CN111129675A - 一种宽阻带抑制宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种宽阻带抑制宽带滤波器，包括矩形环谐振器、开路短截线、内部短路阶跃阻抗线、外部短路阶跃阻抗线、扰流槽和交叉指馈线；矩形环谐振器两端分别设置有开路短截线；在矩形环谐振器内部设置对称的两条内部短路阶跃阻抗线；在矩形谐振环外部分别设置外部短路阶跃阻抗线，外部短路阶跃阻抗线两个开路端分别设置有扰流槽，每侧开路短截线与外部短路阶跃阻抗线共同耦合有两条交叉指馈线，每侧交叉指馈线外端设置有馈线端口。本发明通过在矩形环谐振器内部短路阶跃阻抗线与外部短路阶跃阻抗线即可在宽带频段引入陷波特性，短路阶跃阻抗线和交叉指馈线的耦合可以引入另外一个陷波频点，不用增加额外的陷波电路，减少了电路尺寸。

Description

一种宽阻带抑制宽带滤波器

技术领域

本发明属于微波微带滤波器技术领域，特别涉及一种宽阻带抑制宽带滤波器。

背景技术

宽带技术是近年来新兴的一种无线通信技术，自2002年美国联邦通信委员会将3.1GHz～10.6GHz的频段批准用于商业通信以来，超宽带通信技术与宽带通信技术受到了越来越多的重视，随着宽带无线通信技术的迅猛发展，对宽带无线通信电子设备提出了更高的要求，高可靠性、小型化己经成为宽带无线通信系统发展的必然趋势，这就要求电路在满足电气性能的同时，尽可能减少电路占用空间。滤波器在宽带无线通信系统中扮演着重要的角色，它起着选择信号的重要作用，是宽带无线通信系统中必不可少的重要元件，它的工作性能好坏直接影响到宽带无线通信系统的整体工作性能，它的尺寸大小也直接影响到宽带无线通信系统的大小。

但是，在整个宽频带范围内，由于已经存在其它各种窄带无线通信信号，例如全球微波互联网络(WiMAX，3.3GHz-3.6GHz)，卫星C波段(3.7GHz-4.2GHz)和无限局域网(WLAN，5.15GHz～5.35GHz，5.725GHz～5.825GHz)系统。而这些无线通信信号会严重干扰宽带系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽阻带抑制宽带滤波器，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种宽阻带抑制宽带滤波器，包括矩形环谐振器、开路短截线、内部短路阶跃阻抗线、外部短路阶跃阻抗线、扰流槽和交叉指馈线；矩形环谐振器左右两端分别设置有开路短截线；在矩形环谐振器内部设置上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线；在矩形谐振环外部上下分别设置外部短路阶跃阻抗线，外部短路阶跃阻抗线两个开路端分别设置有扰流槽，每侧开路短截线与外部短路阶跃阻抗线共同耦合有两条交叉指馈线，每侧交叉指馈线外端设置有馈线端口。

进一步的，在地板上与两条交叉指馈线对应设置有两个缺陷地板结构。

进一步的，矩形环谐振器的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm。

进一步的，开路短截线线长度均为10mm±5mm，宽度为2mm±1mm。

进一步的，内部短路阶跃阻抗线长度均为15.2mm±5mm，外部短路阶跃阻抗线长度均为31.4mm±5mm。

进一步的，扰流槽长度为1.4mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.1mm

进一步的，每个交指耦合馈线的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm，每个馈线端口长度为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm，每个缺陷地板结构的长度为12.3mm±3mm，宽度为7.1mm±3mm。

进一步的，一种基于宽阻带抑制宽带滤波器的接收机，包括宽带天线、第一放大器、第二放大器、宽阻带抑制宽带滤波器、下变频电路、中频滤波器、第三放大器、参考晶振、频率合成器、AGC模块、A/D转换、微处理器、相关通道和存储器；宽带天线依次通过第一放大器、第二放大器、宽阻带抑制宽带滤波器、下变频电路、中频滤波器、第三放大器与A/D转换连接，A/D转换通过相关通道与微处理器和存储器同时互相连接，微处理器和存储器互相连接；参考晶振通过频率合成器与下变频电路连接，第三放大器连接AGC模块。

进一步的，宽带天线和第一放大器构成天线单元；第二放大器、宽带陷波滤波器、下变频电路、中频滤波器、第三放大器、参考晶振、频率合成器和AGC模块构成下变频电路单元；A/D转换、微处理器、相关通道和存储器构成基带信号处理单元。

进一步的，第一放大器、第二放大器和第三放大器均为腔体LNA模块AF00118253A；下变频电路为RFX1200子板；基带信号处理单元为通用软件无线电平台USRP1。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明通过在矩形环谐振器内部短路阶跃阻抗线与外部短路阶跃阻抗线即可在宽带频段引入陷波特性，并且短路阶跃阻抗线和交叉指馈线的耦合可以引入另外一个陷波频点，不用增加额外的陷波电路，大大减少了电路尺寸。通过调节两个短路阶跃阻抗线长度和开路阶跃阻抗线结构的相对尺寸，可灵活调节三个陷波频率和低频的带外零点。通过在外部短路阶跃阻抗线两个开路端分别设置扰流槽，可以延长偶模电流的传播路径，提高偶模谐波频率，增加上阻带抑制的范围。地板上与馈线结构对应的两个缺陷地结构可以增加馈线的容性耦合因子，增强馈线耦合度，展宽带宽。在有效地滤除各种宽带频带外的无用信号及噪声信号的同时，还能利用陷波特性灵活抑制不同系统间的相互干扰，保证宽带系统的正常工作，在应用的通信系统中，陷波频率在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，可将WLAN和卫星通信等的干扰频率从宽带带宽中滤除，同时高频带外零点可调，可大大改进通带选择性，应用场合更加灵活多样，发挥重要作用。

附图说明

图1是本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的主视截面结构示意图；

图2是本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器应用实施例的安装结构示意图；

图3是本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器应用实施例的频率响应特性曲线。

图中，1.宽带天线，2.第一放大器，3.第二放大器，4.宽带陷波滤波器，5.下变频电路，6.中频滤波器，7.第三放大器，8.参考晶振，9.频率合成器，10.AGC模块，11.A/D转换器，12.微处理器，13.相关通道，14.存储器，15.矩形谐振环，16.外部短路阶跃阻抗线，17.内部短路阶跃阻抗线，18.开路短截线，19.交叉指馈线，20.缺陷地结构，21，扰流槽结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图3，一种宽阻带抑制宽带滤波器，包括矩形环谐振器15、开路短截线18、内部短路阶跃阻抗线17、外部短路阶跃阻抗线16、扰流槽21和交叉指馈线19；矩形环谐振器15左右两端分别设置有开路短截线18；在矩形环谐振器15内部设置上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线17；在矩形谐振环外部上下分别设置外部短路阶跃阻抗线16，外部短路阶跃阻抗线16两个开路端分别设置有扰流槽21，每侧开路短截线18与外部短路阶跃阻抗线16共同耦合有两条交叉指馈线19，每侧交叉指馈线外端设置有馈线端口。

在地板上与两条交叉指馈线19对应设置有两个缺陷地板结构20。

矩形环谐振器15的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm。

开路短截线18线长度均为10mm±5mm，宽度为2mm±1mm。

内部短路阶跃阻抗线17长度均为15.2mm±5mm，外部短路阶跃阻抗线16长度均为31.4mm±5mm。

扰流槽21长度为1.4mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.1mm

每个交指耦合馈线的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm，每个馈线端口长度为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm，每个缺陷地板结构的长度为12.3mm±3mm，宽度为7.1mm±3mm。

一种基于宽阻带抑制宽带滤波器的接收机，包括宽带天线1、第一放大器2、第二放大器3、宽阻带抑制宽带滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、第三放大器7、参考晶振8、频率合成器9、AGC模块10、A/D转换11、微处理器12、相关通道13和存储器14；宽带天线1依次通过第一放大器2、第二放大器3、宽阻带抑制宽带滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、第三放大器7与A/D转换11连接，A/D转换11通过相关通道13与微处理器12和存储器14同时互相连接，微处理器12和存储器14互相连接；参考晶振8通过频率合成器9与下变频电路5连接，第三放大器7连接AGC模块10。

宽带天线1和第一放大器2构成天线单元；第二放大器3、宽带陷波滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、第三放大器7、参考晶振8、频率合成器9和AGC模块10构成下变频电路单元；A/D转换11、微处理器12、相关通道13和存储器14构成基带信号处理单元。

第一放大器2、第二放大器3和第三放大器7均为腔体LNA模块AF00118253A；下变频电路5为RFX1200子板；基带信号处理单元为通用软件无线电平台USRP1。

参照图1，本发明的具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器，该宽带滤波器创新点在于具有高灵活可调范围的三个陷波频点以及宽范围的上阻带抑制频段(以下简称宽带三陷波滤波器)，并减小了具有三个陷波频点宽带滤波器的尺寸，其结构是，包括矩形环谐振器15，在矩形谐振器左右两侧中心位置分别固定设置有一条开路短截线18。在矩形谐振器15内部上下两侧分别平行设置有一条短路阶跃阻抗线17，该短路阶跃阻抗线17与矩形谐振器边长平行，同样在矩形谐振器15上下外侧分别设置有一条外部短路阶跃阻抗线16，在外部短路阶跃阻抗线16上的两个开路端分别设置有两个扰流槽21，内部短路阶跃阻抗线17与外部短路阶跃阻抗线16共同产生宽带滤波器带内的陷波点，在外部短路阶跃阻抗线16左右开路短截线17中间内嵌有交叉指馈线19，交叉指馈线19在滤波器左右分别设置，为滤波器提供与外部的接口，同时交叉指馈线19与外部短路阶跃阻抗线16、开路短截线18共同产生一个低频零点，为宽带滤波器提供额外的带外抑制。在图1中灰色部分表示电路板上层的覆铜结构，浅红色部分为电路板下层覆铜去掉的部分的结构，称为缺陷地结构20，交叉指馈线19设置在电路板的上层，在电路板的下层设置有缺陷地板结构20，中间为普通介质基板。这样设置可增强馈线耦合强度，展宽带宽，通过调整外部短路阶跃阻抗线16、内部短路阶跃阻抗线17、开路短截线18之间的耦合长度，可以在通带低端产生一个传输零点，大大增强了滤波器的频率选择性。

本发明的具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的通频带为2.2GHz到7.5GHz，并且能分别在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz处产生陷波，在2.0GHz处产生带外零点，在宽带系统的应用中滤除WLAN和卫星通信等的干扰频率，并能增加频带选择性。

本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器主要通过外部短路阶跃阻抗线16、内部短路阶跃阻抗线17、开路短截线18的结构调节宽带滤波器的陷波特性。配合采用合理的结构参数，使滤波器能够工作在很宽的频率范围内，从而减少了机械加工的精度对滤波器性能的影响。

本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的尺寸参数选择范围是：矩形环谐振器的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm，矩形环谐振器左右两端引出的开路短截线线长度均为10mm±5mm，宽度2mm±1mm，矩形环谐振器内部设置的内部短路阶跃阻抗线长度均为15.2mm±5mm，矩形环谐振器外部设置的外部短路阶跃阻抗线长度均为31.4mm±5mm，外部短路阶跃阻抗线开路端上的扰流槽长度为1.4mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.1mm，每个交指耦合馈线的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm，每个馈线端口长度为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm，每个缺陷地板结构的长度为12.3mm±3mm，宽度为7.1mm±3mm。

本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的通频带由矩形环谐振器15和开路短截线18的尺寸确定，能够达到宽带系统要求的频带范围。当宽带带通滤波器确定后，便可通过调节外部短路阶跃阻抗线16和内部短路阶跃阻抗线17的相对尺寸，来确定三个陷波频率的范围。

本发明具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器在实际应用时，根据不同的通信场合和应用需要，通过对矩形环谐振器15、外部短路阶跃阻抗线16、内部短路阶跃阻抗线17、开路短截线18、交叉指馈线19、缺陷地结构20，扰流槽21的各个尺寸参数搭配选择，实现调整宽带滤波器的三个陷波频率，并带有宽范围的上阻带抑制能力，来满足不同的应用需求。

实施例

参照图2，将本发明2具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器应用于宽带通信系统接收机中，接收机的主体结构是，包括宽带天线1，宽带天线1依次通过(宽带低噪声)放大器一2、放大器二3、宽带陷波滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、放大器三7与A/D转换11连接，A/D转换11通过相关通道13与微处理器12和存储器14同时互相连接，微处理器12和存储器14互相连接；另外，参考晶振8通过频率合成器9与下变频电路5(另一输入端)连接，放大器三7自身连接有AGC模块10。

上述的宽带天线1和(宽带低噪声)放大器一2一起构成天线单元；

上述的放大器二3、宽带陷波滤波器4、下变频电路5、中频滤波器6、放大器三7、参考晶振8、频率合成器9和AGC模块10一起构成下变频电路单元；

上述的A/D转换11、微处理器12、相关通道13和存储器14一起构成基带信号处理单元。

宽带陷波滤波器4采用本发明前述超具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的结构。

放大器一2选用如Herotek公司的腔体LNA模块AF00118253A，放大器二3和放大器三7也可以选用该型号。

下变频电路5选用Ettus research公司的RFX1200子板。

基带信号处理单元选用Ettus research公司的通用软件无线电平台USRP1。

上述的这些电路模块或单元都是系统电路，根据不同的应用需求，还可以选用其他相关的具体型号进行组合设计。

本实施例中的具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的具体参数设置是：矩形环谐振器的上下边长为10.5mm，左右边长为8.5mm，矩形环谐振器左右两端引出的开路短截线线长度均为10mm，宽度2mm，矩形环谐振器内部设置的内部短路阶跃阻抗线长度均为15.2mm，矩形环谐振器外部设置的外部短路阶跃阻抗线长度均为31.4mm，外部短路阶跃阻抗线开路端上的扰流槽长度均为1.4mm±0.1mm，宽度均为0.5mm±0.1mm，每个交指耦合馈线的长度为10mm，宽度为1mm，每个馈线端口长度为2mm，宽度为1.11mm，每个缺陷地板结构的长度为12.3mm，宽度为7.1mm。输入输出信号通过同轴输入线与馈线相连，宽带三陷波滤波器的通频带为2.2GHz～7.6GHz，三个陷波频率为2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，可将WLAN和卫星通信的频段滤除，消除WLAN和卫星通信系统对宽带系统的干扰，-10dB上阻带抑制范围可以达到30GHz。

在系统工作时，首先宽带天线1接收微弱的电信号，经由放大器一2放大信号功率到需求水平后送入宽带陷波滤波器4，滤除卫星信号的干扰频率后进入下变频电路5，降低各通信频道间的信号干扰，同时，参考晶振8(TCXO)的信号也通过频率合成器9进入下变频电路5；再根据不同的应用需要选择下变频电路5将宽带信号下变频到中频频率，再经过中频滤波器6后经过放大器三7的自循环回路最后送入后级的基带信号处理单元，基带信号处理单元完成基带信号的处理工作。

参照图3，是本发明实施例具有三个陷波频点的宽阻带抑制宽带滤波器的频率响应特性曲线，由图3可见，通带频率从2.2GHz到7.6GHz，陷波频率分别在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz，通带内差损为0.4dB，陷波频率处差损均低于-15dB，低频带外差损小于-40dB，-10dB上阻带抑制频率范围可以达到30GHz。说明滤波器的相对带宽可达110％，并且可以在2.86GHz、5.76GHz和6.4GHz处产生三个陷波，在宽带系统应用中可滤除WLAN和卫星通信等的频率干扰，并具有宽范围的阻带抑制能力。

Claims (7)

1.一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，包括矩形环谐振器(15)、开路短截线(18)、内部短路阶跃阻抗线(17)、外部短路阶跃阻抗线(16)、扰流槽(21)和交叉指馈线(19)；矩形环谐振器(15)左右两端分别设置有开路短截线(18)；在矩形环谐振器(15)内部设置上下对称的两条内部短路阶跃阻抗线(17)；在矩形谐振环外部上下分别设置外部短路阶跃阻抗线(16)，外部短路阶跃阻抗线(16)两个开路端分别设置有扰流槽(21)，每侧开路短截线(18)与外部短路阶跃阻抗线(16)共同耦合有两条交叉指馈线(19)，每侧交叉指馈线外端设置有馈线端口。

2.根据权利要求1所述的一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，在地板上与两条交叉指馈线(19)对应设置有两个缺陷地板结构(20)。

3.根据权利要求1所述的一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，矩形环谐振器(15)的上下边长为10.5mm±5mm，左右边长为8.5mm±5mm。

4.根据权利要求1所述的一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，开路短截线(18)线长度均为10mm±5mm，宽度为2mm±1mm。

5.根据权利要求1所述的一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，内部短路阶跃阻抗线(17)长度均为15.2mm±5mm，外部短路阶跃阻抗线(16)长度均为31.4mm±5mm。

6.根据权利要求1所述的一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，扰流槽(21)长度为1.4mm±0.1mm，宽度为0.5mm±0.1mm。

7.根据权利要求1所述的一种宽阻带抑制宽带滤波器，其特征在于，每个交指耦合馈线的长度为10mm±3mm，宽度为1mm±0.5mm，每个馈线端口长度为2mm±5mm，宽度为1.11mm±1mm，每个缺陷地板结构的长度为12.3mm±3mm，宽度为7.1mm±3mm。

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