CN108879043A - 一种采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，包括关于主谐振器连接槽线上下对称的第一滤波器和第二滤波器；通过采用微带——槽线垂直馈电结构，以及耦合枝节加载槽线谐振技术的结合，解决现有三模平衡滤波器通带损耗大和频率选择性较低的技术缺陷，实现了低损耗、频率选择性较高的三模平衡滤波器，而且阻带性能良好，便于加工。因此本发明满足小型通信系统的设计要求，可应用于移动通信、雷达、遥感等微波电子系统中。

Description

一种采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器
技术领域
本发明涉及一种微波技术领域，尤其涉及一种采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器。
背景技术
由于无线系统节能减排的要求和系统小型化便携化的趋势要求滤波单元必须低损耗和小尺寸，采用多模谐振器是微波滤波器小型化最有效的方法之一。多模产生机理可分为简并多模谐振器和高次多模谐振器，而根据模式数量可分为双模、三模、四模……N模带通滤波器。其中，双模带通滤波器和三模带通滤波器是最常见的两种多模带通滤波器。
另一方面，通信系统处理过程常遇到两种噪声的干扰，一种是环境噪声，另外一种是器件电噪声。平衡电路，又称差分电路，相对于传统的单端电路而言，最明显的优势就是较强的共模抑制，使得系统免受环境噪声的干扰。传统的滤波器都是采用单端端口，传输的是非平衡信号，相比之下具有更好地噪声抑制。其中，采用槽线谐振器法是平衡滤波器设计法中的一种，由于共模时对称面处槽线磁流方向和磁壁边界存在着矛盾，共模信号不会被传输。所以这一类平衡滤波器的设计过程中只需保证对称面处槽线一定的长度就可实现很好的共模抑制效果。
据调查与了解，已公开的三模平衡滤波器现有技术如下：
2014年，Lin Li等人提出一种内部耦合技术的三模平衡滤波器。题名为：“Differential wideband bandpass filters with enhanced common-mode suppressionusing internal coupling technique”。该滤波器采用一种改进型枝节线结构，它实现共模抑制的机理不是通过对称面加载，而是通过内部耦合结构，使得在实现三模差分滤波特性的同时，实现了3dB相对带宽为59.5％的宽通带和较高的阻带抑制。但是该滤波器通带损耗较大(带内S11低于12dB)，而且频率选择性不够。
2014年，邓宏伟等人在专利申请号为201410092197.6的授权发明专利“一种基于开槽线结构的紧凑型微带平衡滤波器”公开了一种采用两端短路的直槽线实现三模宽带平衡滤波器技术，但是，由于采用直槽线谐振器和微带谐振器耦合的形式，该专利公开的滤波器通带损耗较大(带内S11低于15dB)，而且频率选择性不够。
但是在目前的三模平衡滤波器的研究中，通带损耗特性和频率选择性问题仍然是急需解决的两个关键问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有三模平衡滤波器通带损耗大和频率选择性较低的技术缺陷，提供一种耦合枝节加载槽线谐振技术，实现低损耗、频率选择性较高的三模平衡滤波器，而且阻带性能良好，便于加工。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案得到：
提供一种采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，包括：关于主谐振器连接槽线上下对称的第一滤波器和第二滤波器；所述第一滤波器和所述第二滤波器为采用同一介质，位于同一平面，而且结构完全对称的两个滤波器；第一滤波器的主谐振器连接槽线和所述第二滤波器的主谐振器连接槽线构成三模平衡滤波器的连接槽线，其宽度正好等于两倍的主谐振器连接槽线宽度。
在本发明所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器中，所述第一滤波器的微带线包括L形的第一输入馈线和第一输出馈线；所述第一输入馈线和所述第一输出馈线均为阻抗匹配结构且分别由各自50欧姆的微带输入端和输出端直接馈电，整个所述第一滤波器的结构为左右对称设置。
在本发明所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器中，所述第一滤波器的槽线包括：主谐振器、第一枝节加载槽线谐振器和第二枝节加载槽线谐振器；三个谐振模式中的一个模式由所述主谐振器的电长度决定；所述第一枝节加载槽线谐振器和所述第二枝节加载槽线谐振器都加载在所述主谐振器上，并且形状为左右对称设置的L形槽线枝节。
在本发明所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器中，所述第一枝节加载槽线谐振器和第二枝节加载槽线谐振器之间存在磁耦合，三个谐振模式中的两个模式由所述第一枝节加载槽线谐振器和所述第二枝节加载槽线谐振器的电长度和磁耦合强度决定。
在本发明所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器中，所述主谐振器由三段式的结构构成，包括：主谐振器连接槽线、第一馈电槽线和第二馈电槽线；所述第一馈电槽线和所述第二馈电槽线为左右对称设置的L形槽线结构，通过所述主谐振器连接槽线相连。
在本发明所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器中，所述第一输入馈线和所述第一输出馈线分别与所述第一馈电槽线和所述第二馈电槽线采用馈电效率较高的垂直耦合馈电结构耦合，其耦合值决定所述三模平衡滤波器的外部耦合Q值。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：与已有的微带双频带通滤波器比较，本发明通过耦合枝节加载槽线谐振技术，实现了小型化的结构以及高选择性的三模通带特性；本发明采用馈电效率较高的垂直微带——槽线馈电结构使平衡滤波器实现了低损耗，因此本发明比较适合集成到移动射频平衡电路系统上。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明所述第一滤波器的平面结构示意图；
图2为本发明所述采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器的平面结构示意图；
图3为本发明所述采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器的立体结构示意图；
图4(a)为第一滤波器在第一种传输路径时(只有主谐振器工作)的等效滤波器示意图；
图4(b)为第一滤波器在第二种传输路径时(主谐振器断开，耦合枝节谐振器工作)的等效滤波器示意图；
图5为本发明所述采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器的频率响应仿真结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
图1所示为本发明所述第一滤波器，整个滤波器结构为图2所示的本发明所述三模平衡滤波器的下半结构，本实施例所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，包括：第一输入馈线1a；第一输出馈线2a；由第一滤波器的主谐振器连接槽线3a和第二滤波器的主谐振器连接槽线共同构成的三模平衡滤波器的连接槽线3；第一馈电槽线4a；第二馈电槽线5a；第一枝节加载槽线谐振器6a和第二枝节加载槽线谐振器7a；第二输入馈线1b；第二输出馈线2b；第三馈电槽线4b；第四馈电槽线5b；第三枝节加载槽线谐振器6b和第四枝节加载槽线谐振器7b。
进一步地，如图2所示，当三模平衡滤波器的连接槽线3工作在差模情况时，上下对称面相当于短路，三模平衡滤波器的连接槽线3传输差模信号；而当三模平衡滤波器的连接槽线3工作在共模情况时，上下对称面相当于开路，三模平衡滤波器的连接槽线3等效为开槽线状态，因此不能传输共模信号。
进一步地，如图2所示，当三模平衡滤波器工作在差模情况时，整个传输特性可以等效为图1的第一滤波器的传输特性。第一滤波器的信号传输结构为双路径传输结构，如图4(a)所示，此时三段式结构的主谐振器工作，该等效滤波器的谐振器为一个单模半波长谐振器，可产生一个谐振模式，该谐振模式的谐振频率由整个主谐振器的电长度决定；而在第二种传输路径时，信号不能由主谐振器连接槽线3a通过，而只能通过第一枝节加载槽线谐振器6a和第二枝节加载槽线谐振器7a之间的磁耦合传输，如图4(b)所示，该等效滤波器为一对级联的半波长槽线谐振器，这种等效滤波器可产生两个谐振模式，两个模式的谐振频率由两个枝节加载槽线谐振器的电长度以及之间的磁耦合强度决定。
进一步地，如图1所示，所述第一输入馈线1a和第一输出馈线2a分别与第一馈电槽线4a和第二馈电槽线5a采用馈电效率较高的垂直耦合馈电结构，其耦合值决定滤波器的外部耦合Q值；第一输入馈线1a、第一输出馈线2a、第一馈电槽线4a、第二馈电槽线5a、第一枝节加载槽线谐振器6a和第二枝节加载槽线谐振器7a都采用L形结构是为了减小整个滤波器尺寸，此外，第一枝节加载槽线谐振器6a和第二枝节加载槽线谐振器7a采用L形结构还为了实现之间的磁耦合。
本发明通过效率较高的微带——槽线垂直馈电结构，以及耦合枝节加载槽线谐振技术的结合实现高选择、性低插损的三模平衡滤波器。根据上述具体实施方式，在介电常数为2.55、厚度为0.8毫米的FR4介质基板上，设计了工作频率在1.8GHz，通带带宽为250MHz，通带右边有两个传输零点的三模平衡滤波器实施例。本发明所述的三模平衡滤波器的频率响应图如图5所示。该三模平衡滤波器在共模工作时，1.8GHz通带频率范围的抑制度为37dB，该三模平衡滤波器在差模工作时，整个通带的回波损耗S11低于35dB，两个传输零点位置为2.1GHz和3GHz，整个第一滤波器的电路尺寸为50mm*60mm。
通过以上分析可以知道，本发明既包含了三模平衡滤波器在差模情况下的三模带通特性以及共模情况下在通带频率范围的抑制，能够满足小型通信系统的设计要求，可应用于移动通信、雷达、遥感等微波电子系统中。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，其特征在于，包括：关于主谐振器连接槽线上下对称的第一滤波器和第二滤波器；所述第一滤波器和所述第二滤波器为采用同一介质，位于同一平面，而且结构完全对称的两个滤波器；第一滤波器的主谐振器连接槽线和所述第二滤波器的主谐振器连接槽线构成三模平衡滤波器的连接槽线，其宽度正好等于两倍的主谐振器连接槽线宽度。
2.根据权利要求1所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，其特征在于，所述第一滤波器的微带线包括L形的第一输入馈线和第一输出馈线；所述第一输入馈线和所述第一输出馈线均为阻抗匹配结构且分别由各自50欧姆的微带输入端和输出端直接馈电，整个所述第一滤波器的结构为左右对称设置。
3.根据权利要求2所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，其特征在于，所述第一滤波器的槽线包括：主谐振器、第一枝节加载槽线谐振器和第二枝节加载槽线谐振器；三个谐振模式中的一个模式由所述主谐振器的电长度决定；所述第一枝节加载槽线谐振器和所述第二枝节加载槽线谐振器都加载在所述主谐振器上，并且形状为左右对称设置的L形槽线枝节。
4.根据权利要求3所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，其特征在于，所述第一枝节加载槽线谐振器和第二枝节加载槽线谐振器之间存在磁耦合，三个谐振模式中的两个模式由所述第一枝节加载槽线谐振器和所述第二枝节加载槽线谐振器的电长度和磁耦合强度决定。
5.根据权利要求3所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，其特征在于，所述主谐振器由三段式的结构构成，包括：主谐振器连接槽线、第一馈电槽线和第二馈电槽线；所述第一馈电槽线和所述第二馈电槽线为左右对称设置的L形槽线结构，通过所述主谐振器连接槽线相连。
6.根据权利要求5所述的采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器，其特征在于，所述第一输入馈线和所述第一输出馈线分别与所述第一馈电槽线和所述第二馈电槽线采用馈电效率较高的垂直耦合馈电结构耦合，其耦合值决定所述三模平衡滤波器的外部耦合Q值。
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