CN106549199A - 基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器 - Google Patents

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车文荃
沈光煦
冯文杰
杨琬琛
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Abstract

本发明公开了一种基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器结构。该微带滤波器基于左右手传输线结构，由交趾型电容和高阻抗线电感组成，本发明提供的滤波器在保证了高性能的上阻带抑制，高性能选择性以及低损耗特性的同时，实现了大幅度的面积小型化，和其他有相同工作频率以及使用了相同加工工艺的滤波器相比，面积缩小了至少75％。此外，该微带滤波器的带宽是可以控制的，3‑dB相对带宽可以从10％变化到30％。该微带滤波器采用双面微波介质板，结构简单，加工容易，成本低，重量轻，可以大规模生产。

Description

基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器
技术领域
本发明涉及一种微带滤波器，特别是一种基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器。
背景技术
在微波和集成电路系统中，微带滤波器是一种重要的元器件，微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。
目前实现的小型化滤波器主要通过使用强耦合的谐振单元，可以参考的文献有：[1]H.-W.Wu,G.-S.Chen and Y.-W.Chen,“New compact triple-passband bandpass filter usingmultipath-embedded stepped impedance resonators,”；[2]Y.Tao,M.Tamura,T.Itoh,“Compact hybrid resonator with series and shunt resonances used in miniaturized filters andbalun filters,”；[3]B.Mohammadi,A.Valizade,P.Rezaei and J.Nourinia,“New design ofcompact dual band-notch ultra-wideband bandpass filter based on coupled wave cancellerinverted T-shaped stubs,”。然而这些滤波器在实现小型化的同时牺牲了其他性能，比如损耗高、匹配不好或者是上阻带抑制并不好。
由上可知，现有常规的微带滤波器面积太大，即使实现了小型化，滤波器的性能也会下降，不利于实际的工程应用，增大了成本。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器，它能显著减小微带滤波器面积，并且进一步提升了微带滤波器的性能。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于左右手结构的小型化高性能滤波器，该滤波器为轴对称结构，包括两个相同的左右手谐振单元、两个相同的端口馈线、介质基板和金属地板，所述两个端口馈线和两个左右手谐振单元均印制在介质基板的上表面，介质基板下方设置金属地板，所述两个左右手谐振单元关于y轴对称，所述两个端口馈线分别与两个左右手谐振单元相连，且两个端口馈线也关于y轴对称。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明公开的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器，和其他类型的小型化微带滤波器相比，可以实现至少75％的面积小型化特性，最小尺寸只有0.05λg×0.06λg，其中λg为介质基板在谐振频率处的波导波长；2)本发明公开的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器，其损耗在0.4dB～1.1dB之间，和其他类型的小型化微带滤波器相比，是一种低损耗的微带滤波器；3)本发明公开的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器，可以实现2.7～4上倍频至少20dB的上阻带抑制，其性能优异；4)本发明公开的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器，在贴紧通带两边各有一个传输零点，其选择性很高；5)本发明公开的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器，采用双面微波介质板，结构简单，加工容易，成本低，重量轻，可以大规模生产。
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的实例一结构图。其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。
图2为本发明的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的实例一的HFSS软件仿真和测试结果。
图3为本发明的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的实例二的结构图。其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。
图4为本发明的基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的实例二的HFSS软件仿真和测试结果。
具体实施方式
结合图1和图2，本发明的一种基于左右手结构的小型化高性能滤波器，该滤波器为轴对称结构，包括两个相同的左右手谐振单元1、两个相同的端口馈线4、介质基板5和金属地板6，所述两个端口馈线4和两个左右手谐振单元1均印制在介质基板5的上表面，介质基板5下方设置金属地板6，所述两个左右手谐振单元1关于y轴对称，所述两个端口馈线4分别与两个左右手谐振单元1相连，且两个端口馈线4也关于y轴对称。
所述每个左右手谐振单元1均包括交趾型电容2和高阻抗线电感3，高阻抗线电感3的两端与交趾型电容2的两端相连。
所述介质基板5的介电常数εr为2.2～10.2，厚度H为0.254～2mm。
所述左右手谐振单元1的长度为0.04λg～0.1λg，宽度为0.04λg～0.1λg，其中λg为介质基板5在谐振频率处的介质有效波长；交趾型电容2的交趾数为2～8，交趾型电容2中线宽和缝隙均大于0.125mm，高阻抗线电感3的弯折数为0～8，高阻抗线电感3的宽度也大于0.125mm。所述弯折的位置和弯折的形状可以根据需要进行设置，可以为三角形、弧形等等，业内通常做法是弯折成直角方形。
所述上方的左右手谐振单元与对应的下方的左右手谐振单元之间的缝隙宽度为0.125mm～1mm。
所述两个端口馈线4的两个引出端口可以根据需要进行设置，将其定义为端口一和端口二，S11表示端口一处的回波损耗，S21表示端口一到端口二处的传输响应。
下面结合实施例对本发明的具体装置的细节及工作情况进行细化说明。
实施例1
结合图1，本发明提供的左右手结构的小型化高性能微带滤波器两个相同的左右手谐振单元1、两个相同的端口馈线4、介质基板5和金属地板6，所述两个端口馈线4和两个左右手谐振单元1均印制在介质基板5的上表面，介质基板5下方设置金属地板6，所述两个端口馈线4可位于左右手谐振单元1的左侧，且沿y轴呈轴对称分布，所述两个左右手谐振单元1沿y轴呈轴对称分布，其中上方的左右手谐振单元与上方的端口馈线相连，下方的左右手谐振单元与下方的端口馈线相连。其中两个相同的端口馈线4的线宽Wf为2.365mm，两个相同的端口馈线4抽头的宽度Wtap为0.15mm，左右手谐振单元1宽度W1为3.1mm，长度L1为6.7mm。交趾型电容2的趾间间隙S1为0.15mm，趾宽W2为0.16mm，交趾的对数Np为4；高阻抗线折叠电感3弯折数为4，宽度W2为0.16mm，折叠处长度L13为0.6mm。介质基板5的高度为0.787mm。所述介质在1.84GHz处有效波长为120mm。和公开的滤波器相比，实例一的尺寸最小。
结合图2，基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的HFSS仿真结果。中心频率为1.84GHz，在传输通带内有两个传输极点，并且低于-20dB，通带最小插入损耗为1.1dB，通带带宽为10％。和公开的滤波器相比，实例一的损耗极小，选择性好。
结合图2，基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的HFSS仿真结果。上阻带抑制直到5.01GHz(中心频率2.8倍频处)都有至少22dB的抑制。和公开的滤波器相比，实例一的上阻带的抑制很宽也很高。
实施例2
结合图3，本发明提供的左右手结构的小型化高性能微带滤波器两个相同的左右手谐振单元1、两个相同的端口馈线4、介质基板5和金属地板6，所述两个端口馈线4和两个左右手谐振单元1均印制在介质基板5的上表面，介质基板5下方设置金属地板6，所述两个端口馈线4可位于左右手谐振单元1的左侧，且沿y轴呈轴对称分布，所述两个左右手谐振单元1沿y轴呈轴对称分布，其中上方的左右手谐振单元与上方的端口馈线相连，下方的左右手谐振单元与下方的端口馈线相连。其中两个相同的端口馈线4的线宽Wf为2.365mm，两个相同的端口馈线4抽头的宽度Wtap为1mm，左右手谐振单元1宽度W1为3.6mm，长度L1为10mm。交趾型电容2的趾间间隙S1为0.3mm，趾宽W2为0.2mm，交趾的对数Np为2；高阻抗线折叠电感3弯折数为4，宽度W3为0.25mm，折叠处长度L13为1.2mm。介质基板5的高度为0.787mm。滤波器尺寸为0.057λg×0.084λg，所述介质在1.75GHz处有效波长为126mm。和公开的滤波器相比，实例二的尺寸极小。
结合图4，基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的HFSS仿真结果。中心频率为1.75GHz，在传输通带内有两个传输极点，并且低于-20dB，通带最小插入损耗为0.4dB，通带带宽为27％。和公开的滤波器相比，实例二的损耗极小，选择性好，且带宽非常宽。
结合图4，基于左右手结构的小型化高性能微带滤波器的HFSS仿真结果。上阻带抑制直到5.01GHz(中心频率2.96倍频处)都有至少16.5dB的抑制。和公开的滤波器相比，实例二的上阻带的抑制很宽也很高。

Claims (5)

1.一种基于左右手结构的小型化高性能滤波器，其特征在于，该滤波器为轴对称结构，包括两个相同的左右手谐振单元[1]、两个相同的端口馈线[4]、介质基板[5]和金属地板[6]，所述两个端口馈线[4]和两个左右手谐振单元[1]均印制在介质基板[5]的上表面，介质基板[5]下方设置金属地板[6]，所述两个左右手谐振单元[1]关于y轴对称，所述两个端口馈线[4]分别与两个左右手谐振单元[1]相连，且两个端口馈线[4]也关于y轴对称。
2.根据权利要求1所述的基于左右手结构的小型化高性能滤波器，其特征在于，每个左右手谐振单元[1]均包括交趾型电容[2]和高阻抗线电感[3]，高阻抗线电感[3]的两端与交趾型电容[2]的两端相连。
3.根据权利要求1所述的基于左右手结构的小型化高性能滤波器，其特征在于，介质基板[5]的介电常数εr为2.2～10.2，厚度H为0.254～2mm。
4.根据权利要求2所述的基于左右手结构的小型化高性能滤波器，其特征在于，左右手谐振单元[1]的长度为0.04λg～0.1λg，宽度为0.04λg～0.1λg，其中λg为介质基板[5]在谐振频率处的介质有效波长；交趾型电容[2]的交趾数为2～8，交趾型电容[2]中线宽和缝隙均大于0.125mm，高阻抗线电感[3]的弯折数为0～8，高阻抗线电感[3]的宽度也大于0.125mm。
5.根据权利要求1或2所述的基于左右手结构的小型化高性能滤波器，其特征在于，上方的左右手谐振单元与对应的下方的左右手谐振单元之间的缝隙宽度为0.125mm～1mm。
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