CN110444841A - 一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，属于无线通信领域。该滤波器包括介质基板，在介质基板上表面设置两根微带传输线、两根馈电线、谐振器和加载枝节，介质基板下表面设置有矩形接地板；谐振器包括谐振器Ⅰ和谐振器Ⅱ；加载枝节包括两个中心加载枝节和两个加载枝节；微带传输线与谐振器Ⅰ之间设置有耦合馈电间隙。本发明滤波器采用轴对称结构，提供四种工作模式；且能够确保工作在中心频率2.4GHz(WLAN)和3.5GHz(5G/Wimax)频段，具备较小的体积，市场应用前景很好。

Description

一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种微带滤波器，尤其涉及一种双频微带带通滤波器。

背景技术

各种无线电设备通过无线电波来进行信息传递，为了防止互相干扰有时各种设备工作的频段不同，这样空间中就会有各种频段的无线电波，但是无线电设备在进行接收和发送电磁波时，不可能准确无误的只接收或发送本设备使用的频段，难免会混入一些杂波，这就需要进行滤除无用的无线电波，让有用的无线电波通过。滤波器正便能起到这种作用。滤波器是无线电设备中重要器件之一，起到滤除杂波信号，筛选有用信号的作用。

近些年来，无线通信技术得到了快速的发展，各类无线通信协议更新换代、层出不穷，通信系统需要兼容越来越多不同的通信频段，单一频段的滤波器现在已经不能支撑所有的通信系统。当系统中需要工作在不同通信频段的滤波器时，若采用多个滤波器并联同时工作的方法势必会增加系统的体积和损耗，因此在模组的前端电路中研究小型化多频段的带通滤波器显得尤为重要，系统中滤波器的良好选择性是保证各通信协议工作频段互不影响的重要因素。现今主要采用的微波滤波器有波导滤波器、同轴线型滤波器、介质谐振器滤波器及微带线滤波器等，各种实现方法由于各自的优劣势，针对不同的应用场景均有广泛的应用。但是上述滤波器存在工作频段单一、频带窄、体积大、成本高，不易集成等缺点。

因此，目前亟需一种频带宽、体积小、重量轻、可靠性高、成本低，易于集成的双频微带带通滤波器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，实现带宽可控，且降低整体尺寸。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，包括介质基板(8)，在介质基板上表面设置有：两根微带传输线(1)、两根馈电线(6)、谐振器和加载枝节；所述谐振器包括谐振器Ⅰ(3)和谐振器Ⅱ(4)；所述加载枝节包括两个中心加载枝节(5)和两个加载枝节(7)；

所述双频微带带通滤波器为轴对称结构，关于对称轴TT’对称；所述谐振器Ⅰ(3)、谐振器Ⅱ(4)、中心加载枝节(5)和加载枝节(7)均关于对称轴TT’对称；所述中心加载枝节(5)与加载枝节(7)位于谐振器Ⅱ(4)的两边，所述谐振器Ⅰ(3)与加载枝节(7)位于谐振器Ⅱ(4)的同一边；所述谐振器Ⅱ(4)由一根微带线Ⅰ组成，微带线Ⅰ两端分别连接有谐振器Ⅰ(3)和加载枝节(7)，微带线Ⅰ中点处连接有中心加载枝节(5)，微带线Ⅰ关于对称轴TT’中心垂直；所述谐振器Ⅰ(3)由两根L型微带线组成，L型微带线的一边与谐振器Ⅱ(4)连接，且与谐振器Ⅱ(4)在同一条直线上，L型微带线的另一边与馈电线(6)平行，形成耦合馈电间隙(2)；所述微带传输线(1)与馈电线(6)连接；所述中心加载枝节(5)由一根U型微带线和微带线Ⅱ组成，呈倒“山”形状，微带线Ⅱ关于微带线Ⅰ中心垂直；所述加载枝节(7)由与对称轴平行的两根长微带线弯折90度四次而成，弯折后的长微带线末端呈带缺口的矩形，缺口靠近对称轴，且与长微带线处于一条直线上。

进一步，所述微带传输线(1)是50欧姆的微带线，减小滤波器的插入损耗，便于馈电线和其他器件进行级联。

进一步，在介质基板的下表面设置有矩形接地板(9)，为双频滤波器提供更好的参考地平面。

进一步，所述耦合馈电间隙(2)间距大小为0.1～0.5mm，间距为0.1mm最佳。

进一步，所述谐振器Ⅱ(4)的一半长度L0与谐振器Ⅰ(3)的长度L3之和等于通带中心频率2.45GHz的四分之一介质波长。

本发明的有益效果在于：本发明在介质基板上设计了一个多枝节加载的谐振器，增加结构参数，增大设计自由度；采用缝隙耦合馈电的方式，引入传输零点改善阻带抑制；本发明设计的谐振器有四种工作模式，通过改变加载枝节的长度可实现调整低频带和高频带的带宽，实现带宽可控；在不影响滤波器整体性能的条件下，将谐振器结构进行弯折处理，减小滤波器的整体尺寸，实现小型化。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为滤波器上表面结构示意图；

图2为滤波器侧视结构示意图；

图3为滤波器结构尺寸示意图；

图4为多模谐振下谐振器的四种工作模式图；

图5为不同中心加载枝节长度L1取值对应的插入损耗图；

图6为不同加载枝节长度L2取值对应的插入损耗图；

图7为不同耦合间隙对应的回波损耗图；

图8为本发明所述滤波器的仿真结果图；

附图标记：1-微带传输线，2-耦合馈电间隙，3-谐振器Ⅰ，4-谐振器Ⅱ，5-中心加载枝节，6、馈电线，7-加载枝节，8-介质基板，9-接地板。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图8，图1为一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，包括矩形介质基板8，在介质基板上表面设置有：两根微带传输线1、两根馈电线6、谐振器和加载枝节，介质基板下表面设置有矩形接地板10；所述谐振器包括谐振器Ⅰ3和谐振器Ⅱ4；所述加载枝节包括两个中心加载枝节5和两个加载枝节7。该双频微带带通滤波器设计了两个加载枝节，加载到谐振器上，组合成多枝节加载谐振器，整体结构为轴对称结构(关于对称轴TT’对称)，形成四模谐振器，两个奇模谐振频率，两个偶模谐振频率，共有四种工作模式。

谐振器Ⅰ3、谐振器Ⅱ4、中心加载枝节5和加载枝节7均关于对称轴TT’对称；中心加载枝节5与加载枝节7位于谐振器Ⅱ4的两边，谐振器Ⅰ3与加载枝节7位于谐振器Ⅱ4的同一边；谐振器Ⅱ4由一根微带线Ⅰ组成，微带线Ⅰ两端分别连接有谐振器Ⅰ3和加载枝节7，微带线Ⅰ中点处连接有中心加载枝节5，微带线Ⅰ关于对称轴TT’中心垂直；谐振器Ⅰ3由两根L型微带线组成，L型微带线的一边与谐振器Ⅱ4连接，且与谐振器Ⅱ4在同一条直线上，L型微带线的另一边与馈电线6平行，形成耦合馈电间隙2；微带传输线1与馈电线6连接；中心加载枝节5由一根U型微带线和微带线Ⅱ组成，呈倒“山”形状，微带线Ⅱ关于微带线Ⅰ中心垂直；加载枝节7由与对称轴平行的两根长微带线弯折90度四次而成，弯折后的长微带线末端呈带缺口的矩形，缺口靠近对称轴，且与长微带线处于一条直线上。在介质基板的下表面设置矩形接地板，为双频滤波器提供更好的参考地平面。

本实施例提供的滤波器采用缝隙耦合馈电方式，对谐振器进行耦合馈电，通过耦合线引入传输零点改善阻带抑制。耦合缝隙间隙2的大小会很大程度上影响滤波器的性能。间距大小为0.1～0.5mm，间距为0.1mm最佳。滤波器是双端口器件，两端采用50欧姆微带传输线可减小滤波器的插入损耗，与其他器件级联时可更好的达到匹配效果。

如图4所示，根据奇偶模理论分析可知，中心加载枝节5只影响偶模工作频率；中心加载枝节5和加载枝节7使谐振器为4模谐振器，所以其存在两个奇模谐振频率和两个偶模谐振频率，谐振器有四种工作模式。

如图5和6所示，不同长度的加载枝节影响滤波器的重要参数指标：插入损耗；由图5可知，当L1的长度由12mm增加到18mm的过程中，模式一和模式四的工作通带基本无变化，模式二和模式三的工作通带频率则随之减小，且模式二的工作频率逐渐向模式一靠近，当L1＝18mm时已经可以明显发现模式一和模式二的工作频率相重叠，因此可以利用谐振模式一和谐振模式二构成双频带通滤波器的低通带，且可以通过改变枝节L1的长度来调整通带的带宽。由图6可知，当L2由8.5mm增加到12.5mm的过程中，模式一和模式二的工作频率基本无变化，模式三和模式四的工作频率逐渐变小，且可以观察到随着L2的增加，模式三和模式四的工作频率逐渐接近，当L2＝12.5mm时，可以发现两个模式工作频率已经重合，两个通带变为一个通带，因此可以利用模式三和模式四构成双频滤波器的高通带，且可以通过改变L2的长度来调整通带的带宽。

如图7所示，馈线和谐振器之间的间隙g的值会很大程度上影响滤波器的重要性能指标：回波损耗；如图7是不同缝隙取值时回波损耗的仿真曲线。通过图中可以观察到，随着缝隙间距的增加，回波损耗响应逐渐变差，通带带宽也有所减少，因此需要根据其他参数和性能指标，综合选定缝隙g＝0.1mm。

通过对各个参数的优化和分析，最终得到基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波的实际物理尺寸如图3所示，谐振器Ⅱ4的一半长度L0＝2.5mm，谐振器13的长度L3＝16.7mm，谐振器的宽带W3＝0.5mm；中心加载枝节5的长度L1＝17.6mm，宽度W1＝0.6mm；加载枝节7长度L2＝14.8mm，宽度W2＝0.5mm；馈电线6的长度L4＝16mm，馈电线6的宽度W4＝0.5mm，耦合馈电间隙2的间距g＝0.1mm。该双频滤波器的整体尺寸为L＝19.7mm，W＝19.2mm。

由图8可知，低通带的中心频率为2.45GHz，截止频率分别为2.29GHz和2.6GHz，带宽为310MHz，即工作频带为2.29-2.6GHz，3dB相对带宽为12.6％，中心频率的插入损耗为0.69dB，最小回波损耗为-36.5dB；高通带的中心频率为3.5GHz，截止频率分别为3.38GHz和3.63GHz，带宽为250MHz，即工作频带为3.38-3.63GHz，3dB相对带宽为7.1％，中心频率的插入损耗为1.14dB，最小回波损耗为-27.3dB。该滤波器的通带覆盖了WLAN 2.4GHz频带，同时还覆盖了3.5GHz频带，可以应用于Wimax或国内运营商5G网络，支持多通信协议工作，滤波器带内损耗小且选择性强，具有非常大的工程实用价值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，包括介质基板(8)，其特征在于，在介质基板上表面设置有：两根微带传输线(1)、两根馈电线(6)、谐振器和加载枝节；所述谐振器包括谐振器Ⅰ(3)和谐振器Ⅱ(4)；所述加载枝节包括两个中心加载枝节(5)和两个加载枝节(7)；

所述双频微带带通滤波器为轴对称结构，关于对称轴TT’对称；所述谐振器Ⅰ(3)、谐振器Ⅱ(4)、中心加载枝节(5)和加载枝节(7)均关于对称轴TT’对称；所述中心加载枝节(5)与加载枝节(7)位于谐振器Ⅱ(4)的两边，所述谐振器Ⅰ(3)与加载枝节(7)位于谐振器Ⅱ(4)的同一边；所述谐振器Ⅱ(4)由一根微带线Ⅰ组成，微带线Ⅰ两端分别连接有谐振器Ⅰ(3)和加载枝节(7)，微带线Ⅰ中点处连接有中心加载枝节(5)，微带线Ⅰ关于对称轴TT’中心垂直；所述谐振器Ⅰ(3)由两根L型微带线组成，L型微带线的一边与谐振器Ⅱ(4)连接，且与谐振器Ⅱ(4)在同一条直线上，L型微带线的另一边与馈电线(6)平行，形成耦合馈电间隙(2)；所述微带传输线(1)与馈电线(6)连接；所述中心加载枝节(5)由一根U型微带线和微带线Ⅱ组成，呈倒“山”形状，微带线Ⅱ关于微带线Ⅰ中心垂直；所述加载枝节(7)由与对称轴平行的两根长微带线弯折90度四次而成，弯折后的长微带线末端呈带缺口的矩形，缺口靠近对称轴，且与长微带线处于一条直线上。

2.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，其特征在于，所述微带传输线(1)是50欧姆的微带线，减小滤波器的插入损耗，便于馈电线和其他器件进行级联。

3.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，其特征在于，在介质基板的下表面设置有接地板(9)，为双频滤波器提供参考地平面。

4.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，其特征在于，所述耦合馈电间隙(2)间距大小为0.1～0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于多枝节加载谐振器的双频微带带通滤波器，其特征在于，所述谐振器Ⅱ(4)的一半长度L0与谐振器Ⅰ(3)的长度L3之和等于通带中心频率2.45GHz的四分之一介质波长。