CN109088134A - 一种微带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带带通滤波器，包括：谐振单元，所述谐振单元包括依次排列的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元，每个谐振单元的长度为四分之一波长，相邻的两个谐振单元相互耦合；和交叉耦合微带线，所述交叉耦合微带线的两端分别与两个不相邻的谐振单元耦合，以在高频和/或低频处产生两个传输零点。本发明旨在提出一种微带带通滤波器，其通过灵活设置的交叉耦合线能够产生两个任意位置的传输零点，从而提高滤波器的抑制度，并且通过提供四分之一波长的谐振单元而实现了微带宽带滤波器的小型化。

Description

一种微带带通滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器领域，特别涉及一种微带带通滤波器。

背景技术

微波滤波器是现代微波中继通信、卫星通信、无线通信和电子对抗等系统必不可少的组成部分，同时也是最为重要和技术含量最高的微波无源器件。其中带通滤波器作为电路系统里最重要的组成部分之一，其性能的优劣很大程度决定了系统的工作质量。带通滤波器主要工作于通信系统射频前端，用于低损耗地通过某一频率范围内的有用信号，而将其他频率范围的频率分量衰减至极低水平。

然而，随着现代通信需求的高速发展，可利用的频谱资源日益紧张，因此对于滤波器的频率选择性的要求越来越高。为了提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，要求滤波器必须有陡峭的带外抑制；为了提高信噪比，要求通带内要有低的插入损耗；为了满足现代通信终端小型化趋势，要求滤波器有更小的体积与重量。

传统的巴特沃斯和切比雪夫滤波器已经难以满足这些要求，目前最常用也是最佳的选择通常是引入具有有限传输零点的交叉耦合结构的滤波器。与传统的滤波器相比，这种滤波器不仅能够满足通带外的高选择性，同时能够减少谐振腔的个数，降低设计成本和滤波器体积。虽然已经提出了具有交叉耦合结构的带通滤波器，并且也能够展现良好的使用性能，但是这些带通滤波器大多采用半波长谐振器结构，致使滤波器体积过大，不利于集成，并且不能够灵活地选择提供传输零点的位置，从而影响滤波器的抑制度。

发明内容

本发明旨在提出一种微带带通滤波器，其通过灵活设置的交叉耦合线能够产生两个任意位置的传输零点，从而提高滤波器的抑制度，并且通过提供四分之一波长的谐振单元而实现了微带宽带滤波器的小型化。

为实现上述目的，本发明提出一种微带带通滤波器，包括：

谐振单元，所述谐振单元包括依次排列的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元，每个谐振单元的长度为四分之一波长，相邻的两个谐振单元相互耦合；和

交叉耦合微带线，所述交叉耦合微带线的两端分别与两个不相邻的谐振单元耦合，以在高频和/或低频处产生两个传输零点。

优选地，进一步包括：

输入端，所述输入端与所述第一谐振单元直接连接；和

输出端，所述输出端与所述第四谐振单元直接连接。

优选地，每个谐振单元包括并排设置形成U形的两个谐振臂，

其中，第二谐振单元的第一谐振臂位于至第一谐振单元的第一谐振臂和第二谐振臂之间，第二谐振单元的第二谐振臂与第三谐振单元的第二谐振臂并排设置，第三谐振单元的第一谐振臂位于第四谐振单元的第一谐振臂和第二谐振臂之间；

每个谐振单元的第一谐振臂的端部开路，第二谐振臂的端部具有短路点。

优选地，第一谐振单元和第四谐振单元的开口方向一致；

第二谐振单元和第三谐振单元的开口方向一致，并与所述第一谐振单元的开口方向相反；

第二谐振单元的第二谐振臂的短路点与第三谐振单元的第二谐振臂的短路点邻近。

优选地，交叉耦合微带线的两端分别与第一谐振单元和第四谐振单元相互耦合，交叉耦合微带线的两端均为开路，以在高频和低频处产生两个传输零点。

优选地，交叉耦合微带线的两端分别与第一谐振单元的第一谐振臂、第四谐振单元的第一谐振臂耦合。

优选地，第一谐振单元和第三谐振单元的开口方向一致；

第二谐振单元和第四谐振单元的开口方向一致，并与所述第一谐振单元的开口方向相反；

第二谐振单元的第二谐振臂的短路点与第三谐振单元的第二谐振臂的短路点相互背离。

优选地，交叉耦合微带线的两端分别与第一谐振单元和第三谐振单元相互耦合，交叉耦合微带线的两端均为开路，以在低频处产生两个传输零点。

优选地，交叉耦合微带线的两端分别与第一谐振单元的第一谐振臂、第三谐振单元的第一谐振臂耦合。

优选地，交叉耦合微带线的两端分别与第二谐振单元和第四谐振单元相互耦合，交叉耦合微带线的两端均为短路，以在高频处产生两个传输零点。

优选地，交叉耦合微带线的两端分别与第二谐振单元的第二谐振臂、第四谐振单元的第二谐振臂耦合。

由上述技术方案可以看出，本发明的有益效果在于：

(1)在本发明中，采用了四个谐振单元依次级联、并具有交叉耦合结构的CQ型滤波器，其中交叉耦合微带线可选择性地与两个不相邻的谐振单元耦合，以在任意的两个位置产生传输零点。例如，在高频处产生两个传输零点，或者在低频处产生两个传输零点，或者在高频和低频处产生两个传输零点。根据需要产生传输零点的位置选择交叉耦合微带线相互耦合的对象，从而灵活地实现对CQ型微带滤波器的设计。

(2)进一步地，本发明中的四个谐振单元的长度均为四分之一波长，其通过级联的方式合理布局，并采用折叠设置、相互嵌套的方式，能够大量地节省谐振单元占据的空间，从而实现滤波器的小型化。

(3)本发明的微带带通滤波器通过在任意位置产生两个传输零点，可提高微带带通滤波器的抑制度，从而具有插入损耗小、带外抑制大、尺寸小的优点。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的结构示意图；

图2为本发明的第一实施例的拓扑结构图；

图3为本发明的第一实施例的波形图；

图4为本发明的第二实施例的结构示意图；

图5为本发明的第二实施例的拓扑结构图；

图6为本发明的第二实施例的波形图；

图7为本发明的第三实施例的结构示意图；

图8为本发明的第三实施例的拓扑结构图；

图9为本发明的第三实施例的波形图；

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图对本发明的较为典型的具体实施方式进行详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用来阐述解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在提出一种微带带通滤波器，其通过灵活设置的交叉耦合线能够产生两个任意位置的传输零点，从而提高滤波器的抑制度，并且通过提供四分之一波长的谐振单元而实现了微带宽带滤波器的小型化。

如图1、4、7所示，本发明提供了一种微带带通滤波器，包括：

谐振单元，其包括依次排列的第一谐振单元10、第二谐振单元20、第三谐振单元30和第四谐振单元40，每个谐振单元的长度为四分之一波长，相邻的两个谐振单元相互耦合；和

交叉耦合微带线50，交叉耦合微带线50的两端分别与两个不相邻的谐振单元耦合，以在高频和/或低频处产生两个传输零点。

在本发明中，采用了四个谐振单元依次级联、并具有交叉耦合结构的CQ型滤波器，其中交叉耦合微带线50可选择性地与两个不相邻的谐振单元耦合，以在任意的两个位置产生传输零点。例如，在高频处产生两个传输零点，或者在低频处产生两个传输零点，或者在高频和低频处产生两个传输零点。根据需要产生传输零点的位置选择交叉耦合微带线50相互耦合的对象，从而灵活地实现对CQ型微带滤波器的设计。

进一步地，本发明中的四个谐振单元的长度均为四分之一波长，其通过级联的方式合理布局，以大幅度地减小滤波器的体积，从而实现滤波器的小型化。

进一步地，本发明的微带带通滤波器还包括：

输入端61，输入端61与第一谐振单元10直接连接；和

输出端62，输出端62与第四谐振单元40直接连接。

在现有的滤波器中，输入端、输出端通常需要通过耦合结构与谐振单元耦合，这必然会增大滤波器的体积。在本发明中，输入端61和输出端62均直接与作为输入侧的第一谐振单元10或作为输出侧的第四谐振单元40直接连接，省略了耦合结构的存在，从而节约了滤波器所占用的空间。

具体地，为了合理地布置各个谐振单元，在本发明的各个实施例中，每个谐振单元采用折叠的形状，例如，每个谐振单元包括并排设置形成U形的两个谐振臂。并且，每个谐振单元采用一端开路、一端短路的形式，其中端部开路的一个谐振臂称为第一谐振臂，端部短路的一个谐振臂称为第二谐振臂，第一谐振臂和第二谐振臂的另一端通过连接部连接而形成U形的形状。

其中，如图1、4、7所示，第二谐振单元20的第一谐振臂21位于第一谐振单元10的第一谐振臂11和第二谐振臂12之间，第二谐振单元20的第二谐振臂22与第三谐振单元30的第二谐振臂32并排设置，第三谐振单元30的第一谐振臂31位于第四谐振单元40的第一谐振臂41和第二谐振臂42之间。

也就是说，位于第一谐振单元10和第四谐振单元40之间的第二谐振单元20和第三谐振单元30设置的位置是利用第一谐振单元10和第四谐振单元40自身折叠而产生的U形内部空间、以及第一谐振单元10和第四谐振单元40之间的空间设置的，这种折叠设置、相互嵌套的方式能够大量地节省谐振单元占据的空间。

具体地，输入端61与第一谐振单元10的第二谐振臂12直接连接，输出端62与第四谐振单元40的第二谐振臂42直接连接。输入端61、输出端62可不连接于第二谐振臂12、42端端部，而是与其端部的短路点具有一定距离。

进一步地，在本发明的各个实施例中可见，相邻的两个谐振单元通过开路端相互靠近、或者短路端相互靠近的形式形成强耦合，这样可以形成带宽较宽的带通滤波器。在本发明的一个具体实施例中，其相对带宽大于10％。

在本发明的微带带通滤波器中，交叉耦合微带线50的耦合对象是可以根据传输零点的位置需要而灵活选择的，以下结合附图提出几个具体的实施例。

实施例一

图1中提出了本发明的第一实施例的结构示意图，如图1所示，第一谐振单元10和第四谐振单元20的开口方向一致；第二谐振单元20和第三谐振单元30的开口方向一致，并与第一谐振单元10的开口方向相反。

第二谐振单元20的第二谐振臂22的短路点23与第三谐振单元30的第二谐振臂32的短路点33邻近。

其中，交叉耦合微带线50的两端分别与第一谐振单元10和第四谐振单元40相互耦合，交叉耦合微带线50的两端均为开路，以在高频和低频处产生两个传输零点。

具体地，交叉耦合微带线50的两端分别与第一谐振单元10的第一谐振臂11、第四谐振单元40的第一谐振臂41耦合。即，交叉耦合微带线50与第一谐振单元10、第四谐振单元40均形成开路端与开路端相互靠近的强耦合。

图2中示出了根据图1的结构构造的滤波器的拓扑结构。如图1和图2所示，相邻的两个谐振单元之间形成主耦合，其中，第一谐振单元10与第二谐振单元20之间的主耦合m12符号为正(+)，第二谐振单元20与第三谐振单元30之间的主耦合m23符号为正(+)，第三谐振单元30与第四谐振单元40之间的主耦合m34符号为正(+)。不相邻的两个谐振单元之间通过交叉耦合微带线的耦合而形成交叉耦合，其中，第一谐振单元10与第四谐振单元40之间的交叉耦合m14符号为负(-)，而第一谐振单元10与第三谐振单元30之间的交叉耦合m13符号可正可负(+/-)。通过这样的结构，根据图1的结构构造的滤波器可如图3所示在高频和低频处产生两个传输零点，提高滤波器近端抑制度。

实施例二

图4中提出了本发明的第二实施例的结构示意图，如图4所示，第一谐振单元10和第三谐振单元30的开口方向一致；第二谐振单元20和第四谐振单元20的开口方向一致，并与第一谐振单元10的开口方向相反。

第二谐振单元20的第二谐振臂22的短路点23与第三谐振单元30的第二谐振臂32的短路点33相互背离。

其中，交叉耦合微带线50的两端分别与第一谐振单元10和第三谐振单元30相互耦合，交叉耦合微带线50的两端均为开路，以在低频处产生两个传输零点。

具体地，交叉耦合微带线50的两端分别与第一谐振单元10的第一谐振臂11、第三谐振单元30的第一谐振臂31耦合。即，交叉耦合微带线50与第一谐振单元10、第三谐振单元30均形成开路端与开路端相互靠近的强耦合。

图5中示出了根据图4的结构构造的滤波器的拓扑结构。如图4和图5所示，相邻的两个谐振单元之间形成主耦合，其中，第一谐振单元10与第二谐振单元20之间的主耦合m12符号为正(+)，第二谐振单元20与第三谐振单元30之间的主耦合m23符号为正(+)，第三谐振单元30与第四谐振单元40之间的主耦合m34符号为正(+)。不相邻的两个谐振单元之间通过交叉耦合微带线的耦合而形成交叉耦合，其中，第一谐振单元10与第三谐振单元30之间的交叉耦合m13符号为负(-)，第一谐振单元10与第四谐振单元40之间的交叉耦合m14符号为正(+)。通过这样的结构，根据图4的结构构造的滤波器可如图6所示在低频处产生两个传输零点，提高滤波器近端抑制度。

实施例三

图7中提出了本发明的第二实施例的结构示意图，如图7所示，第一谐振单元10和第三谐振单元30的开口方向一致；第二谐振单元20和第四谐振单元20的开口方向一致，并与第一谐振单元10的开口方向相反。

第二谐振单元20的第二谐振臂22的短路点23与第三谐振单元30的第二谐振臂32的短路点33相互背离。

其中，交叉耦合微带线50的两端分别与第二谐振单元20和第四谐振单元40相互耦合，交叉耦合微带线50的两端均为短路，以在高频处产生两个传输零点。

具体地，交叉耦合微带线50的两端分别与第二谐振单元20的第二谐振臂22、第四谐振单元40的第二谐振臂42耦合。即，交叉耦合微带线50与第二谐振单元20、第四谐振单元40均形成短路端与短路端相互靠近的强耦合。

图8中示出了根据图7的结构构造的滤波器的拓扑结构。如图7和图8所示，相邻的两个谐振单元之间形成主耦合，其中，第一谐振单元10与第二谐振单元20之间的主耦合m12符号为正(+)，第二谐振单元20与第三谐振单元30之间的主耦合m23符号为正(+)，第三谐振单元30与第四谐振单元40之间的主耦合m34符号为正(+)。不相邻的两个谐振单元之间通过交叉耦合微带线的耦合而形成交叉耦合，其中，第一谐振单元10与第三谐振单元30之间的交叉耦合m13符号为正(+)，第一谐振单元10与第四谐振单元40之间的交叉耦合m14符号为正(+)。通过这样的结构，根据图7的结构构造的滤波器可如图9所示在高频处产生两个传输零点，提高滤波器近端抑制度。

以上通过对多个实施例的具体结构的描述可知，本发明的微带带通滤波器通过选择交叉耦合微带线的耦合对象可实现对传输零点出现位置的调整，从而能够大幅度地提高微带滤波器的抑制度；并且通过折叠结构和相互嵌套的方式排列谐振单元，能够大量节省本发明的微带带通滤波器所占用的空间。本发明的微带带通滤波器通过在任意位置产生两个传输零点，可提高微带带通滤波器的抑制度，从而具有插入损耗小、带外抑制大、尺寸小的优点。

进一步地，结合以上实施例中给出的具体结构，通过以上结构产生的两个在任意位置的传输零点的具体位置还可以通过结构的调整而调整。例如，两端开路的交叉耦合微带线50的长度和宽度，两端开路的交叉耦合微带线50与谐振单元之间的间距，双端短路的交叉耦合微带线50中短路点距离端部的距离等均会对传输零点的具体位置产生影响。例如，当两端开路的交叉耦合微带线50与谐振单元之间的间距缩短时，传输零点的位置更加靠近通带，而当间距增大时，传输零点的位置更加远离通带。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种微带带通滤波器，其特征在于，包括：

谐振单元，所述谐振单元包括依次排列的第一谐振单元(10)、第二谐振单元(20)、第三谐振单元(30)和第四谐振单元(40)，每个谐振单元的长度为四分之一波长，相邻的两个谐振单元相互耦合；和

交叉耦合微带线(50)，所述交叉耦合微带线(50)的两端分别与两个不相邻的谐振单元耦合，以在高频和/或低频处产生两个传输零点。

2.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，进一步包括：

输入端(61)，所述输入端(61)与所述第一谐振单元(10)直接连接；和

输出端(62)，所述输出端(62)与所述第四谐振单元(40)直接连接。

3.根据权利要求1或2所述的微带带通滤波器，其特征在于，每个谐振单元包括并排设置形成U形的两个谐振臂，

其中，第二谐振单元(20)的第一谐振臂(21)位于至第一谐振单元(10)的第一谐振臂(11)和第二谐振臂(12)之间，第二谐振单元(20)的第二谐振臂(22)与第三谐振单元(30)的第二谐振臂(32)并排设置，第三谐振单元(30)的第一谐振臂(31)位于第四谐振单元(40)的第一谐振臂(41)和第二谐振臂(42)之间；

每个谐振单元的第一谐振臂的端部开路，第二谐振臂的端部具有短路点。

4.如权利要求3所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一谐振单元(10)和第四谐振单元(20)的开口方向一致；

第二谐振单元(20)和第三谐振单元(30)的开口方向一致，并与所述第一谐振单元(10)的开口方向相反；

第二谐振单元(20)的第二谐振臂(22)的短路点(23)与第三谐振单元(30)的第二谐振臂(32)的短路点(33)邻近。

5.如权利要求4所述的微带带通滤波器，其特征在于，交叉耦合微带线(50)的两端分别与第一谐振单元(10)和第四谐振单元(40)相互耦合，交叉耦合微带线(50)的两端均为开路，以在高频和低频处产生两个传输零点。

6.如权利要求5所述的微带带通滤波器，其特征在于，交叉耦合微带线(50)的两端分别与第一谐振单元(10)的第一谐振臂(11)、第四谐振单元(40)的第一谐振臂(41)耦合。

7.如权利要求3所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一谐振单元(10)和第三谐振单元(30)的开口方向一致；

第二谐振单元(20)和第四谐振单元(20)的开口方向一致，并与所述第一谐振单元(10)的开口方向相反；

第二谐振单元(20)的第二谐振臂(22)的短路点(23)与第三谐振单元(30)的第二谐振臂(32)的短路点(33)相互背离。

8.如权利要求7所述的微带带通滤波器，其特征在于，交叉耦合微带线(50)的两端分别与第一谐振单元(10)和第三谐振单元(30)相互耦合，交叉耦合微带线(50)的两端均为开路，以在低频处产生两个传输零点。

9.如权利要求8所述的微带带通滤波器，其特征在于，交叉耦合微带线(50)的两端分别与第一谐振单元(10)的第一谐振臂(11)、第三谐振单元(30)的第一谐振臂(31)耦合。

10.如权利要求7所述的微带带通滤波器，其特征在于，交叉耦合微带线(50)的两端分别与第二谐振单元(20)和第四谐振单元(40)相互耦合，交叉耦合微带线(50)的两端均为短路，以在高频处产生两个传输零点。

11.如权利要求10所述的微带带通滤波器，其特征在于，交叉耦合微带线(50)的两端分别与第二谐振单元(20)的第二谐振臂(22)、第四谐振单元(40)的第二谐振臂(42)耦合。