CN109713408A

CN109713408A - 一种基于平行耦合线的平面带通滤波器

Info

Publication number: CN109713408A
Application number: CN201910089021.8A
Authority: CN
Inventors: 王云; 陈继鹏; 陈付昌
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-05-03

Abstract

本发明公开了一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，其中一面为微带走线层，另外一面为覆铜接地板，中间为介质层；微带走线层上分别设有第一馈线端口及其第一馈线、第二馈线端口及其第二馈线，第一、二、三谐振器；第一、二、三谐振器位于第一、二馈线之间，第二谐振器位于第一、三谐振器之间，第一、二、三谐振器均由二分之一波长的微带线构成。本发明可以通过调节耦合线段的长度在通带两侧形成两个传输零点来实现提高带通滤波器选择特性。此种结构简单，由几条相互耦合的谐振单元构成，且没有增加阶数或者额外的微带线而带来设计复杂、体积大等问题。

Description

一种基于平行耦合线的平面带通滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器的技术领域，尤其是指一种基于平行耦合线的平面带通滤波器。

背景技术

无线通信技术迅猛发展，各频段之间的划分越来越精细，因此带来的各通信频段之间的干扰现象也越来越严重，所以带通滤波器的性能决定了通信系统的工作质量。带通滤波器是指允许特定频段的波通过，同时屏蔽其他频段，其主要工作于信号发射端的前级和信号接收端的后级，用于抑制谐波与杂波信号，保证所需信号的纯正。因此，在某些特定的场合下，带通滤波器的选择特性已经成为了重中之重，较高的选择特性带来较低的信号干扰以及稳定的信道通信质量。平面带通滤波器的实现方式有很多种，比较典型的有阶跃阻抗带通滤波器以及平行耦合线带通滤波器，在没有特殊处理的情况下其选择特性并不是很好。为了克服现有技术的缺点与不足，本文提出了一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，通过调节耦合线段的长度在通带两侧形成两个传输零点，已达到提高带通滤波器选择特性的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，采用基于平行耦合线带通滤波器的设计方法，通过调节耦合线段的长度在通带两侧形成两个传输零点来实现提高带通滤波器选择特性。此种结构简单，由几条相互耦合的谐振单元构成，且没有增加阶数或者额外的微带线而带来设计复杂、体积大等问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，其中一面为微带走线层，另外一面为覆铜接地板，中间为介质层；所述微带走线层上分别设置有第一馈线端口及其第一馈线、第二馈线端口及其第二馈线、第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器；所述第一馈线端口与第一馈线垂直，构成L形结构，用于馈入或者馈出电磁波信号；所述第二馈线端口与第二馈线垂直，构成L形结构，用于馈入或者馈出电磁波信号；所述第一馈线与第二馈线平行，所述第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器位于第一馈线和第二馈线之间，所述第二谐振器位于第一谐振器和第三谐振器之间，所述第一谐振器靠近第一馈线，所述第三谐振器靠近第二馈线；所述第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器均由二分之一波长的微带线构成；所述第一谐振器整体呈类U形结构，由第一传输线、第二传输线和第三传输线组成，所述第一传输线和第三传输线相互平行，并分别垂直于第二传输线的两端；所述第二谐振器与第一谐振器呈镜像对称结构，由第四传输线、第五传输线和第六传输线组成，所述第四传输线和第六传输线相互平行，并分别垂直于第五传输线的两端；所述第三谐振器整体呈类U形结构，由第七传输线、第八传输线和第九传输线组成，所述第七传输线和第九传输线相互平行，并分别垂直于第八传输线的两端；所述第一馈线端口与第一馈线通过耦合间隙对第一谐振器进行馈电，所述第一馈线与第一传输线平行；所述第二馈线端口与第二馈线通过耦合间隙对第三谐振器进行馈电，所述第二馈线与第九传输线平行；所述第二谐振器通过第四传输线与第一谐振器耦合，通过第六传输线与第三谐振器耦合；所述第一谐振器和第二谐振器的主要耦合部分为第三传输线和第四传输线，其长度长于四分之一波长，会在通带下侧产生一个传输零点，所述第二谐振器和第三谐振器主要耦合部分为第六传输线和第七传输线重合的部分，此段长度短于四分之一波长，会在通带上侧产生一个传输零点，通过调节上述两处耦合部分的长度能够调节两个传输零点所处的位置，从而形成一个高选择性的带通滤波器。

进一步，所述第一馈线端口与第二馈线端口宽度相同。

进一步，所述第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线、第六传输线、第七传输线、第八传输线和第九传输线宽度相同。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明为平面的单层结构，设计简单明了，容易调试。

2、本发明基于平行耦合结构，未加载额外传输线。

3、本发明合理利用平行耦合线滤波器结构实现高选择性。

4、本发明体积小，加工简单，成本低，可适用于多种通信系统。

附图说明

图1是本发明提出的平面带通滤波器的结构示意图。

图2是本发明提出的平面带通滤波器的尺寸示意图。

图3是本发明提出的平面带通滤波器的仿真结果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例所提供的基于平行耦合线的平面带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，其中一面为微带走线层，另外一面为覆铜接地板，中间为介质层。所述微带走线层上分别设置有第一馈线端口1及其第一馈线2、第二馈线端口13及其第二馈线12、第一谐振器R1、第二谐振器R2和第三谐振器R3；所述第一馈线端口1与第一馈线2垂直，构成L形结构，用于馈入或者馈出电磁波信号；所述第二馈线端口13与第二馈线12垂直，构成L形结构，用于馈入或者馈出电磁波信号；所述第一馈线端口1与第二馈线端口13宽度相同；所述第一馈线2与第二馈线12平行，所述第一谐振器R1、第二谐振器R2和第三谐振器R3位于第一馈线2和第二馈线12之间，所述第二谐振器R2位于第一谐振器R1和第三谐振器R3之间，所述第一谐振器R1靠近第一馈线2，所述第三谐振器R3靠近第二馈线12；所述第一谐振器R1、第二谐振器R2和第三谐振器R3均由二分之一波长的微带线构成；所述第一谐振器R1整体呈类U形结构，由第一传输线3、第二传输线4和第三传输线5组成，所述第一传输线3和第三传输线5相互平行，并分别垂直于第二传输线4的两端；所述第二谐振器R2与第一谐振器R1呈镜像对称结构，由第四传输线6、第五传输线7和第六传输线8组成，所述第四传输线6和第六传输线8相互平行，并分别垂直于第五传输线7的两端；所述第三谐振器R3整体呈类U形结构，由第七传输线9、第八传输线10和第九传输线11组成，所述第七传输线9和第九传输线11相互平行，并分别垂直于第八传输线10的两端；所述第一传输线3、第二传输线4、第三传输线5、第四传输线6、第五传输线7、第六传输线8、第七传输线9、第八传输线10和第九传输线11宽度相同；所述第一馈线端口1与第一馈线2通过耦合间隙对第一谐振器R1进行馈电，所述第一馈线2与第一传输线3平行；所述第二馈线端口13与第二馈线12通过耦合间隙对第三谐振器R3进行馈电，所述第二馈线12与第九传输线11平行；所述第二谐振器R2通过第四传输线6与第一谐振器R1耦合，通过第六传输线8与第三谐振器R3耦合；所述第一谐振器R1和第二谐振器R2的主要耦合部分为第三传输线5和第四传输线6，其长度略长于四分之一波长，会在通带下侧产生一个传输零点，所述第二谐振器R2和第三谐振器R3主要耦合部分为第六传输线8和第七传输线9重合的部分，此段长度略短于四分之一波长，会在通带上侧产生一个传输零点，通过调节上述两处耦合部分的长度可以调节两个传输零点所处的位置，这样就可以形成一个高选择性的带通滤波器。

如图2所示，本发明所用印刷电路板的厚度为0.8mm，电介质常数为2.45。该结构两个馈线端口的宽度为W2＝1.5mm，传输线2-12的宽度都为W1＝1mm，各传输线的长度尺寸参数为：

L1＝4,L2＝14.8,L3＝15.3,L4＝3.4,L5＝18.7,L6＝2,L7＝13.3,L8＝3.9,L9＝16.3,S1＝0.45,S2＝0.85,S3＝0.65,S4＝0.7(单位均为：mm)。

本发明使用仿真软件Advanced Design System(ADS)进行仿真，图3为本发明提出的平面带通滤波器的散射参数仿真结果图。横轴表示本发明中平面滤波器的信号频率，纵轴表示幅度，包括回波损耗S₁₁的幅度和插入损耗S₂₁的幅度，其中S₁₁表示馈入线端口的回波损耗，S₂₁表示本发明中滤波器输入信号频率与输出信号频率的关系，其相应的数学函数为：输出功率/输入功率(dB)＝20*log|S₂₁|。在本发明的滤波器的信号传输过程中，信号的部分功率被反射回信号源，被反射的功率成为反射功率。回波损耗表示该端口信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系,其相应的数学函数如下：反射功率/入射功率(dB)＝20*log|S₁₁|。

从图3中可以看出，当信号从第一馈线端口1输入时，在中心频率3GHz处有信号从第二馈线端口13输出，且通带内的插入损耗较小，在1.5dB左右，回波损耗均在16.5dB以下；通带外，可以看到由第一谐振器R1与第二谐振器R2形成的位于2.8GHz处的传输零点，以及由第二谐振器R2与第三谐振器R3形成的位于3.2GHz处的传输零点，两处传输零点都在-60dB以下，说明传输特性具有很高的选择性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，其中一面为微带走线层，另外一面为覆铜接地板，中间为介质层；其特征在于：所述微带走线层上分别设置有第一馈线端口及其第一馈线、第二馈线端口及其第二馈线、第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器；所述第一馈线端口与第一馈线垂直，构成L形结构，用于馈入或者馈出电磁波信号；所述第二馈线端口与第二馈线垂直，构成L形结构，用于馈入或者馈出电磁波信号；所述第一馈线与第二馈线平行，所述第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器位于第一馈线和第二馈线之间，所述第二谐振器位于第一谐振器和第三谐振器之间，所述第一谐振器靠近第一馈线，所述第三谐振器靠近第二馈线；所述第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器均由二分之一波长的微带线构成；所述第一谐振器整体呈类U形结构，由第一传输线、第二传输线和第三传输线组成，所述第一传输线和第三传输线相互平行，并分别垂直于第二传输线的两端；所述第二谐振器与第一谐振器呈镜像对称结构，由第四传输线、第五传输线和第六传输线组成，所述第四传输线和第六传输线相互平行，并分别垂直于第五传输线的两端；所述第三谐振器整体呈类U形结构，由第七传输线、第八传输线和第九传输线组成，所述第七传输线和第九传输线相互平行，并分别垂直于第八传输线的两端；所述第一馈线端口与第一馈线通过耦合间隙对第一谐振器进行馈电，所述第一馈线与第一传输线平行；所述第二馈线端口与第二馈线通过耦合间隙对第三谐振器进行馈电，所述第二馈线与第九传输线平行；所述第二谐振器通过第四传输线与第一谐振器耦合，通过第六传输线与第三谐振器耦合；所述第一谐振器和第二谐振器的主要耦合部分为第三传输线和第四传输线，其长度长于四分之一波长，会在通带下侧产生一个传输零点，所述第二谐振器和第三谐振器主要耦合部分为第六传输线和第七传输线重合的部分，此段长度短于四分之一波长，会在通带上侧产生一个传输零点，通过调节上述两处耦合部分的长度能够调节两个传输零点所处的位置，从而形成一个高选择性的带通滤波器。

2.根据权利要求1所述的一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，其特征在于：所述第一馈线端口与第二馈线端口宽度相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于平行耦合线的平面带通滤波器，其特征在于：所述第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线、第六传输线、第七传输线、第八传输线和第九传输线宽度相同。