CN110021803A - 具有三个陷波频点的超宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有三个陷波频点的超宽带滤波器，包括矩形环谐振器，在矩形谐振器两侧中心位置分别固定设置有一条开路短截线，在矩形谐振环内部设置沿左右中心线上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线，该内部短路阶跃阻抗线与矩形谐振器的边长平行，在矩形谐振器上下外侧分别设置有一条外部短路阶跃阻抗线，每侧开路短截线与外部短路阶跃阻抗线共同耦合有两条交叉指馈线，每侧交叉指馈线外端设置有馈线端口。在应用的通信系统中，陷波频率在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，可将WLAN和卫星通信等的干扰频率从超宽带频段中滤除，同时高频带外零点可调，可大大改进通带选择性。

Description

具有三个陷波频点的超宽带滤波器

技术领域

本发明属于微波微带滤波器技术领域，具体涉及一种具有三个陷波频点的超宽带滤波器。

背景技术

超宽带(Ultra-wideband，UWB)技术是近年来新兴的一种无线通信技术，自2002年美国联邦通信委员会(FCC)将3.1GHz～10.6GHz的频段批准用于商业通信以来，超宽带通信技术受到了越来越多的重视，随着超宽带无线通信技术的迅猛发展，对超宽带无线通信电子设备提出了更高的要求，高可靠性、小型化己经成为超宽带无线通信系统发展的必然趋势，这就要求电路在满足电气性能的同时，尽可能减少电路占用空间。滤波器在超宽带无线通信系统中扮演着重要的角色，它起着选择信号的重要作用，是超宽带无线通信系统中必不可少的重要元件，它的工作性能好坏直接影响到超宽带无线通信系统的整体工作性能，它的尺寸大小也直接影响到超宽带无线通信系统的大小。

但是，在整个UWB频段范围内，由于已经存在其它各种窄带无线通信信号，例如全球微波互联网络(WiMAX，3.3GHz-3.6GHz)，卫星C波段(3.7GHz-4.2GHz)和无限局域网(WLAN，5.15GHz～5.35GHz，5.725GHz～5.825GHz)系统。而这些无线通信信号会严重干扰UWB系统，为了抑制不同系统之问的相互干扰，保证UWB系统正常工作，迫切需要一种具有陷波特性的UWB带通滤波器。

虽然滤波器的发展历史悠久，但是对于带陷波功能的超宽带滤波器的研究属于最近才兴起的新兴课题，尤其是近几年来，随着超宽带系统的商业化快速发展，使得超宽带陷波滤波器己逐步进入市场化阶段。在欧美等国家，许多专家学者对于带陷波功能的滤波器都有所研究，到目前为止，己经提出了很多新型的带陷波功能的超宽带滤波器结构。由于微带线滤波器具有小尺寸，易于加工，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，因此国外很多超宽带陷波滤波器的研究报告都是以平面微带结构为基础的。英国的洪佳升教授于2007年提出一种用于产生陷波的微带耦合线结构，通过在两个外部耦合线上加载不对称枝节在超宽带频段中引入陷波。印度学者Rowdra Ghatak于2011年提出一种带陷波功能的超宽带滤波器，通过级联一个高通滤波器和低通滤波器构成超宽带滤波器，再通过将一个阶梯阻抗谐振器结构耦合在高通滤波器部分产生陷波。2012年，中国学者魏峰提出了一种带三个陷波频段的超宽带滤波器，通过一个耦合的三模阶梯阻抗谐振器引入三个陷波频率。2013年，李佳林教授提出了一种将E型谐振器耦合在超宽带滤波器主传输线上的方法来产生陷波频段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有三个陷波频点的超宽带滤波器，解决了现有技术中的带有陷波功能超宽带滤波器陷波频率调节范围小的问题。

本发明所采用的技术方案是，具有三个陷波频点的超宽带滤波器，包括矩形环谐振器，在矩形谐振器两侧中心位置分别固定设置有一条开路短截线，在矩形谐振环内部设置沿左右中心线上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线，该内部短路阶跃阻抗线与矩形谐振器的边长平行，在矩形谐振器上下外侧分别设置有一条外部短路阶跃阻抗线，每侧开路短截线与外部短路阶跃阻抗线共同耦合有两条交叉指馈线，每侧交叉指馈线外端设置有馈线端口。

本发明的特点还在于，

矩形环谐振器的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm。

开路短截线长度均为10mm±5mm，宽度2mm±1mm。

内部短路阶跃阻抗线长度均为15.2mm±5mm，外部短路阶跃阻抗线的长度均为31.4mm±5mm。

每个交叉指馈线的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm。

每个馈线端口为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm。

本发明的有益效果是，通过利用在矩形环谐振器内部短路阶跃阻抗线与外部短路阶跃阻抗线即可在超宽带频段引入陷波特性，并且短路阶跃阻抗线和交叉指馈线的耦合可以引入另外一个陷波频点，不用增加额外的陷波电路，大大减少了电路尺寸。通过调节两个短路阶跃阻抗线长度和开路阶跃阻抗线结构的相对尺寸，可灵活调节三个陷波频率和低频的带外零点，地板上与馈线结构对应的两个缺陷地结构可以增加馈线的容性耦合因子，增强馈线耦合度，展宽带宽。在有效地滤除各种超宽带频带外的无用信号及噪声信号的同时，还能利用陷波特性灵活抑制不同系统间的相互干扰，保证超宽带系统的正常工作，在应用的通信系统中，陷波频率在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，可将WLAN和卫星通信等的干扰频率从超宽带频段中滤除，同时高频带外零点可调，可大大改进通带选择性，应用场合更加灵活多样，发挥重要作用。

附图说明

图1是本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器的主视截面结构示意图；

图2是本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器应用实施例的安装结构示意图；

图3是本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器应用实施例的频率响应特性曲线。

图中，1.超宽带天线，2.放大器一，3.放大器二，4.超宽带陷波滤波器，5.下变频电路，6.中频滤波器，7.放大器三，8.参考晶振，9.频率合成器，10.AGC模块，11.A/D转换器，12.微处理器，13.相关通道，14.存储器，15.矩形谐振环，16.外部短路阶跃阻抗线，17.内部短路阶跃阻抗线，18.开路短截线，19.交叉指馈线，20.缺陷地板结构。

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。

参照图1，本发明的具有三个陷波频点的超宽带滤波器，该超宽带滤波器创新点在于具有高灵活可调范围的三个陷波频点(以下简称超宽带三陷波滤波器)，同时减小了具有三个陷波频点超宽带滤波器的尺寸，其结构是，包括矩形环谐振器15，在矩形谐振器两侧中心位置分别固定设置有一条开路短截线18，在矩形谐振环15内部设置沿左右中心线上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线17，该内部短路阶跃阻抗线17与矩形谐振器15的边长平行，同样在矩形谐振器15上下外侧分别设置有一条外部短路阶跃阻抗线16，内部短路阶跃阻抗线17与外部短路阶跃阻抗线16共同产生超宽带滤波器带内的陷波点，每侧开路短截线18与外部短路阶跃阻抗线16共同耦合有两条交叉指馈线19，交叉指馈线19嵌在开路短截线18中间内，每侧交叉指馈线19外端设置有馈线端口，交叉指馈线19在矩形谐振器15两侧设置，为滤波器提供与外部的接口，同时交叉指馈线19与外部短路阶跃阻抗线16、开路短截线18共同产生一个低频零点，为超宽带滤波器提供额外的带外抑制。

在图1中空白部分表示电路板上层的覆铜结构，灰色部分为电路板下层覆铜去掉的部分的结构，称为缺陷地结构20，交叉指馈线19设置在电路板的上层，在电路板的下层设置有缺陷地板结构20，中间为普通介质基板。这样设置可增强馈线耦合强度，展宽带宽，通过调整外部短路阶跃阻抗线16、内部短路阶跃阻抗线17、开路短截线18之间的耦合长度，可以在通带低端产生一个传输零点，大大增强了滤波器的频率选择性。

本发明的具有三个陷波频点的超宽带滤波器的通频带达到了超宽带系统的要求，并且能分别在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz处产生陷波，在2.0GHz处产生带外零点，在超宽带系统的应用中滤除WLAN和卫星通信等的干扰频率，并能增加频带选择性。

本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器主要通过外部短路阶跃阻抗线16、内部短路阶跃阻抗线17、开路短截线18的结构调节超宽带滤波器的陷波特性。配合采用合理的结构参数，使滤波器能够工作在很宽的频率范围内，从而减少了机械加工的精度对滤波器性能的影响。

本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器的尺寸参数选择范围是：矩形环谐振器15的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm，矩形环谐振器15左右两端引出的开路短截线18线长度均为10mm±5mm，宽度2mm±1mm，矩形环谐振器15内部设置的内部短路阶跃阻抗线17的长度均为15.2mm±5mm，矩形环谐振器15外部设置的外部短路阶跃阻抗线16的长度均为31.4mm±5mm，每个交叉指馈线的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm，每个馈线端口长度为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm，每个缺陷地板结构20的长度为12.3mm±3mm，宽度为7.1mm±3mm。

本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器的通频带由矩形环谐振器15和开路短截线18的尺寸确定，能够达到超宽带系统要求的频带范围。当超宽带带通滤波器确定后，便可通过调节外部短路阶跃阻抗线16和内部短路阶跃阻抗线17的相对尺寸，来确定三个陷波频率的范围。

本发明具有三个陷波频点的超宽带滤波器在实际应用时，根据不同的通信场合和应用需要，通过对矩形环谐振器15、外部短路阶跃阻抗线16、内部短路阶跃阻抗线17、开路短截线18、交叉指馈线19、缺陷地结构20的各个尺寸参数搭配选择，实现调整超宽带滤波器的三个陷波频率，来满足不同的应用需求。

实施例

参照图2，将本发明2具有三个陷波频点的超宽带滤波器应用于超宽带通信系统接收机中，接收机的主体结构是，包括超宽带天线1，超宽带天线1依次通过(超宽带低噪声)放大器一2、放大器二3、超宽带陷波滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、放大器三7与A/D转换11连接，A/D转换11通过相关通道13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；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，放大器三7自身连接有AGC模块10。

上述的超宽带天线1和(超宽带低噪声)放大器一2一起构成天线单元；

上述的放大器二3、超宽带陷波滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、放大器三7、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。

超宽带陷波滤波器4采用本发明前述超具有三个陷波频点的超宽带滤波器的结构。

放大器一2选用如Herotek公司的腔体LNA模块AF00118253A，放大器二3和放大器三7也可以选用该型号。

下变频电路5选用Ettus research公司的RFX1200子板。

基带信号处理单元选用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。

本实施例中的具有三个陷波频点的超宽带滤波器的具体参数设置是：矩形环谐振器的上下边长为10.5mm，左右边长为8.5mm，矩形环谐振器左右两端引出的开路短截线线长度均为10mm，宽度2mm，矩形环谐振器内部设置的内部短路阶跃阻抗线长度均为15.2mm，矩形环谐振器外部设置的外部短路阶跃阻抗线长度均为31.4mm，每个交指耦合馈线的长度为10mm，宽度为1mm，每个馈线端口长度为2mm，宽度为1.11mm，每个缺陷地板结构的长度为12.3mm，宽度为7.1mm。输入输出信号通过同轴输入线与馈线相连，超宽带三陷波滤波器的通频带为2.2GHz～7.6GHz，三个陷波频率为2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，可将WLAN和卫星通信的频段滤除，消除WLAN和卫星通信系统对超宽带系统的干扰。

在系统工作时，首先超宽带天线1接收微弱的电信号，经由放大器一2放大信号功率到需求水平后送入超宽带陷波滤波器4，滤除卫星信号的干扰频率后进入下变频电路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将超宽带信号下变频到中频频率，再经过中频滤波器6后经过放大器三7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，是本发明实施例超宽带三陷波滤波器的频率响应特性曲线，由图3可见，通带频率从2.2GHz到7.6GHz，陷波频率分别在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，通带内差损为0.4dB，陷波频率处差损均低于-15dB，低频带外差损小于-40dB。说明滤波器的通频带达到超宽带系统的要求，并且可以在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz处产生三个陷波，在超宽带系统应用中可滤除WLAN和卫星通信等的频率干扰。

Claims (6)

1.具有三个陷波频点的超宽带滤波器，其特征在于，包括矩形环谐振器(15)，在矩形谐振器(15)两侧中心位置分别固定设置有一条开路短截线(18)，在矩形谐振环(15)内部设置沿左右中心线上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线(17)，该内部短路阶跃阻抗线(17)与矩形谐振器(15)的边长平行，在矩形谐振器(15)上下外侧分别设置有一条外部短路阶跃阻抗线(16)，每侧开路短截线(18)与外部短路阶跃阻抗线(16)共同耦合有两条交叉指馈线(19)，每侧交叉指馈线(19)外端设置有馈线端口。

2.根据权利要求1所述的具有三个陷波频点的超宽带滤波器，其特征在于，所述矩形环谐振器(15)的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm。

3.根据权利要求1所述的具有三个陷波频点的超宽带滤波器，其特征在于，所述开路短截线(18)线长度均为10mm±5mm，宽度2mm±1mm。

4.根据权利要求1所述的具有三个陷波频点的超宽带滤波器，其特征在于，所述内部短路阶跃阻抗线(17)的长度均为15.2mm±5mm，所述外部短路阶跃阻抗线(16)的长度均为31.4mm±5mm。

5.根据权利要求1所述的具有三个陷波频点的超宽带滤波器，其特征在于，每个所述交叉指馈线(19)的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm。

6.根据权利要求1所述的具有三个陷波频点的超宽带滤波器，其特征在于，每个所述馈线端口长度为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm。