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微带开环滤波器。微带开环滤波器包括设于介质基板背面的接地面和设于介质基板正面的输入端、输出端和至少一个谐振器组，所述谐振器组包含n个方形或矩形的子谐振器，n≥2且为2的倍数，n个子谐振器均为开环结构且大小和结构相同，n个子谐振器、输入端和输出端排成一条直线并以该直线的中垂线为对称轴呈对称分布，所述子谐振器的两条边上有各有一个开口，所述开口将子谐振器分为第一半环和第二半环；所述子谐振器内设有连接第一半环和第二半环的微带支线。环内增加微带支线使得电流路径显著延长，可有效减小子谐振器的谐振频率，有助于滤波器的小型化。同时，在子谐振器的环上开设有两个开口，可以进一步延长电流路径。

Description

微带开环滤波器

技术领域

本发明涉及一种微带开环滤波器。

背景技术

微波滤波器在无线信号处理中起着十分重要的作用，它可以滤除干扰信号，通过有用的信号。在微波滤波器领域中通常使用微带线系统，其结构如图1所示，包括顶层的信号层101、中间层的介质基板2和底层的接地层103。接地层103通常由金属材料构成，可以是金属箔或者金属涂层，信号层101为微带线。现有的微带滤波器采用开环谐振器(谐振器即是拥有特定长度且能够发生谐振的微带线)，谐振器与输入/输出端以抽头方式或耦合方式连接。

目前，具有准椭圆函数响应的微带滤波器被广泛应用于各种无线通信系统的电路模块中。准椭圆函数响应是具有有限频率传输零点的滤波器响应，传输零点可以出现在滤波器通带的一侧或两侧，以提高带外抑制并产生对称或非对称的滤波器响应。一种典型的具有准椭圆函数滤波响应的微带开环滤波器如图2所示，该滤波器包括四个设有开口的方形开口环谐振器、输入端和输出端，每个谐振器的有效长度为滤波器中心频率对应的波长(即信号在微带线中的传输波长)的二分之一，输入谐振器到输出谐振器之间的耦合为交叉耦合，其耦合极性为电耦合，其它耦合均为主耦合，其极性为磁耦合。电磁信号经过不同的耦合路径产生相差，使滤波器的响应呈现出具有传输零点的准椭圆函数特性。目前大部分准椭圆函数滤波特性都是由交叉耦合滤波器实现的，但传统的交叉耦合滤波器存在阶数较高、谐振频率较高、尺寸较大的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的微带开环滤波器，其谐振频率低，体积小。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为，微带开环滤波器，包括设于介质基板背面的接地面和设于介质基板正面的输入端、输出端和至少一个谐振器组，所述谐振器组包含n个方形或矩形的子谐振器，n≥2且为2的倍数，n个子谐振器均为开环结构且大小和结构相同，n个子谐振器、输入端和输出端排成一条直线并以该直线的中垂线为对称轴呈对称分布，其特征在于：所述子谐振器的两条边上有各有一个开口，所述开口将子谐振器分为第一半环和第二半环；所述子谐振器内设有连接第一半环和第二半环的微带支线。

首先，在环内增加微带支线，不会改变子谐振器的外部结构和尺寸，因此可以直接应用于现有的微带开环滤波器；其次，环内增加的微带支线相当于增加了子谐振器的长度，显著延长电流路径，减小滤波器的谐振频率，有利于微带开环滤波器的小型化。再者，子谐振器具有两个开口，可以进一步延长电流路径。经验证，对于同一谐振频率，本发明的子谐振器的尺寸比传统的谐振器的体积小60％左右。

进一步，所述微带开环滤波器包含至少两个谐振器组，谐振器组互相平行且均以所述中垂线为对称轴呈对称分布；组成不同谐振器组的子谐振器的大小和结构相同。采用两组以上的谐振器组，可以使电磁信号从滤波器的输入端到输出端不仅通过了主耦合路径，还通过了交叉耦合路径，从而在滤波器通带的一侧或两侧产生传输零点，以提高带外抑制并产生对称或非对称的滤波器响应。

进一步，所述两个开口分别位于子谐振器的一组相对的边上。这样设置开口可以使第一半环和第二半环的大小更接近，子谐振器的结构更对称，有利于调节滤波器的谐振频率。进一步，所述两个开口以子谐振器的中心对称。

进一步，所述微带支线位于子谐振器的对角线上，或位于相对的两条边的中点连线上。这样的微带支线不仅可以显著延长电流路径，而且可以使子谐振器具有更对称的结构，有利于调节滤波器的谐振频率，有利于滤波器的小型化。

进一步，所述子谐振器上设有短路点，短路线连接接地面并穿过介质基板与短路点连接。对于由相同长度的微带线组成的谐振器，具有短路点的子谐振器构成的微带开环滤波器具有更小的谐振频率。

进一步，所述短路点位于两个开口之一所在边的较长一端。对于传统的微带开环滤波器而言，谐振器的周长约为滤波器中心频率对应的波长的二分之一。当在开口所在的一边上增设短路点之后，对应的谐振器的波长约为滤波器中心频率对应的波长的四分之一。因此，对于同样边长和厚度的谐振器，本发明的微带开环滤波器的谐振频率约为传统的微带开环滤波器的谐振频率的一半。

进一步，所述微带支线的宽度与子谐振器的边的宽度相等，这样可以使谐振器上的电流密度更均匀。

进一步，靠近输入端的子谐振器与输入端耦合连接或抽头连接；靠近输出端的子谐振器与输出端耦合连接或抽头连接。本发明的滤波器的子谐振器的外部结构与传统的开环谐振器的外部结构相同，因此可以替换现有滤波器中的谐振器，与输入/输出端耦合连接或抽头连接即可。当采用耦合连接时，通带两侧还会各产生一个衰减极点，从而提高了滤波器的带外抑制度。为了实现耦合连接，可以增设输入端微带线和输出端微带线。其中，输出端通过输入端微带线与靠近输入端的子谐振器耦合连接，输入端微带线与靠近输入端的子谐振器的一边平行并且与所述直线垂直；输出端通过输出端微带线与靠近输出端的子谐振器耦合连接，输出端微带线与靠近输出端的子谐振器的一边平行并且与所述直线垂直；所述输入端微带线和输出端微带线的结构和形状相同，并对称分布在所述对称轴的两边。

本发明的微带开环滤波器在传统滤波器的基础上，在子谐振器的环内增加微带支线，使得电流路径显著延长，可有效减小子谐振器的谐振频率，有助于微带开环滤波器的小型化。同时，在子谐振器的环上开设有两个开口，可以进一步延长电流路径。

附图说明

图1为微带线系统的结构示意图。

图2为现有技术开环结构的四阶微带滤波器的结构示意图。

图3为仿真时的本发明的子谐振器的示意图。

图4为仿真时的传统谐振器的示意图。

图5为实施例1的微带开环滤波器的示意图。

图6为实施例2的微带开环滤波器的示意图。

图7为实施例3的微带开环滤波器的示意图。

具体实施方式

本发明的微带开环滤波器与传统滤波器的主要区别在于：子谐振器的两条边上各有一个开口，所述开口将子谐振器分为第一半环和第二半环；所述子谐振器内设有连接第一半环和第二半环的微带支线。在子谐振器的环内增加微带支线，使得电流路径显著延长，可有效减小子谐振器的谐振频率，有助于微带开环滤波器的小型化。同时，在子谐振器的环上开设有两个开口，可以进一步延长电流路径。为了验证该子谐振器所带来的有益效果，采用三维电磁仿真商用软件HFSS中的模型来进行验证，具体如下：

本发明的子谐振器及其各项尺寸参数见图3，在该子谐振器的环内，在一组相对的边上各有一个开口，两个开口以子谐振器1的中心对称；在子谐振器1的环内设有微带支线11，该微带支线11位于子谐振器1的两条对角线上，微带支线11的宽度等于各边的宽度。在两个开口之一所在边的较长一端上设有一个短路点12，该短路点12通过短路线与接地面103连接。其中，边长d1为10mm，d2为1mm，d3为6mm，d4为2.5mm，短路点的直径为0.5mm。为了达到更好的对比效果，所采用的传统谐振器及其各项尺寸参数见图4，其中，边长d1为10mm，d2为1mm，d5为4.5mm。仿真采用的介质基板材料均为FR-4，其相对介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02，厚度为0.8mm，两个谐振器的厚度相同。经测试发现，传统谐振器的谐振频率为2.1GHz，而本发明的子谐振器的谐振频率为1.3GHz。

以上仿真结果说明，相同边长和厚度的谐振器，本发明的子谐振器的谐振频率更小，通过推理可知，对于同一谐振频率，本发明的子谐振器的尺寸比传统的谐振器的体积小60％左右。

实施例1

如图5所示，微带开环滤波器包括设于介质基板2背面的接地面103和设于介质基板2正面的输入端3、输入端微带线5、输出端4、输出端微带线6和两个方形谐振器组，每个谐振器组包括两个子谐振器1，四个子谐振器1均为开环结构且大小和结构相同。位于第一排的第一谐振器组中的两个子谐振器1与输入端3和输出端4排成一条直线并以该直线的中垂线为对称轴呈对称分布，两个谐振器组互相平行且各个谐振器组中的子谐振器1均以所述中垂线为对称轴呈对称分布。输出端3通过输入端微带线5与靠近输入端3的子谐振器1耦合连接，输入端微带线5与靠近输入端3的子谐振器1的一边平行并且与所述直线垂直；输出端4通过输出端微带线6与靠近输出端4的子谐振器1耦合连接，输出端微带线6与靠近输出端4的子谐振器1的一边平行并且与所述直线垂直；输入端微带线5和输出端微带线6的结构和形状相同，并对称分布在所述对称轴的两边。

使用时，信号经过输入端3通过耦合连接的方式进入靠近输入端3的子谐振器1，当输入信号频率等于中心频率时，阻抗较大，有用信号可以通过；当输入信号频率偏离中心频率时，子谐振器1不谐振，阻抗较小，无用的信号到地衰减，信号最终通过输出端4输出。

实施例2

如图6所示，与实施例1的微带开环滤波器相比，主要区别在于：本实施例的微带开环滤波器包括两个谐振器组，其中，第一谐振器组包含四个子谐振器1，第二谐振器组包含两个子谐振器1。

实施例3

如图7所示，与实施例1的微带开环滤波器相比，主要区别在于：本实施例的微带开环滤波器包括三个谐振器组，其中，第一谐振器组包含两个子谐振器1，第二谐振器组包含四个子谐振器1，第三谐振器组包含两个子谐振器1。

Claims (9)

1.微带开环滤波器，包括设于介质基板(2)背面的接地面(103)和设于介质基板(2)正面的输入端(3)、输出端(4)和至少一个谐振器组，所述谐振器组包含n个方形或矩形的子谐振器(1)，n≥2且为2的倍数，n个子谐振器(1)均为开环结构且大小和结构相同，n个子谐振器(1)、输入端(3)和输出端(4)排成一条直线并以该直线的中垂线为对称轴呈对称分布，其特征在于：所述子谐振器(1)的两条边上各有一个开口，所述开口将子谐振器(1)分为第一半环和第二半环；所述子谐振器(1)内设有连接第一半环和第二半环的微带支线(11)。

2.如权利要求1所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述微带开环滤波器包含至少两个谐振器组，谐振器组互相平行且均以所述中垂线为对称轴呈对称分布；组成不同谐振器组的子谐振器(1)的大小和结构相同。

3.如权利要求1或2所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述两个开口分别位于子谐振器(1)的一组相对的边上。

4.如权利要求3所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述两个开口以子谐振器(1)的中心对称。

5.如权利要求1或2所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述子谐振器(1)上设有短路点(12)，短路线连接接地面(103)并穿过介质基板(2)与短路点(12)连接。

6.如权利要求5所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述短路点(12)位于两个开口之一所在边的较长一端。

7.如权利要求1所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述微带支线(11)位于子谐振器(1)的对角线上。

8.如权利要求1所述的微带开环滤波器，其特征在于：所述微带支线(11)的宽度与子谐振器(1)的边的宽度相等。

9.如权利要求1所述的微带开环滤波器，其特征在于：靠近输入端(3)的子谐振器(1)与输入端(3)耦合连接或抽头连接；靠近输出端(4)的子谐振器(1)与输出端(4)耦合连接或抽头连接。