CN107134613A - 基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

一种基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器，主要解决多通带滤波器设计中滤波器体积偏大，通带内插入损耗偏高，回波损耗偏小的问题。其包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，谐振器(3)，输入输出馈线(4)，接地通孔(5)。金属接地板(2)设置于介质基板(1)下表面，谐振器(3)串接于输入馈线(41)与输出馈线(42)之间，谐振器(3)与输入馈线(41)和输出馈线(42)均设置于介质基板(1)的上表面。本发明所提出的滤波器能够减小了滤波器的整体尺寸，获得非常小的插入损耗且可独立控制每个通带，增大阻带抑制，提高通带选择性，可用于WLAN与WIMAX无线通信系统。

Description

基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信技术领域中的一种基于开路枝节加载谐振器OSLR(OpenStub Loaded Resonator)的三频带微带带通滤波器。本发明实现了能够在三个不同工作频段处同时滤波的三频带带通滤波器，可在中心频率2.4GHz、3.5GHz、5.4GHz频段处分别实现对微波信号滤波的功能，可用于WLAN与WIMAX无线通信系统。

背景技术

微波滤波器是通信系统、雷达系统等射频前端系统不可缺少的重要组成部分，其主要作用是最大限度地滤除系统噪声及其他信道信号的干扰，其性能好坏直接影响整个无线通信系统的稳定和性能指标。现代无线通信系统要求射频器件工作在多个分离的频段以满足一个多模终端来实现不同业务的需求，通过一个波束发射多个不连续信道的频率信号，这就需要使用多通带滤波器来一直杂散的噪声信号。传统的滤波器为了实现多频段通信，每一个频段都需要独立的滤波器，这样大大增加了整个系统的体积和功耗。为解决上述问题，对于滤波器的设计要求能够同时工作在多个频段，设计插入损耗更低，回波损耗大，体积更小的滤波器。根据美国电气与电子工程师协会标准规定，无线局域网WLAN主要工作频段为：2.4-2.4835GHz和5.15-5.825GHz；全球微波互联接入WIMAX的主要工作频段为：3.3-3.9GHz。本发明在无线局域网和全球微波互联接入的频段范围内设计一款中心频率工作在2.4/3.5/5.4GHz的三频带带通滤波器。

滤波器的主要技术指标有：中心频率、相对带宽、插入损耗、回波损耗等，多频带滤波器实现时主要包括以下方式：(1)多个滤波器组合，包括带通与带阻滤波器的组合以及多个带通滤波器的级联；(2)可控谐振器耦合法，谐振器类型主要有枝节加载谐振器(SLR)和阶梯阻抗谐振器(SIR)；(3)缺陷地法；(4)多模法。

Lin XM,Chu Q X.在其发表的论文“A novel triple-band filter withtransmission zeros using tri-section SIRs”(International Conference onMicrowave and Millimeter Wave Technology,IEEE,2008:1261-1263)中公开了一种用两个三阶阶梯阻抗谐振器实现三频带带通滤波器的方法。该滤波器采用的阶梯阻抗谐振器以交指型结构耦合在一起，通过对阶梯阻抗谐振器结构的折叠，并引入交指型馈电结构，采用紧凑型放置，减小了滤波器体积。但是，该滤波器仍然存在的不足之处是，其通带内插入损耗偏高，回波损耗偏小，通带选择性较差。

电子科技大学在申请的专利文献“微带三通带带通滤波器”(申请日：2014.07.29，申请号201410368041.6，公告号CN 104124496A)中公开了一种使用枝节加载半波长谐振器的方法。该方法构造了三个独立的滤波器，每个滤波器的通带频率及通带带宽都可以单独调整，而且频率选择性好、通带间隔离度高。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于采用谐振器个数较多，导致滤波器体积偏大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器。

为了实现上述目的，本发明包括微带介质基板，金属接地板，谐振器，输入输出馈线，接地通孔；所述的金属接地板设置于介质基板下表面；所述的谐振器串接于输入馈线与输出馈线之间，谐振器、输入馈线、输出馈线均设置于介质基板的上表面；所述的接地通孔设置于金属接地板的正中心并贯穿介质基板的上表面与下表面。

所述谐振器包括两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器、一个枝节线、两个对称放置的“C”型阶梯阻抗谐振器；所述两个“C”型开口环由枝节线连接并嵌套于两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器的空隙之中。

所述输入馈线和输出馈线采用零度馈电结构，所述输入馈线和输出馈线均采用50欧姆微带线。

所述两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器中，每个“ε”型枝节加载谐振器包括开路枝节线和“C”型开口环；所述的开路枝节线与“C”型开口环的底端的中心点相连。

所述枝节线与馈线垂直，枝节线设置于介质基板上表面的中心处，枝节线与两个对称放置的“C”型开口环的底端的中心点相连。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明采用将两个“C”型开口环由枝节线连接并嵌套于两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器的空隙之中，合理的利用了“ε”型开路枝节加载谐振器的剩余空间，使结构更加紧凑，从而克服了现有技术中采用谐振器个数较多，导致滤波器体积偏大的不足，使得本发明减小了滤波器的整体尺寸，同时简化了设计的复杂度。

第二，本发明采用将两个“C”型开口环由枝节线连接并嵌套于两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器的空隙之中，两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器中，每个“ε”型枝节加载谐振器包括开路枝节线和“C”型开口环，所述的开路枝节线与“C”型开口环的底端的中心点相连，枝节线与馈线垂直，枝节线设置于介质基板上表面的中心处，枝节线与两个对称放置的“C”型开口环的底端的中心点相连，克服了现有技术中通带内插入损耗偏高，回波损耗偏小的不足，使得本发明获得非常小的插入损耗且可独立控制每个通带，增加了设计的灵活性与自由度。

第三，由于本发明输入馈线和输出馈线采用零度馈电结构，所述输入馈线和输出馈线均采用50欧姆微带线，克服了现有技术中通带选择性较差的不足，使得本发明在每个通带两侧形成传输零点，可以明显增大阻带抑制，提高通带选择性，实现同阶数滤波器下通频带边缘更加陡峭，使每个通带都有较好的选择性。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的频率响应的回波损耗S11和传输特性S21的仿真曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参照附图1和附图2，对本发明的结构作进一步的描述。

本发明的包括微带介质基板1，金属接地板2，谐振器3，输入输出馈线4，接地通孔5。金属接地板2设置于介质基板1下表面；谐振器3串接于输入馈线41与输出馈线42之间，谐振器3、输入馈线41、输出馈线42均设置于介质基板1的上表面；所述的接地通孔5设置于金属接地板2的正中心并贯穿介质基板1的上表面与下表面。

谐振器3包括两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器、一个枝节线33、两个对称放置的“C”型阶梯阻抗谐振器34；两个“C”型开口环34由枝节线33连接并嵌套于两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器的空隙之中。

输入馈线41和输出馈线42采用零度馈电结构，输入馈线41和输出馈线42均采用50欧姆微带线。

两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器中，每个“ε”型枝节加载谐振器包括开路枝节线31和“C”型开口环32；开路枝节线31与“C”型开口环32的底端的中心点相连。

枝节线33与馈线4垂直，枝节线3设置于介质基板1上表面的中心处，枝节线33与两个对称放置的“C”型开口环34的底端的中心点相连。

本发明的实施例描述的是中心频率工作在2.4/3.5/5.4GHz的三频带带通滤波器，两个对称放置“ε”的型开路枝节加载谐振器用于构造滤波器的第二通带与第三通带，“ε”型枝节加载谐振器的开路枝节线31的长度控制滤波器第三通带的中心频率，“ε”型枝节加载谐振器的“C”型开口环32的总长度控制滤波器第二通带的中心频率。两个“C”型开口环34用于构造滤波器第一通带的中心频率，“C”型开口环34的总长度控制第一通带的中心频率。

两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器之间的间距为0.3mm。

开路枝节线31的长度用于调节第三通带的中心频率，开路枝节线31长为6.1mm，宽为0.59mm，“C”型开口环32的总长度控制第二通带的中心频率，“C”型开口环32的顶端A1垂直于馈线4，其长为2.6mm,宽为0.3mm；“C”型开口环32的上端B1平行于馈线4，其长为10.3mm，宽为0.3mm；“C”型开口环32的底端C1垂直于馈线4，其长为8.8mm,宽为0.3mm；“C”型开口环32的下端D1平行于馈线4，其长为10.3mm，宽为0.3mm；“C”型开口环32的顶端E1垂直于馈线4，其长为2.6mm,宽为0.3mm；开路枝节线31位于“C”型开口环32的内侧微带线的对称中心，与其底端C1相连；“C”型开口环32的底端C1与馈线4相连。

枝节线33的长为0.8mm，宽为0.3mm。“C”型开口环34的总长度控制第一通带的中心频率，“C”型开口环34的顶端A2，其长为9.3mm,宽为0.3mm，与左侧开口环32的上端B1内侧相距0.3mm，与“C”型开口环的左端B2相连；“C”型开口环34的左端B2，其长为3.4mm,宽为0.3mm，与馈线4垂直，与左侧开口环32底端C1内侧相距0.3mm,与左侧开口环32的上端B1内侧相距0.3mm；“C”型开口环34的底端C2，其长为19.7mm，宽为0.3mm，与馈线4平行，与“C”型开口环34的左端B2和右端D2的下顶点相连；“C”型开口环34的右端D2，其长为3.4mm,宽为0.3mm，与馈线4垂直，与右侧开口环32底端C1内侧相距0.3mm,与右侧开口环32的上端B1内侧相距0.3mm；“C”型开口环34的顶端E2，其长为9.3mm,宽为0.3mm，与右侧开口环32的上端B1内侧相距0.3mm，与“C”型开口环的右端D2相连。“C”型开口环34的对称中心与开口环32对称中心重合。

输入馈线41和输出馈线42的长为4.65mm,宽为0.5mm，输入馈线41与开口环32的底端C1上顶点相距1mm，输出馈线42与开口环32的底端C1下顶点相距1mm。

微带介质基板1采用介质材料为Rogers5880，介电常数为2.2，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0009。

接地通孔5是半径为0.1mm的金属化过孔。

下面结合附图3，对本发明的技术效果作进一步描述。

1、仿真条件和仿真内容：

本发明的仿真实验是利用商业仿真软件HFSS_13.0对本发明实施例在1-6.5GHz范围内，对本发明滤波器的频率响应进行仿真，得到散射参数S的回波损耗S11和散射参数S的传输特性S21的仿真曲线图，进而得到该滤波器的中心频率、通带内最小插入损耗、通过内回波损耗、3dB相对带宽等指标。

2、仿真结果分析：

本发明的仿真结果得到的三通带滤波器的频率响应曲线图如附图3所示。图3中的横坐标表示频率，单位为GHz。纵坐标表示散射参数S，单位为dB。图3中的实线表示散射参数S的传输特性S21的仿真曲线，虚线表示散射参数S的回波损耗S11的仿真曲线。

从本发明的仿真结果中导出传输特性S21仿真曲线和回波损耗S11的仿真曲线的数据结果，从中可以得到本发明的滤波器的中心频率、通带内最小插入损耗、通过内回波损耗、3dB相对带宽等指标。

本发明实施例的三频带带通滤波器在2.4GHz、3.5GHz、5.4GHz处各形成了一个通带。各个通带内插入损耗非常小，带内回波损耗均可达到24dB以上，在1.9GHz、2.8GHz、4.2GHz、5.8GHz处产生了四个衰减均大于39.7dB的传输零点，每个通带都有良好的选择性。

中心频率为2.4GHz的第一通带，通带内最小插入损耗为0.14dB，通带内回波损耗为24.1dB，3dB相对带宽为9.38％。

中心频率为3.5GHz的第二通带，通带内最小插入损耗为0.07dB，通带内回波损耗为34.3dB，3dB相对带宽为11.17％。

中心频率为5.4GHz的第三通带，通带内最小插入损耗为0.17dB，通带内回波损耗为33.1dB，3dB相对带宽为7.54％。

Claims (3)

1.一种基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器，包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，谐振器(3)，输入输出馈线(4)，接地通孔(5)；所述的金属接地板(2)设置于介质基板(1)下表面；所述的谐振器(3)串接于输入馈线(41)与输出馈线(42)之间，谐振器(3)、输入馈线(41)、输出馈线(42)均设置于介质基板(1)的上表面；所述的接地通孔(5)设置于金属接地板(2)的正中心并贯穿介质基板(1)的上表面与下表面；其特征在于：

所述谐振器(3)包括两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器、一个枝节线(33)、两个对称放置的“C”型阶梯阻抗谐振器(34)；所述两个“C”型开口环(34)由枝节线(33)连接并嵌套于两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器的空隙之中；

所述输入馈线(41)和输出馈线(42)采用零度馈电结构，所述输入馈线(41)和输出馈线(42)均采用50欧姆微带线。

2.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器，其特征在于，所述两个对称放置的“ε”型开路枝节加载谐振器中，每个“ε”型枝节加载谐振器包括开路枝节线(31)和“C”型开口环(32)；所述的开路枝节线(31)与“C”型开口环(32)的底端的中心点相连。

3.根据权利要求1所述的基于开路枝节加载谐振器的三频带带通滤波器，其特征在于，所述枝节线(33)与馈线(4)垂直，枝节线(33)设置于介质基板(1)上表面的中心处，枝节线(33)与两个对称放置的“C”型开口环(34)的底端的中心点相连。