CN112736385A - 微带滤波器 - Google Patents

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CN112736385A
CN112736385A CN202011626074.8A CN202011626074A CN112736385A CN 112736385 A CN112736385 A CN 112736385A CN 202011626074 A CN202011626074 A CN 202011626074A CN 112736385 A CN112736385 A CN 112736385A
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陈文宽
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Abstract

本申请涉及滤波器，提供了一种微带滤波器，设置于电路板上，所述微带滤波器包括呈容性的第一微带器件和呈感性的第二微带器件，所述第一微带器件和所述第二微带器件相串联或相并联；所述第一微带器件包括多块金属板，相邻的所述金属板之间可通过连接导体电连接；所述第二微带器件为平面螺旋状或蛇形结构，所述第二微带器件中间隔相邻的微带线段之间可通过短接导体短接。可以通过连接导体并接金属板的数量来调节第一微带器件的电容参数；可以通过短接导体短接径向相邻的微带线段调节第二微带器件的电感参数，因此，可使得微带滤波器的工作频率可动态调节。

Description

微带滤波器
技术领域
本申请属于滤波器技术领域，尤其涉及一种微带滤波器。
背景技术
滤波器是电子、通讯领域的常用器件，目前分有集成滤波器、分立器件滤波器以及常规微带滤波器，其中集成滤波器尺寸小、性能好，但是成本较高，开发自制难度大，工作频率一般不可动态调节；分立器件滤波器成本适中，调试也较为灵活，但是，其电路一致性受到器件一致性的影响，工作频率也一般不可动态调节；常规微带滤波器成本低，可以自主设计，但是工作频率也不可动态调节。
发明内容
本申请的目的在于提供一种微带滤波器，旨在解决传统的滤波器工作频率不可动态调节的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种微带滤波器，设置于电路板上，所述电路板包括第一导电层和与所述第一导电层相对的第二导电层，所述微带滤波器呈容性的第一微带器件和呈感性的第二微带器件，所述第一微带器件和所述第二微带器件相串联或相并联；
所述第一微带器件包括设于所述第一导电层、所述第二导电层的多块金属板，设于所述第一导电层的金属板和设于所述第二导电层的金属板一一对应且相互形成电容器，相邻的所述金属板之间可通过连接导体电连接；
所述第二微带器件为平面螺旋状结构或蛇形走线结构，所述第二微带器件中间隔相邻的微带线段之间可通过短接导体短接。
在其中一个实施例中，所述第二微带器件包括：
第一过孔，开设在所述电路板上；
第一微带线，设于所述第一导电层上，一端与所述第一过孔连接，且以所述第一过孔为起点向外相间隔地盘绕形成一平面螺旋状结构，所述第一微带线的另一端用于输入/输出信号；以及
第二微带线，设于所述第二导电层上，一端与所述第一过孔连接，另一端用于输入/输出信号；
其中，所述第一微带线中，径向相邻的微带线段之间可通过所述短接导体短接。
在其中一个实施例中，还包括：
第二过孔，开设在所述电路板上，位于所述第一微带线之外，所述第二微带线的另一端与所述第二过孔连接；
第三微带线，设于所述第一导电层上，位于所述第一微带线之外，所述第三微带线的一端与所述第二过孔连接，另一端用于输入/输出信号。
在其中一个实施例中，所述短接导体、所述连接导体为焊锡或邦线。
在其中一个实施例中，所述第二微带线为长条形；所述第三微带线为长条形。
在其中一个实施例中，所述第一微带器件包括：
间隔设于所述第一导电层上的第一金属板和至少一块第二金属板；
第一连接端，与所述第一金属板连接；
间隔设于所述第二导电层上的第三金属板和至少一块第四金属板；以及，其中，所述第一金属板与所述第三金属板正相对，每一块所述第二金属板与一块所述第四金属板正相对；
第二连接端，与所述第二金属板连接；以及
接地导体；
其中，所述第一金属板和相邻的所述第二金属板之间、相邻的两块所述第二金属板之间、所述第三金属板和相邻的所述第四金属板之间、相邻的两块所述第四金属板之间、所述第二金属板与所述接地导体之间以及所述第四金属板与所述接地导体之间可通过所述连接导体电连接。
在其中一个实施例中，所述接地导体包括第一接地金属板，所述第一接地金属板设于所述第一导电层，且与所述第一金属板、所述第二金属板间隔设置。
在其中一个实施例中，所述接地导体包括第二接地金属板，所述第二接地金属板设于所述第二导电层，且与所述第三金属板、所述第四金属板间隔设置。
在其中一个实施例中，所述第一金属板、所述至少一块第二金属板、所述第三金属板和所述至少一块第四金属板为多边形、圆形或椭圆形。
在其中一个实施例中，所述第一连接端和所述第二连接端为长条形微带线；所述长条形微带线的宽度小于所述第一金属板、所述第二金属板、第三金属板和所述第四金属板中任一项的宽度或长度。
上述的微带滤波器通过设置第一微带器件和第二微带器件，其中第一微带器件由设置在电路板不同层的金属板耦合形成，且可以通过连接导体并接金属板的数量来调节第一微带器件的电容参数；第二微带器件由设置在电路板上的平面螺旋状结构形成，且可以通过短接导体短接径向相邻的微带线段调节第二微带器件的电感参数，因此，可使得微带滤波器的工作频率可动态调节。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种微带器件的第一导电层结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种微带器件的第二导电层结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种微带器件实施例一的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种微带器件实施例二的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种微带器件实施例二的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的微带滤波器实施例一的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的微带滤波器实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，图1示出了本申请实施例提供的微带器件的第一导电层结构示意图，图2示出了本申请实施例提供的微带器件的第二导电层结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
微带器件10设置于电路板上，电路板包括第一导电层和与第一导电层相对的第二导电层，微带器件10包括间隔设于第一导电层上的第一金属板11和至少一块第二金属板12；以及与第一金属板11连接的第一连接端21；以及间隔设于第二导电层上的第三金属板13和至少一块第四金属板14；以及与第二金属板12连接的第二连接端22；以及接地导体30。其中，第一连接端21和第二连接端22错位不正对，延长方向相反。
其中，第一金属板11与第三金属板13正相对形成第一容性单元，每一块第二金属板12与一块第四金属板14正相对形成第二容性单元。第一金属板11和相邻的第二金属板12之间、相邻的两块第二金属板12之间、第三金属板13和相邻的第四金属板14之间、相邻的两块第四金属板14之间、第二金属板12与接地导体30之间以及第四金属板14与接地导体30之间可通过连接导体40电连接。
该微带器件10是一个2端口网络，呈现高通滤波特性；假设电路板为双层印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，第一导电层、第二导电层则分别为PCB板的TOP(顶)层和BOTTOM(底)层。可以理解的是，接地导体30并不限定其结构形式，其可以是围绕在金属板周围的微带线，或者是接地焊盘等。
当其中一个第二容性单元通过连接导体40接通接地导体30时，断开该第二容性单元与相邻的第一容性单元或第二容性单元之间的连接导体40，该微带器件10容性降低。
当其中一个第二容性单元接通与相邻的第一容性单元或第二容性单元之间的连接导体40时，断开该第二容性单元与接地导体30之间的连接导体40，该微带器件10容性增加。
其中，连接导体40为焊锡或邦线，如此，每个容性单元的不同尺寸对应不同的容性值，尺寸越大，容性值越大，比如调节金属板的面积或形状。其中，第一金属板11、第二金属板12、第三金属板13和第四金属板14为多边形、圆形或椭圆形。另外，导通不同的容性单元可以调节该微带器件10的容性。
进一步地，可以通过控制接地划锡焊盘(连接导体40)通断、控制容性单元划锡焊盘(连接导体40)通断，实现微带器件10的容性可调节，从而实现该装置高通滤波的工作频率可调。
在其中一个实施例中，接地导体30包括第一接地金属板31，第一接地金属板31设于第一导电层，且与第一金属板11、第二金属板12间隔设置。第一金属板11、第二金属板12可以通过连接导体40连接第一接地金属板31接地，第三金属板13、第四金属板14也可以通过过孔连接到第一接地金属板31接地。在另一个实施例中，接地导体30包括第二接地金属板32，第二接地金属板32设于第二导电层，且与第三金属板13、第四金属板14间隔设置，如此，第三金属板13、第四金属板14也可以通过第二接地金属板32接地，从而省略过孔。
在其中一个实施例中，第一连接端21和第二连接端22为长条形微带线，用于输入/输出电信号。其中，长条形微带线的宽度小于第一金属板11、第二金属板12、第三金属板13和第四金属板14中任一项的宽度或长度，长条形微带线可以呈现感性特性。
第二金属板12为两个，分别位于第一金属板11的两侧；第四金属板14为两个，分别位于第三金属板13的两侧，如此形成两个第二容性单元。
可以理解的是，单个容性单元可以引入容抗值，具体引入的容抗值由PCB板厚度、容性单元尺寸、PCB板材电特性相关，在不同的工作频段有不同的容抗值。容性单元的面积越大，电容越大，则容抗值(容抗Xc＝1/2πfc)越小。
示例：矩形的金属板构成的容性单元，PCB板材厚度为1mm，采用FR-4介质
Figure BDA0002874869960000061
另一个示例中，容性单元尺寸都是5mm*5mm。当通过划锡焊盘短接数量不同的容性单元时，会得到不同的电容值。容性单元越多，电容越大，则容抗值(容抗Xc＝1/2πfc)越小。(此处4个容性焊盘和2个划锡点只是举例，容性焊盘和划锡点数量可以根据需求增减)
示例：PCB板材厚度为1mm，采用FR-4介质，容性单元尺寸
Figure BDA0002874869960000062
Figure BDA0002874869960000071
由此可见，容性单元的容抗值和金属贴片的面积、具体的频率相关；通过划锡焊盘的通断，调节多个容性单元的连接与否，实现整个装置的容性可调节；具体的不同结构的容抗值，可以借助仿真软件，精确建模确认，以上两节只列举了具体的两种情况。容性单元尺寸、容性单元的数量、划锡点数量、划锡点位置可以根据需求选择
请参阅图3和图4，示出了本申请实施例提供的另一种微带器件100的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
该微带器件100设置于电路板上，电路板包括第一导电层和与第一导电层相对的第二导电层，微带器件100包括：第一微带线120，设于第一导电层上，以一端为起点向外相间隔地弯折形成平面螺旋状结构或蛇形走线结构，第一微带线120中，间隔相邻的微带线段之间可通过短接导体140短接。
该微带器件100是一个2端口网络，呈现低通滤波特性，在第一微带线120间隔相邻(其中，平面螺旋状结构是径向相邻，蛇形走线结构是一个方向上相邻)的微带线段之间通过短接导体140短接以调节电感参数。假设电路板为双层印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)，第一导电层、第二导电层则分别为PCB板的TOP(顶)层和BOTTOM(底)层。
请参阅图3，在其中一个实施例中，第一微带线120为平面螺旋状结构，该微带器件100包括开设在电路板上的第一过孔110、第一微带线120和第二微带线130(图3中用虚线表示其设置在第二导电层)；第一微带线120设于第一导电层上，第一微带线120的一端与第一过孔110连接，且以第一过孔110为起点向外相间隔地盘绕形成一平面螺旋状结构，第一微带线120的另一端用于输入/输出信号；第二微带线130设于第二导电层上，第二微带线130的一端与第一过孔110连接，另一端用于输入/输出信号；其中，第一微带线120中，径向相邻的微带线段之间可通过短接导体140短接。该实施例中，其中一个端口在第一导电层，另一个端口在第二导电层。
请参阅图5，在另一个实施例中，该微带器件100还包括第二过孔150和第三微带线160。
第二过孔150开设在电路板上，位于第一微带线120之外，第二微带线130的另一端与第二过孔150连接；第三微带线160设于第一导电层上，位于第一微带线120之外，第三微带线160的一端与第二过孔150连接，另一端用于输入/输出信号。从而使得该微带器件100的两个端口都位于第一导电层。图4中的第一微带线120为蛇形走线结构，微带器件100的两个端口都位于第一导电层。
第一微带线120采用平面螺旋状结构，实现电路的感性特性，也可称为感性走线。第一微带线120的盘绕走线的半径、长度、圈数可以根据实际需求选取。感性走线越长，该装置的感性值越大，可以通过选择不同半径、长度、圈数的感性走线来达到需要的感性值。
径向相邻的微带线段之间的短接导体140都断开，则此时感性(电感值)最大。当短接某1个或者多个短接导体140时，根据电流最短路径的规律，电流路径变短，该微带器件100的感性变小。通过选择不同位置和不同数量的短接导体140通断方案，可以实现该器件的感性可调节。短接导体140为焊锡或邦线，因此，可以通过设置不同尺寸的感性走线、控制划锡焊盘(短接导体140)通断、实现微带器件100感性可调节，从而实现该器件低通滤波的工作频率可调。
其中，第一微带线120的线宽为0.05mm～2mm；径向相邻的微带线段的距离为0.1mm～5mm；第二微带线130为长条形；第三微带线160为长条形。
感性走线可以引入感抗值，具体引入的感抗值由PCB板厚度、感抗单元的走线长度、走线圈数、PCB板材电特性相关，在不同的工作频段有不同的感抗值。感性单元的走线长度越长，电感越大，则感抗值(感抗XL＝2πfL)越大。
示例：PCB板材厚度为1mm，采用FR-4介质
Figure BDA0002874869960000081
Figure BDA0002874869960000091
感性走线因为弯折的走线呈现感性，当通过一个短接导体140在感性单元走线上进行短接，会导致感性单元的有效电流路径减少，同时，被短接的部分呈现一个圆环，增加了感性单元的容性，因此，通过短接导体140的不同个数和不同位置的短接，可以动态调整感性单元的电抗特性。
在一个示例中，第一微带线120上的划锡点(短接导体140设定的位置)有3个，其电抗参数和各个划锡点的通断关系见下表：
Figure BDA0002874869960000092
可以理解，感性走线形状可以是各种形状，包括不限于方环、圆环、矩形环、椭圆环、三角环、蛇形走线等；感性走线的感抗值和金属贴片的线宽、线距、最大外围边缘、PCB材质、PCB厚度、具体的频率相关；通过控制多个划锡焊盘的通断，可调节实现感性单元的电抗可调节；具体的不同结构的电抗值，可以借助仿真软件，精确建模确认，以上两节只列举了具体的两种情况；感性单元尺寸、感性单元的数量、划锡点数量、划锡点位置可以根据需求选择。
请参阅图1～图7，本申请实施例还提供的一种微带滤波器，设置于电路板上，电路板包括第一导电层和与第一导电层相对的第二导电层，微带滤波器包括呈容性的第一微带器件10和呈感性的第二微带器件100，第一微带器件10和第二微带器件100相串联或相并联。
第一微带器件10包括设于第一导电层、第二导电层的多块金属板，设于第一导电层的金属板和设于第二导电层的金属板一一对应且相互形成电容器，相邻的金属板之间可通过连接导体40电连接；第二微带器件100为平面螺旋状结构或蛇形走线结构，其中第二微带器件100为平面螺旋状结构时，径向间隔相邻的微带线段之间可通过短接导体140短接；第二微带器件100为蛇形走线结构时，一端向另一端延伸的方向上，间隔相邻的微带线段之间可通过短接导体140短接。
其中，第一微带器件10和第二微带器件100相串联时，第一连接端21与第一微带线120的一端电连接，第二连接端22与第一微带线120的另一端电连接；或者，第一连接端21与第一微带线120的另一端电连接，第二连接端22与第一微带线120的一端电连接。第一微带器件10和第二微带器件100相并联时，第一连接端21与第一微带线120的一端或另一端电连接；或者，第二连接端22与第一微带线120的一端或另一端电连接。
第一微带器件10和第二微带器件100进一步的实施方式请参见图1至图5对应的具体实施例，这里不再赘述。
其中，请参阅图6，呈高通特性的第一微带器件10和呈现低通特性的第二微带器件100相串联时，微带滤波器呈现带通滤波特性。请参阅图7，呈高通特性的第一微带器件10和呈现低通特性的第二微带器件100相并联时，微带滤波器呈现带阻滤波特性。
上述的微带滤波器通过设置第一微带器件10和第二微带器件100，其中第一微带器件10由设置在电路板不同层的金属板耦合形成，且可以通过连接导体40并接金属板的数量来调节第一微带器件10的电容参数；第二微带器件100由设置在电路板上的平面螺旋状结构形成，且可以通过短接导体140短接径向相邻的微带线段调节第二微带器件100的电感参数，因此，可使得微带滤波器的工作频率可动态调节。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微带滤波器，设置于电路板上，所述电路板包括第一导电层和与所述第一导电层相对的第二导电层，其特征在于，所述微带滤波器包括呈容性的第一微带器件和呈感性的第二微带器件，所述第一微带器件和所述第二微带器件相串联或相并联；
所述第一微带器件包括设于所述第一导电层、所述第二导电层的多块金属板，设于所述第一导电层的金属板和设于所述第二导电层的金属板一一对应且相互形成电容器，相邻的所述金属板之间可通过连接导体电连接；
所述第二微带器件为平面螺旋状结构或蛇形走线结构，所述第二微带器件中间隔相邻的微带线段之间可通过短接导体短接。
2.如权利要求1所述的微带滤波器，其特征在于，所述第二微带器件为平面螺旋状结构，包括：
第一过孔，开设在所述电路板上；
第一微带线，设于所述第一导电层上，一端与所述第一过孔连接，且以所述第一过孔为起点向外相间隔地盘绕形成一平面螺旋状结构，所述第一微带线的另一端用于输入/输出信号；以及
第二微带线，设于所述第二导电层上，一端与所述第一过孔连接，另一端用于输入/输出信号；
其中，所述第一微带线中，径向相邻的微带线段之间可通过所述短接导体短接。
3.如权利要求2所述的微带滤波器，其特征在于，还包括：
第二过孔，开设在所述电路板上，位于所述第一微带线之外，所述第二微带线的另一端与所述第二过孔连接；
第三微带线，设于所述第一导电层上，位于所述第一微带线之外，所述第三微带线的一端与所述第二过孔连接，另一端用于输入/输出信号。
4.如权利要求1所述的微带滤波器，其特征在于，所述短接导体、所述连接导体为焊锡或邦线。
5.如权利要求3所述的微带滤波器，其特征在于，所述第二微带线为长条形；所述第三微带线为长条形。
6.如权利要求1至5任一项所述的微带滤波器，其特征在于，所述第一微带器件包括：
间隔设于所述第一导电层上的第一金属板和至少一块第二金属板；
第一连接端，与所述第一金属板连接；
间隔设于所述第二导电层上的第三金属板和至少一块第四金属板；以及，其中，所述第一金属板与所述第三金属板正相对，每一块所述第二金属板与一块所述第四金属板正相对；
第二连接端，与所述第二金属板连接；以及
接地导体；
其中，所述第一金属板和相邻的所述第二金属板之间、相邻的两块所述第二金属板之间、所述第三金属板和相邻的所述第四金属板之间、相邻的两块所述第四金属板之间、所述第二金属板与所述接地导体之间以及所述第四金属板与所述接地导体之间可通过所述连接导体电连接。
7.如权利要求6所述的微带滤波器，其特征在于，所述接地导体包括第一接地金属板，所述第一接地金属板设于所述第一导电层，且与所述第一金属板、所述第二金属板间隔设置。
8.如权利要求7所述的微带滤波器，其特征在于，所述接地导体包括第二接地金属板，所述第二接地金属板设于所述第二导电层，且与所述第三金属板、所述第四金属板间隔设置。
9.如权利要求6所述的微带滤波器，其特征在于，所述第一金属板、所述至少一块第二金属板、所述第三金属板和所述至少一块第四金属板为多边形、圆形或椭圆形。
10.如权利要求6所述的微带滤波器，其特征在于，所述第一连接端和所述第二连接端为长条形微带线；所述长条形微带线的宽度小于所述第一金属板、所述第二金属板、第三金属板和所述第四金属板中任一项的宽度或长度。
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JPH1084256A (ja) * 1996-09-10 1998-03-31 Kokusai Electric Co Ltd 高速同調フィルタ
CN1495964A (zh) * 1996-02-20 2004-05-12 三菱电机株式会社 高频滤波器
KR20100042308A (ko) * 2008-10-16 2010-04-26 엘지노텔 주식회사 유도결합을 이용한 마이크로스트립 대역통과필터 및 그를 포함하는 장치
CN214411472U (zh) * 2020-12-30 2021-10-15 普联技术有限公司 一种微带器件和滤波器

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