CN107256995A - 一种微带双通带带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微带双通带带通滤波器，其特征在于：第一终端开路传输线节(21)、第二终端开路传输线节(22)和第三终端开路传输线节(23)连接在一起，构成第一双模谐振器；第四终端开路传输线节(24)、第五终端开路传输线节(25)和第六终端开路传输线节(26)连接在一起，构成第二双模谐振器；输入馈线(1)与第一终端开路传输线节(21)的部分进行耦合，第一终端开路传输线节(21)的部分与第四终端开路传输线节(24)的部分进行耦合，第四终端开路传输线节(24)的部分与输出馈线(3)进行耦合，构成整个双通带滤波器；该滤波器尺寸较小，容易调试，且具有良好的频率性能。

Description

一种微带双通带带通滤波器
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种微带双通带滤波器。
背景技术
滤波器是雷达、通信及测量系统中的关键器件之一，其功能在于允许某一部分频率的信号顺利的通过，而让另外一部分频率的信号受到较大的抑制，其性能对于整个系统性能具有重要的影响。滤波器的技术指标包括通带带宽、插入损耗、通带波动、回波损耗、阻带抑制度、带内相位线性度及群时延等。按照频率响应的类型来划分，可以分为椭圆滤波器、巴特沃斯滤波器、高斯滤波器、广义切比雪夫滤波器和逆广义切比雪夫滤波器等。对于模拟滤波器而言，分为集总参数模拟滤波器和分布参数模拟滤波器。在射频/微波/光频等较高频段内，主要使用微带线、带状线、槽线、鳍线、共面波导、同轴线、波导等多种传输线结构。这些传输线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。在这些频段内，通常使用波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器及微带线滤波器等传输线滤波器。其中，微带滤波器具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，是应用广泛的一类传输线滤波器。此外，随着现代通信的快速发展,WCDMA、WLANs等无线通信新技术不断涌现。由于这些无线通信技术均聚集在射频及微波频段的低频段,这使得频谱资源特别拥挤,多频段通信的重要地位日益凸显。在多频段通信系统中应用多通带滤波器能够有效地减少整个系统设备的体积和整体电路的复杂度,从而达到简化系统、降低设备造价成本的目的,因此研究微带多通带带通滤波器的实现具有极为重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有双通带带通滤波器的不足，提供了一种微带双通带带通滤波器(以下简称为：双通带滤波器)。
典型微带线的结构如图1所示，主要包括三层。第I层是金属上覆层，第II层是介质基片，第III层是金属下覆层。本发明所述的双通带滤波器的结构如图2所示。为了实现本发明所述的双通带滤波器，所采用的技术方案是：在微带线的金属上覆层(即第I层)刻蚀如图3 所示的图案。其特征在于：第一终端开路传输线节(21)、第二终端开路传输线节(22)和第三终端开路传输线节(23)连接在一起，构成第一双模谐振器；第四终端开路传输线节(24)、第五终端开路传输线节(25)和第六终端开路传输线节(26)连接在一起，构成第二双模谐振器；输入馈线(1)与第一终端开路传输线节(21)的部分进行耦合，第一终端开路传输线节(21)的部分与第四终端开路传输线节(24)的部分进行耦合，第四终端开路传输线节(24)的部分与输出馈线(3)进行耦合，构成整个双通带滤波器。
本发明所述的双通带滤波器的有益效果是：尺寸较小，容易调试，且具有良好的频率性能。
附图说明
图1：微带线结构示意图；
图2：微带双通带带通滤波器示意图；
图3：微带双通带带通滤波器俯视图；
图4：双模谐振器示意图；
图5：结构参数变化对双模谐振器特性的影响；
图6：结构参数变化对双通带滤波器特性的影响；
图7：双通带滤波器实物图；
图8：双通带滤波器的仿真和测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。由图3所示，双通带滤波器的特征在于：第一终端开路传输线节(21)、第二终端开路传输线节(22)和第三终端开路传输线节(23)连接在一起，构成第一双模谐振器；第四终端开路传输线节(24)、第五终端开路传输线节(25)和第六终端开路传输线节(26)连接在一起，构成第二双模谐振器；输入馈线(1)与第一终端开路传输线节(21)的部分进行耦合，第一终端开路传输线节 (21)的部分与第四终端开路传输线节(24)的部分进行耦合，第四终端开路传输线节(24)的部分与输出馈线(3)进行耦合，构成整个双通带滤波器。
为了体现本发明的创造性和新颖性，下面深入分析该双通带滤波器的物理机制。本发明所述的双通带滤波器是对称结构，因此第一双模谐振器和第二双模谐振器是呈左右对称的。下面仅讨论第一双模谐振器，其结论同样适用于第二双模谐振器，下面统称为双模谐振器。双模谐振器的结构如图4所示，相应的长度用li表示，其中i＝1、2、……、7。通过分析其谐振特性，可以发现该双模谐振器有两个相对独立可调的谐振频率。不失一般性，考虑双模谐振器的各个传输线节的特征阻抗相等的情况，且l1+l2＝l5+l6+l7。其中第一谐振频率用f1表示，它由下面的式子确定：
其中εeff是微带基片的有效介电常数，c是真空中的光速。另外一个谐振频率称为第二谐振频率，用f2表示，它由下面的式子确定：
比较上面两个式子，可见第二终端开路传输线节(22)的长度(l3+l4)主要影响第二个谐振频率f2。在图5中，给出了第二终端开路传输线节(22)的长度(l3+l4)对于两个谐振频率的影响。可以看到，当改变结构参数(l3+l4)时，主要影响第二个谐振频率f2，从而验证了前面的结论。
双通带滤波器的两个通带是通过两个双模谐振器所提供的四个谐振频率耦合形成。根据前面的讨论可知，双模谐振器的第一谐振频率和第二谐振频率是相对独立可调的。即可以通过改变第二终端开路传输线节(22)和第六终端开路传输线节(26)的长度，相对独立调整双模谐振器的第二谐振频率。在双通带滤波器的调谐过程中，就可以利用此性质，可以在不影响较低通带的前提下，独立调整较高通带的中心频率。如图6所示，通过改变第二终端开路传输线节(22)和第六终端开路传输线节(26)的长度，双通带滤波器的第一个通带基本保持不变，可以灵活移动第二个通带的中心频率。这说明两个通带是可以独立调节的，表现出较大的灵活性，符合本文之前的分析。
为了验证前面的分析，对该双通带滤波器进行了加工。基片选用厚度为0.508mm，相对介电常数3.66的Rogers 4350基片。加工后的实物图如图7所示。该双通带滤波器的整体物理尺寸为30mm×25mm，具有尺寸小的优点。同时，仿真和测试结果如图8所示。测试结果表明，该双通带滤波器的第一个通带位于1.87GHz，相对带宽5.3％；第二个通带位于3.22GHz，相对带宽为9.6％。两个通带间的抑制大于25dB，具有出色的带外抑制和良好的频率选择性。两个通带内的回波损耗的分别为11.2dB和14.6dB。4个传输零点分别位于1.22GHz、2.23GHz、 3.01GHz和5.53GHz，有效得改善了频率选择性和带外抑制特性。从结果的整体上来看，仿真和测试吻合的较好。
以上所列举的实施例，充分说明了本发明所述的双通带滤波器具有尺寸较小，容易调试，频率性能优异等优点。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种微带双通带带通滤波器，其特征在于：第一终端开路传输线节(21)、第二终端开路传输线节(22)和第三终端开路传输线节(23)连接在一起，构成第一双模谐振器；第四终端开路传输线节(24)、第五终端开路传输线节(25)和第六终端开路传输线节(26)连接在一起，构成第二双模谐振器；输入馈线(1)与第一终端开路传输线节(21)的部分进行耦合，第一终端开路传输线节(21)的部分与第四终端开路传输线节(24)的部分进行耦合，第四终端开路传输线节(24)的部分与输出馈线(3)进行耦合，构成整个双通带滤波器。
2.依据权利要求1所述的微带双通带带通滤波器，当调整第二终端开路传输线节(22)和第六终端开路传输线节(26)的长度，第一个通带基本保持不变，可以灵活移动第二个通带的中心频率。
3.依据权利要求1所述的微带双通带带通滤波器，具有四个位于有限频率处的传输零点，分别位于两个通带的两侧，有效改善了频率选择性和带外抑制。
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