CN109742495A - 一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,包括:微带线设计层、介质基板、微带线的参考地平面层;所述微带线设计层为顶层,介质基板为中间层,线的参考地平面层为底层。本发明滤波器在现有微带低通滤波器的基础上实现对滤波器的小型化设计,实际应用尺寸小,仅为17mm*26mm;本发明滤波器的滚降特性表现为:3dB截止频率为6GHz,而在6.3GHz时,滤波器的插损达到40dB以上;本发明滤波器在阻带6.4~12.5GHz时,滤波器的抑制大于50dB,在阻带6.5~9.7GHz时,滤波器的抑制则大于60dB,在整个阻带20GHz以下时的抑制最小也能达到30dB。
Description
技术领域
本发明涉及射频通信技术领域,具体地,涉及紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器。
背景技术
在射频微波通信领域,滤波器作为射频前端的重要组成部分,在整个通信链路中作为一种选频装置,使得有用的频段信号顺利通过,抑制不需要的频段信号,它的指标将直接影响着整个系统的性能。近年来,用户对通信产品提出了更严苛的要求,因此设计出具有高性能的滤波器对射频微波通信链路具有重要的意义。而阶跃阻抗型微带滤波器具有空间尺寸小,结构简单,阻带特性好等优势。将其置于系统带通滤波器之前,可以达到消除带通滤波器寄生通带、抑制放大器谐波信号、抑制镜像频率信号等的效果。
随着5G时代的到来,射频通信链路对带外杂散和临信道信号的抑制需求将会更高,而具有高滚降特性的滤波器才能更好的抑制带外杂散和临信道信号。那么设计出具有小型化、高滚降、宽阻带较高性能的微带滤波器将是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器。
根据本发明提供的一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,包括:
微带线设计层、介质基板、微带线的参考地平面层;
所述微带线设计层为顶层,介质基板为中间层,线的参考地平面层为底层。
优选地,所述微带线设计层包括:
两个馈线、四个第一扇形微带短截线、四个第二扇形微带短截线、两个第三扇形微带短截线、两个第四扇形微带短截线、中心微带线;
中心微带线的中心线与两个馈线的中心线在同一直线上;
第一扇形微带短截线、第二扇形微带短截线、第三扇形微带短截线、第四扇形微带短截线均设置在中心微带线上,两个馈线设置于中心微带线的左右两端;
中心微带线的上侧从左到右依次设置有一个第一扇形微带短截线、一个第二扇形微带短截线、一个第三扇形微带短截线、一个第二扇形微带短截线及一个第一扇形微带短截线;
中心微带线的下侧从左到右依次设置有与上侧相同,并沿中心微带线对称的一个第一扇形微带短截线、一个第二扇形微带短截线、一个第三扇形微带短截线、一个第二扇形微带短截线及一个第一扇形微带短截线;
两个第三扇形微带短截线设置于中心微带线的中间位置,中心微带线的下侧的第三扇形微带短截线与左侧的第二扇形微带短截线之间设置有一个通过微带线相连的第四扇形微带短截线;
中心微带线的下侧的第三扇形微带短截线与右侧的第二扇形微带短截线之间设置有一个通过微带线相连的第四扇形微带短截线。
优选地,所述馈线的长度L4为12mm,宽度w0为1.8mm;
第一扇形微带短截线的半径长度r1为2.9mm,圆心角α1为26度;
第二扇形微带短截线的半径长度r1为2.9mm,圆心角α2为57度;
第三扇形微带短截线的半径长度r1为2.9mm,圆心角α3为58度;
优选地,所述微带线的长度L3为3mm,宽度w2为0.5mm;
第四扇形微带短截线的半径长度r2为1.9mm,圆心角α4为70度;
优选地,所述第一扇形微带短截线与相邻的第二扇形微带短截线的距离L1为3.3mm;
所述第三扇形微带短截线与相邻的第二扇形微带短截线的距离L2为7.8mm。
优选地,所述中心微带线的宽度w1为0.2mm。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明滤波器在现有微带低通滤波器的基础上实现对滤波器的小型化设计,实际应用尺寸小,仅为17mm*26mm;
2、本发明滤波器的通带内插损小于0.5dB(校准掉SMA头引起的不匹配引起的插损);
3、本发明滤波器的滚降特性表现为:3dB截止频率为6GHz,而在6.3GHz时,滤波器的插损达到40dB以上;
4、本发明滤波器在阻带6.4~12.5GHz时,滤波器的抑制大于50dB,在阻带6.5~9.7GHz时,滤波器的抑制则大于60dB,在整个阻带(20GHz以下时的抑制最小也能达到30dB。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明提供的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器的结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的传统滤波器的结构示意图。
图3为本发明实施例1提供的微带结构等效LC陷波结构示意图。
图4为本发明实施例2提供紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器的S参数仿真与实测曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,包括:
微带线设计层、介质基板、微带线的参考地平面层;
所述微带线设计层为顶层,介质基板为中间层,线的参考地平面层为底层。
具体地,所述微带线设计层包括:
两个馈线1、四个第一扇形微带短截线2、四个第二扇形微带短截线3、两个第三扇形微带短截线4、两个第四扇形微带短截线5、中心微带线6;
中心微带线6的中心线与两个馈线1的中心线在同一直线上;
第一扇形微带短截线2、第二扇形微带短截线3、第三扇形微带短截线4、第四扇形微带短截线5均设置在中心微带线6上,两个馈线1设置于中心微带线6的左右两端;
中心微带线6的上侧从左到右依次设置有一个第一扇形微带短截线2、一个第二扇形微带短截线3、一个第三扇形微带短截线4、一个第二扇形微带短截线3及一个第一扇形微带短截线2;
中心微带线6的下侧从左到右依次设置有与上侧相同,并沿中心微带线6对称的一个第一扇形微带短截线2、一个第二扇形微带短截线3、一个第三扇形微带短截线4、一个第二扇形微带短截线3及一个第一扇形微带短截线2;
两个第三扇形微带短截线4设置于中心微带线6的中间位置,中心微带线6的下侧的第三扇形微带短截线4与左侧的第二扇形微带短截线3之间设置有一个通过微带线7相连的第四扇形微带短截线5;
中心微带线6的下侧的第三扇形微带短截线4与右侧的第二扇形微带短截线3之间设置有一个通过微带线7相连的第四扇形微带短截线5。
具体地,所述馈线1的长度L4为12mm,宽度w0为1.8mm;
第一扇形微带短截线2的半径长度r1为2.9mm,圆心角α1为26度;
第二扇形微带短截线3的半径长度r1为2.9mm,圆心角α2为57度;
第三扇形微带短截线4的半径长度r1为2.9mm,圆心角α3为58度;
具体地,所述微带线7的长度L3为3mm,宽度w2为0.5mm;
第四扇形微带短截线5的半径长度r2为1.9mm,圆心角α4为70度;
具体地,所述第一扇形微带短截线2与相邻的第二扇形微带短截线3的距离L1为3.3mm;
所述第三扇形微带短截线4与相邻的第二扇形微带短截线3的距离L2为7.8mm。
具体地,所述中心微带线6的宽度w1为0.2mm。
下面通过优选例,对本发明进行更为具体地说明。
实施例1:
一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,主要包括三层,顶层是微带线设计层,中间层是介质基板,底层是微带线的参考地平面层。如图1所示,为本发所述的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器的结构,在顶层蚀刻如附图1中所示的微带线结构,其方法包括如下步骤:
步骤1:传统的阶跃阻抗型微带低通滤波器一般采用在单边使用方形短截线结构,改进型的也是加上扇形短截线结构,而本发明采用在微带线两边加上对称的扇形短截线如附图2所示,这样不仅有利于拓展滤波器阻带特性,还能进一步使得结构更为紧凑;
步骤2:在微带滤波器结构中加入陷波结构,从而引入极点的设计;
步骤3:由于本发明涉及的频段较高,为了滤波器有较好的通带特性,选用相对介电常数为3.55,板材厚度为0.762mm的Rogers4003板材;
其中,步骤2包括如下步骤:
步骤2.1:由于传统的阶跃阻抗型微带低通滤波器自身结构特性,其滚降特性较差,使得在多数场合不能应用。所以本发明充分利用阶跃阻抗特性,在该结构基础上加以改进,如附图3所示,一般两个串联的LC结构会形成其串联谐振频点,而在滤波器结构中并联这种结构,即在滤波器理论设计中加入衰减极点,将会实现对某一频点的陷波特性;
步骤2.2:在微带线理论中,四分之一开路短截线正好等效于具有电容特性,四分之一短路短截线等效于具有电感特性,本发明中则是利用了扇形短截线阻抗渐变的优势替代传统的短截线,使得在滤波器过渡带处能提供对一个窄带的陷波特性,即增加多个衰减极点。使得该滤波器具有更好的滚降特性。
实施例2:
为了使得本发明的技术手段、所实现的目的和新颖性能够更好的突显出来,下面结合实施方式并配合附图,深入分析本发明的低通滤波器的物理机制。
本发明关键的构思在于:以扇形短截线为基础,设计对称结构的扇形开路枝节,以及设计具有陷波特性的阶跃阻抗型串联枝节。现如今,基本上就是先通过
理论分析设计结构的可行性,然后借助其他工具进一步来实现。从设计之初,本人就是通过理论研究得出本发明具有一定的可行性,然后通过理论估算出结构的大致尺寸和角度参数,然后类似于学术和工程上常采用的方法,即利用商用的高频电磁仿真软件进行电磁仿真来验证,并进一步对本发明的初始结构做优化设计。本人这里使用ADS验证了该方案的可行性,借助HFSS对该结构进行优化分析,并将优化后的结构制成样品,对样品进行测试,然后把理论数据与实测数据进行对比验证,最终完成对该低通滤波器模型的证实。
本发明的滤波器结构的实际尺寸为17mm*26mm,仿真与实测选择的介质基板的相对介电常数为3.55,板厚为0.762mm的板材。如附图1所示,给出了本发明结构的各段微带线的具体标识,下面介绍一下本设计优化参数的具体值:其中馈线宽度为W0=1.8mm,其他各优化后的微带线的长度参数尺寸大小(单位mm)分别为L1=3.3,L2=7.8,L3=3.0,L4=12,r1=2.9,r2=1.9,W1=0.2,W2=0.5。优化后的各个扇形短截线的角度参数大小(单位:度)分别为1=26,2=57,3=58,4=70。如附图1所示,本发明的结构左右对称,参数一致,涉及到的各个结构参数,运用相关工具都能轻易的设计实现,本发明的结构简单,易于实现,并且结构紧凑,适合集成到相关射频通信链路。
本发明的样品在进行测试之前需要注意,焊接至少适应20GHz以上测试的连接器,然后是连接器的安装也要细致。之后就是测试条件,包括测试线缆的校准,测试环境等,最好能有专业的测试夹具。当然若是设计合理,也可以直接运用到射频通信链路中。
本发明主要是针对6GHz设计,而本发明的原理对其他频段的应用也适合,参数的优化是必不可少的,同时需要兼容尺寸的考虑。若是应用在更高频段,在测试验证时则需要使用性能更好的测试连接器。
若实际场景不需要这么宽的阻带特性,而需要具有更小的尺寸,本发明的滤波器结构可以进一步简化设计。具体涉及方法为:减少结构的级数,即左右两侧各去掉一段扇形枝节,并重新优化设计。
若实际场景需要在宽阻带上的抑制特性都较好,在尺寸允许的情况下,可以再加一级陷波结构,并重新优化设计。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,其特征在于,包括:
微带线设计层、介质基板、微带线的参考地平面层;
所述微带线设计层为顶层,介质基板为中间层,线的参考地平面层为底层。
2.根据权利要求1所述的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,其特征在于,所述微带线设计层包括:
两个馈线(1)、四个第一扇形微带短截线(2)、四个第二扇形微带短截线(3)、两个第三扇形微带短截线(4)、两个第四扇形微带短截线(5)、中心微带线(6);
中心微带线(6)的中心线与两个馈线(1)的中心线在同一直线上;
第一扇形微带短截线(2)、第二扇形微带短截线(3)、第三扇形微带短截线(4)、第四扇形微带短截线(5)均设置在中心微带线(6)上,两个馈线(1)设置于中心微带线(6)的左右两端;
中心微带线(6)的上侧从左到右依次设置有一个第一扇形微带短截线(2)、一个第二扇形微带短截线(3)、一个第三扇形微带短截线(4)、一个第二扇形微带短截线(3)及一个第一扇形微带短截线(2);
中心微带线(6)的下侧从左到右依次设置有与上侧相同,并沿中心微带线(6)对称的一个第一扇形微带短截线(2)、一个第二扇形微带短截线(3)、一个第三扇形微带短截线(4)、一个第二扇形微带短截线(3)及一个第一扇形微带短截线(2);
两个第三扇形微带短截线(4)设置于中心微带线(6)的中间位置,中心微带线(6)的下侧的第三扇形微带短截线(4)与左侧的第二扇形微带短截线(3)之间设置有一个通过微带线(7)相连的第四扇形微带短截线(5);
中心微带线(6)的下侧的第三扇形微带短截线(4)与右侧的第二扇形微带短截线(3)之间设置有一个通过微带线(7)相连的第四扇形微带短截线(5)。
3.根据权利要求2所述的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,其特征在于,所述馈线(1)的长度L4为12mm,宽度w0为1.8mm;
第一扇形微带短截线(2)的半径长度r1为2.9mm,圆心角α1为26度;
第二扇形微带短截线(3)的半径长度r1为2.9mm,圆心角α2为57度;
第三扇形微带短截线(4)的半径长度r1为2.9mm,圆心角α3为58度。
4.根据权利要求3所述的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,其特征在于,所述微带线(7)的长度L3为3mm,宽度w2为0.5mm;
第四扇形微带短截线(5)的半径长度r2为1.9mm,圆心角α4为70度。
5.根据权利要求4所述的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,其特征在于,所述第一扇形微带短截线(2)与相邻的第二扇形微带短截线(3)的距离L1为3.3mm;
所述第三扇形微带短截线(4)与相邻的第二扇形微带短截线(3)的距离L2为7.8mm。
6.根据权利要求5所述的紧凑型高滚降的宽阻带低通滤波器,其特征在于,所述中心微带线(6)的宽度w1为0.2mm。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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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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