CN110518315B - 基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器 - Google Patents
基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，包括自上而下依次设置的谐振器、介质基板和接地板，所述谐振器包括输入馈线、输出馈线、一字型微带线、传输微带枝节以及多个开路微带枝节，所述输入馈线、输出馈线分别设置在一字型微带线的两端，所述传输微带枝节的一端与一字型微带线的中部连接，传输微带枝节的另一端与开路微带枝节连接。本发明提出的多频带阻滤波器，不仅结构紧凑、阻带衰减特性良好，同时还具备陡峭的过渡带滚降斜率、阻带工作频率位置易于调节的特点，并且设计灵活，具有较高的自由度，能满足现代多个通信体制标准并存的无线移动通信业务。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器。
背景技术
目前无线移动通信业务采用多个通信体制标准并存的方式进行信号传输，且随着无线通信快速发展，对高性能、小型化的射频微波电路具有愈加强烈的需求。而通信系统中的滤波电路，不仅能够滤除各种无用噪声信号，还能抑制频带间的信号干扰，在保障无线通信的高质量和稳定性工作方面起到至关重要的作用。因此，研究小型化、高性能的多频带阻滤波器，成为了越来越多的科研人员持续关注的热点问题。
带阻滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。随着无线局域网标准和全球微波互联接入技术的发展，多频技术已成为目前无线通信系统中的热点问题。研究开发多频工作的小型化、高选择性带阻滤波器在当代的通信系统中具有极为重要的意义。
国内外现今关于带阻滤波器电路的研究与报道多集中在双频、三频和四频这些带阻滤波响应上面，而对于具有六频及六频以上频带的报道相对较少。这是因为在研究设计多频带阻滤波器时，随着滤波器阻带数目的增加，滤波电路的拓扑结构变得更加复杂，要使得各阻带电气性能表现良好，所需要调节控制的电路参数将大幅增多，难度显著增加。并且，除了实现微波带阻滤波器的多频化之外，滤波电路的结构紧凑、阻带性能良好、易于调节和设计灵活等，都是当前微波电路研究人员需要不断解决的问题。
为此，本发明提供一种结构紧凑，设计灵活可控，具有更多自由度的，基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，通过增加或减少开路枝节的数量，实现增加阻带或减少阻带数量的目的，可获得不同阻带数量；通过调节谐振器中各部分微带线的尺寸，可以改变其传输零点和传输极点的位置，可以调节阻带的中心频率位置和阻带性能；通过对该多模谐振器进行合理地折叠，有效缩减滤波器的体积；输入端口和输出端口通过输入馈线和输出馈线与谐振器耦合，通过调节输入馈线和输出馈线的长度，可改善滤波器的阻带性能和带外特性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，包括自上而下依次设置的谐振器、介质基板和接地板，所述谐振器包括输入馈线、输出馈线、一字型微带线、传输微带枝节以及多个开路微带枝节，所述输入馈线、输出馈线分别设置在一字型微带线的两端，所述传输微带枝节的一端与一字型微带线的中部连接，传输微带枝节的另一端与开路微带枝节连接。
上述开路微带枝节共设置有四个，分别是第一开路微带枝节、第二开路微带枝节、第三开路微带枝节和第四开路微带枝节。
进一步地，上述基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，传输微带枝节的下端与一字型微带线的中部连接，传输微带枝节的上端同时与第一开路微带枝节、第二开路微带枝节、第三开路微带枝节和第四开路微带枝节连接。
具体地，上述基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，所述第一开路微带枝节、第三开路微带枝节、第四开路微带枝节分别为可折叠微线带结构；所述传输微带枝节和第二开路微带枝节为一字型结构。
优选的，所述第一开路微带枝节为U型结构，第三开路微带枝节为未闭合的4段框型结构，所述第四开路微带枝节为L型结构。
作为优选参数方案，上述基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，所述介质基板的介电常数为9.0~9.5，正切角损耗为0.002~0.003，厚度为0.8~1.2mm。
作为更优选的参数方案，所述介质基板的介电常数为9.2，正切角损耗为0.0022，厚度为1.0mm。
进一步地，作为优选参数方案，上述基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，以单位长度表示，单位mm，
所述一字型微带线的长为8.00~12.00，宽为0.50~0.80；
所述传输微带枝节的长为8.00~12.00，宽为0.55~0.85；
所述第一开路微带枝节的长为5.50~8.50，宽为0.05~0.15；
所述第二开路微带枝节的长为3.00~5.00，宽为0.05~0.15；
所述第三开路微带枝节的长为15.00~20.00，宽为0.05~0.15；
所述第四开路微带枝节的长为9.00~13.00，宽为0.05~0.15。
输入馈线的长为2.00~5.00mm，宽为1.20~1.80mm，输出馈线的长为2.00~5.00mm，宽为1.20~1.80mm；所述输入馈线和输出馈线的等效电阻值为50Ω。
作为更优选的参数方案，以单位长度表示，单位取mm，
所述一字型微带线的长为9.92，宽为0.69；
所述传输微带枝节的长为9.85，宽为0.69；
所述第一开路微带枝节的长为6.83，宽为0.10；
所述第二开路微带枝节的长为4.26，宽为0.10；
所述第三开路微带枝节的长为17.05，宽为0.10；
所述第四开路微带枝节的长为11.06，宽为0.10。
具体地，上述基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，接地板为覆盖在介质基板底面的铜箔板，接地板和介质基板的表面积相同；谐振器也采用铜箔板制成，覆设在介质基板的顶面。
进一步地，所述接地板与介质基板的长宽相同。
进一步地，所述接地板为完全覆盖介质基板的金属板。
进一步地，所述传输微带枝节与一字型微带线的连接点，位于一字型微带线的中点。
进一步地，所述输入馈线、输出馈线以传输微带枝节为对称轴，对称设置在一字型微带线的两端。
上述基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，在产生了六个阻带，中心频率测试值分别为1.91GHz、2.38GHz、3.54GHz、5.19GHz、5.79GHz和6.85GHz，10dB阻带的相对带宽分别为117.65%、18.33%、8.47%、12.59%、12.78%和18.98%，对应的阻带衰减度分别为39.88dB、26.86dB、24.97dB、22.83dB、31.96dB和33.25dB。
本发明采用上述技术方案的有益效果是：
1. 本发明中谐振器可以通过增加或减少开路枝节的数量，实现增加阻带或减少阻带数量的目的，可获得不同阻带数量的多频带阻滤波器；2. 通过对该多模谐振器进行合理地折叠，使本发明的多模谐振器的多频带阻滤波器不仅结构紧凑、阻带衰减特性良好，还有效解决了传统多频带阻滤波器尺寸较大带来的成本问题及其他相关问题；3. 通过控制本发明的结构参数，可获得满足不同需求的高性能多频带阻滤波器；4. 通过调节输入馈线和输出馈线的长度，可改善滤波器的阻带性能和带外特性。同时还具备陡峭的过渡带滚降斜率、阻带工作频率位置易于调节的特点，并且设计灵活，具有较高的自由度，能满足现代多个通信体制标准并存的无线移动通信业务。
附图说明
图1为本发明提出的多频带阻滤波器的截面结构图；
图2为本发明提出的多频带阻滤波器中的接地板的平面图；
图3为本发明提出的多频带阻滤波器中的谐振器的一种优选结构示意图；
图4为本发明提出的多频带阻滤波器的仿真与测试对比结果曲线图。
图中：1-接地板，2-介质基板，3-谐振器，4-输入馈线，5-输出馈线，6-一字型微带线，7-传输微带枝节，8-第一开路微带枝节，9-第二开路微带枝节，10-第三开路微带枝节，11-第四开路微带枝节。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1至图3所示，一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，包括自上而下依次设置的谐振器3、介质基板2和接地板1，如图3所示，所述谐振器3包括输入馈线4、输出馈线5、一字型微带线6、传输微带枝节7以及多个开路微带枝节，所述输入馈线4、输出馈线5分别设置在一字型微带线6的两端，即一字型微带线6连接在输入馈线4和输出馈线5之间，所述输入馈线4和输出馈线5的外端均分别连接有一个SMA连接头（图中未示出。SMA连接头是一种应用广泛的小型螺纹连接的同轴连接器）。
所述传输微带枝节7的一端与一字型微带线6的中部连接，传输微带枝节7的另一端分别与开路微带枝节连接。
所述开路微带枝节至少需要设置一个，在本实施方式中，共设置有四个开路微带枝节，分别是第一开路微带枝节8、第二开路微带枝节9、第三开路微带枝节10和第四开路微带枝节11。开路微带枝节的设置数量可以少于四个，也可以多于四个，如设置一至八个开路微带枝节，开路微带枝节的具体设置数量根据其所需带阻的数量而确定。
如图1所示，基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器共分为了三层，从上至下，分别是谐振器3、介质基板2和接地板1，接地板1和介质基板2的表面积相同，介质基板2优选厚度为1mm的印刷电路板作为介质板，型号优选为TMM10，为绝缘材料。接地板1为覆盖在介质基板2底面的铜箔板，接地板1为一个整平面板，厚度优选为0.035mm，起接地的作用，在接地板1上没有进行其他特征的布设，接地板1的具体形状和结构参见图2所示。在使用过程中，将接地板1的两侧分别与输入馈线4和输出馈线5的两个SMA连接头的铜套外壳进行连接，而作为同轴连接器的SMA连接头轴芯部位设置的探针则与输入馈线4或输出馈线5连接（SMA连接头的铜套外壳与轴芯部位的探针之间布设有隔离二者的绝缘塑料环）。谐振器3也采用铜箔板剪制而成，其铜箔板的厚度在本实施方式中优选了0.035mm的厚度，谐振器3覆设在介质基板2的顶面。
具体地，所述介质基板2的介电常数为9.0~9.5，正切角损耗为0.002~0.003，厚度为0.8~1.2mm。
在一个优选实施例中，所述介质基板2的介电常数为9.2，正切角损耗为0.0022，厚度为1.0mm。
具体地，所述谐振器3包括输入馈线4、输出馈线5、一字型微带线6、传输微带枝节7、第一开路微带枝节8、第二开路微带枝节9、第三开路微带枝节10、第四开路微带枝节11，所述输入馈线4、输出馈线5分别设置在一字型微带线6的两端，所述传输微带枝节7的一端与一字型微带线6的中部连接，传输微带枝节7的另一端分别与第一开路微带枝节8、第二开路微带枝节9、第三开路微带枝节10、第四开路微带枝节11连接。
具体地，所述第一开路微带枝节8、第三开路微带枝节10、第四开路微带枝节11分别为可折叠微线带结构；所述传输微带枝节7和第二开路微带枝节9为一字型结构。
具体地，所述第一开路微带枝节8为U型结构，第三开路微带枝节10为未闭合的4段框型结构，所述第四开路微带枝节11为L型结构。
在图3中，黑色箭头和线条代表各枝节或微带线的起点、终点和长度。黑色箭头、线条和端部的短线段，相当于是对各枝节或微带线的长度标注，用来标注各枝节或微带线的长度测量的路径和范围，黑色箭头两端的端线，也就是每一个枝节或微带线的两个端点（起点和止点）。
具体地，以单位长度表示，单位取mm，
所述一字型微带线6的长为8.00~12.00，宽为0.50~0.80；
所述传输微带枝节7的长为8.00~12.00，宽为0.55~0.85；
所述第一开路微带枝节8的长为5.50~8.50，宽为0.05~0.15；
所述第二开路微带枝节9的长为3.00~5.00，宽为0.05~0.15；
所述第三开路微带枝节10的长为15.00~20.00，宽为0.05~0.15；
所述第四开路微带枝节11的长为9.00~13.00，宽为0.05~0.15。
进一步的，在一个更优选的实施例中，以mm为单位表示，
所述一字型微带线6的长为9.92，宽为0.69；
所述传输微带枝节7的长为9.85，宽为0.69；
所述第一开路微带枝节8的长为6.83，宽为0.10；
所述第二开路微带枝节9的长为4.26，宽为0.10；
所述第三开路微带枝节10的长为17.05，宽为0.10；
所述第四开路微带枝节11的长为11.06，宽为0.10。
具体地，所述接地板1与介质基板2的长宽相同。
具体地，所述接地板1为完全覆盖介质基板2的金属板。
具体地，以单位长度表示，单位取mm，所述输入馈线4的长为2.00~5.00，宽为1.20~1.80，输出馈线5的长为2.00~5.00，宽为1.20~1.80。在一个优选实施例中，以mm为单位，所述输入馈线4的长为2.50，宽为1.57，输出馈线5的长为2.50，宽为1.57。优选地，所述输入馈线4的长宽和输出馈线5的长宽均相同。所述输入馈线和输出馈线的等效电阻值为50Ω。
具体地，所述传输微带枝节7与一字型微带线6的连接点，位于一字型微带线6的中点。
具体地，所述输入馈线4、输出馈线5以传输微带枝节7为对称轴，对称设置在一字型微带线6的两端。
在使用测试过程中，将本发明基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器进行测试和仿真试验，仿真与测试对比结果曲线图如图4所示，此滤波器产生了六个阻带，中心频率测试值分别为1.91GHz、2.38GHz、3.54GHz、5.19GHz、5.79GHz和6.85GHz，10dB阻带的相对带宽分别为117.65%、18.33%、8.47%、12.59%、12.78%和18.98%，对应的阻带衰减度分别为39.88dB、26.86dB、24.97dB、22.83dB、31.96dB和33.25dB。
综上所述，本发明的多频带阻滤波器是通过非对称树状枝节加载多模谐振器产生传输零点和传输极点来形成阻带的。基于非对称树状枝节加载多模谐振器实现的多频带阻滤波器，不仅结构紧凑、阻带衰减特性良好，同时还具备陡峭的过渡带滚降斜率、阻带工作频率位置易于调节的特点，并且设计简单灵活，具有较高的自由度，满足现代多个通信体制标准并存的无线移动通信业务。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，包括自上而下依次设置的谐振器（3）、介质基板（2）和接地板（1），所述谐振器（3）包括输入馈线（4）、输出馈线（5）、一字型微带线（6）、传输微带枝节（7）以及多个开路微带枝节，所述输入馈线（4）、输出馈线（5）分别设置在一字型微带线（6）的两端，所述传输微带枝节（7）的一端与一字型微带线（6）的中部连接，传输微带枝节（7）的另一端与开路微带枝节连接；所述开路微带枝节共设置有四个，分别是第一开路微带枝节（8）、第二开路微带枝节（9）、第三开路微带枝节（10）和第四开路微带枝节（11）；
传输微带枝节（7）的下端与一字型微带线（6）的中部连接，传输微带枝节（7）的上端同时与第一开路微带枝节（8）、第二开路微带枝节（9）、第三开路微带枝节（10）和第四开路微带枝节（11）连接；
其特征在于：所述第一开路微带枝节（8）、第三开路微带枝节（10）、第四开路微带枝节（11）分别为可折叠微线带结构；所述传输微带枝节（7）和第二开路微带枝节（9）为一字型结构；
所述第一开路微带枝节（8）为U型结构，第三开路微带枝节（10）为未闭合的4段框型结构，所述第四开路微带枝节（11）为L型结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，其特征在于：所述介质基板（2）的介电常数为9.0~9.5，正切角损耗为0.002~0.003，厚度为0.8~1.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，其特征在于：
以单位长度表示，单位mm，
所述一字型微带线（6）的长为8.00~12.00，宽为0.50~0.80；
所述传输微带枝节（7）的长为8.00~12.00，宽为0.55~0.85；
所述第一开路微带枝节（8）的长为5.50~8.50，宽为0.05~0.15；
所述第二开路微带枝节（9）的长为3.00~5.00，宽为0.05~0.15；
所述第三开路微带枝节（10）的长为15.00~20.00，宽为0.05~0.15；
所述第四开路微带枝节（11）的长为9.00~13.00，宽为0.05~0.15。
4.根据权利要求1所述的一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，其特征在于：输入馈线（4）的长为2.00~5.00mm，宽为1.20~1.80mm，输出馈线（5）的长为2.00~5.00mm，宽为1.20~1.80mm；所述输入馈线（4）和输出馈线（5）的等效电阻值为50Ω。
5.根据权利要求1所述的一种基于非对称树状枝节加载多模谐振器的多频带阻滤波器，其特征在于：接地板（1）为覆盖在介质基板（2）底面的铜箔板，接地板（1）和介质基板（2）的表面积相同；谐振器（3）也采用铜箔板制成，覆设在介质基板（2）的顶面。
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Patent Citations (4)
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| A Band-stop Filter with Wide Stop Band Using T-shaped Stepped Impedance Resonator and L-shaped Open Stub;Tae-Hyeon Lee et al.;《2017 International Conference on Emerging Trends & Innovation in ICT (ICEI) Pune Institute of Computer Technology》;20170205;第II-IV部分，图6 * |
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