CN111403875A - 一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器 - Google Patents

一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于折叠开口环的微带双频可调带通滤波器，采用谐振器耦合形成双频带通滤波器，在开口环谐振器的开口处与阶梯阻抗谐振器的终端处分别加载变容二极管，通过改变外加电压进而改变电容值，从而使滤波器的谐振频率改变，使得滤波器双频段独立可调。

Description

一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，特别涉及一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器。
背景技术
微波滤波器作为无线通讯系统中的核心组成器件，在射频通信系统中起着频带选择的作用。伴随着现代无线通信系统的迅猛发展，微波滤波器也迎来了巨大的挑战。通信系统日趋小型化，留给滤波器的空间也随之减小，而与小型化矛盾的是现代通信系统的多功能化使通信系统覆盖了越来越多的频段，以致于滤波器的数量成倍的增加。可调滤波器在这种背景下应运而生，可调滤波器能有效解决通信系统的多功能化带来的体积庞大与通信系统的小型化之间的矛盾，因此对于可调滤波器的研究成为了科研人员关注的一个重点。
由于可调滤波器是在滤波器的基础上做研究，虽然发展较晚但是进展比较迅速。在可调滤波器研究伊始，科研生产人员的注意力主要在单频可调滤波器上，比如国外的学者Y.Jeong通过缺陷地结构设计了一款低通带固定而高通带可调的双频带通滤波器，但是随着现代无线通信系统的迅速发展，单频段可调滤波器很大程度上已经无法满足通信系统的需求。所以对双频可调滤波器的研究就显得愈发重要了，国内的学者通过枝节加载阻抗谐振器的方式设计实现了一款工作于0.8-1.02GHz和2.02-2.48GHz的双频可调滤波器，但是设计的滤波器加载了较多的变容二极管，导致最终设计出的可调滤波器有着较高的插入损耗，频段2.4GHz-2.6GHz与频段3.4GHz-3.6GHz是应用范围较广的频段，因此设计一款工作于这两个频段的可调滤波器有着非常大的实际应用价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于折叠开口环的微带双频可调带通滤波器，采用谐振器耦合形成双频带通滤波器，在开口环谐振器的开口处与阶梯阻抗谐振器的终端处分别加载变容二极管，通过改变外加电压进而改变电容值，从而使滤波器的谐振频率改变，完成滤波器双频段的独立可调的设计。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器，该滤波器覆盖了2.4GHz和3.5GHz的频带范围，其特征在于，该滤波器是由介质基板、位于介质基板正面的辐射贴片、变容二极管短路接地点、枝节短路接地点、介质基板背面的接地面以及加载于辐射贴片上的一号变容二极管与二号变容二极管构成；介质基板背面的接地面将介质基板的背面全覆盖；
所述位于介质基板正面的辐射贴片包含三个部分，其整体呈轴对称结构，其中第一部分为两个关于对称轴呈镜面对称放置的C形开口环谐振器，其开口端相对布置，每个开口端的上下两侧之间均由一个一号变容二极管衔接，构成两个封闭框体；两个封闭框体的靠近对称轴一侧的下部顶角处设置有矩形缺口，矩形缺口的上边缘较封闭框体的下侧的上边缘高，其宽度较其所在的竖直边的宽度小；沿矩形缺口对角线朝封闭框体内部的方向设置有直角台阶，直角台阶的两直角边与矩形缺口的顶角直角边平行，直角台阶的底部与封闭框体的下侧的上边缘的末端端面衔接，其侧边与封闭框体的靠近对称轴的竖直边的下边缘的内侧面衔接，一号变容二极管的位置高于直角台阶的上端面；除了直角台阶与矩形缺口之间的部分，构成C形开口环谐振器的辐射贴片的宽度均相同；
第二部分为将两个C形开口环谐振器套装在其内部的近似U形结构的阶梯阻抗谐振器；所述阶梯阻抗谐振器的底部的中部向上延伸有凸台型枝节，凸台型枝节的顶面与枝节短路接地点相连；凸台型枝节与枝节短路接地点位于两个矩形缺口之间，且枝节短路接地点的顶部低于矩形缺口的上边缘；凸台型枝节的顶面高于矩形缺口的下边缘，其底面较C形开口环谐振器的下部的下边缘低；阶梯阻抗谐振器的左、右两侧边与底部均为直角衔接，左、右两侧边的顶部均衔接有“n”形枝节；两个“n”形枝节的一竖直边分别为所述左、右两侧边的顶部延长部，它们的另一竖直边位于所述左、右两侧边的外侧且该竖直边的外侧中部向外连接有一个二号变容二极管，二号变容二极管的另一端连接有变容二极管短路接地点；变容二极管短路接地点与介质基板背面的接地面相连；构成阶梯阻抗谐振器的辐射贴片，除了“n”形枝节的外侧的竖直边外，其它部分的宽度均相同；
第三部分为两个对称的设置在阶梯阻抗谐振器两侧的馈电端口，馈电端口由两个三节呈直角衔接的馈电微带线构成，其第一节水平的设置在阶梯阻抗谐振器的下方；其第二节位于阶梯阻抗谐振器的左、右两侧边的外侧且相互平行布置；其第三节水平衔接在第二节的顶部并延伸到介质基板的两侧的边缘处。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1.通过加载短路枝节的阶梯阻抗谐振器与开口环谐振器的耦合，使得滤波器可以同时工作在两个频段(2.4GHz和3.5GHz)。
2.通过对开口环谐振器与阶梯阻抗谐振器的折叠，有效减小了滤波器的体积，并改善滤波器的S11与S21参数。
3.通过将二号变容二极管加载于阶梯阻抗谐振器的终端，使滤波器在频段2.4GHz-2.6GHz中心频率可调。
4.在开口环谐振器的开口处加载一号变容二极管使滤波器在频段3.4GHz-3.6GHz内中心频率可调。
5.滤波器的两个工作通带的中心频率独立可调互不影响。
附图说明
图1是本发明滤波器一种实施例的正面结构示意图。
图2是本发明滤波器一种实施例的辐射贴片的第一部分结构示意图。
图3是本发明滤波器一种实施例的辐射贴片的第二部分结构示意图。
图4是本发明滤波器一种实施例的辐射贴片的第三部分结构示意图。
图5是本发明滤波器一种实施例的背面结构示意图。
图6是本发明滤波器一种实施例的回波损耗与插入损耗仿真曲线图。
图7是本发明滤波器一种实施例的第一频段调谐曲线图。
图8是本发明滤波器一种实施例的第二频段调谐曲线图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例，并结合附图予以详细说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器(简称滤波器，参见图1-5)，该滤波器覆盖了2.4GHz和3.5GHz的频带范围，该滤波器是由介质基板1、位于介质基板1正面的辐射贴片、变容二极管短路接地点8、枝节短路接地点501、介质基板背面的接地面9以及加载于辐射贴片上的一号变容二极管6与二号变容二极管7构成。介质基板背面的接地面9将介质基板1的背面全覆盖；
所述位于介质基板1正面的辐射贴片包含三个部分，其整体呈轴对称结构，其中第一部分为两个关于对称轴呈镜面对称放置的C形开口环谐振器2，其开口端相对布置，每个开口端的上下两侧之间均由一个一号变容二极管6衔接，构成两个封闭框体；两个封闭框体的靠近对称轴一侧的下部顶角处设置有矩形缺口201，矩形缺口201的上边缘较封闭框体的下侧的上边缘高，其宽度较其所在的竖直边的宽度小；沿矩形缺口201对角线朝封闭框体内部的方向设置有直角台阶，直角台阶的两直角边与矩形缺口的顶角直角边平行，直角台阶的底部与封闭框体的下侧的上边缘的末端端面衔接，其侧边与封闭框体的靠近对称轴的竖直边的下边缘的内侧面衔接，一号变容二极管6的位置高于直角台阶的上端面。除了直角台阶与矩形缺口201之间的部分，构成C形开口环谐振器2的辐射贴片的宽度均相同。
第二部分为将两个C形开口环谐振器2套装在其内部的近似U形结构的阶梯阻抗谐振器3。所述阶梯阻抗谐振器3的底部的中部向上延伸有凸台型枝节5，凸台型枝节5的顶面与枝节短路接地点501相连；凸台型枝节5与枝节短路接地点501位于两个矩形缺口201之间，且枝节短路接地点501的顶部低于矩形缺口201的上边缘；凸台型枝节5的顶面高于矩形缺口201的下边缘，其底面较C形开口环谐振器2的下部的下边缘低；阶梯阻抗谐振器3的左、右两侧边与底部均为直角衔接，左、右两侧边的顶部均衔接有“n”形枝节301；两个“n”形枝节301的一竖直边分别为所述左、右两侧边的顶部延长部，它们的另一竖直边位于所述左、右两侧边的外侧且该竖直边的外侧中部向外连接有一个二号变容二极管7，二号变容二极管7的另一端连接有变容二极管短路接地点8；变容二极管短路接地点8与介质基板1背面的接地面9相连。构成阶梯阻抗谐振器3的辐射贴片，除了“n”形枝节301的外侧的竖直边(以靠近对称轴一侧为内)外，其它部分的宽度均相同。
第三部分为两个对称的设置在阶梯阻抗谐振器3两侧的馈电端口4，馈电端口4由两个三节呈直角衔接的馈电微带线401构成，其第一节水平的设置在阶梯阻抗谐振器3的下方；其第二节位于阶梯阻抗谐振器3的左、右两侧边的外侧且相互平行布置；其第三节水平衔接在第二节的顶部并延伸到介质基板1的两侧的边缘处。
所述介质基板1的材料是罗杰斯5880，其介电常数为2.2，宽为27mm，长为22mm，厚度为0.787mm。
辐射贴片中的两个C形开口环谐振器2的内侧的竖直边之间的距离d1为0.4mm，主体部分的宽度W1为1.0mm；C形开口环谐振器2的上侧水平边的外长L1为5.0mm，下侧水平边的外长L3为4.2mm，其外侧竖直边的外长L2为5.5mm，矩形缺口201的长L4为1.1mm，宽度W2为0.8mm；C形开口环谐振器2的开口端的上侧的末端与上侧水平边之间的距离L6为1.1mm，其开口端的下侧的上端与矩形缺口201的上端之间的距离L5为1.3mm；直角台阶的宽度为0.8mm，长度为1.0mm。
阶梯阻抗谐振器3的底部上边缘与C形开口环谐振器2的下侧水平边的下边缘的距离为0.4mm，其主体部分宽度W3为0.6mm；位于阶梯阻抗谐振器3的底部的中部向上延伸的凸台型枝节5的长L11为1.2mm，其宽W4为0.6mm；阶梯阻抗谐振器3的底部的外长的一半的长度L7为6.1mm，以直角衔接在底部上的左、右两侧边的长度L8为6.5mm；“n”形枝节301的左、右两侧的距离L9为2.5mm，上、下两侧的距离为2.0mm，其外侧的竖直边的长度L10为1.5mm，“n”形枝节301的内部缺口的上下边缘之间的距离W5为1.4mm。
两个馈电端口4之间的水平距离d2为0.4mm，馈电微带线401的第一节的上边缘与阶梯阻抗谐振器3底部的下边缘之间的距离为0.4mm；馈电微带线401的第一节的外长L12为6.7mm，其宽W6为0.5mm；其第二节的上端到第一节的底部的距离L13为2.5mm，第二节的宽度与第一节的宽度相等；其第三节的宽度W7为3mm，第三节的外侧到第二节的外侧之间的距离L14为6.6mm；
一号变容二极管6与二号变容二极管7初始容值皆为0.4pf，变容二极管短路接地点8与枝节短路接地点501皆为半径为0.25mm的圆。
图6为本实施例的仿真曲线图，从图6中可以看出本发明滤波器在变容二极管不改变电容时可以准确地工作于2.4GHz和3.5GHz频带内，在这两个频带内的回波损耗均优于20dB，插入损耗小于2dB，很好地符合无线电应用频段的频段要求。图7为本实施例的第一频段调谐曲线图，本发明滤波器随着C1变容二极管(一号变容二极管6)在0.2pf-0.6pf之间的改变，中心频率在2.25GHz-2.84GHz之间稳定变化，且对第二工作频带无频率影响。图8为本实施例的第二频段调谐曲线图，滤波器随着C2变容二极管(二号变容二极管7)在0.4pf-0.6pf之间的改变，中心频率在3.05GHz-3.52GHz之间稳定变化且对第一工作频带无频率影响，本发明滤波器可独立调节双通带内工作频率且性能良好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，另外在本实施例的基础上，改变开口环谐振器和阶梯阻抗谐振器的大小和位置，以及开口环谐振器的折叠长度，改变变容二极管的初始容值都应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器，该滤波器覆盖了2.4GHz和3.5GHz的频带范围，其特征在于，该滤波器是由介质基板、位于介质基板正面的辐射贴片、变容二极管短路接地点、枝节短路接地点、介质基板背面的接地面以及加载于辐射贴片上的一号变容二极管与二号变容二极管构成；介质基板背面的接地面将介质基板的背面全覆盖；
所述位于介质基板正面的辐射贴片包含三个部分，其整体呈轴对称结构，其中第一部分为两个关于对称轴呈镜面对称放置的C形开口环谐振器，其开口端相对布置，每个开口端的上下两侧之间均由一个一号变容二极管衔接，构成两个封闭框体；两个封闭框体的靠近对称轴一侧的下部顶角处设置有矩形缺口，矩形缺口的上边缘较封闭框体的下侧的上边缘高，其宽度较其所在的竖直边的宽度小；沿矩形缺口对角线朝封闭框体内部的方向设置有直角台阶，直角台阶的两直角边与矩形缺口的顶角直角边平行，直角台阶的底部与封闭框体的下侧的上边缘的末端端面衔接，其侧边与封闭框体的靠近对称轴的竖直边的下边缘的内侧面衔接，一号变容二极管的位置高于直角台阶的上端面；除了直角台阶与矩形缺口之间的部分，构成C形开口环谐振器的辐射贴片的宽度均相同；
第二部分为将两个C形开口环谐振器套装在其内部的近似U形结构的阶梯阻抗谐振器；所述阶梯阻抗谐振器的底部的中部向上延伸有凸台型枝节，凸台型枝节的顶面与枝节短路接地点相连；凸台型枝节与枝节短路接地点位于两个矩形缺口之间，且枝节短路接地点的顶部低于矩形缺口的上边缘；凸台型枝节的顶面高于矩形缺口的下边缘，其底面较C形开口环谐振器的下部的下边缘低；阶梯阻抗谐振器的左、右两侧边与底部均为直角衔接，左、右两侧边的顶部均衔接有“n”形枝节；两个“n”形枝节的一竖直边分别为所述左、右两侧边的顶部延长部，它们的另一竖直边位于所述左、右两侧边的外侧且该竖直边的外侧中部向外连接有一个二号变容二极管，二号变容二极管的另一端连接有变容二极管短路接地点；变容二极管短路接地点与介质基板背面的接地面相连；构成阶梯阻抗谐振器的辐射贴片，除了“n”形枝节的外侧的竖直边外，其它部分的宽度均相同；
第三部分为两个对称的设置在阶梯阻抗谐振器两侧的馈电端口，馈电端口由两个三节呈直角衔接的馈电微带线构成，其第一节水平的设置在阶梯阻抗谐振器的下方；其第二节位于阶梯阻抗谐振器的左、右两侧边的外侧且相互平行布置；其第三节水平衔接在第二节的顶部并延伸到介质基板的两侧的边缘处。
2.根据权利要求1所述的一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器，其特征在于，所述介质基板的材料是罗杰斯5880，其介电常数为2.2，宽为27mm，长为22mm，厚度为0.787mm；
辐射贴片中的两个C形开口环谐振器的内侧的竖直边之间的距离d1为0.4mm，主体部分的宽度W1为1.0mm；C形开口环谐振器的上侧水平边的外长L1为5.0mm，下侧水平边的外长L3为4.2mm，其外侧竖直边的外长L2为5.5mm，矩形缺口的长L4为1.1mm，宽度W2为0.8mm；C形开口环谐振器的开口端的上侧的末端与上侧水平边之间的距离L6为1.1mm，其开口端的下侧的上端与矩形缺口的上端之间的距离L5为1.3mm；直角台阶的宽度为0.8mm，长度为1.0mm；
阶梯阻抗谐振器的底部上边缘与C形开口环谐振器的下侧水平边的下边缘的距离为0.4mm，其主体部分宽度W3为0.6mm；位于阶梯阻抗谐振器的底部的中部向上延伸的凸台型枝节的长L11为1.2mm，其宽W4为0.6mm；阶梯阻抗谐振器的底部的外长的一半的长度L7为6.1mm，以直角衔接在底部上的左、右两侧边的长度L8为6.5mm；“n”形枝节的左、右两侧的距离L9为2.5mm，上、下两侧的距离为2.0mm，其外侧的竖直边的长度L10为1.5mm，“n”形枝节的内部缺口的上下边缘之间的距离W5为1.4mm；
两个馈电端口之间的水平距离d2为0.4mm，馈电微带线的第一节的上边缘与阶梯阻抗谐振器底部的下边缘之间的距离为0.4mm；馈电微带线的第一节的外长L12为6.7mm，其宽W6为0.5mm；其第二节的上端到第一节的底部的距离L13为2.5mm，第二节的宽度与第一节的宽度相等；其第三节的宽度W7为3mm，第三节的外侧到第二节的外侧之间的距离L14为6.6mm。
3.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器，其特征在于，一号变容二极管与二号变容二极管初始容值皆为0.4pf。
4.根据权利要求1所述的一种基于折叠开口环的微带双频段可调带通滤波器，其特征在于，变容二极管短路接地点与枝节短路接地点皆为半径为0.25mm的圆。
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