CN113285194B - 一种小型化宽抑制带低通微带滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种小型化宽抑制带低通微带滤波器，属于滤波器技术领域，该滤波器包括由下而上依次设置的接地层、介质基板和刻蚀电路层，刻蚀电路层包括信号输入端口、信号输出端口、多弯形谐振器和开路枝节模块，信号输入端口和信号输出端口处分别连接有多弯形谐振器，两个多弯形谐振器之间通过信号传输线相连，信号传输线的两侧分别设置开路枝节模块，本发明的有益效果是，本发明涉及的滤波器整体结构简单，尺寸小，加工成本低，具有通带损耗低且抑制带宽的特性，可以应用于要求滤除更广杂波的微波电路当中。

Description

一种小型化宽抑制带低通微带滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种小型化宽抑制带低通微带滤波器。
背景技术
滤波器是一种对波进行过滤的器件，其实质上为一个选频电路，允许有用频率的信号顺利通过，而将没用频率的信号阻拦住不使其通过，从而达到对频率进行过滤的功能。滤波的过程即为从被噪声畸变和污染的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。滤波的结果即是得到一个特定频率或消除一个特定频率。
根据所筛选信号频率的不同，滤波器可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。低通滤波是其中的一种过滤方式，低通滤波器利用电容通高频阻低频，以及电感通低频阻高频的原理，对于需要截止的高频，利用电容吸收、电感阻碍的方法阻碍它的通过，对于所需要的低频，利用电容高阻、电感低阻的特点使它通过。
低通滤波器在音箱的分配器中能够应用，使得信号中的低音能被分离出来，送入单独的放大器，使得低音音箱能够工作；在无线电发射机中，可以使用低通滤波器来阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射，在网络传输中，DSL分离器使用低通和高通滤波器分离共享使用双绞线的DSL和POTS信号；在电子音乐重要设备—音乐模拟合成器中，低通滤波也器能发挥作用。现有的低通滤波器大多更关注于通带的损耗降低，但在工程应用当中，宽阻带的低通滤波器可以实现更好的效果，滤除更广的杂波，但是现有的低通滤波器为了提高带外抑制，往往因为选择了相应的滤波器后对印刷线路板布局不合理而使整个滤波器的外形尺寸增大，使整体结构不够紧凑。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种小型化宽抑制带低通微带滤波器，整体结构简单，尺寸小，加工成本低，具有通带损耗低且抑制带宽的特性，可以应用于要求滤除更广杂波的微波电路当中。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述小型化宽抑制带低通微带滤波器，包括由下而上依次设置的接地层、介质基板和刻蚀电路层，所述刻蚀电路层包括信号输入端口、信号输出端口、多弯形谐振器和开路枝节模块，所述信号输入端口和信号输出端口处分别连接有多弯形谐振器，两个多弯形谐振器之间通过信号传输线相连，所述信号传输线的两侧分别设置所述开路枝节模块。
两个所述多弯形谐振器以垂直于所述信号传输线的中心为对称轴对称布置。
所述多弯形谐振器包括两个折弯支脚，所述折弯支脚设置为Z形支脚，两个折弯支脚的一端与所述信号输入端口或信号输出端口相连，且两个折弯支脚对称布置。
所述折弯支脚的端部向外侧伸出的长度设置为0.2～0.9mm，宽度设置为0.2～0.6mm。
所述信号输入端口和信号输出端口靠近所述多弯形谐振器的一端设置有圆形孔，所述圆形孔的内径设置为1.0～1.5mm。
所述开路枝节模块包括矩形开路枝节和扇形开路枝节，所述矩形开路枝节的端部和所述扇形开路枝节的尖端与所述信号传输线相连，所述信号传输线两侧的开路枝节模块以所述信号传输线的中心点为中心成中心对称布置。
所述矩形开路枝节长度设置为1.9～2.3mm，宽度设置为0.03～0.07mm，所述扇形开路枝节的半径设置为2.8～3.2mm，弧度设置为30.4°～34.4°。
所述矩形开路枝节靠近所述多弯形谐振器布置，所述矩形开路枝节与所述扇形开路枝节之间相隔一段距离，所述扇形开路枝节靠近所述矩形开路枝节的一侧与所述信号传输线之间的夹角设置为30.4°～34.4°。
所述信号输入端口和信号输出端口的外缘分别与所述介质基板的两端齐平。
所述接地层和刻蚀电路层由包括金、银、铜的导电材料制备而成。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过在介质基板的金属层直接蚀刻结构形成滤波器，加工精度高，简单易行，有利于集成，并且介质基板选择性多，有利于降低成本，而且通过采用设置在信号传输线上连接的多弯形谐振器、开路枝节模块，可以构成同一平面上的多阶带状线组成的低通滤波器，采用带状线多次弯折的方式构成多弯形谐振器，与常规设计连接相比较，大大缩短了滤波器在长度方向的大小，使整体结构尺寸得到有效减小，可以应用到无线通信射频前端和整流天线系统中，可广泛用于微波中继通讯、卫星通讯、雷达技术、电子对抗及微波测量仪等设备中。
2、本发明通过在信号传输线上连接由矩形元素构成的多弯形谐振器为开路枝节，且在信号输入端口和信号输出端口靠近多弯形谐振器的一端设置圆形孔，保证了滤波器在近端阻带的陡峭衰减，使过渡带宽的宽度很小，提高了滤波性能；通过在传输线的两侧增加矩形开路枝节，组成了带阻结构，保证了该滤波器有足够宽的阻带带宽。
综上，本发明涉及的滤波器整体结构简单，尺寸小，加工成本低，具有通带损耗低且抑制带宽的特性，可以应用于要求滤除更广杂波的微波电路当中。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中的滤波器的结构示意图；
图2为本发明中的滤波器的结构尺寸示意图；
图3为本发明中实施例1的S参数测量结果的结构示意图；
图4为本发明中实施例2的S参数测量结果的结构示意图；
图5为本发明中实施例3的S参数测量结果的结构示意图；
图6为本发明中对比例1的滤波器的结构示意图；
图7为本发明中对比例1的S参数测量结果的结构示意图；
上述图中的标记均为：1.接地层，2.介质基板，3.刻蚀电路层，4.信号输入端口，5.信号输出端口，6.多弯形谐振器，61.折弯支脚，7.开路枝节模块，71.矩形开路枝节，72.扇形开路枝节，8.信号传输线，9.圆形孔。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。
本发明具体的实施方案为：如图1所示，一种小型化宽抑制带低通微带滤波器，包括由下而上依次设置的接地层1、介质基板2和刻蚀电路层3，其中的接地层1和刻蚀电路层3由包括金、银、铜的导电材料制备而成，其中的刻蚀电路层3通过印制电路板制造工艺在介质基板2的金属层上直接蚀刻形成，加工精度高，简单易行，有利于集成，并且介质基板选择性多，有利于降低成本，该刻蚀电路层3包括信号输入端口4、信号输出端口5、多弯形谐振器6和开路枝节模块7，信号输入端口4和信号输出端口5处分别连接有多弯形谐振器6，两个多弯形谐振器6之间通过信号传输线8相连，信号传输线8的两侧分别设置开路枝节模块7，可以构成同一平面上的多阶带状线组成的低通滤波器，采用带状线多次弯折的方式构成多弯形谐振器，与常规设计连接相比较，大大缩短了滤波器在长度方向的大小，使整体结构尺寸得到有效减小，可以应用到无线通信射频前端和整流天线系统中，可广泛用于微波中继通讯、卫星通讯、雷达技术、电子对抗及微波测量仪等设备中。
具体地，其中的两个多弯形谐振器6以垂直于信号传输线8的中心为对称轴对称布置，该多弯形谐振器6包括两个折弯支脚61，折弯支脚61设置为Z形支脚，两个折弯支脚61的一端与信号输入端口4或信号输出端口5相连，且两个折弯支脚61对称布置，折弯支脚61的端部向外侧伸出的长度设置为0.2～0.9mm，宽度设置为0.2～0.6mm，这种结构大大缩短了滤波器在长度方向的大小，减小了结构尺寸。
具体地，其中的信号输入端口4和信号输出端口5靠近多弯形谐振器6的一端设置有圆形孔9，圆形孔9的内径设置为1.0～1.5mm，加上信号传输线8上连接的由矩形元素构成的多弯形谐振器为开路枝节，保证了滤波器在近端阻带的陡峭衰减，使过渡带宽的宽度很小，提高了滤波性能。
具体地，其中的开路枝节模块7包括矩形开路枝节71和扇形开路枝节72，矩形开路枝节71的端部和扇形开路枝节72的尖端与信号传输线8相连，信号传输线8两侧的开路枝节模块7以信号传输线8的中心点为中心成中心对称布置，形成了0～8GHz的通带，其中的矩形开路枝节71长度设置为1.9～2.3mm，宽度设置为0.03～0.07mm，扇形开路枝节72的半径设置为2.8～3.2mm，弧度设置为30.4°～34.4°。矩形开路枝节71靠近多弯形谐振器6布置，矩形开路枝节71与扇形开路枝节72之间相隔一段距离，扇形开路枝节72靠近矩形开路枝节71的一侧与信号传输线8之间的夹角设置为30.4°～34.4°，通过在信号传输线8上增加矩形开路枝节71，组成带阻结构，保证了该滤波器有足够宽的阻带带宽。
另外，信号输入端口4和信号输出端口5的外缘分别与介质基板2的两端齐平，保证可顺利接入SMA馈电接头。
实施例1
此实施例以一个0～8G低通滤波器的结构为例，其中的介质基板的介电常数为3.55，厚度为0.8128mm。如图2所示，该滤波器中的刻蚀电路层3上各结构的尺寸参数如下：W1＝2mm，L1＝5.6mm，W2＝0.3mm，L2＝4.7mm，W3＝0.4mm，L3＝0.4mm，W4＝3.4mm，L4＝2.3mm，W5＝0.6mm，L5＝2.1mm，W6＝0.05mm，L6＝1.85mm，R1＝1.4mm，R2＝3mm，θ1＝0.18π，θ2＝0.18π。该低通滤波器的尺寸为15.8mm×8mm，该滤波器具有更好的小型化优点。
如图3为上述结构和尺寸的滤波器在电磁软件中仿真建模后得到的S11和S12的参数仿真图，由图可以看出，该滤波器的截止频率为8.21GHz，在通带内，从直流到7.59GHz范围内，带内插入损耗小于1dB，从而实现了较好的带内传输性能，此外，在通带外插入损耗大于20dB的频率带宽范围是8.76GHz～20.51GHz，因此，对应于这一标准，该滤波器具有抑制2次谐波的特性，且阻带内的最大插损达到80dB，因此，该宽抑制带低通微带滤波器具有非常小的电路尺寸、良好的通带特性和较宽的阻带带宽。
实施例2
此实施例与实施例1的不同之处在于该滤波器中的刻蚀电路层3上部分结构的尺寸参数。如图2所示，该滤波器中的刻蚀电路层3上各结构的尺寸参数如下：W1＝1.6mm，L1＝5.6mm，W2＝0.3mm，L2＝4.7mm，W3＝0.4mm，L3＝0.4mm，W4＝3.4mm，L4＝2.3mm，W5＝0.6mm，L5＝1.85mm，W6＝0.05mm，L6＝5.42mm，R1＝1.2mm，R2＝3mm，θ1＝0.16π，θ2＝0.16π。该低通滤波器的尺寸为15.8mm×8mm，该滤波器具有更好的小型化优点。
如图4为上述结构和尺寸的滤波器在电磁软件中仿真建模后得到的S11和S12的参数仿真图，由图可以看出，该滤波器的截止频率为8.15GHz，在通带内，从直流到7.82GHz范围内，带内插入损耗小于1dB，且在通带内S12基本小于20dB,从而实现了较好的带内传输性能，此外，在通带外插入损耗大于20dB的频率带宽范围是8.84GHz～17.22GHz，且阻带内的最大插损达到77.35dB，该滤波器具有抑制2次谐波的特性，且通带到阻带的下降实现快速滚降，阻带内的最大插损达到77.35dB，因此，该宽抑制带低通微带滤波器具有非常小的电路尺寸、良好的通带特性和较宽的阻带带宽。
实施例3
此实施例与实施例1的不同之处在于该滤波器中的刻蚀电路层3上部分结构的尺寸参数。如图2所示，该滤波器中的刻蚀电路层3上各结构的尺寸参数如下：W1＝1.6mm，L1＝5.6mm，W2＝0.5mm，L2＝4.7mm，W3＝0.9mm，L3＝0.4mm，W4＝3.4mm，L4＝2.3mm，W5＝0.6mm，L5＝1.85mm，W6＝0.05mm，L6＝5.42mm，R1＝1.4mm，R2＝3mm，θ1＝0.18π，θ2＝0.18π。该低通滤波器的尺寸为15.8mm×8mm，该滤波器具有更好的小型化优点
如图5为上述结构和尺寸的滤波器在电磁软件中仿真建模后得到的S11和S12的参数仿真图，由图可以看出，该滤波器的截止频率为8.11GHz，在通带内，从直流到7.65GHz范围内，带内插入损耗小于1dB，从而实现了较好的带内传输性能，此外，在通带外插入损耗大于20dB的频率带宽范围是8.79GHz～16.56GHz，且阻带内的最大插损达到86dB，因此，该滤波器实现了较好的通带性能，同时具有阻带插损很大的优良性能。
对比例1
如图6所示，与本发明中的滤波器的结构的不同点在于，其中不含有矩形开路枝节和圆形孔，其中的多弯形谐振器的的端部没有外伸的结构。其各结构的尺寸参数如下：W1＝1.6mm，L1＝5.6mm，W2＝0.3mm，L2＝4.7mm，W4＝3.4mm，L4＝2.3mm，W5＝0.6mm，L6＝5.42mm，R2＝3mm，θ1＝0.18π，θ2＝0.18π。该低通滤波器的尺寸为15.8mm×8mm。
如图7所示，该0-8G低通滤波器虽然实现了带内损耗较小的功能，但其下降沿速度较慢，通带内部分频段|S11|小于15dB，阻带内最大插损仅为55dB,且带宽较窄，没有实现良好的低通性能。
综上，本发明涉及的滤波器整体结构简单，尺寸小，加工成本低，具有通带损耗低且抑制带宽的特性，可以应用于要求滤除更广杂波的微波电路当中。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (7)

1.一种小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于，包括由下而上依次设置的接地层(1)、介质基板(2)和刻蚀电路层(3)，所述刻蚀电路层(3)包括信号输入端口(4)、信号输出端口(5)、多弯形谐振器(6)和开路枝节模块(7)，所述信号输入端口(4)和信号输出端口(5)处分别连接有多弯形谐振器(6)，两个多弯形谐振器(6)之间通过信号传输线(8)相连，所述信号传输线(8)的两侧分别设置所述开路枝节模块(7)；
两个所述多弯形谐振器(6)以垂直于所述信号传输线(8)的中心为对称轴对称布置，所述多弯形谐振器(6)包括两个折弯支脚，所述折弯支脚设置为Z形支脚；
所述信号输入端口(4)和信号输出端口(5)靠近所述多弯形谐振器(6)的一端设置有圆形孔(9)，所述圆形孔(9)的内径设置为1.0～1.5mm；
所述开路枝节模块(7)包括矩形开路枝节(71)和扇形开路枝节(72)，所述矩形开路枝节(71)的端部和所述扇形开路枝节(72)的尖端与所述信号传输线(8)相连，所述信号传输线(8)两侧的开路枝节模块(7)以所述信号传输线(8)的中心点为中心成中心对称布置。
2.根据权利要求1所述的小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于：两个折弯支脚的一端与所述信号输入端口(4)或信号输出端口(5)相连，且两个折弯支脚对称布置。
3.根据权利要求2所述的小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于：所述折弯支脚的端部向外侧伸出的长度设置为0.2～0.9mm，宽度设置为0.2～0.6mm。
4.根据权利要求1所述的小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于：所述矩形开路枝节(71)长度设置为1.9～2.3mm，宽度设置为0.03～0.07mm，所述扇形开路枝节(72)的半径设置为2.8～3.2mm，弧度设置为30.4°～34.4°。
5.根据权利要求1所述的小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于：所述矩形开路枝节(71)靠近所述多弯形谐振器(6)布置，所述矩形开路枝节(71)与所述扇形开路枝节(72)之间相隔一段距离，所述扇形开路枝节(72)靠近所述矩形开路枝节(71)的一侧与所述信号传输线(8)之间的夹角设置为30.4°～34.4°。
6.根据权利要求1所述的小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于：所述信号输入端口(4)和信号输出端口(5)的外缘分别与所述介质基板(2)的两端齐平。
7.根据权利要求1所述的小型化宽抑制带低通微带滤波器，其特征在于：所述接地层(1)和刻蚀电路层(3)由包括金、银、铜的导电材料制备而成。
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