CN110444839A - 基于并联t型枝节的宽阻带低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器。该滤波器的特征在于：所述的滤波器是由两个T型枝节并联构成，保证了该滤波器结构的紧凑性，结构简单；在输入和输出端口增加两个长方形谐振器为开路枝节，保证了滤波器的性能；信号输入端口和信号输出端口分别设置在主滤波器的左侧和右侧。本发明提供了一种新型的宽阻带低通滤波器的拓扑结构，该结构较为紧凑，满足小型化的要求，损耗低，且性能优于其他结构低通滤波器。

Description

基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器

技术领域：

本发明涉及到微波通信领域，是一种结构紧凑、制作简单，并可用于微波电路进行滤波的基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器。

背景技术：

在现代无线通信系统中，滤波器作为一种对频率和信号有选择作用的电路或者器件，通过控制频率响应，使允许的信号几乎能够完整的通过，能够有效的抑制噪声信号的干扰。近年来，越来越多的通信系统出现在我们的生活中，比如GSM、WCDMA、TD-LTE等移动通信系统，还有蓝牙、数字广播，以及近些年出现的WiFi、卫星通信、数据链等无线通信系统等。随着科技的进步，无线通信系统对频谱划分的的要求越来越高，低通滤波器作为微波电路中重要的选频器件，得到了广泛的应用，其最主要的作用就是使通带内的信号尽可能以最低的损耗通过，最大程度的抑制阻带噪声，将有用信号从总输入中分离出来。比如在接收机中，天线接受到的信号需要滤除噪声后才能接入放大电路，降低对后续电路的影响。随着通信技术的发展，微波电路性能要求越发严格，对滤波器的设计与研究起到了巨大的推动作用。而且无论是带通滤波器、带阻滤波器，还是高通滤波器，都可以通过低通滤波器进行变换得到，其在通信系统中的重要性也越来越受到关注。随着低通滤波器在通信系统中扮演着越来越重要的角色，低通滤波器的小型化和高性能成为了近年来专家学者们研究的重点和难点。

科技、社会急速发展，滤波器的高性能、低损耗和小型化等等按要求必然会成为滤波器原件重要的发展趋势和发展方向。从商业角度来说，目前市场上的电子设备都是高度集成的，这就要求滤波器原件的尺寸尽可能小，其成本尽可能低等，原件结构应尽可能简单，所以这就对滤波器的设计提出了微型化的要求。微波滤波器小型化通常采用的几种方法：1、采用高介电常数材料减小滤波器的尺寸。2、采用多层技术减小滤波器的体积。3、采用对称结构设计滤波器等。

目前，平面低通滤波器通常采用的结构是开路短接线结构或者高低阻抗线结构，这种结构原理简单，设计简便，易于实现，但其阻带一般不够宽，在截止频率的2倍或者3倍频处回出现寄生通带。此外，一般高低阻抗线结构是采用四分之一波长高低阻抗线，尺寸可能交大。为了提高低通滤波器的阻带性能，我们在考虑宽阻带特性的同时，又必须保证滤波器的小型化，这时就提出了T型分支线结构。因为T型分支线结构相对于阶跃阻抗谐振器结构来说，可以更灵活地改变其阻抗比，从而减小滤波器的物理尺寸，又能实现其宽阻带的特性，T型分支线结构可以适用于我们设计的小型化宽阻带的低通滤波器之中。

从现有文献来看，已经研究的低通滤波器主要包括：阶梯阻抗谐振器(SIR)、缺陷地结构(DGS)滤波器和发卡式结构滤波器等。

发明内容

为了满足微波技术发展的需求，本发明的主要目的是，提供了一种基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器。

本发明提供一种基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的拓扑结构。由于对于实际情况，很难或无法用麦克斯韦方程从理论上来证明，而只能采用数值方法来证明。学术和工程上常采用的方法是利用商用的高频电磁仿真软件进行电磁仿真来证明、优化。

商用的高频电磁仿真软件有多种，我采用的是HFSS13.0对提出的低通滤波器结构进行优化。再将优化的结构制成样品，对样品测试，用实验的方法证实该滤波器拓扑结构。

本发明是一种基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器。采用介电常数ε_r＝2.2，介质厚度h＝0.508mm的材质进行仿真优化。本发明新型结构的实际尺寸为22.75mm*7.75mm，其中馈线宽度为4mm。

所述基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，有一对输入信号端口和输出信号端口，分别设置在所述滤波器结构的左侧和右侧，馈线宽度为4mm。所述基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的外形由两个并联T型枝节组成，其中T型枝节的长度为3mm，宽度1mm，保证了滤波器结构的紧凑性。这是滤波器的主体，相应尺寸是经过优化得来的。

所述基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，在输入和输出端口处增加两个开路枝节，其中开路枝节的水平长度为2mm，宽为6.46mm，从而增大了阻带带宽，实现了滤波器良好的特性，其性能更优。

在本发明的具体实施例子中，所述并联T型枝节，开路枝节、耦合线和馈线材质均为铜箔。

从现有文献来看，已经研究的低通滤波器主要包括：阶梯阻抗谐振器(SIR)、缺陷地结构(DGS)滤波器和发卡式结构滤波器等。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，微带基片的介电常数为2.2,介质厚度为0.508mm，包括两个并联T型枝节、两个开路枝节、耦合线和馈线。所述基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器在中轴线两侧分别设置一个并联T型枝节，将两个并联T型枝节相连；并联T型枝节的两端分别设置一个开路枝节，在开路枝节与水平微带线连接的背离中轴线方向都有突出部分，设置为馈线，作为输入、输出端口。

本发明的基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，具体尺寸如下：

两个所述一对对称的输入、输出端口馈线宽度为2.46mm，馈线长4mm；所述开路枝节的水平边长2mm，竖直高度为6.46mm；所述T型枝节上水平面长度为3mm，上下水平面边长为1mm；T型枝节距水平微带线的距离6.375mm，微带线宽0.75mm；T型枝节与开路枝节之间微带线长3.5mm；两个并联的T型枝节之间微带线长2.25mm。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种新型的低通滤波器拓扑结构，即基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器。将所设计的拓扑结构加工成实物并对其进行测量，结果表明，本发明滤波器整体性能较好：低通滤波器的截止频率为6.84GHz，从7.13GHz到17.35GHz之间的阻带带宽大于20dB，其中从7.3GHz到15.63GHz的阻带带宽大于30dB。该低通滤波器的插入损耗低，回波损耗高，具有良好的性能。而且滤波器的结构简单，尺寸较小，符合该低通滤波器的设计要求。

附图说明

图1为本发明基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的几何结构示意图。

图2为本发明并联T型枝节代替串联传输线原理图。(a)为示意图，(b)为等效原理图。

图3为本发明基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器并联T型枝节拓扑图。

图4为本发明并联T枝节的仿真曲线图。

图5为本发明并联T型枝节不同L值时低通滤波器的S参数仿真曲线对比图。

图6为本发明并联T型枝节不同W值时低通滤波器的S参数仿真曲线对比图。

图7为本发明并联T型枝节不同L2值时低通滤波器的S参数仿真曲线对比图。

图8为本发明基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的拓扑结构图。

图9为本发明基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的S参数仿真曲线图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明：

图1为本发明提供的基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的几何结构示意图。该滤波器包括：由两个T型枝节1并联，保证了滤波器结构的紧凑性；并联T型枝节结构的两端分别设置一个开路枝节2，在开路枝节与水平微带线连接的背离中轴线方向都有突出部分，设置为馈线，作为输入、输出端口。

图2为本发明所用的并联T型枝节代替设计低通滤波器时用的串联传输线的原理图。

图3为本发明基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器所使用的并联T型枝节拓扑图。本发明采用并联T型枝节结构，电路的仿真参数选取为：输入阻抗和输出阻抗都设置为50Ω，相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm的介质板进行仿真，图4为并联T型枝节的仿真图。图5、图6、图7为T型枝节分别改变L、W、L2时低通滤波器的S参数仿真曲线对比图。

图8是基于并联T型枝节的宽带组低通滤波器的结构拓扑图(尺寸图)。其中W3、L4为并联T型谐振器的物理尺寸，W2为开路枝节的水平长度，W1是馈线宽度，设置各参数尺寸如下：

输出端口馈线宽度为2.46mm，馈线长4mm；所述开路枝节的水平边长2mm，竖直高度为6.46mm；所述T型枝节上水平面长度为3mm，上下水平面边长为1mm；T型枝节距水平微带线的距离6.375mm，微带线宽0.75mm；T型枝节与开路枝节之间微带线长3.5mm；两个并联的T型枝节之间微带线长2.25mm。选取介电常数ε_r＝2.2，介质厚度h＝0.508mm的材质进行实物加工制作。滤波器中包括并联T形枝节1、开路枝节2，结构之间枝节相连，无微带线，开路枝节左右凸出部分的宽2.46mm是馈线，对应50欧的特征阻抗。

图9为本发明基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器的S参数仿真曲线图。

宽阻带技术又叫做抑制寄生通带技术，目前抑制寄生通带的技术主要有以下两种方法：一是将寄生通带搬移，使其处于远离通带的频带内，二是加入具有带阻特性的结构，使阻带内的谐波得到抑制。近年来，有学者提出通过在低通滤波器中嵌入带阻滤波器实现拓宽阻带的效果。这一思路的出发点是嵌入的带阻滤波器不影响通带内的特性，在寄生通带内可以有效的抑制谐波。如2008年，提出使用将低通滤波器中的串联传输线替代为T型节的方法在低通滤波器中嵌入带阻滤波器，通过这种改进使得滤波器中的2倍频和3倍频寄生通带得到了抑制。2010年，在以往研究的结果上，通过对高低阻抗低通滤波器进行改进，然后在其中嵌入T型节带阻滤波器，结果显示其阻带超宽，性能很好。

从现有文献来看，已经研究的低通滤波器主要包括：阶梯阻抗谐振器(SIR)、缺陷地结构(DGS)滤波器和发卡式结构滤波器等。

本发明是一种新型的基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，具有结构紧凑，性能良好等优点。

以上显示和描述的是本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，微带基片的介电常数为2.2,介质厚度为0.508mm，包括两个并联T型枝节结构、两个开路枝节、耦合线和馈线，其特征在于：所述基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器在中轴线两侧分别设置一个并联T型枝节，将两个并联T型枝节结构通过微带线连接；相连结构的两端分别设置一个开路枝节，在开路枝节与微带线连接的背离中轴线方向都有突出部分，设置为馈线，作为输入、输出端口。

2.如权利要求1所述的基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，其特征在于：两个所述一对对称的输入、输出端口馈线宽度为2.46mm，馈线长4mm；所述开路枝节的水平边长2mm，竖直高度为6.46mm；所述T型枝节上水平面长度为3mm，上下水平面距离为1mm；T型枝节距水平微带线的距离6.375mm，微带线宽0.75mm；T型枝节与开路枝节之间微带线长3.5mm；两个并联的T型枝节之间微带线长2.25mm。

3.如权利要求1所述的基于并联T型枝节的宽阻带低通滤波器，其特征在于：所述并联T型枝节结构、开路枝节、耦合线和馈线材质均为铜箔。