CN112928409A - 具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器，包括介质基板、印制在介质基板上表面的微带线结构和下表面的金属地板；第一至第五发夹型谐振器均为“U”型且依次间隔排列；第一、第三和第五发夹型谐振器开口向上设置，第二和第四发夹型谐振器开口向下设置，且关于y轴对称；输入馈线一端靠近第一发夹型谐振器，另一端与第一开路短截线连接，输入馈线与第一发夹型谐振器之间通过第一传输线连接；输出馈线一端靠近第五发夹型谐振器，另一端与第二开路短截线连接，输出馈线与第五发夹型谐振器之间通过第二传输线连接。其可用于微波毫米波电路的设计，在实现宽阻带和高选择性的前提下，同时具有设计简便、易于加工、成本低的优点。

Description

具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器

技术领域

本发明涉及带通滤波器技术领域，具体地，涉及一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器。

背景技术

众所周知，滤波器在许多微波应用中起着重要的作用。滤波器用于分离或合并不同的频率。电磁频谱是有限的，必须共享。滤波和用于选择和限制微波信号在指定的光谱范围内。无线通讯等新兴应用对微波滤波器提出了更高的要求，要求滤波器其性能更好，体积更小，重量更轻和成本更低。根据不同的要求和规格，微波滤波器可以设计成集总元件或分布电路，也可以实现在各种传输线结构中，如波导、同轴、带线、悬置微带和微带等等。

随着通信技术的快速发展，宽带无线通信凭借其空间容量大、传输速度快、功耗高、处理增益高、安全性能好等优点使其拥有巨大的发展潜力。滤波器作为微波系统中的重要组成部分，其性能直接关系到整个系统的性能。传统的带通滤波器一般分为平面微带、带状线结构滤波器和金属波导结构滤波器。金属波导结构滤波器虽Q值高，功率容量大，损耗小，但其体积庞大，难与其他微波电路集成且难以实现小型化。带状线阻抗容易控制、屏蔽效果好、易于集成且加工方便，但是传播信号速度慢。微带线保留了带状线滤波器的易于集成和加工方便等优势，且兼具体积小、重量轻、频带宽、传播信号速度快等优点，目前受到了广泛的关注与应用。为了适应微波集成电路小型化的要求，滤波器不仅需要优良的性能，而且要求体积小、结构紧凑，便于集成于互联网。近年来，宽带滤波器的设计不断被提出，新技术、新工艺的出现使得宽带滤波器的设计理论方法得到不断丰富和完善。这些技术大致可以分为多模谐振器法、优化短路枝节线法、滤波器级联法、复合左右手传输结构和微带垂直过渡结构等。

然而，基于微带结构的滤波器谐波抑制度差，使得通带外的寄生通带明显，阻带极窄，在实际应用中容易引入杂波，造成邻近宽带通信系统相互干扰。此外，目前大多数滤波器通带内的群时延较大，平坦度也不够，会引起到达接收端的信号因各频率分量的相移或时延不同而产生相位关系的紊乱，即相位失真。为了使滤波器有比较好的过渡带和较好的阻带性能，通常采用多阶级联等方式，不仅导致滤波器的插入损耗大，还会牺牲滤波器整体尺寸，不利于系统的小型化。

因此，急需要提供一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器来解决上述技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器，该微带带通滤波器可用于微波毫米波电路的设计，在实现宽阻带和高选择性的前提下，同时具有设计简便、易于加工、成本低的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器，包括介质基板、印制在介质基板上表面的微带线结构和下表面的金属地板；其中，

微带线结构包括输入馈线、第一发夹型谐振器、第二发夹型谐振器、第三发夹型谐振器、第四发夹型谐振器、第五发夹型谐振器、输出馈线、第一开路短截线、第二开路短截线、第一传输线、第二传输线；

第一发夹型谐振器、第二发夹型谐振器、第三发夹型谐振器、第四发夹型谐振器和第五发夹型谐振器均为“U”型且依次间隔排列；第一发夹型谐振器、第三发夹型谐振器和第五发夹型谐振器开口向上设置，第二发夹型谐振器和第四发夹型谐振器开口向下设置，且关于y轴对称；

输入馈线一端靠近第一发夹型谐振器，另一端与第一开路短截线连接，并且，输入馈线与第一发夹型谐振器之间通过第一传输线连接；

输出馈线一端靠近第五发夹型谐振器，另一端与第二开路短截线连接，并且，输出馈线与第五发夹型谐振器之间通过第二传输线连接。

优选地，第一发夹型谐振器和第五发夹型谐振器的结构数据相同，第二发夹型谐振器、第三发夹型谐振器和第四发夹型谐振器的结构数据相同。

优选地，第一发夹型谐振器、第五发夹型谐振器的谐振长度与第二发夹型谐振器、第三发夹型谐振器、第四发夹型谐振器的谐振长度不相同。

优选地，第一开路短截线与第二开路短截线的谐振长度相同，微带宽度相同，且关于y轴对称。

优选地，第一发夹型谐振器、第二发夹型谐振器、第三发夹型谐振器、第四发夹型谐振器、第五发夹型谐振器、第一开路短截线、第二开路短截线的谐振长度为四分之一波长。

优选地，第一发夹型谐振器和第二发夹型谐振器之间的距离与第四发夹型谐振器和第五发夹型谐振器之间的距离相等；第二发夹型谐振器和第三发夹型谐振器之间的距离与第三发夹型谐振器和第四发夹型谐振器之间的距离相等；并且，第一发夹型谐振器和第二发夹型谐振器之间的距离与第二发夹型谐振器和第三发夹型谐振器之间的距离不相同。

优选地，金属地板的材料为金属，用于作为上层微带线结构的接地金属平板。

根据上述技术方案，本发明采用发夹型谐振器结构的上层微带线结构，能够使滤波器实现更小的体积；采用多级发夹型微带线耦合连接，使得滤波器通带内纹波较好，具有良好的过渡带和较好的阻带性能；同时，使得本发明减小了滤波器的整体尺寸，同时简化了设计的复杂度。

进一步的，在发夹型谐振器结构的基础上，引入了多个开路枝节，能够提高宽带带通滤波器结构的选择性，在滤波器的阻带中引入多个传输零点，降低寄生通带对高次谐波滤除的干扰，进而改善抑制高次谐波的效果；同时，使得本发明有与传统寄生通带抑制结构不同的结构，减小了滤波器的整体尺寸。

并且，由于本发明输入馈线和输出馈线采用零度馈电结构，所述输入馈线和输出馈线均采用欧姆微带线，克服了现有技术中通带选择性较差的不足，提高通带选择性，实现通带具有较好的选择性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器的总体结构示意图；

图2是本发明中具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器的总体结构俯视示意图；

图3是具体实施例的频率响应的回波损耗和传输特性的仿真曲线图。

附图标记说明

1-介质基板 2-微带线结构

3-金属地板 4-输入馈线

5-第一发夹型谐振器 6-第二发夹型谐振器

7-第三发夹型谐振器 8-第四发夹型谐振器

9-第五发夹型谐振器 10-输出馈线

11-第一开路短截线 12-第二开路短截线

13-第一传输线 14-第二传输线

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、远、近”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。

参见图1，本发明提供一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器，包括介质基板1、印制在介质基板1上表面的微带线结构2和下表面的金属地板3；其中，

微带线结构2包括输入馈线4、第一发夹型谐振器5、第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7、第四发夹型谐振器8、第五发夹型谐振器9、输出馈线10、第一开路短截线11、第二开路短截线12、第一传输线13、第二传输线14；

第一发夹型谐振器5、第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7、第四发夹型谐振器8和第五发夹型谐振器9均为“U”型且依次间隔排列；第一发夹型谐振器5、第三发夹型谐振器7和第五发夹型谐振器9开口向上设置，第二发夹型谐振器6和第四发夹型谐振器8开口向下设置，且关于y轴对称；

输入馈线4一端靠近第一发夹型谐振器5，另一端与第一开路短截线11连接，并且，输入馈线4与第一发夹型谐振器5之间通过第一传输线13连接；

输出馈线10一端靠近第五发夹型谐振器9，另一端与第二开路短截线12连接，并且，输出馈线10与第五发夹型谐振器9之间通过第二传输线14连接。

第一发夹型谐振器5和第五发夹型谐振器9的结构数据相同，第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7和第四发夹型谐振器8的结构数据相同。

第一发夹型谐振器5、第五发夹型谐振器9的谐振长度与第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7、第四发夹型谐振器8的谐振长度不相同。

第一开路短截线11与第二开路短截线12的谐振长度相同，微带宽度相同，且关于y轴对称。

第一发夹型谐振器5、第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7、第四发夹型谐振器8、第五发夹型谐振器9、第一开路短截线11、第二开路短截线12的谐振长度为四分之一波长。

第一发夹型谐振器5和第二发夹型谐振器6之间的距离与第四发夹型谐振器8和第五发夹型谐振器9之间的距离相等；第二发夹型谐振器6和第三发夹型谐振器7之间的距离与第三发夹型谐振器7和第四发夹型谐振器8之间的距离相等；并且，第一发夹型谐振器5和第二发夹型谐振器6之间的距离与第二发夹型谐振器6和第三发夹型谐振器7之间的距离不相同。

金属地板3的材料为金属，其厚度会影响电磁耦合强度，该金属板主要是作为上层微带线结构的接地金属平板。

在一种具体实施方式中，介质基板1的上下底面为金属层，介质基板1材质为Rogers RO4003C，厚度为0.8128mm，相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。

如图2所示，具体实施例中，介质基板1的上表面印制有上表层微带线结构2；所有微带线金属层厚度为35μm，材质为金属铜；输入馈线4和输出馈线10的长度L＝6mm、宽度W＝1.8mm；第一传输线13和第二传输线14的长度w2＝0.4mm、宽度w2＝0.4mm；第一发夹型谐振器5、第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7、第四发夹型谐振器8和第五发夹型谐振器9微带线的宽度w1＝1.3mm，整体宽度l3＝4.5mm，第一发夹型谐振器5和第五发夹型谐振器9的谐振长度l2＝9.9mm，第二发夹型谐振器6、第三发夹型谐振器7和第四发夹型谐振器8的谐振长度l1＝10.5mm；第一发夹型谐振器5和第二发夹型谐振器6之间的距离与第四发夹型谐振器8和第五发夹型谐振器9之间的距离s1＝0.2mm，第二发夹型谐振器6和第三发夹型谐振器7之间的距离与第三发夹型谐振器7和第四发夹型谐振器8之间的距离s2＝0.34mm；第一开路短截线11、第二开路短截线12的微带线宽带a＝1mm,谐振长度b＝5.2mm；第一开路短截线11和第二开路短截线12与输入馈线4和输出馈线10的端点距离l5＝1mm；整个微带滤波器关于Y轴对称。所述带通滤波器整体尺寸为36.4mm×16mm×0.8828mm。

以下通过范例仿真实验，对本发明的技术效果作进一步说明：

1.仿真条件和内容：

利用商业仿真软件HFSS 15.0进行仿真，对本发明的插入损耗与回波损耗进行仿真，仿真结果图如图3所示。

2.范例仿真结果分析：

参照图3，由实施例得到的微带带通滤波器，滤波器的中心频率在f0＝4.35GHz处，3dB工作宽带从f1＝3.76GHz到f2＝4.96GHz，相对宽带FWB＝f1-f2/f0＝27.58％；带内插损低于1.0dB，3.85GHz～4.85GHz的回波损耗小于-11dB，且通带上下边带陡峭，矩形系数高。特别地，滤波器上阻带从5GHz到16GHz以外，阻带带宽大于11GHz，阻带内的S21均低于21dB，大部分低于33dB。表明本发明得到的微带带通滤波器具有宽阻带和较大的的选择性，能够保证宽带系统互不干扰，保证宽带系统信号不失真的传输。

综上所述，本发明采用发夹型谐振器结构的上层微带线结构，能够使滤波器实现更小的体积；采用多级发夹型微带线耦合连接，使得滤波器通带内纹波较好，具有良好的过渡带和较好的阻带性能；同时，使得本发明减小了滤波器的整体尺寸，同时简化了设计的复杂度。

进一步的，在发夹型谐振器结构的基础上，引入了多个开路枝节，能够提高宽带带通滤波器结构的选择性，在滤波器的阻带中引入多个传输零点，降低寄生通带对高次谐波滤除的干扰，进而改善抑制高次谐波的效果；同时，使得本发明有与传统寄生通带抑制结构不同的结构，减小了滤波器的整体尺寸。

并且，由于本发明输入馈线和输出馈线采用零度馈电结构，所述输入馈线和输出馈线均采用欧姆微带线，克服了现有技术中通带选择性较差的不足，提高通带选择性，实现通带具有较好的选择性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种具有宽阻带和高选择性的微带带通滤波器，其特征在于，包括介质基板(1)、印制在介质基板(1)上表面的微带线结构(2)和下表面的金属地板(3)；其中，

微带线结构(2)包括输入馈线(4)、第一发夹型谐振器(5)、第二发夹型谐振器(6)、第三发夹型谐振器(7)、第四发夹型谐振器(8)、第五发夹型谐振器(9)、输出馈线(10)、第一开路短截线(11)、第二开路短截线(12)、第一传输线(13)、第二传输线(14)；

第一发夹型谐振器(5)、第二发夹型谐振器(6)、第三发夹型谐振器(7)、第四发夹型谐振器(8)和第五发夹型谐振器(9)均为“U”型且依次间隔排列；第一发夹型谐振器(5)、第三发夹型谐振器(7)和第五发夹型谐振器(9)开口向上设置，第二发夹型谐振器(6)和第四发夹型谐振器(8)开口向下设置，且关于y轴对称；

输入馈线(4)一端靠近第一发夹型谐振器(5)，另一端与第一开路短截线(11)连接，并且，输入馈线(4)与第一发夹型谐振器(5)之间通过第一传输线(13)连接；

输出馈线(10)一端靠近第五发夹型谐振器(9)，另一端与第二开路短截线(12)连接，并且，输出馈线(10)与第五发夹型谐振器(9)之间通过第二传输线(14)连接。

2.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一发夹型谐振器(5)和第五发夹型谐振器(9)的结构数据相同，第二发夹型谐振器(6)、第三发夹型谐振器(7)和第四发夹型谐振器(8)的结构数据相同。

3.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一发夹型谐振器(5)、第五发夹型谐振器(9)的谐振长度与第二发夹型谐振器(6)、第三发夹型谐振器(7)、第四发夹型谐振器(8)的谐振长度不相同。

4.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一开路短截线(11)与第二开路短截线(12)的谐振长度相同，微带宽度相同，且关于y轴对称。

5.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一发夹型谐振器(5)、第二发夹型谐振器(6)、第三发夹型谐振器(7)、第四发夹型谐振器(8)、第五发夹型谐振器(9)、第一开路短截线(11)、第二开路短截线(12)的谐振长度为四分之一波长。

6.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，第一发夹型谐振器(5)和第二发夹型谐振器(6)之间的距离与第四发夹型谐振器(8)和第五发夹型谐振器(9)之间的距离相等；第二发夹型谐振器(6)和第三发夹型谐振器(7)之间的距离与第三发夹型谐振器(7)和第四发夹型谐振器(8)之间的距离相等；并且，第一发夹型谐振器(5)和第二发夹型谐振器(6)之间的距离与第二发夹型谐振器(6)和第三发夹型谐振器(7)之间的距离不相同。

7.根据权利要求1所述的微带带通滤波器，其特征在于，金属地板(3)的材料为金属，用于作为上层微带线结构的接地金属平板。

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