CN106602185B - 一种基于非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，包括微带介质基板(1)、金属接地板(2)、谐振器(3)、馈线(4)、接地孔(5)、输入端口(6)和输出端口(7)，所述微带介质基板(1)采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板(2)，双面覆铜板上面设置接地孔(5)和非对称枝节加载谐振器(3)。本发明由于采用了折叠的非对称短路枝节加载谐振器，增大了电流路径，降低了谐振频率，同时采用一个接地孔，进而使谐振器结构紧凑、缩小了滤波器尺寸。本发明将非对称短路枝节加载谐振器的第一个谐振频率抑制掉的同时在通带两侧引入传输零点，并且可以通过源‑负载耦合强度调整传输零点的个数，从而改善带外抑制。

Description

一种基于非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，具体涉及微带双通带滤波器，可用于无线通信系统射频前端。

背景技术

随着无线通讯技术的发展，卫星通信、雷达跟踪、探测制导及遥感技术越来越多的借助微波毫米波技术，使得频谱资源愈加紧张，对无线终端设备的要求更加苛刻。高性能、小型化、低成本、易集成的微波滤波器成为当今微波射频领域的研究热点；传统的滤波器如巴特沃夫和切比雪夫滤波器，通常是通过增加滤波器的阶数来满足高选择性的需求，加工出来的滤波器体积和重量都比较大，不再适合现代通信系统设计的需求。椭圆函数及交叉耦合滤波器虽然具有良好的选择性，但设计复杂，变量难以灵活控制，不适合无线通信日新月异的变化需求。

多模谐振器由于具有尺寸小、带内高性能、带外高抑制等优良特性，被越来越多的应用于无线通信系统高性能滤波器的设计中。多模技术是近年来在高性能滤波器产业中一项新兴技术，相较于传统滤波器设计方法，每个多模谐振器具有多个谐振模式，通过控制不同谐振模式，实现多通带特性，使滤波器在同一指标下所需的谐振器数目减半，同时由于其实现形式灵活多样，从而较易实现滤波器小型化，结构紧凑、形式灵活。并且谐振腔内的各个模式带有自耦合，天然的在阻带具有传输零点，使得带外具有高选择性。基于以上特性的多模滤波器综合理论和设计技术近年来受到越来越多的学者关注，传统的多模滤波器通常在封闭环中特定位置引入微扰或枝节实现简并模分裂形成多通带特性，因而其结构形式受到很大局限，后续演变都基于此，实现形式单一，带宽难以展宽，对谐振模式的控制能力不够，显然不能适应现代通信系统需求多样化、设计简单、结构灵活的要求。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种新型的双通带滤波器，能够灵活控制谐振模式，实现形式多样、结构灵活，同时具有低损耗、高隔离的优良性能，满足现代无线通信系统对滤波设计灵活多变的需求。

为实现上述目的，本发明提供一种基于非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，包括微带介质基板、金属接地板、谐振器、馈线、接地孔、输入端口和输出端口，所述微带介质基板采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板，双面覆铜板上面设置接地孔和非对称枝节加载谐振器，

其特征在于：非对称枝节加载谐振器由两个结构相同的非对称短路枝节加载谐振器对称分布而成，非对称短路枝节加载谐振器呈弯折结构，包括短路枝节、长枝节和短枝节，

其中，短路枝节位于长枝节和短枝节所连接构成的弯折结构的非中心位置，从而实现了长枝节和短枝节的划分，两个短路枝节相交于接地孔处，共用一个接地孔，实现三个谐振频率；短枝节采用枝节耦合方式分裂其谐振频率，长枝节被用来加载馈线；输入端口和输出端口各连接一个馈线，馈线采用一对边缘耦合馈线分别与长枝节耦合实现滤波器的馈电，每条馈线包含两个独立的枝节，第一馈线枝节和第二馈线枝节，第一馈线枝节与长枝节平行耦合；第二馈线枝节采用弯折结构实现源-负载耦合。

进一步地，非对称短路枝节加载谐振器的主体呈凹字形结构，接地孔位于凹字形的上凹中心处。

进一步地，短枝节向内弯曲实现枝节耦合，长枝节向下弯折，并且伸入第一馈线枝节和第二馈线枝节之间，用于馈电。

进一步地，第一馈线枝节与长枝节平行；第二馈线枝节呈弯勾状，且为阶梯阻抗线。

进一步地，两个非对称短路枝节加载谐振器的第二馈线枝节的弯勾的勾部彼此相对，并且彼此平行。

进一步地，非对称短路枝节加载谐振器的第二馈线枝节的弯勾的尾部与所述长枝节平行，并且与第一馈线枝节一起将长枝节夹在中间。

本发明具有以下优点：

1.本发明由于采用了折叠的非对称短路枝节加载谐振器，增大了电流路径，降低了谐振频率，同时采用一个接地孔，进而使谐振器结构紧凑、缩小了滤波器尺寸。

2.本发明由于引入谐振器间枝节耦合，将非对称短路枝节加载谐振器的简并模(第二个谐振模式)分裂为f₂₁和f₂₂，和第三个谐振响应构成双模双通带响应。同时，第一和第三个谐振频率不受影响。

3.本发明由于采用双侧馈线的边缘耦合馈电模式(输入端口6和7)，引入阶梯阻抗线型的源-负载耦合，将非对称短路枝节加载谐振器的第一个谐振频率抑制掉的同时在通带两侧引入传输零点，并且可以通过源-负载耦合强度调整传输零点的个数，从而改善带外抑制。并且，不会影响双通带带内性能。

4、本发明所构建的双通滤波器结构极其紧凑，可以使尺寸达到23.4×22.96mm，即0.174λ×0.171λ，其中λ为滤波器第一通带中心频率的谐振波长。

附图说明

图1为本发明的双通带滤波器的三维结构示意图。

图2为图1的双通带滤波器的正面结构图。

图3为采用本发明中枝节耦合时谐振器传输响应图。

图4为采用本发明中引入源-负载耦合前后的传输响应对比图。

图5为本发明实施例的双通带滤波器的传输响应S₂₁曲线图。

图6为本发明实施例的双通带滤波器的反射响应S₁₁曲线图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图对本发明实施例做详细说明。

参照图1，本发明主要由微带介质基板1，金属接地板2，两个相同的非对称短路枝节加载谐振器3、一对双侧边缘耦合馈线4、接地孔5、输入端口6和输出端口7组成。其中：

微带介质基板1采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板2，双面覆铜板上面设有谐振器3、馈线4和接地孔5。两个结构相同的非对称短路枝节加载谐振器31、32均呈折叠结构，包括短路枝节311、321、长枝节313和短枝节312，共同形成谐振器3的三个谐振频率——第一、第二、第三谐振频率。两个短路枝节311，321共用一个接地孔5，两个非对称短路枝节加载谐振器31，32以及一对边缘耦合馈线4呈对称分布，如图2所示。

长枝节313和短枝节312所构成的弯折结构被短路枝节311，321分为长度不等的两部分：长枝节313向下弯折，和馈线4形成缝隙耦合，为滤波器馈电；短枝节312向内折叠，在末端形成枝节耦合，将谐振器3的第二个谐振频率分裂为f₂₁和f₂₂，同时第一和第三个谐振频率不受影响，在通带外有两个传输零点可以获得较好的频率选择性，如图3所示。

对称的两个馈线4分别连接双通带滤波器的输入端口和输出端口。馈线4采用对称分布的一对边缘耦合馈线，每条馈线包含两个枝节，其中第一枝节41和第二枝节42分别位于长枝节313两侧，通过容性耦合对微带介质板上的谐振器3馈电；第一枝节41与长枝节313平行耦合；第二枝节42为阶梯阻抗线，采用弯折结构实现源与负载耦合，其作用是抑制掉非对称短路枝节加载谐振器31，32的第一个谐振频率，同时在通带两侧引入传输零点，改善带外抑制特性，最终通过分裂的二、三谐振模式构成双通带滤波器，如图4所示。这里本发明引入源与负载耦合，不但可以在通带两侧引入传输零点，而且可以将第一个谐振频率抑制掉，这样通过分裂的二、三谐振模式可以构成双通带滤波器。

本发明的效果可以通过以下仿真实验及加工实测进一步说明：

设定相对介电常数为2.65，介质板厚度为1mm，在三维电磁仿真软件IE3D中进行仿真及加工后采用Agilent Analyzer 8719ES进行测量，得到滤波器的传输响应S₂₁曲线如图5和反射响应S₁₁如图6所示。非对称短路枝节加载谐振器各个枝节均采用折叠结构来减小滤波器的尺寸以实现紧凑小型化结构。短路枝节共用一个金属化过孔，直径为0.6mm。半波长谐振器被加载枝节分为两段不等长开路枝节，较短枝节采用枝节耦合形式以分裂第二个谐振频率，较长枝节被用来加载馈线。最终的双通带滤波器采用源-负载耦合馈电形式抑制第一个较窄的谐振频率。

由滤波器的传输响应S21曲线图5可知，两个通带的中心频率分别为2.24GHz、3.74GHz，插损为0.51dB和1.15dB，通带内的阻抗匹配良好。从反射响应S11图6可以看出，两个通带中心频率处的回波损耗为25.28dB和27.09dB，具有良好的通带选择性。本发明的滤波器结构紧凑，尺寸可以达到远小于其他滤波器。

由图5和图6可知，该滤波器在带外有四个传输零点，具有良好的带外抑制特性；且在低频端具有非常陡峭的滚降系数，具有非常好的选择性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理的情况下所做的改变、修饰、替换、组合、简化和形变，都包含在本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种基于非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，包括微带介质基板(1)、金属接地板(2)、谐振器(3)、馈线(4)、接地孔(5)、输入端口(6)和输出端口(7)，所述微带介质基板(1)采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板(2)，双面覆铜板上面设置接地孔(5)和非对称枝节加载谐振器(3)，输入端口(6)和输出端口(7)，

其特征在于：非对称枝节加载谐振器(3)由两个结构相同的非对称短路枝节加载谐振器(31，32)对称分布而成，非对称短路枝节加载谐振器(31，32)呈弯折结构，包括短路枝节(311，321)、长枝节(313)和短枝节(312)，短路枝节(311，321)位于长枝节(313)和短枝节(312)所连接构成的弯折结构的非中心位置，从而实现了长枝节(313)和短枝节(312)的划分，两个短路枝节(311，321)相交于接地孔(5)处，共用一个接地孔(5)，实现三个谐振频率；短枝节(312)采用枝节耦合方式分裂非对称枝节加载谐振器(3)的至少一个谐振频率，长枝节(313)被用来加载馈线(4)；输入端口(6)和输出端口(7)各连接一个馈线(4)，馈线(4)采用一对边缘耦合馈线分别与长枝节(313)耦合实现滤波器的馈电，每条馈线(4)包含两个独立的枝节，第一馈线枝节(41)和第二馈线枝节(42)：第一馈线枝节(41)与长枝节(313)平行耦合；第二馈线枝节(42)采用弯折结构实现源-负载耦合。

2.根据权利要求1所述的非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，其特征在于，非对称短路枝节加载谐振器(31，32)的主体呈凹字形结构，接地孔(5)位于凹字形的上凹中心处。

3.根据权利要求2所述的非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，其特征在于，短枝节(312)向内弯曲实现枝节耦合，长枝节(313)向下弯折，并且伸入第一馈线枝节(41)和第二馈线枝节(42)之间，用于馈电。

4.根据权利要求3所述的非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，其特征在于，第一馈线枝节(41)与长枝节(313)平行；第二馈线枝节(42)呈弯勾状，且为阶梯阻抗线。

5.根据权利要求4所述的非对称短路枝节加载谐振器的双通带滤波器，其特征在于，两个非对称短路枝节加载谐振器的第二馈线枝节(42)的弯勾的勾部彼此相对，并且彼此平行。