CN107026303A - 基于环形谐振器的带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于环形谐振器的带通滤波器，包括介质板、设置在介质板下表面的地面金属层及刻蚀在介质板上表面的输入端、输出端、输入微带线、输出微带线、第一耦合线、第二耦合线、环形谐振器、第一双枝节开路负载、第二双枝节开路负载、第一双枝节阻抗匹配器和第二双枝节阻抗匹配器，该带通滤波器关于中心轴线左右对称。本发明所述带通滤波器关于中心轴线左右对称结构，其中最中间的四条微带线构成环形谐振器，分别在输入端和输出端加载一个双枝节开路负载，为带通滤波器在工作频带内提供良好的带通匹配效果，对带外信号有良好的抑制效果，对通带信号具有高选择性，且引入噪声少，避免对射频前端造成干扰。

Description

基于环形谐振器的带通滤波器

技术领域

本发明涉及射频微波通信技术领域，尤其涉及一种基于环形谐振器的带通滤波器。

背景技术

滤波器作为射频前端的一种很重要器件，可以滤除带外噪声，提高电路系统的灵敏度。微带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系统的性能指标有很大的影响。由于现代通信系统中通信频段的多样性，现有技术的带通滤波器的选择性往往不够，不能满足通信频段多样性的需求，影响了整个通信系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于环形谐振器的带通滤波器，旨在解决现有带通滤波器的选择性不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于环形谐振器的带通滤波器，包括介质板、设置在介质板下表面的地面金属层以及刻蚀在介质板上表面的输入端、输出端、输入微带线、输出微带线、第一耦合线、第二耦合线、环形谐振器、第一双枝节开路负载、第二双枝节开路负载、第一双枝节阻抗匹配器和第二双枝节阻抗匹配器，该带通滤波器关于中心轴线左右对称，其中：

所述输入微带线的一端连接至所述输入端，该输入微带线的另一端连接至第一双枝节阻抗匹配器；

所述输出微带线的一端连接至所述输出端，该输出微带线的另一端连接至第二双枝节阻抗匹配器；

所述第一耦合线包括第一耦合微带线和第二耦合微带线，第一耦合微带线的一端与第二耦合微带线的一端正交连接形成L形；

所述第二耦合线包括第三耦合微带线和第四耦合微带线，第三耦合微带线的一端与第四耦合微带线的一端正交连接形成L形；

所述环形谐振器是由四根谐振微带线构成的矩形谐振器，该环形谐振器设置在第二耦合微带线与第四耦合微带线之间；

第一双枝节开路负载包括第一负载微带线以及第二负载微带线，第二双枝节开路负载包括第三负载微带线以及第四负载微带线，第一负载微带线的一端连接至输入端，第一负载微带线的另一端连接至第二负载微带线的一端，第三负载微带线的一端连接至输出端，第三负载微带线的另一端连接至第四负载微带线的一端。

优选的，所述环形谐振器包括第一谐振微带线、第二谐振微带线、第三谐振微带线和第四谐振微带线，第一谐振微带线与第二耦合微带线之间的间距等于第三谐振微带线与第四耦合微带线之间的间距。

优选的，所述输入微带线与第一耦合微带线之间的间距等于所述输出微带线与第三耦合微带线之间的间距。

优选的，所述第一双枝节阻抗匹配器包括第一阻抗匹配线和第二阻抗匹配线，所述第二双枝节阻抗匹配器包括第三阻抗匹配线和第四阻抗匹配线，其中：

所述第一阻抗匹配线的一端与输入微带线的一端正交连接形成L形，第一阻抗匹配线的另一端连接至第二阻抗匹配线的一端；

所述第三阻抗匹配线的一端与输出微带线的一端正交连接形成L形，第三阻抗匹配线的另一端连接至第四阻抗匹配线的一端。

优选的，所述第一阻抗匹配线和第三阻抗匹配线的长度均为L₂＝23.4mm、宽度均为W₂＝0.27mm，第二阻抗匹配线和第四阻抗匹配线的长度均为L₁＝21.64mm、宽度均为W₁＝2.83mm。

优选的，所述第一谐振微带线和第三谐振微带线的长度均为Cl₁＝23.48mm，第二谐振微带线和第四谐振微带线的长度均为L₅＝23.08mm，第一谐振微带线、第二谐振微带线、第三谐振微带线和第四谐振微带线的宽度均为W₅＝0.25mm。

优选的，所述输入端和输出端的长度均为L₀＝15mm、宽度均为W₀＝1.66mm，所述输入微带线、输出微带线的长度均为Cl₂＝23.8mm、宽度为Cw₂＝0.14mm；所述第一耦合微带线和第三耦合微带线的长度均为Cl₂＝23.8mm，所述第二耦合微带线和第四耦合微带线长度均为Cl₁＝23.48mm，所述第一耦合微带线、第二耦合微带线、第三耦合微带线和第四耦合微带线的宽度为Cw₁＝0.17mm。

优选的，所述第一负载微带线和第三负载微带线的长度为L₄＝22.3mm、宽度均为W₄＝1.42mm，第二负载微带线和第四负载微带线的长度为L₃＝22.67mm、宽度均为W₃＝0.915mm。

优选的，所述第一谐振微带线与第二耦合微带线之间的间距、第三谐振微带线与第四耦合微带线之间的间距Cs₁＝0.48mm，所述输入微带线与第一耦合微带线之间的间距、输出微带线与第三耦合微带线之间的间距均为Cs₂＝0.465mm。

优选的，所述介质板是板厚为0.762mm、相对介电常数3.66的PCB板。

相较于现有技术，本发明所述基于环形谐振器的带通滤波器关于该带通滤波器的中心轴线ab左右对称，其中最中间的四条微带线可构成一个环形谐振器，并在输入端P1和输出端P2分别加载了一个双枝节开路负载，可以为本发明所述带通滤波器在工作频带内提供良好的带通匹配效果。此外，本发明所述基于环形谐振器的带通滤波器，能够对带外信号有良好的抑制效果，对通带信号具有高选择性，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰。

附图说明

图1是本发明基于环形谐振器的带通滤波器优选实施例的平面结构示意图。

图2是本发明基于环形谐振器的带通滤波器优选实施例的结构尺寸示意图。

图3是本发明基于环形谐振器的带通滤波器通过电磁仿真软件仿真的S参数结果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。

参考图1所示，图1是本发明基于环形谐振器的带通滤波器优选实施例的平面结构示意图。在本实施例中，所述带通滤波器包括介质板1，刻蚀在介质板1上表面的输入端P1、输出端P2、输入微带线11、输出微带线12、第一耦合线13、第二耦合线14、环形谐振器15、第一双枝节开路负载16、第二双枝节开路负载17、第一双枝节阻抗匹配器18、第二双枝节阻抗匹配器19，以及设置在介质板1下表面的地面金属层(图1中未示出)。所述介质板1为一种PCB板，具体的板材类型为Roger RO4350B，其中相对介电常数3.66，板厚为0.762mm。所述地面金属层为敷设在介质板1下表面的敷铜金属层。

所述输入微带线11的一端连接至输入端P1，输入微带线11的另一端连接至第一双枝节阻抗匹配器18；输出微带线12的一端连接至输出端P2，输出微带线12的另一端连接至第二双枝节阻抗匹配器19。第一双枝节阻抗匹配器18包括第一阻抗匹配线181和第二阻抗匹配线182，第二双枝节阻抗匹配器18包括第三阻抗匹配线191和第四阻抗匹配线192。第一阻抗匹配线181的一端与输入微带线11的一端正交连接形成L形，即第一阻抗匹配线181与输入微带线11相互垂直连接，第一阻抗匹配线181的另一端连接至第二阻抗匹配线182的一端。第三阻抗匹配线191的一端与输出微带线12的一端正交连接形成L形，即第三阻抗匹配线191与输出微带线12相互垂直连接，第三阻抗匹配线191的另一端连接至第四阻抗匹配线192的一端。

所述第一耦合线13包括第一耦合微带线131和第二耦合微带线132，第一耦合微带线131的一端与第二耦合微带线132的一端正交连接形成L形，即第一耦合微带线131与第二耦合微带线132相互垂直连接。第二耦合线14包括第三耦合微带线141和第四耦合微带线142，第三耦合微带线141的一端与第四耦合微带线142的一端正交连接形成L形，即第三耦合微带线141与第四耦合微带线142相互垂直连接。其中，输入微带线11与第一耦合微带线131之间隔有间距，输出微带线12与第三耦合微带线141之间隔有间距，输入微带线11与第一耦合微带线131之间的间距等于输出微带线12与第三耦合微带线141之间的间距。

环形谐振器15设置在第二耦合微带线132与第四耦合微带线142之间，环形谐振器15由四根谐振微带线构成的矩形，即由第一谐振微带线151、第二谐振微带线152、第三谐振微带线153和第四谐振微带线154构成的矩形谐振器。环形谐振器15的第一谐振微带线151与第二耦合微带线132之间隔有间距，环形谐振器15的第三谐振微带线153与第四耦合微带线142之间隔有间距，第一谐振微带线151与第二耦合微带线132之间的间距等于第三谐振微带线153与第四耦合微带线142之间的间距。

第一双枝节开路负载16包括第一负载微带线161以及第二负载微带线162，第二双枝节开路负载17包括第三负载微带线171以及第四负载微带线172。第一负载微带线161的一端连接至输入端P1，第一负载微带线161的另一端连接至第二负载微带线162的一端。第三负载微带线171的一端连接至输出端P2，第三负载微带线171的另一端连接至第四负载微带线172的一端。第一负载微带线161连接至输入端P1的连接处与输入微带线11连接至输入端P1的连接处不重叠，使得第一耦合微带线131与第一负载微带线161之间隔有间距，从而防止两者之间信号能量的相互干扰。第三负载微带线171连接至输出端P2的连接处与输出微带线12连接至输出端P1的连接处不重叠，使得第三耦合微带线141与第三负载微带线171之间隔有间距，从而防止两者之间信号能量的相互干扰。在本实施例中，所述第一耦合微带线131与第一负载微带线161之间的间距等于第三耦合微带线141与第三负载微带线171之间的间距，该间距优选为2mm至5mm，即可避免两者之间信号能量的相互干扰。

需要说明的是，本发明所述基于环形谐振器的带通滤波器关于该带通滤波器的中心轴线ab左右对称。本发明所述基于环形谐振器的带通滤波器相对于现有带通滤波器，其中最中间的四条微带线可构成一个环形谐振器，并在输入端P1和输出端P2分别加载了一个双枝节开路负载，可以为本发明所述带通滤波器在工作频带内提供良好的带通匹配效果。此外，本发明通过上述结构设计的带通滤波器，能够对带外信号有良好的抑制效果，对通带信号具有高选择性，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰。

参考图2所示，图2是本发明基于环形谐振器的带通滤波器优选实施例的结构尺寸示意图。本发明刻蚀在介质板1上表面的输入端P1、输出端P2、输入微带线11、输出微带线12、第一耦合线13、第二耦合线14、环形谐振器15、第一双枝节开路负载16、第二双枝节开路负载17、第一双枝节阻抗匹配器18和第二双枝节阻抗匹配器19均为金属铜片，本发明涉及的输入微带线、输出微带线、负载微带线、耦合微带线、谐振微带线均为采用条形结构的金属铜片微带线，只是为了区别每一根微带线采用了不同的名称命名。本发明以在1.82GHz到2.19GHz内的工作频带为例，通过具体的实施例来说明本发明基于环形谐振器的带通滤波器优选实施例的结构尺寸的长度和宽度。

在本实施例中，输入端P1和输出端P2的长度均为L₀＝15mm、宽度均为W₀＝1.66mm。输入微带线11和输出微带线12的长度均为Cl₂＝23.8mm、宽度均为Cw₂＝0.14mm。

第一耦合微带线131和第三耦合微带线141的长度均为Cl₂＝23.8mm，第二耦合微带线132和第四耦合微带线142长度均为Cl₁＝23.48mm。第一耦合微带线131、第二耦合微带线132、第三耦合微带线141和第四耦合微带线142的宽度为Cw₁＝0.17mm。

环形谐振器15的第一谐振微带线151和第三谐振微带线153的长度均为Cl₁＝23.48mm，第二谐振微带线152和第四谐振微带线154的长度均为L₅＝23.08mm。第一谐振微带线151、第二谐振微带线152、第三谐振微带线、和第四谐振微带线154的宽度均为W₅＝0.25mm。

第一负载微带线161和第三负载微带线171的长度均为L₄＝22.3mm、宽度均为W₄＝1.42mm；第二负载微带线162和第四负载微带线172的长度为L₃＝22.67mm、宽度均为W₃＝0.915mm。

第一阻抗匹配线181和第三阻抗匹配线191的长度均为L₂＝23.4mm、宽度均为W₂＝0.27mm；第二阻抗匹配线182和第四阻抗匹配线192的长度均为L₁＝21.64mm、宽度均为W₁＝2.83mm。

第一谐振微带线151与第二耦合微带线132之间的间距、第三谐振微带线153与第四耦合微带线142之间的间距Cs₁＝0.48mm。输入微带线11与第一耦合微带线131之间的间距、输出微带线12与第三耦合微带线141之间的间距均为Cs₂＝0.465mm。

需要说明的是，设置在PCB板上的金属铜片厚度一般为um级，因此本发明并不对输入端P1、输出端P2、输入微带线11、输出微带线12、第一耦合线13、第二耦合线14、环形谐振器15、第一双枝节开路负载16、第二双枝节开路负载17、第一双枝节阻抗匹配器18和第二双枝节阻抗匹配器19的金属铜片厚度加以限制，并不影响本发明所述基于环形谐振器的带通滤波器的特性。

参考图3所示，图3是本发明基于环形谐振器的带通滤波器通过电磁仿真软件仿真的S参数结果示意图。一般地，带通滤波器允许不同频带信号进入系统，滤除带外信号或噪声。从图3可以看出，可以看出在1.82GHz到2.19GHz内，本发明带通滤波器的反射系数(|S₁₁|)在-10dB以下，说明该带通滤波器可以工作在1.82GHz到2.19GHz内，可实现18.5％的相对带宽。在1.1GHz处，本发明所述带通滤波器的传输特性(|S21|)可达到-33dB，在2.7GHz处，|S₂₁|可达到-72dB，所以本发明所述带通滤波器具有高选择性。由此可知，本发明基于环形谐振器的带通滤波器能够对带外信号有良好的抑制效果，对通带信号具有高选择性，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰，因此可大幅提高微波电路的性能。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于环形谐振器的带通滤波器，包括介质板以及设置在介质板下表面的地面金属层，其特征在于，该基于环形谐振器的带通滤波器还包括刻蚀在介质板上表面的输入端、输出端、输入微带线、输出微带线、第一耦合线、第二耦合线、环形谐振器、第一双枝节开路负载、第二双枝节开路负载、第一双枝节阻抗匹配器以及第二双枝节阻抗匹配器，该基于环形谐振器的带通滤波器关于该带通滤波器的中心轴线左右对称，其中：

所述输入微带线的一端连接至所述输入端，该输入微带线的另一端连接至第一双枝节阻抗匹配器；

所述输出微带线的一端连接至所述输出端，该输出微带线的另一端连接至第二双枝节阻抗匹配器；

所述第一耦合线包括第一耦合微带线和第二耦合微带线，第一耦合微带线的一端与第二耦合微带线的一端正交连接形成L形；

所述第二耦合线包括第三耦合微带线和第四耦合微带线，第三耦合微带线的一端与第四耦合微带线的一端正交连接形成L形；

所述环形谐振器是由四根谐振微带线构成的矩形谐振器，该环形谐振器设置在第二耦合微带线与第四耦合微带线之间；

第一双枝节开路负载包括第一负载微带线以及第二负载微带线，第二双枝节开路负载包括第三负载微带线以及第四负载微带线，第一负载微带线的一端连接至输入端，第一负载微带线的另一端连接至第二负载微带线的一端，第三负载微带线的一端连接至输出端，第三负载微带线的另一端连接至第四负载微带线的一端。

2.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述环形谐振器包括第一谐振微带线、第二谐振微带线、第三谐振微带线和第四谐振微带线，第一谐振微带线与第二耦合微带线之间的间距等于第三谐振微带线与第四耦合微带线之间的间距。

3.根据权利要求2所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述输入微带线与第一耦合微带线之间的间距等于所述输出微带线与第三耦合微带线之间的间距。

4.根据权利要求3所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述第一双枝节阻抗匹配器包括第一阻抗匹配线和第二阻抗匹配线，所述第二双枝节阻抗匹配器包括第三阻抗匹配线和第四阻抗匹配线，其中：

所述第一阻抗匹配线的一端与输入微带线的一端正交连接形成L形，第一阻抗匹配线的另一端连接至第二阻抗匹配线的一端；

所述第三阻抗匹配线的一端与输出微带线的一端正交连接形成L形，第三阻抗匹配线的另一端连接至第四阻抗匹配线的一端。

5.根据权利要求4所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述第一阻抗匹配线和第三阻抗匹配线的长度均为L₂＝23.4mm、宽度均为W₂＝0.27mm，第二阻抗匹配线和第四阻抗匹配线的长度均为L₁＝21.64mm、宽度均为W₁＝2.83mm。

6.根据权利要求5所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振微带线和第三谐振微带线的长度均为Cl₁＝23.48mm，第二谐振微带线和第四谐振微带线的长度均为L₅＝23.08mm，第一谐振微带线、第二谐振微带线、第三谐振微带线和第四谐振微带线的宽度均为W₅＝0.25mm。

7.根据权利要求6所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述输入端和输出端的长度均为L₀＝15mm、宽度均为W₀＝1.66mm，所述输入微带线、输出微带线的长度均为Cl₂＝23.8mm、宽度均为Cw₂＝0.14mm；所述第一耦合微带线和第三耦合微带线的长度均为Cl₂＝23.8mm，所述第二耦合微带线和第四耦合微带线长度均为Cl₁＝23.48mm，所述第一耦合微带线、第二耦合微带线、第三耦合微带线和第四耦合微带线的宽度均为Cw₁＝0.17mm。

8.根据权利要求7所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述第一负载微带线和第三负载微带线的长度均为L₄＝22.3mm、宽度均为W₄＝1.42mm，第二负载微带线和第四负载微带线的长度为L₃＝22.67mm、宽度均为W₃＝0.915mm。

9.根据权利要求8所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述第一谐振微带线与第二耦合微带线之间的间距、第三谐振微带线与第四耦合微带线之间的间距均为Cs₁＝0.48mm，所述输入微带线与第一耦合微带线之间的间距、输出微带线与第三耦合微带线之间的间距均为Cs₂＝0.465mm。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于环形谐振器的带通滤波器，其特征在于，所述介质板是一种板厚为0.762mm、相对介电常数3.66的PCB板。