CN110556615B

CN110556615B - 基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器

Info

Publication number: CN110556615B
Application number: CN201910844891.1A
Authority: CN
Inventors: 罗杰; 廖成; 奂锐; 徐晓敏
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2019-09-07
Filing date: 2019-09-07
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2039-09-07
Also published as: CN110556615A

Abstract

本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，包括接地板、介质基板和谐振器，所述谐振器包括输入馈线、输出馈线、一字型微带线、以及两个左右对称设置的枝节群，所述枝节群包括第一传输微带枝节、第二传输微带枝节、短路微带枝节、金属化通孔、以及至少两个开路微带枝节，所述馈线上连接有微扰结构枝节。本发明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。

Description

基于耦合对称短路枝节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，具体涉及一种基于耦合对称短路枝节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，基于耦合对称短路枝节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，提供一种基于耦合对称短路枝节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，折叠后的谐振器，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：

一种基于耦合对称短路枝节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和输出馈线，以及连接在输入馈线和输出馈线之间的一字型微带线，还包括两个左右对称设置的枝节群，所述枝节群包括第一传输微带枝节、第二传输微带枝节、短路微带枝节、金属化通孔以及至少两个开路微带枝节，所述第一传输微带枝节、第二传输微带枝节分别设置在一字型微带线的两侧，第一传输微带枝节的一端与一字型微带线连接，第一传输微带枝节的另一端分别与短路微带枝节的一端和至少一个开路微带枝节连接，所述短路微带枝节的另一端与金属化通孔连接；所述第二传输微带枝节的一端与一字型微带线连接，第二传输微带枝节的另一端与剩余的开路微带枝节连接，且第二传输微带枝节至少与一个开路微带枝节连接，所述输入馈线和输出馈线上分别连接有微扰结构枝节。

上述基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，所述开路微带枝节共设置有五个，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、第四开路微带枝节和第五开路微带枝节，所述第一开路微带枝节和第二开路微带枝节的一端均分别与第一传输微带枝节远离一字型微带线的一端连接；所述第三开路微带枝节、第四开路微带枝节和第五开路微带枝节的一端均分别与第二传输微带枝节远离一字型微带线的一端连接。

优选的，所述第二开路微带枝节、第二传输微带枝节分别为一字型结构；所述短路微带枝节、第一开路微带枝节为别为L型结构；所述第三开路微带枝节、微扰结构枝节分别为U型结构；第一传输微带枝节为5段弓形结构、第四开路微带枝节为7段弓形结构、第五开路微带枝节为10段弓形结构。

更优选的，所述接地板为覆盖在介质基板底面的铜箔板，接地板为一个整平面板，厚度为0.035mm；所述枝节群采用0.035mm厚的铜箔制成、所述介质基板采用0.8~1.2mm的绝缘材料制成，谐振器覆设在介质基板的顶面。

上述基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，所述介质基板的介电常数为9.0~9.5，损耗角正切为0.002~0.003。

进一步的，输入馈线和输出馈线的另一端分别连接一个SMA连接头，且输入馈线和输出馈线分别各连接在一个SMA连接头的探针上，两个所述SMA连接头的铜套外壳分别连接在接地板的两侧。

更进一步的，输入馈线和输出馈线左右对称设置在一字型微带线的两端。

优选的，以单位长度表示，单位取mm，

一字型微带线的长为6.00~6.50，宽为0.95~1.05；

第一传输微带枝节的长为2.70~3.00，宽为0.95~1.05；

第二传输微带枝节的长为0.5~1.0，宽为0.95~1.05；

微扰结构枝节的长为3.5~5.0，宽为0.95~1.05；

短路微带枝节的长为1.0~1.5，宽为0.95~1.05；

第一开路微带枝节的长为3.00~4.00，宽为0.95~1.05；

第二开路微带枝节的长为2.00~2.50，宽为0.95~1.05；

第三开路微带枝节的长为7.00~8.00，宽为0.95~1.05；

第四开路微带枝节的长为10.00~13.00，宽为0.95~1.05；

第五开路微带枝节的长为15.00~20.00，宽为0.95~1.05；

所述金属化通孔的直径为0.40~0.80。

更优选的，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。

上述基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，输入馈线和输出馈线为仿真结果馈线，输入馈线和输出馈线的等效电阻值为50Ω。

本发明的有益效果是：

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的折叠，使本发明提出的多模谐振器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各种问题；

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．通过调节本发明中微扰结构的结构参数，可以产生额外的传输零点，为滤波器改善对高频区的抑制。

附图说明

图1为本发明多频带通滤波器的多层结构图；

图2为本发明多频带通滤波器中的接地板的平面图；

图3为本发明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，5-一字型微带线，6-输出馈线，7-第一传输微带枝节，8-第二传输微带枝节，9-短路微带枝节，10-第一开路微带枝节，11-第二开路微带枝节，12-第三开路微带枝节，13-第四开路微带枝节，14-第五开路微带枝节，15-金属化通孔，16-微扰结构枝节。

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和图3所示，一种基于耦合对称短路枝节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包括分别位于左右两端的输入馈线4和输出馈线6，以及分别与输入馈线4和输出馈线6的一端连接的一字型微带线5，所述输入馈线4和输出馈线6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），所述谐振器3还包括两个左右对称设置的枝节群，所述枝节群采用0.035mm厚的铜箔制成，铜箔的排布如图3中的浅灰色折线所构成的左右对称的布局图，左、右侧的枝节群均分别包括第一传输微带枝节7、第二传输微带枝节8、短路微带枝节9和金属化通孔15以及至少两个开路微带枝节，所述第一传输微带枝节7、第二传输微带枝节8分别设置在一字型微带线5的两侧，第一传输微带枝节7的一端与一字型微带线5连接，第一传输微带枝节7的另一端分别与短路微带枝节9的一端和至少一个开路微带枝节连接，所述短路微带枝节9的另一端与金属化通孔15连接；所述第二传输微带枝节8的一端与一字型微带线5连接，第二传输微带枝节8的另一端分别与剩余的开路微带枝节连接，且第二传输微带枝节8至少与一个开路微带枝节连接，所述输入馈线4和输出馈线6上分别连接有微扰结构枝节16。

上述基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，提及的所述至少两个开路微带枝节，在本实施方式中，共设置了五个开路微带枝节，构成了六带通滤波器。其所设置的开路微带枝节的数量，可以少于五个，也可以多于五个，具体设置数量根据其所需带通的数量而确定。本实施方式所设置的五个开路微带枝节，分别是第一开路微带枝节10、第二开路微带枝节11、第三开路微带枝节12、第四开路微带枝节13和第五开路微带枝节14，各开路微带枝节的形状、布设位置及具体连接关系详见图3，即：第一传输微带枝节7的一端与一字型微带线5连接，第一传输微带枝节7的另一端分别与短路微带枝节9的一端、第一开路微带枝节10和第二开路微带枝节11连接；第二传输微带枝节8的一端与一字型微带线5连接，第二传输微带枝节8的另一端分别与第三开路微带枝节12、第四开路微带枝节13和第五开路微带枝节14连接。

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、右两侧设置的枝节群是完全对称的，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侧的枝节群中进行了标注。

如图1所示，基于耦合对称短路枝节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6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6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，损耗角正切为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，损耗角正切为0.0022，厚度为1.0mm的Rogers TMM10（tm）。

具体地，所述输入馈线4、输出馈线6左右对称设置在一字型微带线5两端，以输入馈线4和输出馈线6的垂直对称线为轴线，所述枝节群左右对称设置。输入馈线4和输出馈线6为仿真结果馈线，输入馈线4和输出馈线6的等效电阻值为50Ω。

具体地，以单位长度表示，单位取mm。

一字型微带线5的长为6.00~6.50，宽为0.95~1.05；

第一传输微带枝节7的长为2.70~3.00，宽为0.95~1.05；

第二传输微带枝节8的长为0.5~1.0，宽为0.95~1.05；

微扰结构枝节16的长为3.5~5.0，宽为0.95~1.05；

短路微带枝节9的长为1.0~1.5，宽为0.95~1.05；

第一开路微带枝节10的长为3.00~4.00，宽为0.95~1.05；

第二开路微带枝节11的长为2.00~2.50，宽为0.95~1.05；

第三开路微带枝节12的长为7.00~8.00，宽为0.95~1.05；

第四开路微带枝节13的长为10.00~13.00，宽为0.95~1.05；

第五开路微带枝节14的长为15.00~20.00，宽为0.95~1.05；

所述金属化通孔15的直径为0.40~0.80。

在一个优选实施例中，以mm为单位，

一字型微带线5的长为6.34，宽为0.99；

第一传输微带枝节7的长为2.89，宽为0.10；

第二传输微带枝节8的长为0.68，宽为0.10；

微扰结构枝节16的长为4.10，宽为0.10；

短路微带枝节9的长为1.23，宽为0.10；

第一开路微带枝节10的长为3.54，宽为0.10；

第二开路微带枝节11的长为2.34，宽为0.10；

第三开路微带枝节12的长为7.38，宽为0.10；

第四开路微带枝节13的长为11.43，宽为0.10；

第五开路微带枝节14的长为17.02，宽为0.10；

所述金属化通孔15的直径为0.60。

如图3所示，所述第二开路微带枝节11、第二传输微带枝节8分别为一字型结构，其中第二传输微带枝节8竖向布设，第二开路微带枝节11横向布设。

如图3所示，所述短路微带枝节9、第一开路微带枝节10为别为L型结构；所述第三开路微带枝节12、微扰结构枝节16分别为U型结构；第一传输微带枝节7为5段弓形结构、第四开路微带枝节13为7段弓形结构、第五开路微带枝节14为10段弓形结构。

具体地，所述接地板1的长宽与介质基板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。

在使用测试过程中，基于耦合对称短路枝节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1.57GHz， 2.38GHz，3.55GHz，5.14GHz，5.83GHz和6.78GHz，3dB带宽分别为38.22%，12.61%，14.08%，12.26%，7.55%及3.39%，在中心频率处测得的插入损耗分别为2.33dB，2.04dB，0.72dB，0.49dB，0.81dB及2.51dB，通带间的抑制度均超过70dB。

综上所述，本发明提出的多频带通滤波器是通过耦合对称短路枝节的多模谐振器产生的传输零点和传输极点来形成通带的；基于耦合对称短路枝节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

1.一种基于耦合对称短路枝节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）和输出馈线（6），以及连接在输入馈线（4）和输出馈线（6）之间的一字型微带线（5），还包括两个左右对称设置的枝节群，所述枝节群包括第一传输微带枝节（7）、第二传输微带枝节（8）、短路微带枝节（9）、金属化通孔（15）以及至少两个开路微带枝节，所述第一传输微带枝节（7）、第二传输微带枝节（8）分别设置在一字型微带线（5）的上下两侧，第一传输微带枝节（7）的一端与一字型微带线（5）连接，第一传输微带枝节（7）的另一端分别与短路微带枝节（9）的一端和至少一个开路微带枝节连接，所述短路微带枝节（9）的另一端与金属化通孔（15）连接；所述第二传输微带枝节（8）的一端与一字型微带线（5）连接，第二传输微带枝节（8）的另一端与剩余的开路微带枝节连接，且第二传输微带枝节（8）至少与一个开路微带枝节连接，所述输入馈线（4）和输出馈线（6）上分别连接有微扰结构枝节（16）。

2.根据权利要求1所述的一种基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：所述开路微带枝节共设置有五个，分别是第一开路微带枝节（10）、第二开路微带枝节（11）、第三开路微带枝节（12）、第四开路微带枝节（13）和第五开路微带枝节（14），所述第一开路微带枝节（10）和第二开路微带枝节（11）的一端均分别与第一传输微带枝节（7）远离一字型微带线（5）的一端连接；所述第三开路微带枝节（12）、第四开路微带枝节（13）和第五开路微带枝节（14）的一端均分别与第二传输微带枝节（8）远离一字型微带线（5）的一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：所述第二开路微带枝节（11）、第二传输微带枝节（8）分别为一字型结构；所述短路微带枝节（9）、第一开路微带枝节（10）为别为L型结构；所述第三开路微带枝节（12）、微扰结构枝节（16）分别为U型结构。

4.根据权利要求2所述的一种基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：第一传输微带枝节（7）为5段弓形结构、第四开路微带枝节（13）为7段弓形结构、第五开路微带枝节（14）为10段弓形结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于耦合对称短路枝节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，损耗角正切为0.002~0.003，厚度为0.8~1.2mm。

6.根据权利要求1所述的一种基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：输入馈线（4）和输出馈线（6）的另一端分别连接有一个SMA连接头，且输入馈线（4）和输出馈线（6）分别各连接在一个SMA连接头的探针上，两个所述SMA连接头的铜套外壳分别连接接地板（1）。

7.根据权利要求2所述的一种基于耦合对称短路枝节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，

一字型微带线（5）的长为6.00~6.50，宽为0.95~1.05；

第一传输微带枝节（7）的长为2.70~3.00，宽为0.95~1.05；

第二传输微带枝节（8）的长为0.5~1.0，宽为0.95~1.05；

微扰结构枝节（16）的长为3.5~5.0，宽为0.95~1.05；

短路微带枝节（9）的长为1.0~1.5，宽为0.95~1.05；

第一开路微带枝节（10）的长为3.00~4.00，宽为0.95~1.05；

第二开路微带枝节（11）的长为2.00~2.50，宽为0.95~1.05；

第三开路微带枝节（12）的长为7.00~8.00，宽为0.95~1.05；

第四开路微带枝节（13）的长为10.00~13.00，宽为0.95~1.05；

第五开路微带枝节（14）的长为15.00~20.00，宽为0.95~1.05；

所述金属化通孔（15）的直径为0.40~0.80。

8.根据权利要求1所述的一种基于耦合对称短路枝节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。

9.根据权利要求1所述的一种基于耦合对称短路枝节多模谐振器的多频带通滤波器，其特征在于：输入馈线（4）和输出馈线（6）的等效电阻值为50Ω。