CN110197940B - 一种改进型发夹线滤波器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型发夹线滤波器及其操作方法。滤波器包括输入谐振器、输出谐振器，以及设置于输入谐振器和输出谐振器之间的谐振器组，输入谐振器和所述输出谐振器均为直线型设计，在发夹线滤波器的至少两个非相邻谐振器之间，设置有梳线型交叉耦合结构，其中，输入谐振器和输出谐振器接入输入或输出端的馈电位置可调节，梳线型交叉耦合器的梳线长度可调节。其操作方法包括调节输入谐振器和输出谐振器接入馈电位置的步骤和调整交叉耦合结构梳线长度的步骤和接入到输入、输出端的步骤。本发明可将寄生通带向更高频率移动，近乎消除了传统发夹线结构的第一寄生通带，灵活调整传输零点位置，大幅提高滤波器近端带外抑制。

Description

一种改进型发夹线滤波器及其操作方法

技术领域

本发明涉及微波电路领域，尤其是一种可改善寄生通带特征的发夹线滤波器及其操作方法。

背景技术

发夹线微带滤波其因其形式简介、结构紧凑、性能优良、可以实现较宽的相对带宽在微波通信系统中广泛应用，利用薄膜技术，可以在陶瓷基板上制作出性能优良的发夹线滤波器以满足不同的系统链路需求。然而，随着现代微波通信系统中频带利用率的提高，对相应干扰信号的抑制要求也提出了更加严苛的抑制要求，这对滤波器的带外抑制提出了更高的要求，该指标直接决定着系统对非目标信号或干扰信号的抑制强度，抑制度越高，进入信道的干扰信号能量越弱，通信质量越好。在微波滤波器领域，提高带外抑制的方法主要有增加滤波器阶数、使用交叉耦合技术和提取零点技术三种，第一种方法直接增加谐振器的数量提高滤波器的带外抑制，缺点是增加谐振器阶数的同时滤波器插入损耗也同步增加，体积变大；交叉耦合技术则通过改变滤波器的拓扑结构（如采用CT结构或CQ结构）或引入非相邻谐振器间的交叉耦合在通带附近形成传输零点从而提高带外抑制，结构较为复杂；提取零点技术则通过在输入输出谐振器或任一级谐振器上提取传输零点提高带外抑制，通常情况下实现传输零点的数量较少。

发夹线滤波器因其谐振器紧凑的直线排列结构和印制实现特性，在非相邻谐振器间引入交叉耦合而引入传输零点的效果较差。如图1所示为传统经典发夹线微带滤波器的结构示意图，谐振器1、谐振器2……谐振器7排列在一条直线上，称为In-line结构，其中谐振器1和谐振器7分别为输入、输出谐振器，2和3为相邻谐振器，2和4-7为非相邻谐振器。该结构相邻谐振器间通过平行耦合线进行耦合，非相邻谐振器间的耦合可忽略不计。

由于发夹线结构不存在非相邻谐振器间的交叉耦合(非常微弱)，其频率传输特性曲线如图14所示，除滤波器低端因馈入相位引入的传输零点外，在滤波器高端不存在其他传输零点，导致滤波器频率响应通带低端过渡带窄，存在传输零点抑制较高，而通带高端过渡带较缓，抑制度较低。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种改进型发夹线滤波器。以改善寄生通带特性。在此基础上，通过引入交叉耦合结构，以灵活地将传输零点放置在通带高端或低端，进而提高近端带外抑制。

本发明采用的技术方案如下：

一种改进型发夹线滤波器，包括输入谐振器、输出谐振器，以及设置于输入谐振器和输出谐振器之间的谐振器组，其中，输入谐振器和输出谐振器均为直线型设计。

进一步的，上述输入谐振器和输出谐振器接入输入或输出端的馈电位置可调节。

进一步的，上述发夹线滤波器中，至少在两个非相邻谐振器之间，引入有交叉耦合。

进一步的，上述所引入的交叉耦合为设置的交叉耦合结构。

进一步的，上述交叉耦合结构为梳线型、I型、L型、H型、交指型、蛇形线、T型、SIR型结构或者在梳线型、I型、L型、H型、交指型、蛇形线、T型或SIR型结构上加载的容性或感性结构中的一种或多种。

进一步的，上述交叉耦合结构为梳线型交叉耦合结构，该梳线型交叉耦合结构的梳线长度可调节。

进一步的，上述谐振器组包含5个谐振器，从输入端到输出端依次为第二谐振器-第六谐振器，在输入谐振器和输出谐振器之间、输入谐振器和第六谐振器之间、第二谐振器和输出谐振器之间，分别引入有交叉耦合。

进一步的，上述谐振器组包含5个谐振器，从输入端到输出端依次为第二谐振器-第六谐振器，在第二谐振器和第四谐振器之间、输入谐振器和第四谐振器之间，分别引入有交叉耦合。

本发明还公开了上述的改进型发夹线滤波器的操作方法，其包括以下步骤：

A：将改进型发夹线滤波器的输入谐振器连接到输入端，将输出谐振器连接到输出端；

其特征在于，在将输入谐振器连接到输入端前，先在输入谐振器上确定连接输入端的馈电位置，在将输出谐振器连接到输出端前，先在输出谐振器上确定连接输出端的馈电位置。

进一步的，上述发夹线滤波器中，至少在两个非相邻谐振器之间，设置有梳线型交叉耦合结构，该梳线型交叉耦合结构的梳线长度可调节；上述改进型发夹线滤波器的操作方法还包括：

B：调节梳线型交叉耦合结构的梳线长度，该步骤B与步骤A不分先后。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将传统发夹线输入、输出两级发夹型谐振器变为直线形式，大幅改善发夹线滤波器的寄生通带特性，不仅能将寄生通带向更高频率移动，也近乎消除了传统发夹线结构的第一寄生通带，宽带抑制特性得到完美提高。

2、本发明在非相邻谐振器间引入交叉耦合，改善滤波器近端端带外抑制，使之大幅提高。结合谐振器外形的改进，使得滤波器的窄带抑制和宽带抑制得到大幅改善，极大的提高了滤波器的性能。

3、本发明通过对梳线型交叉耦合结构的馈电位置的调节、对交叉耦合结构梳线长度的调节，可以灵活调整传输零点在通带低端或高端的位置，大幅提高近端带外抑制。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是传统经典发夹线微带滤波器的结构示意图。

图2是可改善寄生通带特性的改进型发夹线滤波器结构示意图。

图3是经典发夹线滤波器的频率响应曲线和图2滤波器结构的频率响应曲线对比图。

图4是可改善滤波器近端带外抑制的改进型发夹线滤波器结构示意图。

图6是图4滤波器的电路原理图。

图5是对应图6滤波器结构的频率响应特性曲线。

图7是基于图4结构对滤波器馈电进行改进的结构示意图。

图8是对应图7滤波器结构的频率响应特性曲线。

图9是利用图7结构的滤波器调节高端零点TZ3的位置的响应曲线。

图10是可改善滤波器近端带外抑制的另一种改进型发夹线滤波器结构示意图。

图11是对应图10滤波器结构的频率响应特性曲线。

图12是将图10的梳线型交叉耦合结构的梳线长度设置为0的结构示意图。

图13是对应图12滤波器结构的频率响应特性曲线。

图14是本发明一个实施例的发夹线滤波器和传统经典发夹线滤波器的频率响应特性曲线对比图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

需要说明的是，在未特别限定的情况下，本发明实施例中，梳线型交叉耦合器结构的梳线长度不为0。

实施例一

本实施例公开了一种可改善寄生通带特性的改进型发夹线滤波器，如图2所示，其在经典发夹线滤波器中，将输入谐振器1和输出谐振器7两级发夹线谐振器变为直线型。即本发夹线滤波器中，输入谐振器1和输出谐振器7两级谐振器为直线型谐振器，在输入谐振器1和输出谐振器7之间，设置有谐振器组。应当知道的是，谐振器组中，相邻谐振器的开路端反向。

通过上述结构的设计，可以大幅改善发夹线滤波器的寄生通带特性，如图3所示，为上述发夹线滤波器的频率特性，由图可知，上述结构不仅能将寄生通带向更高频率移动，也近乎消除了传统发夹线结构的第一寄生通带，宽带抑制特性得到极大的提高。

实施例二

为了改善滤波器近端带外抑制，如图4所示，基于实施例一，可在发夹线滤波器的谐振器组的非相邻谐振器间引入交叉耦合，以在滤波器的通带中设置传输零点。具体而言，在谐振器组的非相邻谐振器间设置有交叉耦合结构。在一个是实施例中，交叉耦合结构为梳线型结构、I型，L型，H型、交指型、蛇形线、T型、SIR型结构，或者为在此基础上加载的容性或感性交叉耦合结构（如加载梳线结构、交指电容结构等）。

本发明实施例以梳线型交叉耦合结构为例。谐振器组含5个谐振器，依次为谐振器2-6。图6所示为发夹线滤波器的电路原理图，其中，结构20为交叉耦合结构。

如图6所示，在一个实施例中，分别在谐振器1与7、1与6、2与7之间，设置交叉耦合结构20。图5为对应的频率响应特性曲线。由图5可知，所设计的滤波器在通带高端引入了三个传输零点，标记为TZ1、TZ2、TZ3，相较于上述仅改进谐振器1、7的情况，三个传输零点的引入迅速在过渡带附近极大地提高了通带高端的带外抑制。以图中标记的25.5GHz为示例，增加传输零点后带外抑制提高了约21dB，与传统的发夹线滤波器相比，相同频点的带外抑制也提高了约11dB。

基于上述实施方式，通过对交叉耦合强度的调整，或者对输入、输出谐振器接入电路相位的调整，可以实现对频率响应曲线中零点位置的调整。其中，调节梳线型交叉耦合结构可调节离通带最近的零点位置（TZ1），调节输入、输出谐振器接入电路的相位可调节另外两个传输零点（TZ2和TZ3）的位置，并将零点个数调节为3以内的任意个数。如图7所示，调节输入、输出馈电L_feed的位置，等效为调节馈入相位，从而调节高端零点的个数和位置。如图8所示为通带高端有两个传输零点TZ1和TZ2的情况，图9所示为调节高端零点TZ3的位置的响应情况。

在另一个实施例中，如图10所示，分别在谐振器组的谐振器2和4、1和4之间引入梳线型交叉耦合结构。其频率响应特性曲线如图11所示。由图11可见，传输零点调节为位于通带低端。

基于上述实施方式，如图12所示，将梳线型交叉耦合结构的梳线长度L设置为0，改变交叉耦合结构的耦合特性，即可设置1个传输零点，且将该传输零点设置到通带高端，对应的频率响应特性曲线如图13所示。

如图14所示，为本发明所设计的发夹线滤波器（谐振器1、7设计为直线型，分别在谐振器1与7、1与6、2与7之间，设置交叉耦合结构20）和传统经典发夹线滤波器的频率响应特性曲线对比图。由图14可知，本发明所设计的发夹线滤波器，大幅改善发夹线滤波器的寄生通带特性，不仅能将寄生通带向更高频率移动，也近乎消除了传统发夹线结构的第一寄生通带。同时，在非相邻谐振器间引入交叉耦合，从而灵活地在通带低端或高端放置传输零点，改善滤波器近端带外抑制，使之大幅提高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种改进型发夹线滤波器，包括输入谐振器、输出谐振器，以及设置于输入谐振器和输出谐振器之间的谐振器组，其特征在于，所述输入谐振器和所述输出谐振器均为直线型设计；所述发夹线滤波器中，至少在两个非相邻谐振器之间，设置有交叉耦合结构；所述交叉耦合结构为梳线型结构，或者在梳线型结构上加载的容性或感性结构：所述梳线型结构包括倒U型线条及在所述倒U型线条背部并排设置的梳线；所述梳线的长度可调节，通过调节所述梳线的长度，实现调节所述交叉耦合结构的耦合特性为容性结构或感性结构。

2.如权利要求1所述的改进型发夹线滤波器，其特征在于，所述输入谐振器和输出谐振器接入输入或输出端的馈电位置可调节。

3.如权利要求1所述的改进型发夹线滤波器，其特征在于，所述谐振器组包含5个谐振器，从输入端到输出端依次为第二谐振器-第六谐振器，在输入谐振器和输出谐振器之间、输入谐振器和第六谐振器之间、第二谐振器和输出谐振器之间，分别引入有交叉耦合。

4.如权利要求1所述的改进型发夹线滤波器，其特征在于，所述谐振器组包含5个谐振器，从输入端到输出端依次为第二谐振器-第六谐振器，在第二谐振器和第四谐振器之间、输入谐振器和第四谐振器之间，分别引入有交叉耦合。

5.一种如权利要求2所述的改进型发夹线滤波器的操作方法，包括：

A：将改进型发夹线滤波器的输入谐振器连接到输入端，将输出谐振器连接到输出端；

其特征在于，在将输入谐振器连接到输入端前，先在输入谐振器上确定连接输入端的馈电位置，在将输出谐振器连接到输出端前，先在输出谐振器上确定连接输出端的馈电位置。

6.如权利要求5所述的操作方法，其特征在于，所述发夹线滤波器中，至少在两个非相邻谐振器之间，设置有梳线型交叉耦合结构，所述梳线型交叉耦合结构的梳线长度可调节；所述操作方法还包括：

B：调节梳线型交叉耦合结构的梳线长度，该步骤B与步骤A不分先后。

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