CN110034360B - 开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，包括矩形谐振环，在矩形谐振环左右两边外侧分别设置有一条开路枝节线；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，矩形谐振环外部上下两侧耦合有开路阶跃阻抗线，开路阶跃阻抗线的一部分长度与矩形谐振环耦合，开路阶跃阻抗线的另一部分长度与开路枝节线耦合；每条开路阶跃阻抗线上加载有非对称信号馈线，非对称信号馈线两侧各延伸出一条四分之一波长的微扰线。本发明的三频滤波器，使得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。
Description
技术领域
本发明属于微波微带滤波器技术领域，具体涉及一种开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器。
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。
发明内容
本发明的目的是提供一种开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，使得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。
本发明所采用的技术方案是，开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，包括矩形谐振环，在矩形谐振环左右两边外侧分别设置有一条开路枝节线；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，矩形谐振环外部上下两侧耦合有开路阶跃阻抗线，开路阶跃阻抗线的一部分长度与矩形谐振环耦合，开路阶跃阻抗线的另一部分长度与开路枝节线耦合；每条开路阶跃阻抗线上加载有非对称信号馈线，非对称信号馈线两侧各延伸出一条四分之一波长的微扰线，其中一条微扰线的末端采用宽度渐变结构。
本发明的特点还在于，
矩形谐振环的长边长为10.5±1mm，短边长为8.5mm±1mm。
开路枝节线长度均为7.9mm±0.5mm。
短路阶跃阻抗线长度为13.6mm±2mm。
开路阶跃阻抗线长度为28mm±1mm。
微扰线长度分别为5.95mm±0.2mm和5.75mm±0.2mm。
本发明的有益效果是，
相对传统的枝节加载矩形环谐振器引入新的正交信号馈电和新的微扰结构，即使用两条短路阶跃阻抗线和两条开路阶跃阻抗线与矩形环的耦合间距分别在矩形环内部和外部激励起额外两个简并模，实现三频段的滤波器特性，使得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。
附图说明
图1是本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器的结构示意图；
图2是本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器实施例的应用安装结构示意图；
图3是本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器的频率响应特性曲线。
图中，1.三频天线，2.放大器一，3.放大器二，4.开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，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，12.微处理器，13.相关通道，14.存储器，15.矩形谐振环，16.开路枝节线，17.短路阶跃阻抗线，18.开路阶跃阻抗线，19.微扰线。
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。
参照图1，本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其结构是，包括矩形谐振环15，在矩形谐振环15左右两边外侧分别设置有一条开路枝节线16；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，矩形谐振环15将该两条短路阶跃阻抗线17闭环在内部；矩形谐振环15外部上下两侧耦合有开路阶跃阻抗线18，开路阶跃阻抗线18沿左右中心线对称，一部分长度与矩形谐振环15耦合，一部分长度与开路枝节线16耦合；每条开路阶跃阻抗线18上加载有非对称信号馈线，非对称信号馈线两侧各延伸出一条四分之一波长的微扰线19，其中一条微扰线19的末端采用宽度渐变结构，用来调整滤波器的发射特性；通过调整矩形谐振环15与每两条短路阶跃阻抗线17、开路阶跃阻抗线18间的耦合间距就能够激励起三个简并模式。
本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器的尺寸参数范围是：
矩形谐振环15的长边长为10.5±1mm，短边长为8.5mm±1mm，矩形谐振环15左右两端引出的开路枝节线16长度均为7.9mm±0.5mm，对称短路阶跃阻抗线17长度为13.6mm±2mm，开路阶跃阻抗线18长度为28mm±1mm，其中末端采用宽度渐变结构的一条微扰线19的长度为5.95mm±0.2mm，另一条微扰线19的长度为5.75mm±0.2mm。
本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频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，将本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频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)放大器一2、放大器二3、开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、放大器三7、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，并且放大器三7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)放大器一2一起构成天线单元；
上述的放大器二3、开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器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。
放大器一2，可选用如Avago公司的MGA683P8，Skyworks公司的SKY65047-360LF，放大器二3和放大器三7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。
本实施例中的开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器的具体参数是：矩形谐振环15的长边长为10.5mm，短边长为8.5mm，矩形环15左右两端引出的开路枝节线16长度均为7.9mm，对称短路阶跃阻抗线17长度为13.6mm，开路阶跃阻抗线18长度为28mm，信号馈线两端分别引出的微扰线长度分别为5.95mm和5.75mm，三频滤波器的第一通带在2.76GHz，第二通带在5.7GHz，第三通带在7.6GHz，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，经由放大器一2放大信号功率到需求水平后送入开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器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，是本发明开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频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2.76GHz、5.7GHz和7.6GHz，带内差损分别为0.9dB、1.7dB和2.1dB，第一通带带外差损小于-50dB，第二通带带外差损小于-40dB，第三通带带外插损小于-40dB，性能符合相关的技术要求。
Claims (6)
1.开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其特征在于，包括矩形谐振环(15)，在矩形谐振环(15)左右两边外侧分别设置有一条开路枝节线(16)；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)，矩形谐振环(15)外部上下两侧耦合有开路阶跃阻抗线(18)，开路阶跃阻抗线(18)沿左右中心线对称，开路阶跃阻抗线(18)的一部分长度与矩形谐振环(15)耦合，开路阶跃阻抗线(18)的另一部分长度与开路枝节线(16)耦合；每条开路阶跃阻抗线(18)上加载有非对称信号馈线，非对称信号馈线两侧各延伸出一条四分之一波长的微扰线(19)，其中一条微扰线(19)的末端采用宽度渐变结构。
2.根据权利要求1所述的开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其特征在于，所述矩形谐振环(15)的长边长为10.5mm ±1mm，短边长为8.5mm±1mm。
3.根据权利要求1所述的开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其特征在于，所述开路枝节线(16)长度均为7.9mm±0.5mm。
4.根据权利要求1所述的开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其特征在于，所述短路阶跃阻抗线(17)长度为13.6mm±2mm。
5.根据权利要求1所述的开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其特征在于，所述开路阶跃阻抗线(18)长度为28mm±1mm。
6.根据权利要求1所述的开短路阶跃阻抗线加载的枝节矩形环三频滤波器，其特征在于，所述微扰线(19)长度分别为5.95mm±0.2mm和5.75mm±0.2mm，其中末端采用宽度渐变结构的一条微扰线(19)的长度为5.95mm±0.2mm。
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