CN107482291B

CN107482291B - 一种新型双通带滤波器

Info

Publication number: CN107482291B
Application number: CN201710701335.XA
Authority: CN
Inventors: 石玉; 胡越; 尉旭波; 吕洪光; 钟慧
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2037-08-16
Also published as: CN107482291A

Abstract

本发明公开了一种新型双通带滤波器，包括设有接地通孔、主线路和金属地板的介质基片，主线路包括两个对称设置的二阶复合谐振器，每个二阶复合谐振器包括一个接地通孔。两个对称设置的二阶复合谐振器通过接地通孔耦合；二阶复合谐振器为对称结构，包括外部二阶阶梯阻抗谐振单元与内部二阶阶梯阻抗谐振单元，两个二阶阶梯阻抗谐振单元通过接地通孔相连并实现接地；二阶阶梯阻抗谐振单元包括外部谐振器和内部谐振器，外部二阶阶梯阻抗谐振单元上设有开路传输线。谐振器之间能够形成电耦合、磁耦合或者交叉耦合。该双通带滤波器实现了滤波器的小型化，同时具有中心频率、带宽易于控制、频率选择性高、带间隔离性好、结构紧凑、体积小巧的特点。

Description

一种新型双通带滤波器

技术领域

本发明属于微波通信技术领域，尤其涉及一种新型双通带滤波器。

背景技术

现今频谱资源日趋紧张，为提高频谱利用效率，提高信息容量并降低频段间的干扰，对滤波器的设计提出了更高的要求。除了更好的带外衰减，更远的带外抑制以及更好的频率选择性外，多通带通信的快速发展让多通道滤波器得以被重视，它具备频谱资源利用率高的优势。目前，实现双通带滤波器的方式有以下几种：(1)通过级联两个单频带滤波器来组成双频带滤波器，但往往需要伴随匹配网络，不利于小型化；(2)在宽带滤波器的带内引入传输零点，从而将通带分割，这种方式的滤波器结构复杂，设计难度高；(3)通过并联短截线的方式在带阻滤波器的带外引入传输极点，此方法通用性较差。

现有滤波器对带外信号的抑制效果不够明显。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的双通带滤波器体积大、结构复杂设计难度大、通用性差的问题，提供一种结构简单、体积小巧且频率选择性高、带间隔离度好的双通带滤波器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种新型双通带滤波器，包括介质基片，介质基片上对称设有两个接地通孔，介质基片上表面设有主线路，介质基片下表面设有金属地板，主线路包括两个对称设置的二阶复合谐振器，两个二阶复合谐振器通过接地通孔耦合；

每个二阶复合谐振器的结构对称，每个二阶复合谐振器包括一个外部二阶阶梯阻抗谐振单元和一个内部二阶阶梯阻抗谐振单元，同一个二阶复合谐振器的外部二阶阶梯阻抗谐振单元与内部二阶阶梯阻抗谐振单元之间通过同一接地通孔相连并实现接地；

每个外部二阶阶梯阻抗谐振单元包括两个对称设置的外部谐振器，每个内部二阶阶梯阻抗谐振单元包括两个对称设置的内部谐振器；

每个外部谐振器包括依次连接的外部低阻抗传输线、外部高阻抗传输线，外部高阻抗传输线上连接有开路传输线；每个内部谐振器包括依次连接的内部低阻抗传输线、内部高阻抗传输线；

外部二阶阶梯阻抗谐振单元的外部高阻抗传输线上设有输入/输出馈线，两个外部二阶阶梯阻抗谐振单元上的输入/输出馈线呈中心对称。

所述的一种新型双通带滤波器，每一个二阶复合谐振器的对称轴同侧的外部高阻抗传输线与内部高阻抗传输线连接，再与接地通孔相连。

进一步地，所述内部谐振器内置于外部谐振器内侧。

进一步地，所述开路传输线为螺旋结构。

进一步地，所述开路传输线为高阻抗传输线。

进一步地，所述开路传输线置于外部谐振器内侧。

进一步地，所述金属地具有缺陷地结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，本发明并联环形阶梯阻抗谐振器实现双通带滤波器，通过将一环形阶梯阻抗谐振单元内置于一加载枝节环形阶梯阻抗谐振单元内部，同时，将加载枝节以螺旋结构放入环形阶梯阻抗谐振器内，使结构设计更加紧凑小巧，极大程度上缩小了滤波器的尺寸。

其次，本发明利用电磁耦合及交叉耦合在滤波器带外引入多个传输零点，具有较好的选择性及较高的带外抑制，通过改变谐振器之间的缝隙宽度，接地孔的大小以及改变馈线的位置等方式可以改变电磁耦合的大小，从而可以改变滤波器零点的位置，通过控制加载开路传输线的加载位置和长度可以有效调整滤波器的中心频率和带宽，通过改变缺陷地的相关参数增强电磁耦合从而改变滤波器的中心频率和通带宽度。

再次，实践证明，该结构可以在滤波器通带附近产生5个传输零点，传输零点的产生可以提高滤波器的频率选择特性和频带间的隔离特性。

附图说明

图1为本发明的新型双通带滤波器的结构图；

图2为本发明的新型双通带滤波器金属地板的结构图；

图3为本发明的具体结构图；

图4为本发明的输入输出馈线及导线设置结构图；

图5为本发明复合谐振器的结构图；

图6为本发明复合谐振器的组成部件结构图；

图7为本发明复合谐振器的组成部件具体结构图；

图8为实施例中的双通带带通滤波器的频率响应曲线；

附图标记：1-介质基片，11-第一接地通孔，11’-第二接地通孔，2-主线路，5-第一二阶复合谐振器，5’-第二二阶复合谐振器，3-金属地板，4-第一输入/输出馈线，4’-第二输入/输出馈线，21-外部二阶阶梯阻抗谐振单元A，211-外部谐振器A，2111-外部低阻抗传输线A，2112-开路传输线A，2113-外部高阻抗传输线A，212-外部谐振器B，2121-外部低阻抗传输线B，2122-开路传输线B，2123-外部高阻抗传输线B；22-内部二阶阶梯阻抗谐振单元A，221-内部谐振器A，2211-内部低阻抗传输线A，2212-内部高阻抗传输线A，222-内部谐振器B，2221-内部低阻抗传输线B，2222-内部高阻抗传输线B，21’-外部二阶阶梯阻抗谐振单元C，211’-外部谐振器C，2111’-外部低阻抗传输线C，2112’-开路传输线C，2113’-外部高阻抗传输线C，212’-外部谐振器D，2121’-外部低阻抗传输线D，2122’-开路传输线D，2123’-外部高阻抗传输线D，22’-内部二阶阶梯阻抗谐振单元C，221’-内部谐振器C，2211’-内部低阻抗传输线C，2212’-内部高阻抗传输线C，222’-内部谐振器D，2221’-内部低阻抗传输线D，2222’-内部高阻抗传输线D。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

所述的一种新型双通带滤波器，每一个二阶复合谐振器的对称轴同侧的外部高阻抗传输线一端与内部高阻抗传输线一端连接，再与接地通孔相连。

进一步地，所述内部谐振器内置于外部谐振器内侧。

进一步地，所述开路传输线为螺旋结构。

进一步地，所述开路传输线为高阻抗传输线。

进一步地，所述开路传输线置于外部谐振器内侧。

进一步地，所述金属地具有缺陷地结构。

实施例

如图1、图2所示，本实施例中的双通带滤波器包括设有第一接地通孔11及第二接地通孔11’的介质基片1、位于介质基片1上表面的主线路2和位于介质基片下表面的金属地板3。主线路2由呈轴对称分布的第一二阶复合谐振器5、第二二阶复合谐振器5’组成。

如图5所示，第一二阶复合谐振器5包括外部二阶阶梯阻抗谐振单元A21、内部二阶阶梯阻抗谐振单元A22、第一接地通孔11，外部二阶阶梯阻抗谐振单元A21和内部二阶阶梯阻抗谐振单元A22通过第一接地通孔11相连。

如图6所示，外部二阶阶梯阻抗谐振单元A21由呈轴对称分布的外部谐振器A211及外部谐振器B212通过第一接地通孔11连接并接地；内部二阶阶梯阻抗谐振单元A22由呈轴对称分布的内部谐振器A221、内部谐振器B222通过第一接地通孔11连接并接地；

其中，外部谐振器A211，内部谐振器A221位于同侧，外部谐振器B212，内部谐振器B222位于同侧；外部谐振器A211、内部谐振器A221形成的结构与外部谐振器B212、内部谐振器B222形成的结构对称。

第二二阶复合谐振器5’包括外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’、内部二阶阶梯阻抗谐振单元C22’、第二接地通孔11’，外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’和内部二阶阶梯阻抗谐振单元C22’通过第二接地通孔11’相连。

外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’由呈轴对称分布的外部谐振器C211’及外部谐振器D212’通过第二接地通孔11’连接并接地；内部二阶阶梯阻抗谐振单元C22’由呈轴对称分布的内部谐振器C221’、内部谐振器D222’通过第二接地通孔11’连接并接地；

其中，外部谐振器C211’，内部谐振器C221’位于同侧，外部谐振器D212’，内部谐振器D222’位于同侧；外部谐振器C211’、内部谐振器C221’形成的结构与外部谐振器D212’、内部谐振器D222’形成的结构对称。

外部二阶阶梯阻抗谐振单元A21、外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’上分别连接第一输入/输出馈线4、第二输入/输出馈线4’。

外部谐振器A211包括外部低阻抗传输线A2111,连接外部低阻抗传输线A2111与第一接地通孔11之间的外部高阻抗传输线A2113；外部谐振器B212包括外部低阻抗传输线B2121,连接外部低阻抗传输线B2121与第一接地通孔11之间的外部高阻抗传输线B2123；外部谐振器C211’包括外部低阻抗传输线2111’,连接外部低阻抗传输线2111’与第二接地通孔11之间的外部高阻抗传输线C2113’；外部谐振器C212’包括外部低阻抗传输线D2121’,连接外部低阻抗传输线D2121’与第二接地通孔11’之间的外部高阻抗传输线D2123’。

其中，外部谐振器A211与外部谐振器B212之间，外部谐振器C211’与外部谐振器D212’之间均形成电耦合与磁耦合；外部谐振器A211与外部谐振器B212之间，外部谐振器C211’与外部谐振器D212’之间,通过第一接地通孔11与第二接地通孔11’磁耦合；外部谐振器A211与外部谐振器C211’之间，外部谐振器B212与外部谐振器D212’之间形成磁耦合；外部谐振器A211与外部谐振器D212’，外部谐振器B212与外部谐振器D211’之间形成对角交叉耦合。内部二阶阶梯阻抗谐振单元A 22并联于外部二阶阶梯阻抗谐振单元A 21的内部，内部二阶阶梯阻抗谐振单元C 22’并联于外部二阶阶梯阻抗谐振单元C 21’的内部。滤波器中所形成的电磁耦合是形成带通滤波器的关键。电磁耦合的强度决定着滤波器的带宽、通带内插入损耗的大小及滤波器频率选择性；如图2所示，通过在金属地板3采用缺陷地的方法更改其相关参数可以有效的提高滤波器的耦合强度，可以有效的改变滤波器通带的中心频率和通带宽度；通过调整滤波器中的外部谐振单元、内部谐振单元中的低阻抗传输线的间隙来控制电耦合的强度，从而影响通带宽度及带外零点的位置，通过改变外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21与外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’之间的缝隙宽度或者接地通孔的大小来控制磁耦合的强度，从而影响通带宽度及带外零点的位置，接地孔的大小以及改变馈线的位置可以改变滤波器零点的位置，继而提高频率选择性。

由上述外部二阶阶梯阻抗谐振单元A 21或外部二阶阶梯阻抗谐振单元C 21’的结构可知，本实施例中的外部二阶阶梯阻抗谐振单元A 21或外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’是通过在传统的四分之一波长阶梯阻抗谐振器的结构上加载一个开路传输线，并用环形阶梯阻抗谐振器来替代传统的四分之一波长阶梯阻抗谐振器来实现。其中，外部高阻抗传输线A2113、外部高阻抗传输线B2123、外部高阻抗传输线C2113’或外部高阻抗传输线D2123’和外部低阻抗传输线A2111、外部低阻抗传输线B2121、外部低阻抗传输线C2111’或外部低阻抗传输线D2121’构成环形阶梯阻抗谐振器。

对于环形阶梯阻抗谐振器，设定其外部高阻抗传输线A2113、外部高阻抗传输线B2123、外部高阻抗传输线C2113’或外部高阻抗传输线D2123’的特征阻抗及电长度均分别为Z1、θ1，外部低阻抗传输线A2111、外部低阻抗传输线B2121、外部低阻抗传输线C2111’或外部低阻抗传输线D2121’的特征阻抗及电长度分别为Z2、θ2，和阻抗比K＝Z2/Z1，由谐振条件可知：

K＝Z2/Z1＝tanθ1*tanθ2 (1)

对于本实施例中的外部二阶阶梯阻抗谐振单元A21或外部二阶阶梯阻抗谐振单元C 21’，设开路传输线A2112、开路传输线B 2122、开路传输线C 2112’或开路传输线D 2122’的特征阻抗及电长度均分别为Z3、θ3，令Z1＝Z3，则由谐振条件可知：

K＝Z2/Z1＝(cotθ1-tanθ3)/tanθ2 (2)

由式(1)、(2)可以看出，相比传统环形阶梯阻抗谐振器，本实施例中的外部二阶阶梯阻抗谐振单元A 21和外部二阶阶梯阻抗谐振单元C21’均多一个设计变量，因此，其设计更加灵活，进一步地，由该加载枝节环形阶梯阻抗谐振器构成的双通带滤波器的设计也将更加灵活。

为了提高空间利用率，最大限度的减小滤波器尺寸，开路传输线A2112、开路传输线B2122、开路传输线C2112’或开路传输线D2122’均为螺旋高阻抗传输线。

本实施例中的双通带滤波器的频率响应曲线如图3所示，图中的曲线S11为信号端口反射的特性曲线，曲线S21为信号的传输特性曲线。由图可知，第一通带的中心频率是2.4GHz，插入损耗为1.06dB，回波损耗大于16.5dB，该通带在1.88GHz和2.97GHz处产生两个传输零点，分别为TZ1、TZ2；第二通带的中心频率是5.11GHz，插入损耗为1.77dB，回波损耗大于13.5dB，该通带在4.47GHz、4.63GHz和5.33GHz处产生三个传输零点，分别为TZ3、TZ4和TZ5，传输零点极大的提高了滤波器的频率选择性和通带间的隔离性。

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

1.一种新型双通带滤波器，包括介质基片(1)，介质基片(1)上对称设有两个接地通孔，介质基片(1)上表面设有主线路(2)，介质基片(1)下表面设有金属地板(3)，其特征在于，主线路(2)包括两个对称设置的二阶复合谐振器，两个二阶复合谐振器通过接地通孔耦合；

每个二阶复合谐振器的结构对称，每个二阶复合谐振器包括一个外部二阶阶梯阻抗谐振单元、一个内部二阶阶梯阻抗谐振单元和一个接地通孔，同一个二阶复合谐振器的外部二阶阶梯阻抗谐振单元与内部二阶阶梯阻抗谐振单元之间通过同一接地通孔相连并实现接地；

2.根据权利要求1所述的一种新型双通带滤波器，其特征在于，每一个二阶复合谐振器的对称轴同侧的外部高阻抗传输线与内部高阻抗传输线连接，再与接地通孔相连。

3.根据权利要求2所述的一种新型双通带滤波器，其特征在于，所述内部谐振器内置于外部谐振器内侧。

4.根据权利要求1所述的一种新型双通带滤波器，其特征在于，所述开路传输线为螺旋结构。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种新型双通带滤波器，其特征在于，所述开路传输线为高阻抗传输线。

6.根据权利要求5所述的一种新型双通带滤波器，其特征在于，所述开路传输线内置于外部谐振器内侧。

7.根据权利要求6所述的一种新型双通带滤波器，其特征在于，所述金属地具有缺陷地结构。