CN110518316A - 一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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、左枝节群、右枝节群、短路微带枝节、金属化通孔，所述左枝节群包括第一左传输微带枝节、第二左传输微带枝节以及至少一个左开路微带枝节；所述右枝节群包括第一右传输微带枝节、第二右传输微带枝节以及至少一个右开路微带枝节。本发明提出的基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，利用单个多模谐振器实现多频带通滤波电路响应，最后实现的滤波器不仅结构紧凑、通带性能良好，同时还具备低插入损耗和高通带间抑制度的特点，且设计灵活可控，具有更多的自由度。

Description

一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器。

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、高性能的多频带通滤波器，成为了越来越多的科研人员持续关注的热点问题。

带通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、高选择性带通滤波器在当代的通信系统中具有极为重要的意义。

国内外现今关于带通滤波器电路的研究与报道多集中在双频、三频和四频这些带通滤波响应上面，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通滤波器时，随着滤波器通带数目的增加，滤波电路的拓扑结构变得更加复杂，要使得各通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，除了实现微波带通滤波器的多频化之外，滤波电路的结构紧凑、通带性能良好、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，本发明提供一种设计灵活可控，具有更多自由度的，基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，通过增加或减少开路枝节的数量，实现增加通带或减少通带数量的目的，可获得不同通带数量；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，可以调节通带的中心频率位置和通带性能；为了实现滤波器体积进一步的小型化，还可以对该多模谐振器进行合理地折叠；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，可改善滤波器的通带性能和带外特性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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、左枝节群、右枝节群、短路微带枝节和金属化通孔；

所述左枝节群包括第一左传输微带枝节、第二左传输微带枝节以及至少一个左开路微带枝节；

所述右枝节群包括第一右传输微带枝节、第二右传输微带枝节以及至少一个右开路微带枝节；

所述输入馈线、第一左传输微带枝节、第二左传输微带枝节、第二右传输微带枝节、第一右传输微带枝节、输出馈线依次连接，所述第一左传输微带枝节与第二左传输微带枝节连接的端点与左开路微带枝节连接；所述第一右传输微带枝节与第二右传输微带枝节连接的端点与右开路微带枝节连接；所述第二左传输微带枝节和第二右传输微带枝节连接的端点通过短路微带枝节与金属化通孔连接。

上述基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，所述短路微带枝节为一字型结构，所述左枝节群和右枝节群以短路微带枝节为对称轴而对称设置，所述第一左传输微带枝节与第一右传输微带枝节对称设置，所述第二左传输微带枝节与第二右传输微带枝节对称设置。

优选的，左枝节群所包括的左开路微带枝节共设置有三个，分别是第一左开路微带枝节、第二左开路微带枝节和第三左开路微带枝节；右枝节群所包括的右开路微带枝节也设置有三个，分别是第一右开路微带枝节、第二右开路微带枝节和第三右开路微带枝节，第一左开路微带枝节与第一右开路微带枝节对称设置、第二左开路微带枝节与第二右开路微带枝节对称设置、第三左开路微带枝节与第三右开路微带枝节对称设置。

进一步的，第一左开路微带枝节、第二左开路微带枝节和第三左开路微带枝节均分别连接在第一左传输微带枝节与第二左传输微带枝节的连接端点上；第一右开路微带枝节、第二右开路微带枝节和第三右开路微带枝节均分别连接在第一右传输微带枝节与第二右传输微带枝节的连接端点上。

上述基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，所述第一左传输微带枝节、第二左传输微带枝节、第一右传输微带枝节、第二右传输微带枝节分别为一字型结构。

进一步的，第一左开路微带枝节和第一右开路微带枝节折叠为10段弓形结构；第二左开路微带枝节和第二右开路微带枝节折叠为7段弓形结构；第三左开路微带枝节和第三右开路微带枝节折叠为9段弓形结构。

优选的，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。

选优的，以单位长度表示，单位mm，

所述第一左开路微带枝节的长为15～20，宽为0.05～0.15；

所述第二左开路微带枝节的长为10～15，宽为0.05～0.15；

所述第三左开路微带枝节的长为20～25，宽为0.05～0.15；

所述第一左传输微带枝节的长为3.5～4.5，宽为0.05～0.15；

所述第二左传输微带枝节的长为1.5～2.5，宽为0.05～0.15；

所述短路微带枝节的长为1.5～2.5，宽为0.05～0.15；

所述金属化通孔的直径为0.4～0.8。

上述基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，以单位长度表示，单位mm，所述输入馈线的长为2.00～5.00，宽为1.20～1.80；输出馈线的长为2.00～5.00，宽为1.20～1.80；输入馈线和输出馈线的等效电阻值为50Ω。

进一步的，上述单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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，所述介质基板为介电常数为9.2，正切角损耗为0.0022，厚度为1.0mm的RogersTMM10(tm)

更选优的，以单位长度表示，单位mm，

所述第一左开路微带枝节的长为16.73，宽为0.10；

所述第二左开路微带枝节的长为12.57，宽为0.10；

所述第三左开路微带枝节的长为21.10，宽为0.10；

所述第一左传输微带枝节的长为4.01，宽为0.10；

所述第二左传输微带枝节的长为1.99，宽为0.10；

所述短路微带枝节的长为2.01，宽为0.10；

所述金属化通孔的直径为0.6。

更优选地，以单位长度表示，所述输入馈线的长为2.50mm，宽为1.57mm，输出馈线的长为2.50mm，宽为1.57mm。优选地，所述输入馈线的长宽和输出馈线相同。

进一步地，所述接地板的长宽与介质基板的长宽相同。优选地，所述接地板为将介质基板完全覆盖的金属板。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：1.本发明中谐振器可以通过增加或减少开路枝节的数量，实现增加通带或减少通带数量的目的，可获得不同频带数量的多频带通滤波器；2.为了实现滤波器体积进一步的小型化，还可以对该多模谐振器进行合理地折叠，使本发明的多频带通滤波器结构紧凑、通带性能良好，有效解决了传统多频带通滤波器尺寸较大带来的相关问题；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通滤波器；4.通过调节输入馈线和输出馈线的长度，可改善滤波器的通带性能和带外特性。

附图说明

图1为本发明提出的多频带通滤波器的断面结构图；

图2为本发明提出的多频带通滤波器中的接地板的平面图；

图3为本发明提出的多频带通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通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-短路微带枝节，7-金属化通孔，8-第一左传输微带枝节，9-第二左传输微带枝节，10-第一右传输微带枝节，11-第二右传输微带枝节，12-第一左开路微带枝节，13-第二左开路微带枝节，14-第三左开路微带枝节，15-第一右开路微带枝节，16-第二右开路微带枝节，17-第三右开路微带枝节。

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，一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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，谐振器3的结构如图3所示，所述谐振器3包括输入馈线4、输出馈线5、左枝节群、右枝节群、短路微带枝节6和金属化通孔7。所述输入馈线4和输出馈线5的另一端分别连接一个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)。

所述左枝节群包括第一左传输微带枝节8、第二左传输微带枝节9、以及至少一个左开路微带枝节；

所述右枝节群包括第一右传输微带枝节10、第二右传输微带枝节11、以及至少一个右开路微带枝节。

所述输入馈线4、第一左传输微带枝节8、第二左传输微带枝节9、第二右传输微带枝节11、第一右传输微带枝节10、输出馈线5依次连接，所述第一左传输微带枝节8与第二左传输微带枝节9连接的端点与左开路微带枝节连接，即：左开路微带枝节同时与第一左传输微带枝节8和第二左传输微带枝节9连接；所述第一右传输微带枝节10与第二右传输微带枝节11连接的端点与右开路微带枝节连接，即：右开路微带枝节同时与第一右传输微带枝节10和第二右传输微带枝节11连接；所述第二左传输微带枝节9和第二右传输微带枝节11连接的端点通过短路微带枝节6与金属化通孔7连接，即：短路微带枝节6的一端同时与第二左传输微带枝节9和第二右传输微带枝节11连接，短路微带枝节6的另一端与金属化通孔7连接。

输入馈线4和输出馈线5为仿真结果馈线，输入馈线4和输出馈线5的等效电阻值为50Ω。

具体地，短路微带枝节6为一字型结构，并呈竖向布设，所述左枝节群和右枝节群以短路微带枝节6为对称轴而对称设置，所述第一左传输微带枝节8与第一右传输微带枝节10对称设置，所述第二左传输微带枝节9与第二右传输微带枝节11对称设置。

上述提及的至少一个左开路微带枝节，在本实施方式中，共设置了三个左开路微带枝节，分别是第一左开路微带枝节12、第二左开路微带枝节13、第三左开路微带枝节14。当然左开路微带枝节的设置数量可以少于三个，也可以多于三个，如一至六个，具体设置数量根据其所需带通的数量而确定。

同理，上述提及的至少一个右开路微带枝节，在本实施方式中，共设置了三个右开路微带枝节，分别是第一右开路微带枝节15、第二右开路微带枝节16和第三右开路微带枝节17。当然右开路微带枝节的设置数量可以少于三个，也可以多于三个，如一至六个，具体设置数量根据其所需带通的数量而确定。

即：左枝节群包括第一左传输微带枝节8、第二左传输微带枝节9、第一左开路微带枝节12、第二左开路微带枝节13、第三左开路微带枝节14；右枝节群包括第一右传输微带枝节10、第二右传输微带枝节11、以及与第一左开路微带枝节12对称设置的第一右开路微带枝节15、与第二左开路微带枝节13对称设置的第二右开路微带枝节16、与第三左开路微带枝节14对称设置的第三右开路微带枝节17。

具体地，为缩小滤波器的体积，可以对第一左开路微带枝节12、第二左开路微带枝节13、第三左开路微带枝节14、第一右开路微带枝节15、第二右开路微带枝节16、第三右开路微带枝节17进行折叠，具体地，将第一左开路微带枝节12和第一右开路微带枝节15折叠为10段弓形结构，将所述第二左开路微带枝节13和第二右开路微带枝节16折叠为7段弓形结构，将第三左开路微带枝节14和第三右开路微带枝节17折叠为9段弓形结构。

具体地，所述第一左传输微带枝节8、第二左传输微带枝节9、第一右传输微带枝节10、第二右传输微带枝节11分别为一字型结构。

第一左开路微带枝节12、第二左开路微带枝节13和第三左开路微带枝节14均分别连接在第一左传输微带枝节8与第二左传输微带枝节9的连接端点上，即第一左开路微带枝节12、第二左开路微带枝节13和第三左开路微带枝节14的一端，均分别连接在第一左传输微带枝节8与第二左传输微带枝节9连接的端点上；第一右开路微带枝节15、第二右开路微带枝节16和第三右开路微带枝节17均分别连接在第一右传输微带枝节10与第二右传输微带枝节11的连接端点上，即第一右开路微带枝节15、第二右开路微带枝节16和第三右开路微带枝节17的一端，均分别连接在第一右传输微带枝节10与第二右传输微带枝节11连接的端点上。

在图3中，黑色箭头和线条代表各枝节的起点、终点和长度。黑色箭头、线条和端部的短线段，相当于是对各枝节的长度标注，用来标注各枝节的长度测量的路径和范围，黑色箭头两端的端线，也就是每一个枝节的两个端点(起点和止点)。图3中，左枝节群和右枝节群是对称设置的，为了方便标注和识别，在图3中，黑色箭头和线条采用了分散标注的方式在左、右枝节群中进行了标注。

如图1所示，基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通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所设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为介电常数为9.2，正切角损耗为0.0022，厚度为1.0mm的Rogers TMM10(tm)。

具体地，以单位长度表示，单位取mm。

所述第一左开路微带枝节12的长为15～20，宽为0.05～0.15；

所述第二左开路微带枝节13的长为10～15，宽为0.05～0.15；

所述第三左开路微带枝节14的长为20～25，宽为0.05～0.15；

所述第一左传输微带枝节8的长为3.5～4.5，宽为0.05～0.15；

所述第二左传输微带枝节9的长为1.5～2.5，宽为0.05～0.15；

所述短路微带枝节6的长为1.5～2.5，宽为0.05～0.15；

所述金属化通孔7的直径为0.4～0.8。

在一个具体实施例中，

所述第一左开路微带枝节12的长为16.73mm，宽为0.10mm；

所述第二左开路微带枝节13的长为12.57mm，宽为0.10mm；

所述第三左开路微带枝节14的长为21.10mm，宽为0.10mm；

所述第一左传输微带枝节8的长为4.01mm，宽为0.10mm；

所述第二左传输微带枝节9的长为1.99mm，宽为0.10mm；

所述短路微带枝节6的长为2.01mm，宽为0.10mm；

所述金属化通孔7的直径为0.6mm。

优选地，以单位长度表示，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相同。

具体地，所述接地板1的长宽与介质基板2的长宽相同。优选地，所述接地板1为将介质基板2完全覆盖的金属板。

在使用测试过程中，将本发明基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通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通带，中心频率测试值分别为1.23GHz、1.76GHz、2.38GHz、4.24GHz、5.23GHz和6.75GHz，3dB带宽分别为29.27％、3.41％、3.78％、5.19％、3.06％和4.45％，具有很高的频率选择性；在中心频率处测得的插入损耗分别为1.52dB、1.61dB、1.43dB、0.49dB、0.58dB和0.67dB，通带间的抑制度均超过70dB。

综上所述，本发明的多频带通滤波器是基于单个枝节加载多模谐振器产生传输零点和传输极点来形成通带的。基于单个枝节加载多模谐振器实现的多频带通滤波器，不仅结构紧凑、通带性能良好，同时还具备低插入损耗和高通带间抑制度的特点，并且设计灵活可控，具有更多的自由度，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 (10)

1.一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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)，其特征在于：所述谐振器(3)包括输入馈线(4)、输出馈线(5)、左枝节群、右枝节群、短路微带枝节(6)和金属化通孔(7)；

所述左枝节群包括第一左传输微带枝节(8)、第二左传输微带枝节(9)以及至少一个左开路微带枝节；

所述右枝节群包括第一右传输微带枝节(10)、第二右传输微带枝节(11)以及至少一个右开路微带枝节；

所述输入馈线(4)、第一左传输微带枝节(8)、第二左传输微带枝节(9)、第二右传输微带枝节(11)、第一右传输微带枝节(10)、输出馈线(5)依次连接，所述第一左传输微带枝节(8)与第二左传输微带枝节(9)连接的端点与左开路微带枝节连接；所述第一右传输微带枝节(10)与第二右传输微带枝节(11)连接的端点与右开路微带枝节连接；所述第二左传输微带枝节(9)和第二右传输微带枝节(11)连接的端点通过短路微带枝节(6)与金属化通孔(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：所述短路微带枝节(6)为一字型结构，所述左枝节群和右枝节群以短路微带枝节(6)为对称轴而对称设置，所述第一左传输微带枝节(8)与第一右传输微带枝节(10)对称设置，所述第二左传输微带枝节(9)与第二右传输微带枝节(11)对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：左枝节群所包括的左开路微带枝节共设置有三个，分别是第一左开路微带枝节(12)、第二左开路微带枝节(13)和第三左开路微带枝节(14)；右枝节群所包括的右开路微带枝节也设置有三个，分别是第一右开路微带枝节(15)、第二右开路微带枝节(16)和第三右开路微带枝节(17)，第一左开路微带枝节(12)与第一右开路微带枝节(15)对称设置、第二左开路微带枝节(13)与第二右开路微带枝节(16)对称设置、第三左开路微带枝节(14)与第三右开路微带枝节(17)对称设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：第一左开路微带枝节(12)、第二左开路微带枝节(13)和第三左开路微带枝节(14)均分别连接在第一左传输微带枝节(8)与第二左传输微带枝节(9)的连接端点上；第一右开路微带枝节(15)、第二右开路微带枝节(16)和第三右开路微带枝节(17)均分别连接在第一右传输微带枝节(10)与第二右传输微带枝节(11)的连接端点上。

5.根据权利要求1所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：所述第一左传输微带枝节(8)、第二左传输微带枝节(9)、第一右传输微带枝节(10)、第二右传输微带枝节(11)分别为一字型结构。

6.根据权利要求3所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：第一左开路微带枝节(12)和第一右开路微带枝节(15)折叠为10段弓形结构；第二左开路微带枝节(13)和第二右开路微带枝节(16)折叠为7段弓形结构；第三左开路微带枝节(14)和第三右开路微带枝节(17)折叠为9段弓形结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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。

8.根据权利要求3所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：以单位长度表示，单位mm，

所述第一左开路微带枝节(12)的长为15～20，宽为0.05～0.15；

所述第二左开路微带枝节(13)的长为10～15，宽为0.05～0.15；

所述第三左开路微带枝节(14)的长为20～25，宽为0.05～0.15；

所述第一左传输微带枝节(8)的长为3.5～4.5，宽为0.05～0.15；

所述第二左传输微带枝节(9)的长为1.5～2.5，宽为0.05～0.15；

所述短路微带枝节(6)的长为1.5～2.5，宽为0.05～0.15；

所述金属化通孔(7)的直径为0.4～0.8。

9.根据权利要求1所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：以单位长度表示，单位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；输入馈线(4)和输出馈线(5)的等效电阻值为50Ω。

10.根据权利要求1所述的一种基于单个枝节加载多模谐振器的多频带通滤波器，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。