CN106921014A - 一种高选择性巴伦滤波器 - Google Patents

一种高选择性巴伦滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高选择性巴伦滤波器，包括贴覆于矩形介质基板(8)下表面的金属接地板(7)和贴覆于介质基板(8)上表面的L型输入端口馈线(1)、第一L型输出端口馈线(21)、第二L型输出端口馈线(22)、E型谐振器(3)、槽线‑微带过渡结构(4)、终端开路微带均匀加载谐振器(5)；金属接地板(7)上开有一条关于介质基板(8)长边中线对称的直线型槽线(6)。本发明的巴伦滤波器，结构简单、选择性好、带宽较宽。

Description

一种高选择性巴伦滤波器
技术领域
本发明属于微波无源器件技术领域，特别是一种带宽较宽，选择性好的高选择性巴伦滤波器。
背景技术
巴伦滤波器是一个独立的微波无源器件。它实现了信号的等幅反相和频率选择功能，同时兼具了巴伦和滤波器两种性质。因此，高性能的巴伦滤波器能够有效减小系统的尺寸，从而进一步实现无线通信系统的低成本、高性能、小型化设计。近年来，随着模块结构单元(Modular Building Block,MBB)和单片微波集成电路(Monolithic MicrowaveIntegrated Circuit,MMIC)的发展，低成本、高集成度、小型化的高性能巴伦滤波器成为广大学者的研究热点。
2007年，E.Y.Jung和H.Y.Hwang,在IEEE Microw.Wireless Compon.Lett期刊(vol.17,no.9,pp.652–654,2007)上发表“A Balun-BPF Using a Dual Mode RingResonator”，提出利用环形谐振器本身固有的场分布特性设计巴伦滤波器。此种滤波器虽然结构简单，但带宽窄，其应用往往仅局限于环形谐振器。
2016年，Jin-Xu Xu和Xiu Yin Zhang在IEEE Microw Wireless Compon.Lett期刊(vol.26,no.7,pp.493-495,Jul,2016)上发表“Compact LTCC Balun With BandpassResponse Based on Marchand Balun”，提出利用LTCC技术来设计新型巴伦滤波器。虽然这种巴伦滤波器结构紧凑，但是结构设计非常复杂，制作成本高。
总之，现有技术存在的问题是：巴伦滤波器带宽较窄、选择性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种巴伦滤波器，该滤波器带宽较宽，选择性好。
实现本发明目的的技术解决方案为：
本发明一种高选择性巴伦滤波器，包括贴覆于矩形介质基板8下表面的金属接地板7和贴覆于介质基板8上表面的L型输入端口馈线1、第一L型输出端口馈线21、第二L型输出端口馈线22、E型谐振器3、槽线-微带过渡结构4、终端开路微带均匀加载谐振器5；金属接地板7上开有一条关于介质基板8长边中线对称的直线型槽线6。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、带宽宽：利用E型谐振器的双模和槽线谐振器的寄生模式，提高了滤波器的带宽，适用于现代无线通信系统；
2、选择性好：通过引入源负载耦合产生零点改善下阻带矩形系数，利用终端开路均匀传输线谐振器在上阻带产生零点抑制二次谐波，从而提高选择性。
附图说明
图1是本发明的巴伦滤波器的立体结构示意图。
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、S21和S31参数仿真图。
图5是实施例的两个输出端口幅度差的仿真图。
图6是实施例的两个输出端口相位差的仿真图。
图中包括介质基板8，金属接地板7；
L型输入端口馈线1，直线形状的输入端50欧姆微带线导带11，L形状输入端耦合馈线12；
E型谐振器3，E型谐振器的四分之一波长低阻抗枝节31，E型谐振器的二分之一波长高阻抗枝节32；
槽线-微带过渡结构4，四分之一波长高阻抗线谐振器41，四分之一波长低阻抗线谐振器42；
第一L型输出端口馈线21，第一直线型输出端50欧姆微带线导带211，第一直线型槽线-微带馈线212；第二L型输出端口馈线22，第二直线型输出端50欧姆微带线导带221，第二直线型槽线-微带馈线222；
终端开路微带均匀加载谐振器5，直线形状的二分之一波长微带谐振器51；
直线型槽线6。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种高选择性巴伦滤波器，包括贴覆于矩形介质基板8下表面的金属接地板7和贴覆于介质基板8上表面的L型输入端口馈线1、第一L型输出端口馈线21、第二L型输出端口馈线22、E型谐振器3、槽线-微带过渡结构4、终端开路微带均匀加载谐振器5；金属接地板7上开有一条关于介质基板8长边中线对称的直线型槽线6。
所述L型输入端口馈线1的输入端置于介质基板8一短边上，其输入端在金属接地板7上的投影与直线型槽线6位于同一直线上；
第一L型输出端口馈线21与第二L型输出端口馈线22的输出端位于介质基板8的另一短边上，输出臂均与介质基板8的短边垂直，彼此的输入端相连，彼此在金属接地板7上的投影关于直线型槽线6对称；
所述槽线-微带过渡结构4与终端开路微带均匀加载谐振器5均平行于介质基板8的短边，所述E型谐振器3位于L型输入端口馈线1的输出臂与槽线-微带过渡结构4之间，所述终端开路微带均匀加载谐振器5位于槽线-微带过渡结构4与第一L型输出端口馈线21与第二L型输出端口馈线22的输入臂之间。
如图2所示，所述的L型输入端口馈线1的输出臂为一L状输入端耦合馈线12，其前端与作为输入臂的直线状50欧姆微带线导带11相连；
所述槽线-微带过渡结构4包括直线形状的四分之一波长高阻抗线谐振器41和直线形状的四分之一波长低阻抗线谐振器42，四分之一波长低阻抗线谐振器42的输出臂的末端与四分之一波长高阻抗线谐振器41的一端连接；
所述E型谐振器3包含二分之一波长谐振器31和加载于二分之一波长谐振器31中心的对称面枝节加载单元312，二分之一波长谐振器31的输入臂与L形状输入端耦合馈线12平行耦合，二分之一波长谐振器31的输出臂与槽线-微带过渡结构4的四分之一波长高阻抗线41平行耦合。
所述第一L型输出端口馈线21包含第一直线型输出端50欧姆微带线导带211和与之垂直的第一直线型槽线-微带馈线212；第一直线型槽线-微带馈线212的输出端与第一直线型输出端50欧姆微带线导带211的输入端相连，第一直线型输出端50欧姆微带线导带211的输出端位于介质基板8的短边上；
所述第二L型输出端口馈线22包含第二直线型输出端50欧姆微带线导带221和与之垂直的第二直线型槽线-微带馈线222；第二直线型槽线-微带馈线222的输出端与第二直线型输出端50欧姆微带线导带221的输入端相连，第二直线型输出端50欧姆微带线导带221的输出端位于介质基板8的短边上；
第一直线型槽线-微带馈线212的输入端与第二直线型槽线-微带馈线222的输入端在直线型槽线6正上方互连。
如图3所示，优选地，所述的第一L型输出端口馈线21与第二L型输出端口馈线22形状尺寸相同。
所述的终端开路微带均匀加载谐振器5为直线状二分之一波长微带谐振器51。
优选地，所述介质基板8的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm。
本发明的工作过程为：
如图2所示，所述的L型输入端口馈线1馈入的非平衡信号经输入端耦合馈线12
与二分之一波长谐振器31耦合激励起E型谐振器3的两个模式，实现宽带带通特性。
所述的二分之一波长谐振器31通过与直线形状的四分之一波长高阻抗线谐振器41之间强耦合，激励起槽线谐振器固有的反相场分布。通过第一直线型槽线-微带馈线212和第二直线型槽线-微带馈线222分别耦合馈出槽线谐振器两边相反的信号，在两个端口之间实现180度相位差。同时，由于第一L型输出端口馈线21与L型输出端口馈线22是关于槽线谐振器对称布置的，从两个输出端口馈出的信号幅度相同。从而实现了将输入的一路非平衡信号转化为两路平衡信号输出，同时兼备滤波功能。
优选地，所述介质基板8的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm。
本发明基于多模谐振器、槽线—微带过渡结构所设计的高选择性巴伦滤波器，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
一种新型的高选择性巴伦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8相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0035。结合图三，巴伦滤波器的各种尺寸如下：W1＝0.7mm，L1＝4.15mm,W2＝1.4mm，L2＝3mm，L3＝16.5mm，L4＝14.2mm，W3＝1.4mm，W4＝0.16mm，L5＝5mm，L6＝16mm，L7＝6.9mm，L8＝16.8mm，L9＝13.6mm，g1＝0.1mm，SL＝26mm，SW＝0.3mm。微带功分滤波器整体面积为36×29mm，对应的导波长尺寸为0.61λg×0.49λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
本实例的高选择性巴伦滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13中建模仿真的。图4是本实例中高选择性巴伦滤波器的S参数仿真图，从图4可以看出，该具有选择性好的巴伦滤波器的通带中心频率为2.685GHz，相对带宽为25％，通带内回波损耗低于15dB。带外抑制达到2.38f0。通带外上阻带和下阻带分别有一个传输零点使得该实例矩形系数很好，通带外额外的两个零点提高了带外谐波抑制，使得整个巴伦滤波器整体频率选择性良好。
图5是本实例中巴伦滤波器的两个输出端口幅度差，从图中可以看出，该巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口幅度差在0.01dB以内。
图6是本实例中巴伦滤波器的两个输出端口相位差，从图中可以看出，该实例巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口相位差在180±1度以内，说明两个平衡输出端口180度反相性能良好。
综上所述，本发明基于分立元件隔离网络及多模谐振器、槽线—微带过渡结构所设计的宽带功分滤波器，实现了选择性好、隔离度高的特点，该功分滤波器非常适用于现代无线通信系统。

Claims (7)

1.一种高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
包括贴覆于矩形介质基板(8)下表面的金属接地板(7)和贴覆于介质基板(8)上表面的L型输入端口馈线(1)、第一L型输出端口馈线(21)、第二L型输出端口馈线(22)、E型谐振器(3)、槽线-微带过渡结构(4)、终端开路微带均匀加载谐振器(5)；金属接地板(7)上开有一条关于介质基板(8)长边中线对称的直线型槽线(6)。
2.根据权利要求1所述的高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
所述L型输入端口馈线(1)的输入端置于介质基板(8)一短边上，其输入端在金属接地板(7)上的投影与直线型槽线(6)位于同一直线上；
第一L型输出端口馈线(21)与第二L型输出端口馈线(22)的输出端位于介质基板(8)的另一短边上，输出臂均与介质基板(8)的短边垂直，彼此的输入端相连，彼此在金属接地板(7)上的投影关于直线型槽线(6)对称；
所述槽线-微带过渡结构(4)与终端开路微带均匀加载谐振器(5)均平行于介质基板(8)的短边，所述E型谐振器(3)位于L型输入端口馈线(1)的输出臂与槽线-微带过渡结构(4)之间，所述终端开路微带均匀加载谐振器(5)位于槽线-微带过渡结构(4)与第一L型输出端口馈线(21)与第二L型输出端口馈线(22)的输入臂之间。
3.根据权利要求2所述的高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
所述的L型输入端口馈线(1)的输出臂为一L状输入端耦合馈线(12)，其前端与作为输入臂的直线状50欧姆微带线导带(11)相连；
所述槽线-微带过渡结构(4)包括直线形状的四分之一波长高阻抗线谐振器(41)和直线形状的四分之一波长低阻抗线谐振器(42)，四分之一波长低阻抗线谐振器(42)的输出臂的末端与四分之一波长高阻抗线谐振器(41)的一端连接；
所述E型谐振器(3)包含二分之一波长谐振器(31)和加载于二分之一波长谐振器(31)中心的对称面枝节加载单元(312)，二分之一波长谐振器(31)的输入臂与L形状输入端耦合馈线(12)平行耦合，二分之一波长谐振器(31)的输出臂与槽线-微带过渡结构(4)的四分之一波长高阻抗线(41)平行耦合。
4.根据权利要求2所述的高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
所述第一L型输出端口馈线(21)包含第一直线型输出端50欧姆微带线导带(211)和与之垂直的第一直线型槽线-微带馈线(212)；第一直线型槽线-微带馈线(212)的输出端与第一直线型输出端50欧姆微带线导带(211)的输入端相连，第一直线型输出端50欧姆微带线导带(211)的输出端位于介质基板(8)的短边上；
所述第二L型输出端口馈线(22)包含第二直线型输出端50欧姆微带线导带(221)和与之垂直的第二直线型槽线-微带馈线(222)；第二直线型槽线-微带馈线(222)的输出端与第二直线型输出端50欧姆微带线导带(221)的输入端相连，第二直线型输出端50欧姆微带线导带(221)的输出端位于介质基板(8)的短边上；
第一直线型槽线-微带馈线(212)的输入端与第二直线型槽线-微带馈线(222)的输入端在直线型槽线(6)正上方互连。
5.根据权利要求4所述的高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
所述的第一L型输出端口馈线(21)与第二L型输出端口馈线(22)形状尺寸相同。
6.根据权利要求2所述的高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
所述的终端开路微带均匀加载谐振器(5)为直线状二分之一波长微带谐振器(51)。
7.根据权利要求1所述的高选择性巴伦滤波器，其特征在于：
所述介质基板(8)的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm。
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