CN109378559B - 一种具有周期性结构的射频滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有周期性结构的射频滤波器，包括：基板，包括相对设置的第一侧面和第二侧面；以及导体图案，相互对称地设于所述基板的第一侧面和第二侧面，所述导体图案包括多条连接轨道和两条相交的连接导线，所述连接轨道的两端连接于所述连接导线，并且等距平行设于所述连接导线之间，使得所述连接轨道的长度沿靠近所述连接导线的交点的方向等距递减。本发明提供的一种具有周期性结构的射频滤波器在基板上制作相互对称的导体图案，该导体图案包括连接导线和等距排列并且长度递增的连接轨道形成的周期结构，根据Bloch定理，该周期性结构可以产生布里渊区，从而形成多个分立的阻带。
Description
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，特别涉及一种周期结构及射频滤波器。
背景技术
滤波器是在射频系统中用于通过或者抑制特定频带的不可或缺的部分。滤波器按照作用的频率范围可以分为低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BRF)。现在逐渐步入5G通讯时代，毫米波技术的应用更加广泛，所以作用在更高频率范围的新型射频滤波器发挥着越来越重要的作用。
目前，滤波器的设计应用广泛的仍是LC环路，频率范围小，超过某一频率容易导致滤波器失效；并且结构复杂，需要多组LC环路。这些无源器件的体积不小，因此难以做到小型化、集成化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有周期性结构的射频滤波器，可以实现宽频带的阻带功能。
一种具有周期性结构的射频滤波器，包括：基板，包括相对设置的第一侧面和第二侧面；以及导体图案，相互对称地设于所述基板的第一侧面和第二侧面，所述导体图案包括多条连接轨道和两条相交的连接导线，所述连接轨道的两端连接于所述连接导线，并且等距平行设于所述连接导线之间，使得所述连接轨道的长度沿靠近所述连接导线的交点的方向等距递减。
优选地，所述连接轨道和连接导线的线宽处处相等。
优选地，位于所述第一侧面的导体图案和位于所述第二侧面的导体图案之间的间距处处相等。
优选地，还包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端分别连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的一端，所述第二连接端分别连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的另外一端。
优选地，所述第一连接端分别连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的最长连接轨道的中点。
优选地，所述第一连接端包括若干贯通所述第一侧面和第二侧面的导通孔，所述导通孔连接所述连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的最长连接轨道的中点。
优选地，所述第一连接端的导通孔的数量为五个，分别位于正方形的四个交点和对称中心点，位于所述第一侧面的导体图案的最长连接轨道的中点连接于位于所述对称中心点的导通孔；位于所述第二侧面的导体图案的最长连接轨道的中点连接于靠近所述导体图案的两个导通孔的中点。
优选地，所述第二连接端分别连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的连接导线的交点。
优选地，所述第二连接端包括若干贯通所述第一侧面和第二侧面的导通孔，所述导通孔连接所述连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的连接导线的交点，
所述第一连接端的导通孔的数量为五个，分别位于正方形的四个交点和对称中心点，位于所述第一侧面的导体图案的连接导线的交点连接于位于所述对称中心点的导通孔；位于所述第二侧面的导体图案的连接导线的交点连接于靠近所述导体图案的两个导通孔的中点。
优选地，所述连接轨道为直线、波浪线和蛇形线中的一种。
与现有技术相比，本发明提供的一种具有周期性结构的射频滤波器在基板上制作相互对称的导体图案，该导体图案包括连接导线和等距排列并且长度递增的连接轨道形成的周期结构，根据Bloch定理，该周期性结构可以产生布里渊区，从而形成多个分立的阻带。
进一步，由于连接轨道的长度等于阻带频率对应的半个波长，上述等差的连接轨道同时产生的相邻阻带共同形成的阻带范围能够得到有效增加，阻带范围内衰减率高，通过增加连接轨道的密度与数量可以使得阻带衰减率有效增大。而且，上述的射频滤波器通过在基板上设置导体图案实现滤波，结构简单，使用方便。
附图说明
图1是具有周期性结构的射频滤波器的结构示意图。
图2是位于具有周期性结构的射频滤波器的第一侧面的导体图案示意图。
图3是位于具有周期性结构的射频滤波器的第二侧面的导体图案示意图。
图4是位于具有周期性结构的射频滤波器的电路结构示意图。
图5是具有周期性结构的射频滤波器的输出频谱图。
图中各符号说明如下：
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明。
图1是具有周期性结构的射频滤波器的结构示意图。如图1所示，该具有周期性结构的具有周期性结构的射频滤波器包括基板1、导体图案、第一连接端2和第二连接端3。基板1大体呈平板状，包括相对的第一侧面11和第二侧面12，是由环氧玻璃布层压板(FR-4)制作的。
导体图案相互对称地设于所述基板1的第一侧面11和第二侧面12。以下结合图2和图3分别描述位于第一侧面11和第二侧面12的导体图案的结构。
图2是位于具有周期性结构的射频滤波器的第一侧面11的导体图案示意图。如图2所示，位于第一侧面11上的所述导体图案4包括多条连接轨道42和两条相交的连接导线41，所述连接轨道42的两端连接于所述连接导线41，并且等距平行设于所述连接导线41之间，使得所述连接轨道42的长度沿靠近所述连接导线41的交点的方向等距递减。所述第一连接端2分别连接位于所述第一侧面11和第二侧面12的导体图案4的最长连接轨道42的中点，所述第二连接端3分别连接位于所述第一侧面11和第二侧面12的导体图案的连接导线41的交点。
图3是位于具有周期性结构的射频滤波器的第二侧面12的导体图案示意图。如图3所示，位于第二侧面12上的所述导体图案5包括多条连接轨道52和两条相交的连接导线51，所述连接轨道52的两端连接于所述连接导线51，并且等距平行设于所述连接导线51之间，使得所述连接轨道52的长度沿靠近所述连接导线51的交点的方向等距递减。
本实施方式中，所述导体图案的连接轨道和连接导线的线宽处处相等，位于所述第一侧面11的导体图案4和位于所述第二侧面12的导体图案5之间的间距处处相等。在保证连接轨道和连接导线的路径长度比例相同的情况下，导体图案的连接轨道和连接导线的形状可以做任意的改变，比如增大总路径长度或减小总面积的方法，例如对连接轨道设置为蛇型走线、直线、波浪线中的一种。
所述第一连接端2包括若干贯通所述第一侧面11和第二侧面12的导通孔，所述导通孔连接所述连接位于所述第一侧面11和第二侧面12的导体图案的最长连接轨道的中点。具体的，所述第一连接端2的导通孔的数量为五个，分别位于正方形的四个交点和对称中心点，位于所述第一侧面11的导体图案4的最长连接轨道42的中点连接于位于所述对称中心点的导通孔21；位于所述第二侧面12的导体图案5的最长连接轨道52的中点连接于靠近所述导体图案的两个导通孔22的中点。
所述第二连接端3包括若干贯通所述第一侧面11和第二侧面12的导通孔，所述导通孔连接所述连接位于所述第一侧面11和第二侧面12的导体图案的连接导线的交点，所述第二连接端3的导通孔的数量为五个，分别位于正方形的四个交点和对称中心点，位于所述第一侧面11的导体图案的连接导线41的交点连接于位于所述对称中心点的导通孔31；位于所述第二侧面12的导体图案的连接导线51的交点连接于靠近所述导体图案的两个导通孔32。本实施方式中，可以将第一连接端2设为输入端口，第二连接端3设为输出端口。然而，第一连接端2和第二连接端3没有方向性，本领域技术人员可以任意选择第一连接端2和第二连接端3互为输入端或者输出端。
本实施方式中，位于第一侧面11的导体图案4和位于第二侧面12的导体图案5一起构成平行双线传输线结构。信号源从第一连接端2输入，第一连接端2与长度最长的连接轨道的中点连接，因此信号传输在所述传输线结构中是沿连接轨道的中点对称的，可以得到传输线的阻抗分布。这样，每一条连接轨道都会锁定一个频段作为阻带，由于射频信号在连接轨道上是对称分布的，使得该射频信号的频率特性可以参考偶极子天线，所以连接轨道的长度正好等于截止频率对应波长的二分之一。因此，等差减小的连接轨道可以产生的连续阻带能够形成一个宽阻带。增加轨道的数目与密度，可以有效改善阻带衰减率和阻带边沿斜率。
图4是位于具有周期性结构的射频滤波器的电路结构示意图。如图4所示，位于虚线框中的两个电阻R11为位于第一侧面11的长度最长的连接轨道42的电阻，位于中间的电阻R12为位于第一侧面11的其他的连接轨道42的电阻。连接在中间的电阻R21为位于第一侧面11的连接导线41的位于两根连接轨道的部分电阻。位于虚线框中的两个电阻R31为位于第二侧面12的长度最长的连接轨道52的电阻，位于中间的电阻R32为位于第二侧面12的其他的连接轨道52的电阻。连接在中间的电阻R41为位于第二侧面12的连接导线51的位于两根连接轨道52的部分电阻。
图5是具有周期性结构的射频滤波器的输出频谱图。如图5所示，频率超过fc的信号无法通过该具有周期性结构的射频滤波器，且被全部反射回第一连接端2。通过仿真图表可以看出，从fc再到f1的阻带范围内的衰减率都很高，并且这个阻带明显属于宽频带。
本发明的实施例的具有周期性结构的射频滤波器在高频率内，对于一个很宽的频率范围具有很好的滤波效果，并且与传统滤波器电路相比，不需要复杂的电路结构和电路元件，解决了一些电路元件，如电容电感，超过某一个的频率就会失效的问题。在所述具有周期性结构的射频滤波器的设计过程中，在保证路径长度比例相同的情况下，对导线图案形状的改变，不会影响滤波器的滤波效果，同时改变轨道的数目或者密度，不会改变阻带的频率范围，但会改变阻带内外的滤波效果。
应该理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。
Claims (7)
1.一种具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于，包括：
基板，包括相对设置的第一侧面和第二侧面；
还包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端分别连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的最长连接轨道的中点，所述第二连接端分别连接位于所述第一侧面和第二侧面的导体图案的连接导线的交点；以及
导体图案，相互对称地设于所述基板的第一侧面和第二侧面，所述导体图案包括多条连接轨道和两条相交的连接导线，连接轨道的长度等于阻带频率对应的半个波长，所述连接轨道的两端连接于所述连接导线，并且等距平行设于所述连接导线之间，使得所述连接轨道的长度沿靠近所述连接导线的交点的方向等距递减。
2.如权利要求1所述的具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于：所述连接轨道和连接导线的线宽处处相等。
3.如权利要求2所述的具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于：位于所述第一侧面的导体图案和位于所述第二侧面的导体图案之间的间距处处相等。
4.如权利要求1所述的具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于：所述第一连接端包括若干贯通所述第一侧面和第二侧面的导通孔。
5.如权利要求4所述的具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于：所述第一连接端的导通孔的数量为五个，分别位于正方形的四个交点和对称中心点，位于所述第一侧面的导体图案的最长连接轨道的中点连接于位于所述对称中心点的导通孔；位于所述第二侧面的导体图案的最长连接轨道的中点连接于靠近所述导体图案的两个导通孔的中点。
6.如权利要求1所述的具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于：所述第二连接端包括若干贯通所述第一侧面和第二侧面的导通孔，所述第二连接端的导通孔的数量为五个，分别位于正方形的四个交点和对称中心点，位于所述第一侧面的导体图案的连接导线的交点连接于位于所述对称中心点的导通孔；位于所述第二侧面的导体图案的连接导线的交点连接于靠近所述导体图案的两个导通孔的中点。
7.如权利要求1所述的具有周期性结构的射频滤波器，其特征在于：所述连接轨道为直线、波浪线和蛇形线中的一种。
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