CN112332054A - 一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，包括介质基板、位于介质基板上表面的滤波器、位于介质基板下表面的金属接地板，滤波器包括中心处改进的H型多模谐振器、加载在多模谐振器左右两侧的非对称平行耦合线、加载在多模谐振器上下两侧的阶梯型阻抗枝节、高阻抗线与平行耦合线组成的平行三线耦合线、加载在左侧端口馈线下侧的开路枝节。本发明采用加载阶梯型阻抗枝节的多模谐振器和非对称耦合线结构强耦合作用下，既改善了通带的选择性，又减小了滤波器的尺寸。两个通带内插入损耗较低且可调，带外特性良好，结构紧凑，成本低廉，加工方便，易于与其他电路集成。

Description

一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器

技术领域

本发明属于微波通信的技术领域，更具体地说，涉及一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器。

背景技术

随着现代文献通信技术的快速发展，移动通信、卫星通信、雷达跟踪及遥感技术等越来越多的需要借助微波、毫米波技术，从而导致了电磁环境日益复杂，最终使得频谱资源愈加紧张。

所以为了有效利用越来越多的频率信道，以及为了减小通信电路设备体积和重量，双频段器件的研究越来越引起重视。

目前实现双频段滤波的设计方法主要有：

1.利用外部的阻抗匹配网络将两个中心频率不同的带通滤波器进行级联，但会增大滤波器的尺寸和损耗；

2.将有开路或者短路短截线的谐振器串联或并联在宽带带通滤波器中，使得通带内产生传输零点，从而获得高选择性，但是该设计复杂，同时也会增大电路面积；

3.利用基片基层波导谐振器的高阶特性也可以设计双通带带通滤波器，但是该滤波器难以调节，灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，具有频率可调和体积小的特性，同时还具有通带内低损耗、通带间高隔离度、带外高抑制的优良性能。

本发明所采用的方案是：

一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，包括介质基板和位于所述介质基板的上表面的滤波器、位于介质基板下表面的金属接地板，所述滤波器包括位于中心位置的多模谐振器、阶梯型阻抗枝节、平行耦合线、非对称平行耦合线、馈线、高阻抗线、开路枝节；所述阶梯型阻抗枝节分别对称的加载在所述多模谐振器的上下两侧；所述平行耦合线加载在所述多模谐振器的一侧；所述非对称平行耦合线加载在所述多模谐振器的另一侧；所述高阻抗线分别位于平行耦合线和非对称平行耦合线中间，并以缝隙耦合方式相连接；所述高阻抗线底部分别连接所述馈线；所述开路枝节垂直加载在馈线的下方。

作为上述技术方案的优选方式，本发明实施例提供的一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器进一步包括下列技术特征的部分或全部：

进一步的，所述多模谐振器关于中心对称并分别通过调节其左上折叠型微带线、右上折叠型微带线、左下折叠型微带线、右下折叠型微带线的耦合距离以及物理长度来相互谐振进而调整谐振器的频率带宽；所述多模谐振器和阶梯型阻抗枝节共同控制滤波器的第一通带和第二通带，其中第一通带由奇模激励产生，第二通带是由偶模激励产生。

进一步的，所述非对称平行耦合线具有更高的电流密度和相位传输，通过调节电长度可以在第一通带和第二通带之间产生传输零点，从而提升两个通带的隔离度。

进一步的，所述馈线为对称馈电结构，所述开路枝节通过适当调节其电长度，使得第一个通带的传输损耗降低。

优选的，所述滤波器为覆盖在介质基板上表面的铜镀层结构；所述金属接地板为覆盖在介质基板下表面的铜镀层。

可选的，所述的介质基板的相对介电常数为10.2，厚度为0.635mm，损耗角正切是0.0023；所述铜镀层的厚度为0.035mm，所述滤波器的尺寸为12.8mm*8mm。

本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器至少包括如下有益效果：

1、采用非对称耦合线结构，提高了通带之间的隔离度。

2、本发明中谐振器采用折叠型微带线结构，使滤波器整体尺寸大大减小。

3、采用上下对称的阶梯型阻抗枝节，能够产生较好的带外抑制特性。

4、本发明结构紧凑，本结构可在单片PCB板上实现，简单易行，有利于加工集成。

5、本发明具有较高的选择性和双通带特性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加的清楚，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器的三维结构示意图；

图2是本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器的上表面的结构示意图；

图3是本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器的物理尺寸图；

图4是本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器的电磁仿真曲线图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，其作为本说明书的一部分，使本发明的原理、特征及其优点更加的清楚明白。

参照图1和图2，本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，包括介质基板2和位于所述介质基板2的上表面的滤波器1、位于介质基板下表面的金属接地板3，所述滤波器1包括位于中心位置的H型多模谐振器6(之后简称多模谐振器)、阶梯型阻抗枝节6_9，6_10、平行耦合线6_1，6_2、非对称平行耦合线6_3，6_4、馈线4，5、高阻抗线4_1，5_1、开路枝节4_2。

其中，阶梯型阻抗枝节6_9，6_10分别对称的加载在所述多模谐振器6的上下两侧，通过调节其枝节的长度即可调节第一、第二通带的频率特性和滤波器的带外抑制能力。

本发明的平行耦合线6_1，6_2加载在所述多模谐振器6的左侧，非对称平行耦合线6_3，6_4加载在所述多模谐振器6的右侧，调节耦合线6_3的电长度可以在第一通带和第二通带之间产生传输零点，从而提升两个通带的隔离度。

本发明的高阻抗线4_1，4_2分别位于平行耦合线6_1，6_2和非对称平行耦合线6_3，6_4中间，并以缝隙耦合方式相连接，通过调节耦合间隙可以调节滤波器的匹配性能。

高阻抗线4_1，5_1底部分别连接着馈线4，5，开路枝节4_2垂直加载在馈线4的下方，通过适当调节其电长度，可以使第一个通带的传输损耗降低。

如图1所示，所述介质基板2的材料是相对介电常数为10.2，损耗角正切为0.0023，厚度为0.635mm的Rogers RT/duroid6010，滤波器的尺寸为12.8mm*8mm，位于介质基板2上表面的滤波器1的镀铜厚度为0.035mm，下表面的金属接地板3采用铜材料。

如图3所示，本发明的详细尺寸如下：(单位:mm)

W1	W2	W3	W4	W5	W6	W7	W8	L1	L2
										0.1	0.1	1.4	0.2	0.8	0.2	0.2	0.1	3.9	3.9
L3	L4	L5	L6	L7	L8	L9	L10	L11	L12
										3.9	3.9	3.9	3.9	0.4	1.4	1.4	4	3.9	0.2
L13	L14	L15
										2.5	1.4	1.5

多模谐振器的设计：中心处环形腔加载四个折叠型微带线来产生一个较宽的通带，通过引入非对称耦合线以及加载阶梯型阻抗枝节，使得通带内产生传输零点，有效的改善了通带之间的阻带衰减，进而提高了各通带内的选择性。

本发明利用高频仿真软件Ansys EM18.0对整体结构进行仿真计算，得到的仿真结果如图4所示。从图4可以看出，该滤波器的第一个通带的中心频率位于4.8GHz，相对带宽为16.7％，通带内插入损耗小于0.4dB；第二个通带的中心频率位于8.8GHz，相对带宽为9.1％，通带内插入损耗小于0.9dB。通带外的两个传输零点使得该双通带滤波器具有很好的选择性和二次谐波抑制性。

综上，本发明的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器结合多模谐振器和阶梯型阻抗枝节，利用非对称耦合线，实现了一种结构紧凑、高隔离度、低损耗、具有较好的带外抑制性能的双通带滤波器，该滤波器非常适用于现代无线通信系统。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，其特征在于：包括介质基板(2)和位于所述介质基板(2)的上表面的滤波器(1)、位于介质基板下表面的金属接地板(3)；

所述滤波器(1)包括位于中心位置的多模谐振器(6)、阶梯型阻抗枝节(6_9，6_10)、平行耦合线(6_1，6_2)、非对称平行耦合线(6_3，6_4)、馈线(4，5)、高阻抗线(4_1，5_1)、开路枝节(4_2)；

所述阶梯型阻抗枝节(6_9，6_10)分别对称的加载在所述多模谐振器(6)的上下两侧；所述平行耦合线(6_1，6_2)加载在所述多模谐振器(6)的一侧；所述非对称平行耦合线(6_3，6_4)加载在所述多模谐振器(6)的另一侧；所述高阻抗线(4_1，4_2)分别位于平行耦合线(6_1，6_2)和非对称平行耦合线(6_3，6_4)中间，并以缝隙耦合方式相连接；

所述高阻抗线(4_1，5_1)的底部分别连接所述馈线(4，5)；所述开路枝节(4_2)垂直加载在馈线(4)的下方。

2.如权利要求1所述的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，其特征在于，所述多模谐振器(6)关于中心对称并分别通过调节其左上折叠型微带线(6_5)、右上折叠型微带线(6_6)、左下折叠型微带线(6_7)、右下折叠型微带线(6_8)的耦合距离以及物理长度来相互谐振进而调整谐振器的频率带宽；

所述多模谐振器(6)和阶梯型阻抗枝节(6_9，6_10)共同控制滤波器的第一通带和第二通带，其中第一通带由奇模激励产生，第二通带是由偶模激励产生。

3.如权利要求2所述的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，其特征在于：所述非对称平行耦合线(6_3，6_4)通过调节电长度在所述第一通带和第二通带之间产生传输零点，提升两个通带的隔离度。

4.如权利要求2所述的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，其特征在于：所述馈线(4、5)为对称馈电结构；所述开路枝节(4_2)通过调节其电长度，使所述第一个通带的传输损耗降低。

5.如权利要求1所述的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，其特征在于：所述滤波器(1)为覆盖在介质基板(2)上表面的铜镀层结构；所述金属接地板(3)为覆盖在介质基板(2)下表面的铜镀层。

6.如权利要求5所述的基于非对称式耦合线的双通带带通滤波器，其特征在于：所述的介质基板(2)的相对介电常数为10.2，厚度为0.635mm，损耗角正切是0.0023；

所述铜镀层的厚度为35um，所述滤波器的尺寸为12.8mm*8mm。

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