CN111668581A - 基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器及天线 - Google Patents

基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器及天线 Download PDF

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梁国春
殷实
徐毅
彭海璐
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张丽玲
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器及天线，属于通讯技术领域。该滤波器包括：半波长谐振器和表贴安装的多层PCB介质板；半波长谐振器位于中间层的PCB介质板上；半波长谐振器的中心位置虚拟接地，且半波长谐振器采用发夹线结构和梳状线结构交替排列。本发明实施例中采用低损耗角正切的PCB介质板实现滤波器，降低开发成本。滤波器中的半波长谐振器的中心位置虚拟接地，避免谐振器接地，从而避免电路加工中，接地难以精确控制尺寸的问题。滤波器中的半波长谐振器采用发夹线结构和梳状线结构，通过采用带状线结构的谐振器实现小型化滤波器，且发夹线结构和梳状线结构交替排列，实现半波长耦合。

Description

基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器及天线
技术领域
本发明实施例涉及通讯技术领域，特别涉及一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器及天线。
背景技术
采用相控阵技术的5G（5th Generation，第五代移动通信系统）毫米波通信技术是目前最热点的通信技术研究领域，包括中国，美国，欧洲等地区都发布了5G毫米波的频段，将24Hz/28Hz/39GHz作为未来5G毫米波的商用频段。相控阵技术需要在天线内集成大量的滤波器，用以抗干扰，因此，开发运用于毫米波频段的小型化滤波器是5G毫米波技术的关键。传统的金属滤波器由于体积和重量太大，无法集成于天线的内部。
国内外对小型化滤波器都进行了很多研究，目前主要采用LTCC（Low TemperatureCo-fired Ceramic，低温共烧陶瓷）技术、MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）技术等等实现小型化滤波器。
但是，采用LTCC技术和MEMS技术实现小型化滤波器时，在前期开发时需要大量的资金和周期投入，从而限制了滤波器的研发工作。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器及天线，用于解决现有技术中的问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器，所述滤波器包括：半波长谐振器和表贴安装的多层印刷电路板PCB介质板；
所述半波长谐振器位于中间层的PCB介质板上；
所述半波长谐振器的中心位置虚拟接地，且所述半波长谐振器采用发夹线结构和梳状线结构交替排列。
在一种可能的实施方式中，所述滤波器中的第一个半波长谐振器采用梳状线结构，第二个半波长谐振器采用发夹线结构；
所述发夹线结构中的第一边长大于第二边长，所述第一边长为靠近所述第一个半波长谐振器的边长，所述第二边长为远离所述第一个半波长谐振器的边长。
在一种可能的实施方式中，所述滤波器中最上层的PCB介质板和最下层的PCB介质板是接地层，且所述半波长谐振器的四周设有通孔，所述通孔连接所述最上层的PCB介质板和所述最下层的PCB介质板。
在一种可能的实施方式中，所述滤波器中上下两行通孔之间的距离的大小和寄生通带的远近呈负相关关系，所述上下两行通孔是位于采用所述发夹线结构的半波长谐振器的开口处和弯折处的通孔。
在一种可能的实施方式中，采用所述发夹线结构的半波长谐振器的开口处设有倒斜角。
在一种可能的实施方式中，所述滤波器还包括焊盘，所述焊盘位于最下层的PCB介质板上。
在一种可能的实施方式中，所述滤波器还包括抽头，所述抽头与所述滤波器中的第一个半波长谐振器连接，且所述抽头通过所述通孔与所述焊盘连接。
在一种可能的实施方式中，所述抽头采用背钻孔工艺实现。
在一种可能的实施方式中，所述第一个半波长谐振器为输入端的半波长谐振器或输出端的半波长谐振器。
一方面，提供了一种天线，所述天线内集成有如上所述的滤波器。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
滤波器中包括半波长谐振器和表贴安装的多层PCB介质板，该半波长谐振器位于中间层的PCB介质板上，这样，可以采用低损耗角正切的PCB介质板实现滤波器，降低了开发成本。滤波器中的半波长谐振器的中心位置虚拟接地，这样可以避免谐振器接地，从而避免电路加工中，接地难以精确控制尺寸的问题。滤波器中的半波长谐振器采用发夹线结构和梳状线结构，这样，可以通过采用带状线结构的谐振器实现小型化的滤波器，且发夹线结构和梳状线结构交替排列，从而实现半波长耦合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例中的一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器的示意图；
图2是本发明一个实施例中的一种滤波器的中间层剖面示意图；
图3是本发明一个实施例中的一种半波长谐振器的放大示意图；
图4是本发明一个实施例中的滤波器的频率响应曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器，该滤波器包括：半波长谐振器110和表贴安装的多层PCB（Printed CircuitBoard，印刷电路板）介质板120，且半波长谐振器110位于中间层的PCB介质板120上。
为了降低研发成本，本实施例中采用低成本的PCB技术，利用低损耗角正切的PCB介质板120实现毫米波滤波器，从而开发出适用于5G毫米波的频段中相控阵系统需求的滤波器。其中，滤波器中可以包括多层PCB介质板120，且这多层PCB介质板120表贴安装，本实施例不限定PCB介质板120的层数。
在一个可能的实例中，滤波器中包括四层PCB介质板120，则最上层的PCB介质板120和最下层的PCB介质板120可以是接地层，位于中间层的一层PCB介质板120上设有半波长谐振器110，位于中间层的另一层PCB介质板120镂空。
半波长谐振器110是采用半波长的带状线结构的谐振器，可以实现小型化的毫米波滤波器。请参考图2所示的滤波器的中间层剖面图，图2中的阴影部分为电路的覆铜部分，即为半波长谐振器110。
本实施例中，半波长谐振器110的中心位置虚拟接地，请参考图3所示的半波长谐振器110的放大示意图。这样，可以避免谐振器接地，从而避免电路加工中，接地难以精确控制尺寸的问题。
本实施例中的半波长谐振器110均为带状线结构，其中，带状线结构包括发夹线结构和梳状线结构。发夹线结构可以为U形结构，梳状线结构可以为长条形结构。为了实现半波长耦合，半波长谐振器110采用发夹线结构和梳状线结构交替排列，从而可以根据电场和磁场的分布原理实现电磁耦合。
其中，发夹线结构和梳状线结构交替排列是指，每两个梳状线结构之间间隔一个发夹线结构。例如，图1中的五个梳状线结构之间间隔排列有四个发夹线结构。
滤波器还包括输入端和输出端，本实施例中将输入端的半波长谐振器110和输出端的半波长谐振器110都称为第一个半波长谐振器110。以图1为例，则图1中最左侧的半波长谐振器110和最右侧的半波长谐振器110都称为第一个半波长谐振器110。
本实施例中，滤波器中的第一个半波长谐振器110采用梳状线结构，第二个半波长谐振器110采用发夹线结构。由于第一个半波长谐振器110和第二个半波长谐振110器之间的耦合缝隙130是滤波器内耦合最强处，因此，耦合缝隙130较小，为了增强耦合，可以将第二个半波长谐振器110设计为非对称结构，以增加靠近第一个半波长谐振器110的一条边的长度，从而增强和第一个半波长谐振器110之间的耦合系数。即，发夹线结构中的第一边长111大于第二边长112，第一边长111为靠近第一个半波长谐振器110的边长，第二边长112为远离第一个半波长谐振器110的边长。
在一个实施例中，滤波器中最上层的PCB介质板120和最下层的PCB介质板120是接地层，且半波长谐振器110的四周设有通孔140，通孔140连接最上层的PCB介质板120和最下层的PCB介质板120。这样，通过在滤波器的四周设置通孔140，可以通过通孔140实现电磁信号的屏蔽，减小电磁信号的泄露，以降低滤波器的损耗。
本实施例中，可以将位于采用发夹线结构的半波长谐振器110的开口处和弯折处的通孔称为上下两行通孔140。其中，滤波器中上下两行通孔140之间的距离的大小和寄生通带的远近呈负相关关系。即，上下两行通孔140之间的距离越大，则寄生通带越近；上下两行通孔140之间的距离越小，则寄生通带越远。
为了减小PCB介质板120上的表面波，以抑制寄生通带，需要尽可能的减小上下两行通孔140之间的距离。在一个实施例中，采用发夹线结构的半波长谐振器110的开口处设有倒斜角，这样，上面一行的通孔140可以在倒斜角处下移，从而减小上下两行通孔140之间的距离。
本实施例中，滤波器还包括焊盘（图1中未示出），该焊盘位于最下层的PCB介质板120上。其中，焊盘用于与相控阵系统连接。
本实施例中，滤波器还包括抽头150，抽头150与滤波器中的第一个半波长谐振器110连接，且抽头150通过通孔140与焊盘连接。其中，滤波器中包括两个抽头150，其中一个抽头150与输入端的第一个半波长谐振器110连接，另一个抽头150与输出端的第一个半波长谐振器110连接。
滤波器中的抽头150可以采用背钻孔工艺实现，以避免可能产生的短路风险。
本实施例中的滤波器适用于24Hz/28Hz/39GHz的5G通信系统，请参考图4所示的滤波器的频率响应曲线图。
综上所述，本实施例提供的滤波器，滤波器中包括半波长谐振器和表贴安装的多层PCB介质板，该半波长谐振器位于中间层的PCB介质板上，这样，可以采用低损耗角正切的PCB介质板实现滤波器，降低了开发成本。滤波器中的半波长谐振器的中心位置虚拟接地，这样可以避免谐振器接地，从而避免电路加工中，接地难以精确控制尺寸的问题。滤波器中的半波长谐振器采用发夹线结构和梳状线结构，这样，可以通过采用带状线结构的谐振器实现小型化的滤波器，且发夹线结构和梳状线结构交替排列，从而实现半波长耦合。
本发明一个实施例还提供了一种天线，基于相控阵技术，该天线内部集成有上文中所述的多个滤波器。
以上所述并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于带状线结构的半波长谐振器的滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：半波长谐振器和表贴安装的多层印刷电路板PCB介质板；
所述半波长谐振器位于中间层的PCB介质板上；
所述半波长谐振器的中心位置虚拟接地，且所述半波长谐振器采用发夹线结构和梳状线结构交替排列。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器中的第一个半波长谐振器采用梳状线结构，第二个半波长谐振器采用发夹线结构；
所述发夹线结构中的第一边长大于第二边长，所述第一边长为靠近所述第一个半波长谐振器的边长，所述第二边长为远离所述第一个半波长谐振器的边长。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器中最上层的PCB介质板和最下层的PCB介质板是接地层，且所述半波长谐振器的四周设有通孔，所述通孔连接所述最上层的PCB介质板和所述最下层的PCB介质板。
4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器中上下两行通孔之间的距离的大小和寄生通带的远近呈负相关关系，所述上下两行通孔是位于采用所述发夹线结构的半波长谐振器的开口处和弯折处的通孔。
5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，采用所述发夹线结构的半波长谐振器的开口处设有倒斜角。
6.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括焊盘，所述焊盘位于最下层的PCB介质板上。
7.根据权利要求6所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括抽头，所述抽头与所述滤波器中的第一个半波长谐振器连接，且所述抽头通过所述通孔与所述焊盘连接。
8.根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于，所述抽头采用背钻孔工艺实现。
9.根据权利要求2或7所述的滤波器，其特征在于，所述第一个半波长谐振器为输入端的半波长谐振器或输出端的半波长谐振器。
10.一种天线，其特征在于，所述天线内集成有如权利要求1至9中任一项所述的滤波器。
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