CN107134616A - 一种微带五模滤波器 - Google Patents

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于兵
杨斐
李鹤鸣
葛俊祥
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    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
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Abstract

本发明公开了一种微带五模滤波器，包括介质基板，在介质基板的底面设有金属地板，在介质基板的上表面刻蚀有微波电路，微波电路包括依次连接的第一馈电网络、多模环形谐振器和第二馈电网络，多模环形谐振器包括传输线六、传输线七、传输线八、传输线九和传输线十；传输线六的左端位于传输线四的双指之间，右端位于传输线五的双指之间，中间段与传输线八、传输线九和传输线十依次相连构成环形，传输线七的一端连接传输线六的中间段，另一端向传输线九垂直延伸，在传输线九的中间位置还设有过孔，过孔穿过介质基板与金属地板连通。本发明通过枝节加载形成环形谐振器，实现五模谐振特性，提高了多模宽带滤波器的通带传输和反射特性。

Description

一种微带五模滤波器
技术领域
本发明属于毫米波与微波器件技术领域，具体涉及一种微带五模滤波器。
背景技术
进入21世纪后，无线通信技术有了飞速的发展，无线通信设备也随处可见。4G（FDD-LTE、TDD-LTE）已经得到全面普及，为了满足日益增长的连接需求，并伴随着虚拟现实、增强现实和物联网云计算等技术的发展，人们又开始了5G的研发。未来对无线设备提出了更低的价格、更轻的重量、更大的容量等一系列新要求。滤波器是无线通信设备不可或缺的一部分，具有频率选择特性，能筛选出有用的信号，而对不需要的信号进行抑制，在雷达、移动通信等诸多电子设备中广泛使用。其性能的优劣对整个通信设备的性能有着重要的影响。
微带多模滤波器利用一个谐振器产生多个谐振模式，即单个谐振器能实现单谐振模式谐振器级联的效果，因此微带多模滤波器有着紧凑的结构，在无线通信中广泛的运用。本专利提出了一个微带五模滤波器，该滤波器有着通带范围大、结构紧凑、加工方便等优点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种微带五模滤波器，通过枝节加载形成环形谐振器，实现五模谐振特性，提高了多模宽带滤波器的通带传输和反射特性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种微带五模滤波器，其特征是，包括介质基板，在介质基板的底面设有金属地板，在介质基板的上表面刻蚀有微波电路，其特征是，微波电路包括依次连接的第一馈电网络、多模环形谐振器和第二馈电网络，第一馈电网络、多模环形谐振器和第二馈电网络构成以多模环形谐振器的竖直中心处为对称中心线的对称结构；
其中第一馈电网络由传输线四构成，第二馈电网络由传输线五构成，传输线四与传输线五均为一端凹陷的双指结构且对称设置；传输线四的左端口作为输入端口，传输线五的右端口作为输出端口；
多模环形谐振器包括传输线六、传输线七、传输线八、传输线九和传输线十；传输线六为分为三段，左端位于传输线四的双指之间，右端位于传输线五的双指之间，中间段与传输线八、传输线九和传输线十依次相连构成环形，传输线七的一端连接传输线六的中间段，另一端向传输线九垂直延伸，在传输线九的中间位置还设有过孔，过孔穿过介质基板与金属地板连通。
进一步的，传输线九的两端各有一个切角。
进一步的，切角为等腰直角三角形。
进一步的，传输线四与传输线五两者尺寸相同。
进一步的，传输线六的一端与传输线四的双指上下缝隙的宽度相同，另一端与传输线五的双指上下缝隙的宽度相同。
进一步的，多模环行谐振器为对称结构，对称轴为传输线七7的竖直中心线。
进一步的，金属地板上还包括第一缺陷地单元和第二缺陷地单元，第一缺陷地单元位于第一馈电网络的正下方，且两者结构上中心对称；第二缺陷地单元位于第二馈电网络的正下方，两者结构中心对称。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过枝节加载形成环形谐振器，实现五模谐振特性，提高了多模宽带滤波器的通带传输和反射特性。该滤波器具有相对带宽大、结构紧凑、体积小、加工方便等优点，可以用在超宽带通信系统中。
附图说明
图1为整个微带五模滤波器的侧视图；
图2为微带五模滤波器的上层微带线结构示意图；
图3为微带五模滤波器的底层接地板结构示意图；
图4为微带五模滤波器在频段1-15GHz仿真与实测S参数示意图。
附图标记：1、微波电路；2、介质基板；3、金属地板；4、传输线四；5、传输线五；6、传输线六；7、传输线七；8、传输线八；9、传输线九；10、传输线十；11、过孔；12、第一缺陷地单元；13、第二缺陷地单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种微带五模滤波器，如图1所示，包括位于上层的微波电路1、中间层的介质基板2和位于底层的金属地板3，其中微波电路1和金属地板3分别附着在中间层介质基板2的上下面。本实例中，中间介质基板2的介电常数为3.38，厚度为0.508mm，微带结构厚度为0.018mm，底层金属板厚度为0.018mm。
图2是微带五模滤波器的上层的微波电路的示意图，微波电路包括第一馈电网络，多枝节加载的多模环形谐振器和第二馈电网络。第一馈电网络、多模环形谐振器和第二馈电网络构成以多模环形谐振器的竖直中心处为对称中心线的对称结构。其中第一馈电网络由传输线四4构成，传输线四4为一端凹陷的双指型对称结构；第二馈电网络由传输线五5构成，传输线五5与传输线四4尺寸结构相同，且对称设置。以传输线四4为例，该双指结构包含左侧的微带线与右侧的双指，右侧双指上下宽度相同。传输线四4的左端口作为输入端口，传输线五5的右端口作为输出端口。
多枝节加载的多模环形谐振器由传输线六6、传输线七7、传输线八8、传输线九9和传输线十10组成。传输线六6为分为三段，左端位于传输线四4的双指之间，右端位于传输线五5的双指之间，中间段与传输线八8、传输线九9和传输线十10依次相连构成环形，传输线七7的一端连接传输线六6的中间段，传输线七7的另一端向传输线九9垂直延伸，在传输线九9的中间位置还设有过孔11，过孔11为接地孔，过孔11穿过介质基板与金属地板3连通，过孔11最大孔径不超过传输线九9的线宽，过孔11使得滤波器增加一个传输极点。
本实例中，该多模环行谐振器为对称结构，对称轴为传输线七7的竖直中心线。传输线六6为非均匀传输线，两端是低阻抗线，线宽为0.21mm，线长为7.15mm，一端（左端）与传输线四的双指上下缝隙的宽度相同，另一端（右端）与传输线五的双指上下缝隙的宽度相同；中间段是高阻抗线，线宽为0.14mm，线长为7.44mm，传输线七7的线宽为0.45mm，线长为2.83mm，传输线八8的线宽为0.65mm，线长为3.96mm，传输线十10的线宽为0.65mm，线长为3.96mm，传输线九9的线宽为0.58mm，线长为7.446mm，传输线九9两端有两个切角，每一个切角都是等腰直角三角形，其直角边长是0.4mm，切角的目的是实现阻抗匹配，使得该滤波器具有较好的传输性能。上述传输线长宽的具体尺寸通过仿真软件HFSS优化后确定，优化的目标使滤波器的性能达到图4所示。
为了提高本发明滤波器的性能，参见图3，微带五模滤波器的底层金属地板上还包括第一缺陷地单元12和第二缺陷地单元13，第一缺陷地单元12位于第一馈电网络的正下方，且两者结构上中心对称；第二缺陷地单元13位于第二馈电网络的正下方，两者结构中心对称。
此滤波器的工作过程为：
滤波器的左右两端分别为输入端与输出端，输入端输入不同频率的信号时，滤波器存在特定的频率响应，频率响应包括传输特性S21幅度响应，即插入损耗特性，反射系数S11幅度响应，即回波损耗特性。图4为本发明微带五模滤波器在频率1-15GHz的频率响应曲线示意图，通过曲线S21可以看出，其3dB带宽范围为2.7GHz到10.3GHz，相对带宽约为117%，说明该滤波器具有超宽带特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微带五模滤波器，其特征是，包括介质基板，在介质基板的底面设有金属地板，在介质基板的上表面刻蚀有微波电路，其特征是，微波电路包括依次连接的第一馈电网络、多模环形谐振器和第二馈电网络，第一馈电网络、多模环形谐振器和第二馈电网络构成以多模环形谐振器的竖直中心处为对称中心线的对称结构；
其中第一馈电网络由传输线四构成，第二馈电网络由传输线五构成，传输线四与传输线五均为一端凹陷的双指结构且对称设置；传输线四的左端口作为输入端口，传输线五的右端口作为输出端口；
多模环形谐振器包括传输线六、传输线七、传输线八、传输线九和传输线十；传输线六为分为三段，左端位于传输线四的双指之间，右端位于传输线五的双指之间，中间段与传输线八、传输线九和传输线十依次相连构成环形，传输线七的一端连接传输线六的中间段，另一端向传输线九垂直延伸，在传输线九的中间位置还设有过孔，过孔穿过介质基板与金属地板连通。
2.根据权利要求1所述的一种微带五模滤波器，其特征是，传输线九的两端各有一个切角。
3.根据权利要求2所述的一种微带五模滤波器，其特征是，切角为等腰直角三角形。
4.根据权利要求1所述的一种微带五模滤波器，其特征是，传输线四与传输线五两者尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的一种微带五模滤波器，其特征是，传输线六的一端与传输线四的双指上下缝隙的宽度相同，另一端与传输线五的双指上下缝隙的宽度相同。
6.根据权利要求1所述的一种微带五模滤波器，其特征是，多模环行谐振器为对称结构，对称轴为传输线七的竖直中心线。
7.根据权利要求1所述的一种微带五模滤波器，其特征是，金属地板上还包括第一缺陷地单元和第二缺陷地单元，第一缺陷地单元位于第一馈电网络的正下方，且两者结构上中心对称；第二缺陷地单元位于第二馈电网络的正下方，两者结构中心对称。
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