CN110034364A - 一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器 - Google Patents

一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器 Download PDF

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李玲霞
倪立争
于仕辉
杜明昆
许振鹏
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Abstract

本发明公开了一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器，其陶瓷介质基板是MgTiO3陶瓷基板，背面设置有金属接地板；陶瓷基板正面的中间偏下部位由左向右依次设置有第一发夹谐振器、第二发夹谐振器和第三发夹谐振器；第一发夹谐振器(17)左侧及第三发夹谐振器(19)右侧设置有输入馈线及输出馈线；在三个发夹谐振器的上面设置有交叉耦合线a、交叉耦合线b和交叉耦合线c并构成型状。本发明有效减少了滤波器的尺寸，较之罗杰斯基板滤波器面积减小了40％，通带内的插入损耗降低至‑0.1dB以内；增加了通带的陡峭度，使得滤波器选择性能更优，且通带的中心频率容易控制。结构简单，易于加工。

Description

一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器
技术领域
本发明是关于滤波器的，具体涉及一种超低插入损耗(＜0.1dB)，工作频率高，尺寸小，基于微波介质陶瓷的交叉耦合发夹型滤波器。
背景技术
现代通信发展非常迅猛，通信频率资源越来越紧张，微波频段间隔越来越密，这就对微波滤波器的性能有了更高的要求，低通带插损、高阻带抑制和带内群时延平坦等成为主要的技术指标，并且体积小型化、降低成本以及快速设计方法缩短设计周期也成为关键技术要求。传统的最大平坦型和切比雪夫滤波器就很难满足这些要求，广义切比雪夫滤波器综合技术的问世解决了传统滤波器设计的许多难题，它能够实现任意位置的有限传输零点，设计非常灵活方便。带外零点可在不增加滤波器阶数情况下提高抑制，通带内零点可以实现多通带，并且虚轴上的零点可以使群时延平坦。所以现在高性能滤波器设计基本都是应用广义切比雪夫函数，此种滤波器也叫做交叉耦合滤波器。随着5G移动通信的到来，交叉耦合滤波器越来越受到重视，其综合技术、实现技术以及快速设计方法成为了滤波器研究的重要方向。
发明内容
本发明的目的，是鉴于传统滤波器已远远不能满足小型化和高品质的需求，提供一种通过较高介电常数的陶瓷基板以及广义切比雪夫滤波器综合技术，实现可以在较高频率下工作的插入损耗小于-0.1dB的交叉耦合发夹型滤波器，且兼具小型化和高选择性。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器，包括介质陶瓷基板和馈线，其特征在于，所述陶瓷介质基板(15)是MgTiO3陶瓷基板，其背面设置有金属接地板(16)；
陶瓷基板(15)正面的中间偏下部位由左向右依次设置有第一发夹谐振器(17)、第二发夹谐振器(18)和第三发夹谐振器(19)；第一发夹谐振器(17)由微带线a(3)、微带线b(4)和微带线c(5)组成，为型状；第二发夹谐振器(18)由微带线d(6)、微带线e(7)和微带线f(8)组成，为型状；第三发夹谐振器(19)由微带线g(9)、微带线h(10)和微带线i(11)组成，为型状；
第一发夹谐振器(17)左侧设置有输入馈线(1)且与第一发夹谐振器(17)相连接，第三发夹谐振器(19)右侧设置有输出馈线(2)且与三发夹谐振器(19)相连接；
在三个发夹谐振器的上面设置有交叉耦合线a(12)、交叉耦合线b(13)和交叉耦合线c(14)并构成型状。
所述陶瓷介质基板(15)为MgTiO3材料，其介电常数为17.5，损耗为10-5。
所述陶瓷介质基板(15)的长×宽×高＝15±5×10±2×1±0.1mm。
所述输入馈线(1)与输出馈线(2)的特征阻抗均为50欧姆。
本发明的有益效果如下：
1.采用较高介电常数的钛酸镁基微波介质材料作为滤波器的基板，有效减少了滤波器的尺寸，较之罗杰斯基板滤波器面积减小了40％，通带内的插入损耗降低至-0.1dB以内。
2.通过交叉耦合谐振器结构，实现了在通带右侧引入一个传输零点，增加了通带的陡峭度，使得滤波器选择性能更优。
3.通带的中心频率容易控制。通过调整发夹谐振器微带线的长度可以对通带的中心频率进行调整，随着长度的增加，通带的中心频率向低频方向移动。
4.交叉耦合发夹型滤波器结构简单，易于加工。
附图说明
图1为本发明的交叉耦合发夹型滤波器的正面结构示意图；
图2为本发明的交叉耦合发夹型滤波器的背面结构示意图；
图3为具体实施例中交叉耦合发夹型滤波器仿真的频率响应曲线图。
附图标记如下：
1———输入馈线 2———输出馈线
3———微带线a 4———微带线b
5———微带线c 6———微带线d
7———微带线e 8———微带线f
9———微带线g 10———微带线h
11———微带线i 12———交叉耦合线a
13———交叉耦合线b 14———交叉耦合线c
15———陶瓷介质基板 16———金属接地板
17———第一发夹谐振器 18———第二发夹谐振器
19———第三发夹谐振器
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例进一步详细说明。
本发明的交叉耦合发夹型滤波器的平面结构如图1、图2所示，采用常规制备方法及常规原材料进行制备。
陶瓷介质基板是MgTiO3陶瓷介质基板15，陶瓷介质基板15的背面设置有金属接地板16；MgTiO3陶瓷基板15的长×宽×高＝10×10×1mm，其介电常数为17.5，损耗为10-5。该MgTiO3陶瓷基板15为自制产品，采用化学原料MgO、TiO2通过传统固相法工艺制备，相关工艺发表于Journal of Alloys and Compounds期刊(Journal of Alloys and Compounds 509(2011)7271-7276)
陶瓷基板15正面的中间偏下部位由左向右依次设置有第一发夹谐振器17、第二发夹谐振器18和第三发夹谐振器19；第一发夹谐振器17由微带线a 3、微带线b 4和微带线c5组成，为型状；第二发夹谐振器18由微带线d 6、微带线e 7和微带线f 8组成，为型状；第三发夹谐振器19由微带线g 9、微带线h 10和微带线i 11组成，为型状；所述微带线a 3、微带线b 4、微带线g 9和微带线h 10的长度为3mm，宽度为0.5mm；微带线d 6和微带线e 7的长度为3.075mm，宽度为0.5mm；微带线c 5、微带线f 8和微带线i 11的长度为1.6mm，宽度为0.5mm；
第一发夹谐振器17左侧设置有输入馈线1且与第一发夹谐振器17相连接，第三发夹谐振器19右侧设置有输出馈线2且与第三发夹谐振器19相连接；输入馈线1与输出馈线2均采用特性阻抗为50欧姆的微带线，输入馈线1的长度为2.2mm，宽度为0.325mm，输出馈线2的长度为2.2mm，宽度为0.325mm。
第一发夹谐振器17的左上方竖向设置有交叉耦合线a 12，第三发夹谐振器19的右上方竖向设置有交叉耦合线c 14，第二发夹谐振器18的上方横向设置有交叉耦合线b 13，上述3条交叉耦合线构成型状；交叉耦合线a 12与交叉耦合线b 13的长度为3.1mm，宽度为0.5mm；交叉耦合线c 14的长度为7.2mm，宽度为0.5mm。
第一发夹谐振器17、第二发夹谐振器18、第三发夹谐振器19的耦合间距为0.4mm；交叉耦合线与发夹谐振器的耦合间距为0.3mm。
上述微带线也称金属线，采用金、银、铜等常用金属材料，其厚度为0.01mm。
图3是本实施例中双通带滤波器仿真的频率响应曲线，图中包含两条曲线S11和S21，曲线S11是反射特性曲线，曲线S21是传输特曲线。由图可知，通带的中心频率是6.50GHz，插入损耗为-0.041dB，回波损耗为-33.51dB；
本发明提供的滤波器工作原理概况如下。
发夹型滤波器以开路式对称耦合微带单元级联而成，信号传输是靠微带线流过的电流和对地(接地板)的电压，以及由电流在附近产生的电磁场的作用，并在特定频率处产生谐振，形成通带。引入的交叉耦合线采用了CT拓扑结构，即通过引入一条新的耦合路径，并使其与原先耦合路径相位相差180°，从而在通带一侧产生一个传输零点，提升通带陡峭度。
本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

Claims (4)

1.一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器，包括介质陶瓷基板和馈线，其特征在于，所述陶瓷介质基板(15)是MgTiO3陶瓷基板，其背面设置有金属接地板(16)；
陶瓷基板(15)正面的中间偏下部位由左向右依次设置有第一发夹谐振器(17)、第二发夹谐振器(18)和第三发夹谐振器(19)；第一发夹谐振器(17)由微带线a(3)、微带线b(4)和微带线c(5)组成，为型状；第二发夹谐振器(18)由微带线d(6)、微带线e(7)和微带线f(8)组成，为型状；第三发夹谐振器(19)由微带线g(9)、微带线h(10)和微带线i(11)组成，为型状；所述微带线a(3)、微带线b(4)、微带线g(9)和微带线h(10)的长度为3mm，宽度为0.5mm；微带线d(6)和微带线e(7)的长度为3.075mm，宽度为0.5mm；微带线c(5)、微带线f(8)和微带线i(11)的长度为1.6mm，宽度为0.5mm；
第一发夹谐振器(17)左侧设置有输入馈线(1)且与第一发夹谐振器(17)相连接，第三发夹谐振器(19)右侧设置有输出馈线(2)且与三发夹谐振器(19)相连接；输入馈线(1)的长度为2.2mm，宽度为0.325mm，输出馈线(2)的长度为2.2mm，宽度为0.325mm。
在三个发夹谐振器的上面设置有交叉耦合线a(12)、交叉耦合线b(13)和交叉耦合线c(14)并构成型状；交叉耦合线a(12)与交叉耦合线b(13)的长度为3.1mm，宽度为0.5mm；交叉耦合线c(14)的长度为7.2mm，宽度为0.5mm。
第一发夹谐振器17、第二发夹谐振器18、第三发夹谐振器19的耦合间距为0.4mm；交叉耦合线与发夹谐振器的耦合间距为0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器，其特征在于，所述陶瓷介质基板(15)为MgTiO3材料，其介电常数为17.5，损耗为10-5。
3.根据权利要求1所述的一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器，其特征在于，所述陶瓷介质基板(15)的长×宽×高＝15±5×10±2×1±0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种超低插入损耗的陶瓷基交叉耦合发夹型滤波器，其特征在于，所述输入馈线(1)与输出馈线(2)的特征阻抗均为50欧姆。
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