CN109346805A - 一种提取零点微带滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提取零点微带滤波器，在平行耦合线微带滤波器的输入、输出谐振器或中间任意一级谐振器上设置一个或两个提取零点单元。与现有技术相比，本发明的积极效果是：提供了一种利用单一耦合即可灵活设计传输零点以提高带外抑制，并且可降低设计和调试难度的平行耦合微带滤波器，提取零点单元在不改变滤波器拓扑结构的基础上可在有限频率点快速、灵活的实现传输零点设置，本发明方法不仅使得微带滤波器的带外抑制得到提高，同时简化了滤波器的设计和调试难度。

Description

一种提取零点微带滤波器
技术领域
本发明属于微波电路领域，具体涉及一种提取零点微带滤波器。
背景技术
广义切比雪夫滤波器因在有限频率范围内产生传输零点(TZ)有助于提高滤波器带外抑制而在微波工程领域获得广泛应用。经综合得到的耦合矩阵经一系列矩阵旋转、变换，将理想耦合矩阵转换成物理结构可实现的耦合矩阵，其中传输零点的产生则主要依靠交叉耦合实现。一般而言，单个负耦合(或电耦合)在通带低端产生传输零点，正耦合(或磁耦合)在通带高端产生传输零点。这两类耦合的产生主要依靠两类基础拓扑结构，一类是级联三腔结构(CT)，一类是级联四腔结构(CQ)。两类拓扑的示意图如图1所示，其中虚线表示交叉耦合，交叉耦合的强度和性质决定了传输零点距离通带的距离和位置。根据电路原理最短路径准则，一个CT结构可以在通带低端或高端产生一个传输零点，一个CQ结构可以产生两个传输零点，复杂拓扑结构可由两类基本拓扑构成。
图2所示为CT和CQ微带滤波器的基本形式及响应。从图中可见CT结构可以在通带低端或高端产生一个传输零点，而CQ结构则可在通带低端和高端各产生一个零点(TZ)。
CT或CQ结构虽然可以灵活地构成不同的滤波器拓扑以实现陡峭的过渡带，提高通带附近的带外抑制度，但其结构一般较为复杂，而且产生的零点和带内驻波往往对耦合量的大小极为敏感，对零点位置的控制有所约束。体现在物理结构上则对滤波器加工精度要求高，结构本身耦合类型多，调试难度大。如果能在传统平行耦合线微带滤波器、发夹线微带滤波器、交指微带滤波器或梳线微带滤波器的基础上设计一种只有单一耦合类型并拥有传输零点(TZ)的微带滤波器，将有助于降低广义切比雪夫滤波器的设计和调试难度，对于工程生产和应用而言，均大有裨益。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种提取零点微带滤波器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提取零点微带滤波器，在平行耦合线微带滤波器的输入、输出谐振器或中间任意一级谐振器上设置一个或两个提取零点单元。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明提供了一种利用单一耦合即可灵活设计传输零点以提高带外抑制，并且可降低设计和调试难度的平行耦合微带滤波器，提取零点单元在不改变滤波器拓扑结构的基础上可在有限频率点快速、灵活的实现传输零点设置，本发明方法不仅使得微带滤波器的带外抑制得到提高，同时简化了滤波器的设计和调试难度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为传统交叉耦合拓扑：a)为CT结构，b)为CQ结构；
图2为CT和CQ结构及其频率响应：a)为CT结构，b)为CQ结构；
图3为本发明所涉及的三类提取零点单元形式；
图4为A、C类提取零点单元的几种形式；
图5为B类提取零点单元的几种形式(黑点表示接地)；
图6为A类提取零点平行耦合微带滤波器；
图7为B类提取零点平行耦合微带滤波器；
图8为三阶提取零点平行耦合线微带滤波器频率响应曲线；
图9为经典平行耦合线微带滤波器平面示意图：切比雪夫响应；
图10为提取零点平行耦合线微带滤波器平面视图；
图11为提取零点平行线耦合微带滤波器与常规平行线耦合微带滤波器响应曲线对比。
具体实施方式
本发明在平行耦合线微带滤波器的输入、输出谐振器或中间任意一级谐振器上提取一个或两个传输零点，使得简单的拓扑结构即可实现较高的带外抑制。具体描述如下：
图3所示为三种类型的微带提取零点单元形式，A类为开路短截线；B为A的对偶形式，将A类提取零点单元的开路变换为对地短路，连接端变化为开路即为B类提取零点单元；提取零点单元B可视为谐振频率位于滤波器通带低端或高端的谐振器，C类提取零点单元亦是一类谐振结构，可视为提取零点单元B的变种或等效形式。
三类提取零点单元不限于图3所示的结构，常用的阶跃阻抗谐振器、蛇形线谐振器、扇形单元、均匀阻抗谐振器、平面螺旋谐振器、U型谐振器、交指电容环、圆环和方环形开口谐振器及其变种、T型谐振结构、H型谐振结构、E型谐振结构、F型谐振结构、I型谐振结构、L型谐振结构、Z型谐振结构等均可作为提取零点单元，图4列举了一些常用的提取零点单元结构，这些结构可用于陶瓷微带滤波器和软基材微带滤波器，使用和设计方法不受基板有机或无机特性影响。对于具体的滤波器形式，则可在平行耦合线滤波器、发夹线滤波器、交指滤波器、梳线滤波器等基本形式的滤波器中使用。
所述滤波器的提取零点个数小于等于谐振器数量，可在不同的谐振器上进行提取。当提取零点单元的特性阻抗Z01＝Z02时，阶梯阻抗谐振器退化为均匀阻抗谐振器。
图6所示为利用A类提取零点单元综合得到的微带滤波器。滤波器基片为厚度为0.254mm的陶瓷，陶瓷基材相对介电常数为9.9，滤波器使用三阶谐振器，各谐振器之间为平行耦合结构，并在输入和输出谐振器上各提取了一个传输零点，提取零点的具体结构见图中虚线框内的内容。改变零点提取单元的长度可灵活地调整提取零点在有限频率范围内的位置，一般而言提取零点单元长度增加，零点位置向频率低端移动，提取零点单元长度降低，零点位置向频率高端移动。提取零点的过程需配合提取零点单元阻抗和接入谐振器位置的调整，该调整对应电路原理图中的节点导纳和移相段的综合及优化。
图7所示为使用图5中B类提取零点单元对平行耦合微带滤波器进行零点提取设计得到的平行耦合微带滤波器。该滤波器在输入和输出谐振器各提取一个传输零点，提取零点单元一端接地，一端开路，中间与谐振器之间使用平行耦合结构接入。
图6所示为三阶提取零点平行耦合线微带滤波器示意图，采用A类提取零点单元在输入、输出谐振器上各提取了一个传输零点，分别位于通带低端(TZ1)和高端(TZ2)，频率响应曲线如图8所示，其中第I组曲线为回波损耗S11，第II组曲线为插入损耗S21。其中，实线所示为采用图6中提取零点技术综合得到的三阶提取零点平行耦合线微带滤波器频率响应曲线，而虚线所示为传统经典切比雪夫滤波器的频率响应曲线，传统滤波器形式如图9所示。两个滤波器的通带都设计在16GHz～20GHz，比较两个滤波器的带外抑制，也即S21曲线，选取标记点m4、m6为一组对比，m3、m5为一组对比，可见采用提出的提取零点技术所设计滤波器带外抑制大大提高，采用提取零点技术使得两组对比点的带外抑制比传统切比雪夫滤波器相应频点的抑制提高了至少17dB，带外迅速滚降，而这种结构中并不涉及传统交叉耦合理论所使用的“电耦合+磁耦合或混合耦合”等多种耦合产生传输零点的方式，设计和调试都得到简化。
图10所示为应用B类提取零点单元设计得到的七阶提取零点平行耦合线微带滤波器，其响应曲线如图11中实线所示，本例中两个零点(TZ1和TZ2)都位于滤波器通带高端，提取零点单元一端通过直径为0.2mm的金属化孔接地，一端开路并通过平行耦合结构与输入、输出谐振器进行耦合。图11中虚线为没有进行零点提取的经典平行耦合切比雪夫响应滤波器的频率响应，也即该滤波器没有图10中的提取零点单元1和提取零点单元2。选取m1和m5作为一组对比点，可见提取零点后滤波器近端带外抑制提高了9dB。该结构改善了滤波器近端带外抑制特性，同时并不改变经典滤波器的传统耦合形式，传输零点(TZ)可灵活的放置于通带低端或高端任意位置，也可低端高端各设置一个零点，极大地方便了工程设计、调试与应用。C类提取零点单元的应用与B类类似，不再赘述。

Claims (10)

1.一种提取零点微带滤波器，其特征在于：在平行耦合线微带滤波器的输入、输出谐振器或中间任意一级谐振器上设置一个或两个提取零点单元。
2.根据权利要求1所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：所述提取零点单元分为A、B、C三类，其中：A类为开路短截线；B类为A类的对偶形式，将A类提取零点单元的开路变换为对地短路、连接端变化为开路即得到B类提取零点单元；C类为B类的变种或等效形式。
3.根据权利要求2所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：所述提取零点单元设置在通带低端或高端任意位置。
4.根据权利要求2所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：在通带低端和高端各设置一个提取零点单元。
5.根据权利要求2所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：通过设置A类提取零点单元得到的微带滤波器，滤波器基片为厚度为0.254mm的陶瓷，相对介电常数为9.9，滤波器使用三阶谐振器，各谐振器之间为平行耦合结构，并在输入和输出谐振器上各设置一个A类提取零点单元，分别位于通带低端和高端。
6.根据权利要求2所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：通过设置B类提取零点单元得到的微带滤波器，在输入和输出谐振器上各设置一个B类提取零点单元，B类提取零点单元一端接地，一端开路，中间与谐振器之间使用平行耦合结构接入。
7.根据权利要求6所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：所述滤波器使用七阶谐振器，所述提取零点单元均位于滤波器通带高端，一端通过直径为0.2mm的金属化孔接地，一端开路并通过平行耦合结构与输入、输出谐振器进行耦合。
8.根据权利要求1所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：所述提取零点单元可为阶跃阻抗谐振器、蛇形线谐振器、扇形单元、均匀阻抗谐振器、平面螺旋谐振器、U型谐振器、交指电容环、圆环形和方环形开口谐振器及其变种、T型谐振结构、H型谐振结构、E型谐振结构、F型谐振结构、I型谐振结构、L型谐振结构或Z型谐振结构。
9.根据权利要求1所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：所述微带滤波器为陶瓷微带滤波器或软基材微带滤波器。
10.根据权利要求1所述的一种提取零点微带滤波器，其特征在于：所述谐振器的类型包括发夹线类型、交指类型、梳线类型、平行耦合线类型。
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