CN106486723B - 基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器 - Google Patents

基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器，包括下表面设有金属接地板(102)的矩形介质基板(101)，介质基板(101)的上表面设有都与其窄边平行的输入端口馈线(1)、输出端口馈线(2)、阶梯阻抗谐振器(4)、第一终端开路均匀传输线(5)和第二终端开路均匀传输线(6)，在所述金属接地板(102)上开有与介质基板(101)宽边平行的直线型槽线(3)，所述阶梯阻抗谐振器(4)两端均通过金属化孔与金属接地板(102)相连，所述输入端口馈线(1)、输出端口馈线(2)分别等距离地设于阶梯阻抗谐振器(4)的两侧。本发明的超宽带滤波器，不但在陷波处的矩形系数好，带外抑制好，而且结构简单，加工成本低。

Description

基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器
技术领域
本发明属于微波无源器件技术领域，特别是一种结构简单、加工成本低、陷波处选择性、带外抑制性好的基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器。
背景技术
超宽带(Ultral-Wideband,UWB)滤波器是一个独立的微波无源器件，它比普通的滤波器具有更宽的滤波带宽，更好的带内平坦和更小的群延时，对无线通信系统的干扰较低。
为使超宽带滤波器在陷波处得到很好的矩形系数并获得较好的带外抑制，论文“Multiple Band Notched Filter Using C-Shaped and E-Shaped Resonator for UWBApplications”(Sandip Kumar，Ravi Dutt Gupta，期刊IEEE.Microwave And WirelessComponents Letters，Vol.26,NO.5,May 2016)公开了基于C型、E型谐振器以及三角环枝节加载谐振器的带三个陷波的超宽带滤波器。
然而，这种超宽带滤波器存在问题是：结构复杂，加工成本高，无法适应现代无线通信系统低成本、高度集成、小型化的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器，不但在陷波处的矩形系数好，带外抑制好，而且结构简单，加工成本低。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器，包括下表面设有金属接地板的矩形介质基板，在所述介质基板的上表面设有都与介质基板窄边平行的输入端口馈线、输出端口馈线、阶梯阻抗谐振器、第一终端开路均匀传输线和第二终端开路均匀传输线，在所述金属接地板上开有直线型槽线；所述槽线与介质基板宽边平行，与介质基板的两宽边距离相等，所述槽线的两端与介质基板窄边的距离相等；所述阶梯阻抗谐振器与介质基板的两窄边距离相等，其两端均通过金属化孔与金属接地板相连，所述输入端口馈线、输出端口馈线分别等距离地设于阶梯阻抗谐振器的两侧，所述第一终端开路均匀传输线位于输入端口馈线与阶梯阻抗谐振器之间，所述第二终端开路均匀传输线位于输出端口馈线与阶梯阻抗谐振器之间；所述输入端口馈线的输入端位于介质基板的一个宽边上，输出端口馈线的输出端位于介质基板的另一个宽边上。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、结构简单、加工成本低：本发明结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低；
2、陷波处选择性、带外抑制性好：本发明具有较好的带外抑制、陷波处选择性好；
3、抗干扰能力强：本发明利用槽线谐振器实现超宽带滤波特性，带内平坦、群延时小、具有很好的抗干扰性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是实施例的结构尺寸示意图。
图4是实施例的S11和S21参数仿真图。
图中，介质基板101，金属接地板102，
输入端口馈线1，输出端口馈线2，槽线3，阶梯阻抗谐振器4，第一终端开路均匀传输线5，第二终端开路均匀传输线6，
输入端50欧姆微带线导带11，输入端四分之一波长主传输线12，
输出端50欧姆微带线导带21，输出端四分之一波长主传输线22，
第一低阻抗谐振器41，第一较高阻抗谐振器42，高阻抗谐振器43，第二较高阻抗谐振器44，第二低阻抗谐振器45。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器，其包括下表面设有金属接地板102的矩形介质基板101，在所述介质基板101的上表面设有都与介质基板101窄边平行的输入端口馈线1、输出端口馈线2、阶梯阻抗谐振器4、第一终端开路均匀传输线5和第二终端开路均匀传输线6，在所述金属接地板102上开有直线型槽线3；所述槽线3与介质基板101宽边平行，与介质基板101的两宽边距离相等，所述槽线3的两端与介质基板101窄边的距离相等；
所述阶梯阻抗谐振器4与介质基板101的两窄边距离相等，其两端均通过金属化孔与金属接地板102相连，所述输入端口馈线1、输出端口馈线2分别等距离地设于阶梯阻抗谐振器4的两侧，所述第一终端开路均匀传输线5位于输入端口馈线1与阶梯阻抗谐振器4之间，所述第二终端开路均匀传输线6位于输出端口馈线2与阶梯阻抗谐振器4之间；所述输入端口馈线1的输入端位于介质基板101的一个宽边上，输出端口馈线2的输出端位于介质基板101的另一个宽边上。
如图2所示，所述输入端口馈线1包括输入端50欧姆微带线导带11和终端开路的输入端四分之一波长主传输线12，所述输入端50欧姆微带线导带11的输入端位于介质基板101的宽边上，其输出端与输入端四分之一波长主传输线12的始端在槽线3上方相连；所述输出端口馈线2包括输出端50欧姆微带线导带21和终端开路的输出端四分之一波长主传输线22，所述输出端50欧姆微带线导带21的输出端位于介质基板101的另一宽边上，其输入端与输出端四分之一波长主传输线22的始端在槽线3上方相连。
如图2所示，阶梯阻抗谐振器4包括高阻抗谐振器43、第一较高阻抗谐振器42、第二较高阻抗谐振器44、第一低阻抗谐振器41和第二低阻抗谐振器45，所述高阻抗谐振器43两端分别与第一较高阻抗谐振器42、第二较高阻抗谐振器44的一端相连，所述第一较高阻抗谐振器42的另一端与第一低阻抗谐振器41的一端相连，所述第一低阻抗谐振器41的另一端通过金属化孔与金属接地板102相连；第二较高阻抗谐振器44的另一端与第二低阻抗谐振器45相连，所述第二低阻抗谐振器45的另一端通过金属化孔与金属接地板102相连。
这几个谐振器相互连接成一个完整的两端短路的一个波长谐振器4，并且该结构关于直线型槽线3垂直对称。介质基板101下表面的金属接地板102上开有一条直线型槽线3，该槽线方向与矩形介质基板101的长边平行，并且槽线自身关于介质基板中心对称。
如图2所示，所述高阻抗谐振器43的中点位于槽线3的中点上方，所述输入端口馈线1与输出端口馈线2关于高阻抗谐振器43的中点成中心对称，所述第一终端开路均匀传输线5与第二终端开路均匀传输线6关于高阻抗谐振器43的中点成中心对称，所述第一较高阻抗谐振器42与第二较高阻抗谐振器44关于高阻抗谐振器43的中点对称，所述第一低阻抗谐振器41与第二低阻抗谐振器45关于高阻抗谐振器43的中点对称。
所述的输入端馈线1的第一四分之一波长传输线12与直线型槽线3进行耦合激励输入，所述的输出端馈线2的第二四分之一波长传输线22与直线型槽线3进行耦合激励输出；此部分刚好能够形成一个超宽带带通滤波器。关于直线型槽线3对称的两端短路阶梯阻抗谐振器4能在通带内形成一个陷波。
所述的输入端馈线1的第一输入端50欧姆微带线导带11与输出端馈线2的第二输出端50欧姆微带线导带21尺寸相同；与输入端馈线1相互连接的终端开路的四分之一波长主传输线12和与输出端馈线2相互连接的终端开路的四分之一波长主传输线22尺寸相同；第一终端开路均匀传输线5与第二终端开路均匀传输线6尺寸相同并关于介质基板101中心对称。第二较高阻抗谐振器42与第三较高阻抗谐振器44尺寸相同；第四低阻抗谐振器41与第五低阻抗谐振器45尺寸相同；上述谐振器与第一高阻抗谐振器相互连接并且两端与金属接地板102相连。整个阶梯阻抗谐振器的长度对陷波处的频率影响很大，长度越大，陷波频率越低。
优选地，所述介质基板101的相对介电常数为10.2，厚度为0.635mm。
本发明基于微带线—槽线结构的具有陷波特性的超宽带滤波器，在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀从而形成所需的金属图案。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
基于微带线—槽线结构的具有陷波特性的超宽带滤波器的立体结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。所采用的介质基板(101)相对介电常数为10.2，厚度为0.635mm，损耗角正切为0.0035。输入端微带线导带11和输出端微带线导带21的特性阻抗均为50欧姆，其宽度均为W1＝0.6mm。具有陷波特性的超宽带滤波器的各尺寸参数如下：W1＝0.6mm，L1＝16.4mm，W2＝1.4mm，L2＝6.6mm，W3＝0.4mm，L3＝36.6mm，W4＝0.5mm，L4＝5.77mm，W5＝0.3mm，L5＝14.5mm，W6＝2.5mm，L6＝5mm，W7＝8mm，L7＝2.7mm，S1＝0.1mm，S2＝0.1mm。具有陷波特性的超宽带滤波器的整体面积为46.6×32.4mm，对应的导波长尺寸为1.52λg×1.05λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
本实例具有陷波特性的超宽带滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13中建模仿真的。图4是本实例中具有陷波特性的超宽带滤波器的S参数仿真图，从图中可以看出，该具有陷波特性的超宽带滤波器的通带中心频率为4.135GHz，相对带宽为116.8％，陷波处的频率为3.88GHz，通带内回波损耗低于15dB。通带外分别有两个传输零点使得该实例具有陷波特性的超宽带滤波器有很好的选择性。
图4是具有陷波特性的超宽带滤波器的S参数仿真图，由图中可以看出，该滤波器能够实现到11.0GHz处的带外抑制。
综上所述，本发明基于微带线—槽线结构的具有陷波特性的超宽带滤波器，结合槽线多模谐振器和阶梯阻抗谐振器的特性实现了一种结构简单、损耗低、选择性好、带外抑制好、具有较好的端口匹配性能的超宽带带通滤波器，该具有陷波特性的超宽带滤波器非常适用于现代无线通信系统。

Claims (2)

1.一种基于微带线—槽线结构的超宽带滤波器，包括下表面设有金属接地板(102)的矩形介质基板(101)，在所述介质基板(101)的上表面设有都与介质基板(101)窄边平行的输入端口馈线(1)、输出端口馈线(2)、阶梯阻抗谐振器(4)、第一终端开路均匀传输线(5)和第二终端开路均匀传输线(6)，在所述金属接地板(102)上开有直线型槽线(3)；
所述槽线(3)与介质基板(101)宽边平行，与介质基板(101)的两宽边距离相等，所述槽线(3)的两端与介质基板(101)窄边的距离相等；
所述阶梯阻抗谐振器(4)与介质基板(101)的两窄边距离相等，其两端均通过金属化孔与金属接地板(102)相连，所述输入端口馈线(1)、输出端口馈线(2)分别等距离地设于阶梯阻抗谐振器(4)的两侧，所述第一终端开路均匀传输线(5)位于输入端口馈线(1)与阶梯阻抗谐振器(4)之间，所述第二终端开路均匀传输线(6)位于输出端口馈线(2)与阶梯阻抗谐振器(4)之间；
所述输入端口馈线(1)的输入端位于介质基板(101)的一个宽边上，输出端口馈线(2)的输出端位于介质基板(101)的另一个宽边上；
其特征在于：
所述输入端口馈线(1)包括输入端50欧姆微带线导带(11)和终端开路的输入端四分之一波长主传输线(12)，所述输入端50欧姆微带线导带(11)的输入端位于介质基板(101)的宽边上，其输出端与输入端四分之一波长主传输线(12)的始端在槽线(3)上方相连；
所述输出端口馈线(2)包括输出端50欧姆微带线导带(21)和终端开路的输出端四分之一波长主传输线(22)，所述输出端50欧姆微带线导带(21)的输出端位于介质基板(101)的另一宽边上，其输入端与输出端四分之一波长主传输线(22)的始端在槽线(3)上方相连；
阶梯阻抗谐振器(4)包括高阻抗谐振器(43)、第一较高阻抗谐振器(42)、第二较高阻抗谐振器(44)、第一低阻抗谐振器(41)和第二低阻抗谐振器(45)，所述高阻抗谐振器(43)两端分别与第一较高阻抗谐振器(42)、第二较高阻抗谐振器(44)的一端相连，所述第一较高阻抗谐振器(42)的另一端与第一低阻抗谐振器(41)的一端相连，所述第一低阻抗谐振器(41)的另一端通过金属化孔与金属接地板(102)相连；第二较高阻抗谐振器(44)的另一端与第二低阻抗谐振器(45)相连，所述第二低阻抗谐振器(45)的另一端通过金属化孔与金属接地板(102)相连；
所述高阻抗谐振器(43)的中点位于槽线(3)的中点上方，所述输入端口馈线(1)与输出端口馈线(2)关于高阻抗谐振器(43)的中点成中心对称，所述第一终端开路均匀传输线(5)与第二终端开路均匀传输线(6)关于高阻抗谐振器(43)的中点成中心对称，所述第一较高阻抗谐振器(42)与第二较高阻抗谐振器(44)关于高阻抗谐振器(43)的中点对称，所述第一低阻抗谐振器(41)与第二低阻抗谐振器(45)关于高阻抗谐振器(43)的中点对称。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述介质基板(101)的相对介电常数为10.2，厚度为0.635mm。
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