CN110190367A - 一种超宽带差分线共模噪声滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，具体为一种超宽带差分线共模噪声滤波器。本发明的差分线共模噪声滤波器包括一个差分线对、介质集成波导共模噪声滤波器、金属地板，共模噪声滤波器由不同宽度的介质集成波导单元级联组成，置于顶层差分线与金属底板之间，用于抑制差分线的共模噪声；介质集成波导单元由上层的金属贴片，两侧的金属过孔和接地面组成。不同宽度的介质集成波导单元对应不同的截止频率，从而实现了差分线的超宽带共模噪声抑制。该差分线共模噪声滤波器具有超宽带，高抑制的特性，且结构简单，加工方便，易于实现。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体地涉及一种超宽带差分线共模噪声滤波器。
背景技术
差分线是指一对通有等幅反相信号的平行耦合传输线，与传统单端信号传输线相比，差分线具有抗干扰噪声能力强，受外部电磁干扰影响小，时序定位准确的优点，因此其被广泛应用于微波与高速电路中。
然而，在实际的电路设计中，由于加工的误差或布线的限制，实际的差分线往往不能保证严格的对称性，此时将会有共模电流信号被激励。当共模噪声通过系统封装结构的互连线时，会引发严重的电磁辐射，并对自身和周围电路产生干扰，继而影响电路的信号完整性和电源完整性。因此如何设计有效的滤波器使得差分线能够实现对共模噪声抑制的同时，还能保证差分信号的有效传输，是一个很重要的课题。已经有多种方法被用于实现差分线共模噪声的抑制。常见的有利用铁氧体材料构成的共模扼流圈，但是此种方法往往适用于低频，对微波高速电路将不再适用；缺陷地结构也是一种抑制共模噪声的有效方法，通过在接地面上开槽可以阻止共模信号的传播，但是此种方法只能用于单层的PCB板结构，对于多层的PCB结构将不再适用；超材料结构也被使用在差分线共模噪声的抑制当中，但是其共模噪声抑制带宽往往很窄，不适用于宽带系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有差分线共模噪声抑制技术中存在的不足和缺陷，提供一种超宽带差分线共模噪声滤波器，该滤波器结构具有超宽带，低共模噪声等特性。
本发明提供的超宽带差分线共模噪声滤波器，其结构如图1、图2、图3所示，包括：一个差分线对1和2、介质集成波导共模噪声滤波器3、金属地板4，所述的共模噪声滤波器3由不同宽度的介质集成波导单元级联组成，置于顶层差分线与金属底板之间，用于抑制差分线的共模噪声。
本发明中，所述差分线对中，差分单元1和差分单元2结构相同且对称。
本发明中，所述差分线对刻蚀在介质的上表面，介质另一侧为接地金属贴板4。
本发明中，所述差分单元1和差分单元2的四个端口末端分别连接了一段金属贴片到介质板边缘。
本发明中，所述共模噪声滤波器3中的不同宽度的介质集成波导单元级联形式如图2所示，即按宽度大小依次级联；介质集成波导单元的个数为3-15个。
本发明中，所述共模噪声滤波器3中的不同宽度的介质集成波导单元，其宽度尺寸在4mm-14mm之间，每个宽度的介质集成波导单元对应一个截止频率，最终实现超宽带的共模噪声抑制。
本发明中，所述的介质集成波导单元由上层的金属贴片、两侧的金属过孔以及接地板组成。精确的选取介质集成波导单元的尺寸，使得差分线对1、2在不同的频率实现共模噪声的高抑制。
本发明中，介质集成波导单元中金属过孔的直径为0.3-0.6mm，相邻金属过孔的间距为0.6-1.0mm，高度为0.8-1.2mm。
本发明中，所述的共模噪声滤波器置于差分线与金属底板之间，滤波器上层金属贴片与顶层差分线之间的距离仅为0.1mm。
本发明中，所述的介质集成波导单元金属过孔，连接了介质集成波导上层的金属贴片与接地面。金属贴片均为铜箔，厚度为0.035mm。
本发明提供的基于介质集成波导结构的共模噪声滤波器，利用不同宽度的介质集成波导单元具有不同的截止频率特性，来实现对共模噪声的抑制，差分信号基本无影响。同时该差分线共模噪声滤波器结构简单，加工方便，易于实现。
附图说明
图1为本发明超宽带差分线共模噪声滤波器的顶层视图。
图2为本发明超宽带差分线共模噪声滤波器的中间层示意图。
图3为本发明超宽带差分线共模噪声滤波器的侧视图。
图4为本发明差分线加共模噪声滤波器前后差分信号与共模信号的仿真结果对比。
图5为本发明超宽带差分线共模噪声滤波器差分信号与共模信号的仿真与测量结果对比。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图所示，本发明提供了一种超宽带差分线共模噪声滤波器，其整体尺寸42mm×18mm×1.1mm（长×宽×高），本实施例包括：差分对单元1和2、介质集成波导共模滤波器结构3、接地板4。
如图1所示，本实施例所述的差分对单元1和2相同，其基本结构包括宽度为0.35mm的平行耦合线和与之相连延伸到介质板两侧边缘，宽度为2mm的金属贴片。其中两条平行耦合线之间的距离为0.1mm，与之相连的金属贴片是为了使得SMA可以对该结构进行馈电。在直角拐角处挖掉一个等边直角三角形的槽，是为了减小信号在拐角处传播时的损耗。
如图2所示，本实施例所述的差分线共模噪声滤波器结构3由11个不同宽度的介质集成波导单元级联构成，且相邻介质集成波导单元之间的边缘距离为0.1mm。通过在全波仿真软件CST中进行仿真优化，最终11个介质集成波导的宽度尺寸分别被定为4mm-14mm，每个宽度的介质集成波导单元对应一个截止频率，最终实现了超宽带的共模噪声抑制。
如图3所示，本实施例所述的介质集成波导共模噪声滤波器单元由上层的金属贴片，两侧的金属过孔以及下层的接地板组成。通过在全波仿真软件CST中进行仿真优化，最终金属过孔的直径定为0.5mm，相邻金属过孔的间距为0.8mm，高度为1mm。
如图1-3所示，本实施例所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其中所用的介质基板均为材料FR4，相对介电常数4.4，损耗角0.02。所述的所有金属贴片均为铜箔, 金属厚度为铜箔厚度（约0.035mm）。
如图4所示，本实施例所述的频率特性包括差模信号和共模信号的散射参数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表散射参数，单位dB。本发明的超宽带差分线共模噪声滤波器仿真得到的共模信号小于-30 dB的频率带宽范围是4.3 GHz~13.3 GHz，不加共模噪声滤波器的差分线仿真得到的共模信号大于-2.5dB。加共模噪声滤波器前后仿真得到的差分信号大于-4dB。
如图5所示，本实施例所述的频率特性包括差模信号和共模信号的散射参数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表散射参数的值，单位dB。本发明的超宽带差分线共模噪声滤波器实测共模信号小于-30dB的频率范围是4.3 GHz~10.5 GHz，实测的差分信号基本都在-4.5dB以上。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例，凡是根据本发明的技术方案作出的技术变形，均落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，包括：一个差分线对、介质集成波导共模噪声滤波器、金属地板，所述的共模噪声滤波器由不同宽度的介质集成波导单元级联组成，置于顶层差分线与金属底板之间，用于抑制差分线的共模噪声。
2.根据权利要求1所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，所述差分线对中，两个差分单元的结构相同且对称。
3.根据权利要求2所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，所述差分线对刻蚀在一介质的上表面，介质另一侧为接地金属地板；所述差分线对的四个端口末端分别连接一段金属贴片到介质板边缘。
4.根据权利要求3所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，所述共模噪声滤波器中不同宽度的介质集成波导单元按宽度大小依次级联；介质集成波导单元的个数为3-15个。
5.根据权利要求4所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，所述共模噪声滤波器中的不同宽度的介质集成波导单元，其宽度尺寸在4mm-14mm之间，每个宽度的介质集成波导单元对应一个截止频率，最终实现超宽带的共模噪声抑制。
6.根据权利要求1-5之一所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，所述的介质集成波导单元由上层的金属贴片、两侧的金属过孔以及接地板组成；选取介质集成波导单元的尺寸，使得差分线对在不同的频率实现共模噪声的高抑制。
7.根据权利要求6所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，介质集成波导单元中金属过孔的直径为0.3-0.6mm，相邻金属过孔的间距为0.6-1.0mm，高度为0.8-1.2mm。
8.根据权利要求1-5、7之一所述的超宽带差分线共模噪声滤波器，其特征在于，所述的共模噪声滤波器与顶层差分线对之间的距离为0.1mm。
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