CN109713409B - 一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，该双面覆铜微带板的一面为微带走线层，其另一面为覆铜接地板，其中间为介质层，所述微带走线层上制作有馈线、设于馈线上方的第一多模谐振器和设于馈线下方的第二多模谐振器，所述第一多模谐振器和第二多模谐振器分别独立可调；所述馈线有两个并构成左右镜像对称结构，并通过它们之间的缝隙相互耦合；所述第一多模谐振器是由第一谐振主体、T形加载枝节和两个开路加载枝节构成的双频四模谐振器；所述第二多模谐振器是由第二谐振主体和一个倒T形加载枝节构成的单频双模谐振器。本发明具有结构简单、设计灵活、调试方便、体积小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及平面微带滤波器的技术领域，尤其是指一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器。
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。目前带通滤波器中主要有单频滤波器和双频滤波器的研究。单频滤波器已越来越显示出它的局限性，而为了充分利用现有频谱和基础设备资源，在通信系统中设置多个能同时工作的频段，有效途径之一就是研究和开发高性能的多频滤波器。
近些年来对于三频滤波器的研究不仅仅在性能上有很大的突破，在尺寸方面也在不断的进步。传统的方法获得三频滤波器是通过并联三组单频谐振器，但往往其突出问题在于结构复杂，体积大。为了设计出体积小、带内损耗小、滚降快、超宽阻带的性能良好的双频滤波器，学者们提出了许多新型的谐振器结构。
2008年1月，崔铁军等人申请了题目为《基于平行耦合线结构的三频带滤波器》的专利。该专利发明设计一种平面三频滤波器，其金属微带线置于介质板上，以平行或垂直的方式排布，背面金属接地。该设计的结构包括两天轴向对称的输入输出级谐振器和位于两条轴向对称的输入输出级谐振器之间的中间级谐振器，通过调节阻抗与线长来调节三个频带。
2009年9月，官雪辉等人申请了题目为《一种三频微波带通滤波器》的专利。该专利采用两组不同的阶梯阻抗谐振器，其中一组谐振器采用反平行耦合线进行耦合，另一组谐振器采用端耦合形式，输入输出都为间隙耦合方式。利用长阶梯耦合谐振器形成第一、第三通带，利用短阶梯耦合谐振器形成第二通带。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器，通过将一个单频双模谐振器与一个双频四模谐振器级联，单频双模谐振器与双频四模谐振器分别独立可调，从而形成一个结构简单、设计灵活、调试方便、体积小的三频带平面滤波器。
为实现上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，该双面覆铜微带板的一面为微带走线层，其另一面为覆铜接地板，其中间为介质层，所述微带走线层上制作有馈线、设于馈线上方的第一多模谐振器和设于馈线下方的第二多模谐振器，所述第一多模谐振器和第二多模谐振器分别独立可调；所述馈线有两个并构成左右镜像对称结构，该两个馈线通过它们之间的缝隙相互耦合，并对第一多模谐振器或第二多模谐振器进行馈入或馈出电磁波信号，完成电磁波信号的传输；所述第一多模谐振器以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第一多模谐振器是由第一谐振主体、T形加载枝节和两个开路加载枝节连接构成的双频四模谐振器；所述第二多模谐振器以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第二多模谐振器是由第二谐振主体和一个倒T形加载枝节连接构成的单频双模谐振器，且该倒T形加载枝节分离了第二谐振主体的奇偶模。
进一步，所述馈线由第一传输线、第二传输线、第三传输线顺次连接组成，且所述第二传输线垂直于对称线，所述第一传输线和第三传输线分别垂直于第二传输线的两端并向下延伸，所述第三传输线位于靠近缝隙的一侧，所述两个馈线靠近缝隙的传输线通过缝隙相互耦合；所述第一谐振主体以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第一谐振主体由第四传输线、第五传输线、第六传输线、第七传输线、第八传输线、第九传输线呈U字走势顺次连接组成，且所述第四传输线和第九传输线分别为U字结构的两条竖直边且相互对称，所述第五传输线、第六传输线、第七传输线、第八传输线为U字结构的水平边，且第五传输线与第八传输线以中心线相互对称，第六传输线与第七传输线以中心线相互对称，所述T形加载枝节位于第一谐振主体的上方并垂直连接于第一谐振主体的中心处，并由第十传输线、第十一传输线、第十二传输线和第十三传输线连接组成，所述第十传输线处于中心线上，且其一端垂直连接于第一谐振主体的中心处，其另一端垂直连接于第十一传输线的中心处，所述第十二传输线、第十三传输线分别垂直连接于第十一传输线的两端并向下延伸，两个开路加载枝节分别分布于T形加载枝节的两侧，并分别为第十四传输线和第十五传输线，所述第十四传输线位于第十传输线和第四传输线之间并与第一谐振主体垂直连接，所述第十五传输线位于第十传输线和第九传输线之间并与第一谐振主体垂直连接；所述第二谐振主体以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线所构成的左右镜像对称结构的对称线上，其中心线的两侧均由第十六传输线、第十七传输线、第十八传输线和第十九传输线顺次连接组成，所述第十七传输线垂直于中心线，所述第十六传输线和第十八传输线分别垂直连接于第十七传输线的两端并向下延伸，且所述第十八传输线位于靠近中心线的一侧，所述第十九传输线的一端与第十八传输线垂直连接，其另一端向中心线的方向延伸进而与中心线另一侧的第十九传输线相连接，所述倒T形加载枝节位于第二谐振主体的下方，并由第二十传输线、第二十一传输线连接组成，所述第二十传输线的一端垂直连接至第二谐振主体中心处，其另一端垂直连接至第二十一传输线的中心处。
进一步，所述第一传输线的宽度均为2mm，所述第二传输线、第三传输线的宽度均为0.5mm，所述第十传输线的宽度为3mm，其余传输线的宽度均为1mm。
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，且第一多模谐振器和第二多模谐振器巧妙分布，减小了滤波器的体积。
2、本发明基于多模耦合器设计，利用各种加载枝节，设计自由度高。
3、本发明利用两个馈线的耦合形成输入输出端口间多个耦合路径，在带外形成几个额外的传输零点，增加了滤波器的选择特性。
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为本发明的结构示意图。
图2为本发明的馈线与第一多模谐振器组成滤波器的仿真结果图。
图3为本发明的馈线与第二多模谐振器组成滤波器的仿真结果图。
图4为整个三频滤波器的仿真结果图。
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。
如图1所示，本实施例所提供的基于多模谐振器的三频带平面滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，该双面覆铜微带板的一面为微带走线层，其另一面为覆铜接地板，其中间为介质层，所述微带走线层上制作有馈线1、设于馈线1上方的第一多模谐振器2和设于馈线1下方的第二多模谐振器3，所述第一多模谐振器2和第二多模谐振器3分别独立可调。
所述馈线1有两个并构成左右镜像对称结构，该两个馈线1通过它们之间的缝隙相互耦合，并对第一多模谐振器2或第二多模谐振器3进行馈入或馈出电磁波信号，完成电磁波信号的传输，其中，所述馈线1由第一传输线11、第二传输线12、第三传输线13顺次连接组成，且所述第二传输线12垂直于对称线，所述第一传输线11和第三传输线13分别垂直于第二传输线12的两端并向下延伸，所述第三传输线13位于靠近缝隙的一侧，所述两个馈线1靠近缝隙的传输线13通过缝隙相互耦合。
所述第一多模谐振器2以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线1所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第一多模谐振器2由第一谐振主体21、T形加载枝节22和两个开路加载枝节23构成，从而形成了一个设计自由度更高的双频四模谐振器，其中，所述第一谐振主体21以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线1所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第一谐振主体21由第四传输线211、第五传输线212、第六传输线213、第七传输线214、第八传输线215、第九传输线216呈U字走势顺次连接组成，且所述第四传输线211和第九传输线216分别为U字结构的两条竖直边且相互对称，所述第五传输线212、第六传输线213、第七传输线214、第八传输线215为U字结构的水平边，且第五传输线212与第八传输线215以中心线相互对称，第六传输线213与第七传输线214以中心线相互对称，所述T形加载枝节22位于第一谐振主体21的上方并垂直连接于第一谐振主体21的中心处，并由第十传输线221、第十一传输线222、第十二传输线223和第十三传输线224连接组成，所述第十传输线221处于中心线上，且其一端垂直连接于第一谐振主体21的中心处，其另一端垂直连接于第十一传输线222的中心处，所述第十二传输线223、第十三传输线224分别垂直连接于第十一传输线222的两端并向下延伸，两个开路加载枝节23分别分布于T形加载枝节22的两侧，并分别为第十四传输线231和第十五传输线232，所述第十四传输线231位于第十传输线221和第四传输线211之间并与第一谐振主体21垂直连接，所述第十五传输线232位于第十传输线221和第九传输线216之间并与第一谐振主体21垂直连接。
所述第二多模谐振器3以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线1所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第二多模谐振器3由第二谐振主体31和一个倒T形加载枝节32构成，且该倒T形加载枝节32分离了第二谐振主体31的奇偶模，形成一个设计自由度更高的单频双模谐振器；其中，所述第二谐振主体31以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线1所构成的左右镜像对称结构的对称线上，其中心线的两侧均由第十六传输线311、第十七传输线312、第十八传输线313和第十九传输线314顺次连接组成，所述第十七传输线312垂直于中心线，所述第十六传输线311和第十八传输线313分别垂直连接于第十七传输线312的两端并向下延伸，且所述第十八传输线313位于靠近中心线的一侧，所述第十九传输线314的一端与第十八传输线313垂直连接，其另一端向中心线的方向延伸进而与中心线另一侧的第十九传输线314相连接，所述倒T形加载枝节32位于第二谐振主体31的下方，并由第二十传输线321、第二十一传输线322连接组成，所述第二十传输线321的一端垂直连接至第二谐振主体31中心处，其另一端垂直连接至第二十一传输线322的中心处。
在上述实施例中，所述第一传输线11的宽度均为2mm，所述第二传输线12、第三传输线13的宽度均为0.5mm，所述第十传输线221的宽度为3mm，其余传输线的宽度均为1mm。
本发明使用仿真软件IE3D进行仿真，横轴表示滤波器的信号频率，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表示本发明中双频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2中可以看出，当信号从一个馈线输入时，分别在中心频率2.4GHz与5.2GHz处有信号从另一个馈线输出，且在频率3.4GHz与4.7GHz附近的传输零点是由两个馈线耦合产生的。
从图3中可以看出，当信号从一个馈线输入时，在中心频率3.5GHz处有信号从另一个馈线输出，且在频率3.9GHz附近的传输零点是由两个馈线耦合产生的。
从图4中可以看到，将第一多模谐振器2和第二多模谐振器3整合在一起后，当信号从一个馈线输入时，分别在中心频率2.4GHz、3.5GHz与5.2GHz处有信号从另一个馈线输出，且拥有较高的选择特性。
综上所述，本发明提出的基于多模谐振器的三频带平面滤波器，该滤波器包括两个谐振器，其中一个为加载T形加载枝节22和两个开路加载枝节23的双频四模的第一多模谐振器2，另一个为加载倒T形加载枝节32的单频双模的第二多模谐振器3，同时两个馈线1之间的耦合结构形成多路径耦合，在带外形成额外的传输零点，提高滤波器的选择性。
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、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器，以印刷电路板的方式制作在双面覆铜微带板上，该双面覆铜微带板的一面为微带走线层，其另一面为覆铜接地板，其中间为介质层，其特征在于：所述微带走线层上制作有馈线（1）、设于馈线（1）上方的第一多模谐振器（2）和设于馈线（1）下方的第二多模谐振器（3），所述第一多模谐振器（2）和第二多模谐振器（3）分别独立可调；所述馈线（1）有两个并构成左右镜像对称结构，该两个馈线（1）通过它们之间的缝隙相互耦合，并对第一多模谐振器（2）或第二多模谐振器（3）进行馈入或馈出电磁波信号，完成电磁波信号的传输；所述第一多模谐振器（2）以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线（1）所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第一多模谐振器（2）是由第一谐振主体（21）、T形加载枝节（22）和两个开路加载枝节（23）连接构成的双频四模谐振器；所述第二多模谐振器（3）以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线（1）所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第二多模谐振器（3）是由第二谐振主体（31）和一个倒T形加载枝节（32）连接构成的单频双模谐振器，且该倒T形加载枝节（32）分离了第二谐振主体（31）的奇偶模；
所述馈线（1）由第一传输线（11）、第二传输线（12）、第三传输线（13）顺次连接组成，且所述第二传输线（12）垂直于对称线，所述第一传输线（11）和第三传输线（13）分别垂直于第二传输线（12）的两端并向下延伸，所述第三传输线（13）位于靠近缝隙的一侧，所述两个馈线（1）靠近缝隙的第三传输线（13）通过缝隙相互耦合；所述第一谐振主体（21）以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线（1）所构成的左右镜像对称结构的对称线上，该第一谐振主体（21）由第四传输线（211）、第五传输线（212）、第六传输线（213）、第七传输线（214）、第八传输线（215）、第九传输线（216）呈U字走势顺次连接组成，且所述第四传输线（211）和第九传输线（216）分别为U字结构的两条竖直边且相互对称，所述第五传输线（212）、第六传输线（213）、第七传输线（214）、第八传输线（215）为U字结构的水平边，且第五传输线（212）与第八传输线（215）以中心线相互对称，第六传输线（213）与第七传输线（214）以中心线相互对称，所述T形加载枝节（22）位于第一谐振主体（21）的上方并垂直连接于第一谐振主体（21）的中心处，并由第十传输线（221）、第十一传输线（222）、第十二传输线（223）和第十三传输线（224）连接组成，所述第十传输线（221）处于中心线上，且其一端垂直连接于第一谐振主体（21）的中心处，其另一端垂直连接于第十一传输线（222）的中心处，所述第十二传输线（223）、第十三传输线（224）分别垂直连接于第十一传输线（222）的两端并向下延伸，两个开路加载枝节（23）分别分布于T形加载枝节（22）的两侧，并分别为第十四传输线（231）和第十五传输线（232），所述第十四传输线（231）位于第十传输线（221）和第四传输线（211）之间并与第一谐振主体（21）垂直连接，所述第十五传输线（232）位于第十传输线（221）和第九传输线（216）之间并与第一谐振主体（21）垂直连接；所述第二谐振主体（31）以其中心线左右对称，且其中心线处于两个馈线（1）所构成的左右镜像对称结构的对称线上，其中心线的两侧均由第十六传输线（311）、第十七传输线（312）、第十八传输线（313）和第十九传输线（314）顺次连接组成，所述第十七传输线（312）垂直于中心线，所述第十六传输线（311）和第十八传输线（313）分别垂直连接于第十七传输线（312）的两端并向下延伸，且所述第十八传输线（313）位于靠近中心线的一侧，所述第十九传输线（314）的一端与第十八传输线（313）垂直连接，其另一端向中心线的方向延伸进而与中心线另一侧的第十九传输线（314）相连接，所述倒T形加载枝节（32）位于第二谐振主体（31）的下方，并由第二十传输线（321）、第二十一传输线（322）连接组成，所述第二十传输线（321）的一端垂直连接至第二谐振主体（31）中心处，其另一端垂直连接至第二十一传输线（322）的中心处；
当信号从一个馈线输入时，分别在中心频率2.4 GHz、3.5GHz与5.2 GHz处有信号从另一个馈线输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于多模谐振器的三频带平面滤波器，其特征在于：所述第一传输线（11）的宽度均为2mm，所述第二传输线（12）、第三传输线（13）的宽度均为0.5mm，所述第十传输线（221）的宽度为3mm，其余传输线的宽度均为1mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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