CN109755701A - 三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器 - Google Patents
三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
一种三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，包括三枝节开路阶跃阻抗线、短路枝节加载的阶跃阻抗线、平行馈线和50欧姆馈线；本发明相对传统开路两枝节加载阶跃阻抗线构成的滤波器，引入第三个开路枝节形成三枝节开路阶跃阻抗线，三枝节开路阶跃阻抗线中心对称，通过奇偶模分析法在中心线开路后形成两个开路枝节加载的阶跃阻抗线谐振器，而开路枝节加载的阶跃阻抗线谐振器可以同样利用奇偶模分析法在中心线开路形成两个简单的阶跃阻抗线，使三频滤波器的设计方法更加简单，同时三枝节开路阶跃阻抗线可以形成更陡峭的谐振频率响应，改善滤波器的带外衰减特性。
Description
技术领域
本发明属于微波滤波器技术领域，特别涉及一种三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器。
背景技术
通讯产业的蓬勃发展带动了人类新的文明也提升了人类的生活水平，人们也在不断的提出新的通讯标准和开发新的技术，例如从早期的GSM、CDMA、WCDMA到现在的TD-SCDMA、WLAN、WiMAX等，频段划分越来越细，运营商提供给客户的服务越来越全，语音、数据、视频、上网、全球定位无所不能，这使生活更加便利和丰富，但也对通信系统收发机提出了越来越高的要求，比如需要更加的小型化、集成化、高性能化等。
对于无线通信系统而言，滤波器在滤去镜频干扰、衰减噪声、频分复用以及在高性能的振荡、放大、倍频和混频电路中，起着重要作用。随着信息化进程的日益加快，人们对信息传输的速度与品质的不断追求，另一方面也不断追求更加方便人性化和高性能的终端设备不断升级，促使了包括滤波器在内的射频元器件的微型化和可集成化，同时也产生了各种结构和性能的射频滤波器来进一步满足小体积、轻重量的系统要求。
虽然滤波器的发展历史悠久，但是对于三频滤波器的研究属于最近才兴起的新兴课题，尤其是从近几年开始，三频天线和三频低噪放的研制成功，使得微波三频滤波器件己逐步进入市场化阶段，到目前为止，己经提出了很多新型的三频滤波器结构。由于微带线滤波器具有小尺寸，易于加工，价格便宜，便于集成的特点，而且还能通过采用不同的衬底材料在很大的频率范围内应用，因此国外很多三频滤波器的研究报告都是以平面微带结构为基础的。2018年新加坡Manoj PraBhakar Mohan提出利用双周期复合左右手谐振器结构设计三频滤波器，在滤波器的中心增加两个重复周期的复合左右手谐振结构，耦合以馈线，可以实现三个通带频率。2017年宋凯军提出带功分功能的三频滤波器，该滤波器使用利用短路阶跃阻抗谐振器SSIR和四分之一波长谐振器激励三个模式，可以得到三个通带频率。
现有三频带微带滤波器为了实现各个频带的独立调节而使用的微带线结构复杂，滤波器板图面积占用较大，且各个频带带外抑制较低。
发明内容
本发明的目的在于提供三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，包括三枝节开路阶跃阻抗线、短路枝节加载的阶跃阻抗线、平行馈线和50欧姆馈线；三枝节开路阶跃阻抗线向左侧、右侧和下侧三个方向分别延伸出开路阶跃阻抗线，且三个开路阶跃阻抗线互相平行，关于下侧方向的开路阶跃阻抗线的中心线呈对称结构；左侧的开路阶跃阻抗线与下侧的开路阶跃阻抗线之间，以及右侧的开路阶跃阻抗线和下侧的开路阶跃阻抗线之间均内嵌有短路枝节加载的阶跃阻抗线，短路枝节加载的阶跃阻抗线与三枝节开路阶跃阻抗线通过缝隙耦合；左侧的开路阶跃阻抗线的左侧，以及右侧的开路阶跃阻抗线的右侧通过间隙分别耦合一根平行馈线，平行馈线与50欧姆馈线相连共同作为三枝节开路阶跃阻抗线加载三频带滤波器的输入输出端口。
进一步的，两个短路枝节加载的阶跃阻抗线尺寸相同，且关于下侧方向的开路阶跃阻抗线的中心线对称。
进一步的，三枝节开路阶跃阻抗线呈M字型结构，短路枝节加载的阶跃阻抗线呈E字型结构。
进一步的，三枝节开路阶跃阻抗线的左侧开路阶跃阻抗线枝节长度为12.9±1mm，右侧开路阶跃阻抗线枝节长度为12.9mm±1mm，下侧开路阶跃阻抗线枝节长度为14±1mm。
进一步的，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线左侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度为12.2mm±2mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线右侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度为12.2mm±2mm。
进一步的，平行馈线长度为7mm±1mm，50欧姆馈线长度为3.5mm±1mm。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明相对传统开路两枝节加载阶跃阻抗线构成的滤波器，引入第三个开路枝节形成三枝节开路阶跃阻抗线，三枝节开路阶跃阻抗线中心对称，通过奇偶模分析法在中心线开路后形成两个开路枝节加载的阶跃阻抗线谐振器，而开路枝节加载的阶跃阻抗线谐振器可以同样利用奇偶模分析法在中心线开路形成两个简单的阶跃阻抗线，使三频滤波器的设计方法更加简单，同时三枝节开路阶跃阻抗线可以形成更陡峭的谐振频率响应，改善滤波器的带外衰减特性。
本发明的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器所采用的三枝节开路阶跃阻抗线在采用简并奇偶模分析法的基础上可以对其进行二次奇偶对称，所实现的三频带滤波器在实现三个频率独立调节基础上，改善了现有三频滤波器带外衰减特性，缩小了现有三频滤波器体积，减小了现有器件的成本，可以方便的集成在电子通信系统中。
附图说明
图1是本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器的结构示意图；
图2是本发明的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器实施例的应用安装结构示意图；
图3是本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器的频率响应特性曲线。
图中，1.三频天线，2.第一放大器，3.第二放大器，4.三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，5.下变频电路，6.中频滤波器，7.第三放大器，8.参考晶振，9.频率合成器，10.AGC模块，11.A/D转换，12.微处理器，13.相关通道，14.存储器，15.三枝节开路阶跃阻抗线，16.短路枝节加载的阶跃阻抗线，17.平行馈线，18.50欧姆馈线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，包括三枝节开路阶跃阻抗线15、短路枝节加载的阶跃阻抗线16、平行馈线17和50欧姆馈线18；三枝节开路阶跃阻抗线15向左侧、右侧和下侧三个方向分别延伸出开路阶跃阻抗线，且三个开路阶跃阻抗线互相平行，关于下侧方向的开路阶跃阻抗线的中心线呈对称结构；左侧的开路阶跃阻抗线与下侧的开路阶跃阻抗线之间，以及右侧的开路阶跃阻抗线和下侧的开路阶跃阻抗线之间均内嵌有短路枝节加载的阶跃阻抗线16，短路枝节加载的阶跃阻抗线16与三枝节开路阶跃阻抗线15通过缝隙耦合；左侧的开路阶跃阻抗线的左侧，以及右侧的开路阶跃阻抗线的右侧通过间隙分别耦合一根平行馈线17，平行馈线17与50欧姆馈线18相连共同作为三枝节开路阶跃阻抗线加载三频带滤波器的输入输出端口。
两个短路枝节加载的阶跃阻抗线16尺寸相同，且关于下侧方向的开路阶跃阻抗线的中心线对称。
三枝节开路阶跃阻抗线15呈M字型结构，短路枝节加载的阶跃阻抗线16呈E字型结构。
三枝节开路阶跃阻抗线的左侧开路阶跃阻抗线枝节长度为12.9±1mm，右侧开路阶跃阻抗线枝节长度为12.9mm±1mm，下侧开路阶跃阻抗线枝节长度为14±1mm。
内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线左侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度为12.2mm±2mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线右侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度为12.2mm±2mm。
平行馈线长度为7mm±1mm，50欧姆馈线长度为3.5mm±1mm。
参照图1，本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其结构是，包括三枝节开路阶跃阻抗线15，三枝节开路阶跃阻抗线15分别在左侧、右侧和下测伸出三条阶跃阻抗枝节，左侧阶跃阻抗枝节和下侧阶跃阻抗枝节之间通过间隙内嵌一条短路枝节加载的阶跃阻抗线16，同样在右侧阶跃阻抗枝节和下侧阶跃阻抗枝节之间通过间隙内嵌一条短路枝节加载的阶跃阻抗线16，三枝节开路阶跃阻抗线15和两条短路枝节加载的阶跃阻抗线16关于中心线对称。在三枝节开路阶跃阻抗线15的左侧和右侧阶跃阻抗枝节左右侧分别通过间隙耦合一条平行馈线17，两条平行馈线17分别与50欧姆馈线18相连共同构成滤波器的输入与输出端口。本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器结构使得三频滤波器结构更加紧凑，调节方便灵活，能有效地滤除各种无用信号及噪声信号，降低各通信频道间的信号干扰，在应用的通信系统中，发挥重要作用。
本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器实施例的尺寸参数范围是：
三枝节开路阶跃阻抗线的左侧阶跃阻抗枝节长度12.9±1mm，右侧阶跃阻抗枝节长度12.9mm±1mm，三枝节开路阶跃阻抗线的下侧枝节长度14±1mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线左侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度12.2mm±2mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线右侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度12.2mm±2mm，左右平行馈线长度7mm±1mm，左右两端50欧姆馈线长度3.5mm±1mm。
本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器在实际应用时，根据不同的通信场合和应用需要，通过上述的各个部位尺寸参数的选择，实现调整三频滤波器的三个通带的中心频率，来达到不同的应用需求。
实施例
参照图2，将本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器应用于通信系统接收机中，该接收机的主体结构是，包括三频天线1，三频天线1依次通过(三频低噪声)第一放大器2、第二放大器3、三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、第三放大器7、A/D转换11与相关通道13连接；另外，参考晶振8通过频率合成器9与下变频电路5(另一输入端)连接，并且第三放大器7设置有进行反馈控制的AGC模块10；相关通道13还与微处理器12和存储器14同时互相连接，微处理器12和存储器14互相连接。
上述的三频天线1和(三频低噪声)第一放大器2一起构成天线单元；
上述的第二放大器3、三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、第三放大器7、参考晶振8、频率合成器9和AGC模块10一起构成下变频电路单元；
上述的A/D转换11、微处理器12、相关通道13和存储器14一起构成基带信号处理单元。
第一放大器2，可选用如Avago公司的MGA683P8，Skyworks公司的SKY65047-360LF，第二放大器3和第三放大器7也可以是一样的型号。
下变频电路5，可选用Ettus research公司的RFX1200子板。
基带信号处理单元可选用Ettus research公司的通用软件无线电平台USRP1。
上述的这些电路模块或单元都是系统电路，根据不同的应用需求，还可以选用其他相关的具体型号进行组合设计。
本实施例中的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器的具体参数是：三枝节开路阶跃阻抗线的左侧阶跃阻抗枝节长度12.9±1mm，右侧阶跃阻抗枝节长度12.9mm±1mm，三枝节开路阶跃阻抗线的下侧枝节长度14±1mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线左侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度12.2mm±2mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线右侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度12.2mm±2mm，左右平行馈线长度7mm±1mm，左右两端50欧姆馈线长度3.5mm±1mm。三频滤波器的第一通带在2.45GHz，第二通带在5.43GHz，第三通带在7.32GHz，输入输出信号通过同轴输入线与馈线相连。
在系统工作时，首先三频天线1从空中接收微弱的电信号，经由第一放大器2放大信号功率到需求水平后送入三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器4，滤除各种无用信号及噪声信号后进入下变频电路5，降低各通信频道间的信号干扰，同时，参考晶振8(TCXO)的信号也通过频率合成器9进入下变频电路5；再根据不同的应用需要选择下变频电路5将接收信号下变频到中频频率，再次经过中频滤波器6后经过第三放大器7的自循环回路最后送入后级的基带信号处理单元，基带信号处理单元完成基带信号的处理工作。
参照图3，是本发明三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器实施例的频率响应特性曲线，三个通带的中心频率分别位于2.45GHz、5.43GHz和7.32GHz，带内差损分别为0.8dB、1.5dB和1.8dB，第一通带带外差损小于-35dB，第二通带带外差损小于-50dB，第三通带带外插损小于-35dB，性能符合相关的技术要求。
Claims (6)
1.三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其特征在于，包括三枝节开路阶跃阻抗线(15)、短路枝节加载的阶跃阻抗线(16)、平行馈线(17)和50欧姆馈线(18)；三枝节开路阶跃阻抗线(15)向左侧、右侧和下侧三个方向分别延伸出开路阶跃阻抗线，且三个开路阶跃阻抗线互相平行，关于下侧方向的开路阶跃阻抗线的中心线呈对称结构；左侧的开路阶跃阻抗线与下侧的开路阶跃阻抗线之间，以及右侧的开路阶跃阻抗线和下侧的开路阶跃阻抗线之间均内嵌有短路枝节加载的阶跃阻抗线(16)，短路枝节加载的阶跃阻抗线(16)与三枝节开路阶跃阻抗线(15)通过缝隙耦合；左侧的开路阶跃阻抗线的左侧，以及右侧的开路阶跃阻抗线的右侧通过间隙分别耦合一根平行馈线(17)，平行馈线(17)与50欧姆馈线(18)相连共同作为三枝节开路阶跃阻抗线加载三频带滤波器的输入输出端口。
2.根据权利要求1所述的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其特征在于，两个短路枝节加载的阶跃阻抗线(16)尺寸相同，且关于下侧方向的开路阶跃阻抗线的中心线对称。
3.根据权利要求1所述的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其特征在于，三枝节开路阶跃阻抗线(15)呈M字型结构，短路枝节加载的阶跃阻抗线(16)呈E字型结构。
4.根据权利要求1所述的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其特征在于，三枝节开路阶跃阻抗线的左侧开路阶跃阻抗线枝节长度为12.9±1mm，右侧开路阶跃阻抗线枝节长度为12.9mm±1mm，下侧开路阶跃阻抗线枝节长度为14±1mm。
5.根据权利要求1所述的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其特征在于，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线左侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度为12.2mm±2mm，内嵌在三枝节开路阶跃阻抗线右侧的短路枝节加载的阶跃阻抗线长度为12.2mm±2mm。
6.根据权利要求1所述的三枝节开路阶跃阻抗线加载的三频带滤波器，其特征在于，平行馈线长度为7mm±1mm，50欧姆馈线长度为3.5mm±1mm。
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