CN108054476A - 一种微波四频段带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微波四频段带通滤波器，其特征在于包括两个伪交指级联形式耦合的四模交叉谐振器，该四模交叉谐振器由一个高频滤波谐振单元、一个中频滤波谐振单元和一个低频滤波谐振单元构成；所述高频滤波谐振单元、中频滤波谐振单元和低频滤波谐振单元皆由基本谐振单元为二分之一波长谐振器构成；所述高频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根开路枝节线，所述低频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根短路枝节线，而所述中频滤波谐振单元则是通过几何叠加方式加载了一根阶跃阻抗枝节线振子。此结构不但可以设计成小尺寸，而且还能表现出良好的四频段带通滤波性能；并能控制滤波器的通道中心频率与通道带宽。

Description

一种微波四频段带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种微波四频段带通滤波器。
背景技术
现代通信系统的功能和结构越来越复杂，对滤波器的要求也越来越高。目前，滤波器的研究热点，正在从单频带滤波器向多频带滤波器的方向发展，同时，滤波器的机械尺寸也越来越小，以满足无线射频电路集成化的要求。时至今日，人们已经研发出了多种不同类型的多频带微波带通滤波器，但是国内外以前的研究工作主要集中在双频带和三频带滤波器设计领域，有关四频带带通滤波器的报道直到最近几年才逐渐出现。
多频带滤波器有多种不同的设计方法，其中最常用的是将两个(或者两个以上)的带通滤波器组合在一起。通过将两个双频带带通滤波器进行组合，可以实现四频带带通滤波器的功能，然而，将不同滤波器组合，往往会导致滤波器物理尺寸过大以及电路馈电结构过于复杂的缺点。多模谐振器技术也可以用来实现四频带带通滤波器，然而，滤波器的通道往往选择性较差，或是滤波器带内插入损耗过高。一些新颖的方法近年来也被应用于多频带滤波器的设计，然而滤波器的通带之间的频率间隔往往过于狭窄，因此滤波器的频道带宽受到限制。如果通过使用短截线加载的双开环谐振器来实现四频带带通滤波器又会使得通带选择性较差。而如果通过使用凹槽接地结构获得四频带带通滤波器的性能，其滤波器接地平面上的信号完整性又会受到严重影响。当然，也可以利用开路短截线加载阶跃阻抗谐振器形成新的滤波结构。然而，这个滤波器的机械尺寸过大，不符合滤波器小型化的趋势。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种微波四频段带通滤波器。本发明不但可以设计成很小的尺寸，而且还能表现出良好的四频段带通滤波性能；其通过调节滤波器的枝节线长度与微带线间隙宽度，便能够控制滤波器的通道中心频率与通道带宽。
为了达到上述目的，本发明一种微波四频段带通滤波器，包括两个伪交指级联形式耦合的四模交叉谐振器，该四模交叉谐振器由一个高频滤波谐振单元、一个中频滤波谐振单元和一个低频滤波谐振单元构成；所述高频滤波谐振单元、中频滤波谐振单元和低频滤波谐振单元皆由基本谐振单元为二分之一波长谐振器构成的；所述高频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根开路枝节线，所述低频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根短路枝节线，而所述中频滤波谐振单元则是通过几何叠加方式加载了一根阶跃阻抗枝节线振子。
优选地，所述四模交叉谐振器为微带平面电路结构。
优选地，所述两个四模交叉谐振器相互耦合的结构采用双指耦合的端耦合模式结构。
不同的谐振器级联方式具有不同的物理性能，为了提高滤波器的带外信号抑制能力，常用的方法是引入多个传输零点。传输零点一般是由于多路径信号传输所产生的，基于此原理，本发明将两个四模交叉谐振器以伪交指形式对称放置，从而产生了两条不同的信号传输路径。因此，所设计的滤波器具有多个传输零点。
滤波器有多种不同的端耦合模式，端耦合方式的不同，会影响滤波器的通道带宽和插入损耗特性。常见的耦合模式有抽头耦合、平行线耦合、双指耦合等。平行线耦合模式结构最为简单，且对滤波器的初始性能影响很小，得到广泛的应用，但其缺陷是耦合强度不足，容易增加滤波器的插损；抽头耦合为直接耦合方式，信号耦合强度大，但其缺点是抽头位置对滤波器的性能影响较大，从而使设计过程变得复杂；双指耦合模式具有耦合强度大，同时对滤波器的原始性能影响很小，是理想的耦合模式，因此本文采用双指耦合的端耦合模式。
此结构不但可以设计成很小的尺寸，而且还能表现出良好的四频段带通滤波性能；其通过调节滤波器的枝节线长度与微带线间隙宽度，便能够控制滤波器的通道中心频率与通道带宽。本发明实用性强，有非常广泛的实际应用前景。
附图说明
图1为本发明微波四频段带通滤波器的示意图；
图2～5为不同L值下的仿真S21曲线图；
图6～8为不同微带线之间间隙的仿真贷款曲线图；
图9为本发明的仿真及测试曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
参照图1，图中的L2和L4为高频滤波谐振单元，L5为低频滤波谐振单元，L1为中频滤波谐振单元。本发明实施例一种微波四频段带通滤波器，包括两个伪交指级联形式耦合的四模交叉谐振器，该四模交叉谐振器由一个高频滤波谐振单元、一个中频滤波谐振单元和一个低频滤波谐振单元构成；所述高频滤波谐振单元、中频滤波谐振单元和低频滤波谐振单元皆由基本谐振单元为二分之一波长谐振器构成的；所述高频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根开路枝节线，所述低频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根短路枝节线，而所述中频滤波谐振单元则是通过几何叠加方式加载了一根阶跃阻抗枝节线振子。
所述四模交叉谐振器为微带平面电路结构。所述两个四模交叉谐振器相互耦合的结构采用双指耦合的端耦合模式结构。
滤波器原型的频率响应特性主要由半波长谐振器的长度和加载枝节线的长度决定。为了验证以上的分析，本文利用HFSS软件对滤波器的传输特性进行了计算机全波电磁仿真。如图2所示，通过改变短路枝节线的长度L2，滤波器第一通带的中心频率可以获得较大范围的改变，与此同时，滤波器第二通带的中心频率保持不变，第三和第四通带的中心频率有微小的变化。图3和图4显示出L3和L4对第三通带的频率有明显的影响，而对第四通带的频率影响较小。从图5可知，L5对第四通带的频率有明显的影响，而对其他频率几乎没有任何影响。
微带线之间的耦合特性通常会影响滤波器的通带带宽。因此，可以通过改变微带线之间的间隙的宽度，控制所提出的滤波器的通带带宽。
微带线之间间隙的具体位置如图1所示，不同间隙的宽度分别表示为G1,G2和G3。本文运用HFSS软件进行了计算机全波电磁仿真，如图6所示，当G1的值增加时，滤波器第一、第二和第三通带的带宽同步减小，而第四通带的带宽几乎保持恒定。由图7可知，当G2增加时，滤波器四个通带的带宽全部变窄。从图8可以看出，G3的数值只影响第三通带的带宽，而对其他通带几乎没有影响。因此，我们可以通过改变G3的值来调节第三通带的带宽，然后调整G1和G2的值，来设定其他通带的带宽。应当注意，当G1或G2的值增加时，对应通带的插入损耗也将相应增加，这在设计滤波器时应当予以考虑。
本实施例中，滤波器基板的相对介电常数为2.33，厚度为0.8mm，机械尺寸小于21mm×32mm，大约为0.18λg×0.13λg，其中λg表示滤波器第一通带中心频率处的基板上的导波波长。
本实施例滤波器详细尺寸如下(全部以毫米为单位)：L0＝21.8,L1＝54,L2＝4.2,L3＝6,L4＝16.6,L5＝12.5,W0＝2.4,W1＝1,W2＝0.4,W3＝0.2,W4＝1.28,W5＝1.5,G1＝0.2,G2＝0.55,G3＝0.2。图9显示了计算机仿真和实验室测试结果。如图9所示，滤波器测量结果与计算机仿真结果吻合良好。所设计的滤波器具有四个带通频道，中心频率分别为1.27、2.2、2.63、3.4GHz，相应的3dB相对带宽分别为9.84、13.25、2.66、2.35％，最小插入损耗为分别为1.5、1.1、1.7、1.9dB，滤波器通带范围内回波损耗低于-13dB。另外，本文所设计的四频带通滤波器具有多个传输零点，进一步提高了滤波器的频率选择性。
此结构不但可以设计成很小的尺寸，而且还能表现出良好的四频段带通滤波性能；其通过调节滤波器的枝节线长度与微带线间隙宽度，便能够控制滤波器的通道中心频率与通道带宽。本发明实用性强，有非常广泛的实际应用前景。
以上已将本发明做一详细说明，但显而易见，本领域的技术人员可以进行各种改变和改进，而不背离所附权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (3)

1.一种微波四频段带通滤波器，其特征在于：包括两个伪交指级联形式耦合的四模交叉谐振器，该四模交叉谐振器由一个高频滤波谐振单元、一个中频滤波谐振单元和一个低频滤波谐振单元构成；所述高频滤波谐振单元、中频滤波谐振单元和低频滤波谐振单元皆由基本谐振单元为二分之一波长谐振器构成的；所述高频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根开路枝节线，所述低频滤波谐振单元在二分之一波长谐振器的中心位置加载了一根短路枝节线，而所述中频滤波谐振单元则是通过几何叠加方式加载了一根阶跃阻抗枝节线振子。
2.根据权利要求1所述的一种微波四频段带通滤波器，其特征在于：所述四模交叉谐振器为微带平面电路结构。
3.根据权利要求1所述的一种微波四频段带通滤波器，其特征在于：所述两个四模交叉谐振器相互耦合的结构采用双指耦合的端耦合模式结构。
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