CN112436251A - 一种高选择性悬置带线超宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种高选择性悬置带线超宽带滤波器，包括金属壳体、介质板和微带线结构，微带线结构包括连接单元和中间单元，连接单元包括高阻抗电感微带和至少位于其一侧的低阻抗电容微带，中间单元包括高阻抗电感微带和位于其两侧的低阻抗电容微带，两连接单元和若干中间单元上下交错设置在介质板的顶部和底部，在介质板的厚度方向相邻两低阻抗电容微带两两对应形成电容部分，至少一个连接单元的连接端依次串联有高阻抗电感微带和低阻抗电容微带，和/或至少一个中间单元依次串联有高阻抗电感微带和低阻抗电容微带，在滤波器阻带产生对应的传输零点。本发明中首次引入了“零腔”技术，可以提升此类滤波器的矩形系数。

Description

一种高选择性悬置带线超宽带滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种高选择性悬置带线超宽带滤波器。

背景技术

随着无线通信的迅猛发展，各频道之间的划分越来越细，作为分离有用和无用信号的微波滤波器成为通信系统中的重要元件，其性能的优劣直接影响整个通信系统的质量。现在，微波滤波器已被广泛应用于微波通信、微波制导、导航、遥测、遥控、卫星通信以及军事电子对抗等多种领域，并对微波滤波器的要求也越来越高。通信系统的宽带、小型化发展趋势，对滤波器提出了越来越高的要求。

悬置带线是一种优越的传输线系统，可以用来实现各种形式的滤波器，相比于微带线和共面波导，悬置带线在金属层有着更小的电流密度，在介质层具有更小的电场强度，从而有效地减小了损耗。矩形系数是描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度，是表征滤波器选择性好坏的一个参量，提高悬置线滤波器矩形系数的传统方式是通过增加滤波器的阶数来实现更加陡峭的通带选择性，而对于上述传统方式的替换技术却少有记载。

鉴于上述需求，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种高选择性悬置带线超宽带滤波器，使其更具有实用性。

发明内容

本发明中提供了一种高选择性悬置带线超宽带滤波器，从而有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高选择性悬置带线超宽带滤波器，包括金属壳体、介质板和微带线结构，所述介质板设置于所述金属壳体内的金属腔体内部，所述介质板顶部和底部分别与所述金属腔体内的侧壁间隔设置；

其特征在于，所述微带线结构包括连接单元和中间单元，所述连接单元包括高阻抗电感微带和至少位于其一侧的低阻抗电容微带，所述中间单元包括高阻抗电感微带和位于其两侧的低阻抗电容微带，两所述连接单元和若干所述中间单元上下交错设置在所述介质板的顶部和底部，在所述介质板的厚度方向相邻两所述低阻抗电容微带两两对应形成电容部分，其中，至少一个所述连接单元的连接端依次串联有高阻抗电感微带和低阻抗电容微带，和/或至少一个所述中间单元依次串联有高阻抗电感微带和低阻抗电容微带，在滤波器阻带产生对应的传输零点。

进一步地，两所述连接单元位于所述介质板的同一侧。

进一步地，所述电容部分包括串联电容和并联电容，两两对应的所述低阻抗电容微带在所述介质板厚度方向上重合的部分为串联电容，其他部分为并联电容。

进一步地，所述传输零点自所述连接单元和中间单元中所述高阻抗电感微带的端部或中部引出。

进一步地，所述金属壳体包括位于所述介质板上下的两部分，每部分上的腔体均具有与所述介质板平行间隔设置的侧壁，且两所述侧壁与所述介质板的间隔距离相等。

进一步地，所述介质板上还包括位于顶面和底面的各两条金属贴片，所述金属贴片位于所述连接单元和中间单元分布方向的两侧，且夹设在所述金属壳体的两部分之间。

进一步地，所述金属壳体的两部分通过贯穿所述介质板和所述金属贴片的连接件连接。

进一步地，所述高阻抗电感微带和低阻抗电容微带的宽度比为1:6~1:10。

进一步地，所述微带线结构为铜贴片。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中提供了一种结构紧凑、性能优越的悬置带线超宽带滤波器，该滤波器是基于管状滤波器的电路原型，通过在电路原型中加入“零腔”谐振器，在滤波器上阻带和下阻带引入传输零点，本发明中首次通过在悬置带线滤波器中引入“零腔”技术，可以在任意阻带位置引入传输零点，提升滤波器的矩形系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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为高选择性悬置带线超宽带滤波器的结构示意图；

图2为高选择性悬置带线超宽带滤波器内部的结构示意图；

图3为微带线结构的爆炸图；

图4为连接单元的结构示意图；

图 5为中间单元的结构示意图；

图6为高选择性悬置带线超宽带滤波器的等效电路原理图；

图7为高选择性悬置带线超宽带滤波器的正反面对比示意图；

图8为高选择性悬置带线超宽带滤波器频率响应仿真与测试结果示意图；

图9为高选择性悬置带线超宽带滤波器群时延以及带内插损的仿真与测试细节结果示意图；

附图标记：1、金属壳体；2、介质板；3、微带线结构；3A、连接单元；3B、中间单元；31、高阻抗电感微带；32、低阻抗电容微带。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本实施例采用递进的方式撰写。

如图1~5所示，一种高选择性悬置带线超宽带滤波器，包括金属壳体1、介质板2和微带线结构3，介质板2设置于金属壳体1内的金属腔体内部，介质板2顶部和底部分别与金属腔体内的侧壁间隔设置；微带线结构3包括连接单元3A和中间单元3B，连接单元3A包括高阻抗电感微带31和至少位于其一侧的低阻抗电容微带32，中间单元3B包括高阻抗电感微带31和位于其两侧的低阻抗电容微带32，两连接单元3A和若干中间单元3B上下交错设置在介质板2的顶部和底部，在介质板2的厚度方向相邻两低阻抗电容微带32两两对应形成电容部分，其中，至少一个连接单元3A的连接端依次串联有高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32，和/或至少一个中间单元3B依次串联有高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32，在滤波器阻带产生对应的传输零点。

本发明中提供了一种结构紧凑、性能优越的悬置带线超宽带滤波器，该滤波器是基于管状滤波器的电路原型，通过在电路原型中加入“零腔”谐振器，在滤波器上阻带和下阻带引入传输零点。其中，传输零点自连接单元3A和中间单元3B中高阻抗电感微带31的端部或中部引出，自中部引出时，如图6中所示，将高阻抗电感微带31分割为串联的两部分。

本发明中的滤波器是应用高低阻抗线来等效图6中的参数元件，采用“低高低”阻抗单元在正反面串联排列而成，通过高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32分别构造等效电感和电容实现滤波效应。在具体实施过程中，连接单元3A和中间单元3B上下错位设置的方式使得等效电容和等效电感形成间隔的分布方式；另外，本发明中首次通过在悬置带线滤波器中引入“零腔”技术，可以在任意阻带位置引入传输零点，提升滤波器的矩形系数，本实施例中以图7中的微带线结构3为例，设置三个中间单元3B，且在中间的中间单元3B上串联有高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32，形成图6中所圈出的部分TZ_1，在两个连接单元3A的连接端依次串联有高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32，形成图6中所圈出的部分TZ_2，同时也对应图7中的部分TZ_1和TZ_2。上述设计方法具有可复制性，可以广泛应用于悬置带线结构带通滤波器设计中。

本实施例中，以在介质板2一侧设置两个连接单元3A和一个中间单元3B，在介质板2的另一侧设置两个中间单元3B为例，在两个连接单元3A上分别串联高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32，且在两个连接单元3A之间的中间单元3B上串联有高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32，如图6和7所示，作为一种较佳的实施方式，电容部分包括串联电容和并联电容，两两对应的低阻抗电容微带32在介质板2厚度方向上重合的部分为串联电容，其他部分为并联电容。

在本实施例中，为了获得更大的串联电容，选择厚度为0.2mm的介质板2，当然其他厚度也均在本发明的保护范围内，但是优选控制在0.1~0.3mm，介质板2的介电常数选择2.65，本实施例中，金属壳体1包括位于介质板2上下的两部分，每部分上的腔体均具有与介质板2平行间隔设置的侧壁，且两侧壁与介质板2的间隔距离相等，介质板2的上下表面与上下腔体之间的距离选择1.5mm，从而获得较为合适的对地电容。

其中，高阻抗电感微带31和低阻抗电容微带32的宽度比为1:6~1:10，本实施例中选择低阻抗电容微带32的宽度为4mm，而高阻抗电容微带31的宽度为0.5mm。

在本实施例中，微带线结构选择铜贴片，且厚度设定为0.035mm，整个介质板的宽度设定在20~25mm，长度控制在45~55mm，体积得到有效的减小。

作为上述实施例的优选，介质板2上还包括位于顶面和底面的各两条金属贴片，金属贴片位于连接单元3A和中间单元3B分布方向的两侧，且夹设在金属壳体1的两部分之间。金属壳体1的两部分通过贯穿介质板2和金属贴片的连接件连接。在本实施例中，金属贴片选择铜贴片，宽度设置在3~5mm，厚度与微带线结构的厚度相同即可。

本实施例中的滤波器的频率响应如图8所示，通带为3.1-10.6GHz，带内回拨损耗大于15dB、插入损耗小于0.7dB，带外插损在2.1GHz和12GHz处均已达到30dB以下。群时延变化范围如图9所示，最大变化小于0.8ns。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种高选择性悬置带线超宽带滤波器，包括金属壳体（1）、介质板（2）和微带线结构（3），所述介质板（2）设置于所述金属壳体（1）内的金属腔体内部，所述介质板（2）顶部和底部分别与所述金属腔体内的侧壁间隔设置；

其特征在于，所述微带线结构（3）包括连接单元（3A）和中间单元（3B），所述连接单元（3A）包括高阻抗电感微带（31）和至少位于其一侧的低阻抗电容微带（32），所述中间单元（3B）包括高阻抗电感微带（31）和位于其两侧的低阻抗电容微带（32），两所述连接单元（3A）和若干所述中间单元（3B）上下交错设置在所述介质板（2）的顶部和底部，在所述介质板（2）的厚度方向相邻两所述低阻抗电容微带（32）两两对应形成电容部分，其中，至少一个所述连接单元（3A）的连接端依次串联有高阻抗电感微带（31）和低阻抗电容微带（32），和/或至少一个所述中间单元（3B）依次串联有高阻抗电感微带（31）和低阻抗电容微带（32），在滤波器阻带产生对应的传输零点。

2.根据权利要求1所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，两所述连接单元（3A）位于所述介质板（2）的同一侧。

3.根据权利要求1所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述电容部分包括串联电容和并联电容，两两对应的所述低阻抗电容微带（32）在所述介质板（2）厚度方向上重合的部分为串联电容，其他部分为并联电容。

4.根据权利要求1所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述传输零点自所述连接单元（3A）和中间单元（3B）中所述高阻抗电感微带（31）的端部或中部引出。

5.根据权利要求1所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述金属壳体（1）包括位于所述介质板（2）上下的两部分，每部分上的腔体均具有与所述介质板（2）平行间隔设置的侧壁，且两所述侧壁与所述介质板（2）的间隔距离相等。

6.根据权利要求5所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述介质板（2）上还包括位于顶面和底面的各两条金属贴片，所述金属贴片位于所述连接单元（3A）和中间单元（3B）分布方向的两侧，且夹设在所述金属壳体（1）的两部分之间。

7.根据权利要求7所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述金属壳体（1）的两部分通过贯穿所述介质板（2）和所述金属贴片的连接件连接。

8.根据权利要求1所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述高阻抗电感微带（31）和低阻抗电容微带（32）的宽度比为1:6~1:10。

9.根据权利要求1所述的高选择性悬置带线超宽带滤波器，其特征在于，所述微带线结构为铜贴片。

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