CN113451728B - 小型化t型双模谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种小型化T型双模谐振器，结构紧凑，体积小，回波损耗低。本发明通过下述技术方案实现：在微带层上设有沿介质层基板长度方向扩展的条状微带传输线，与所述条状微带传输线垂直的反L形枝节微带传输线，插入所述反L形枝节微带传输线形成Z形阶梯间隙槽的Γ形枝节微带传输线，Γ形枝节微带传输线与L形枝节微带传输线耦合后，在条状微带传输线上构成T型枝节，其中Γ形枝节微带传输线顶端，通过馈电柱微带板连接底层金属板构成短路T枝节，所述的反L形枝节微带传输线通过Z形阶梯间隙槽与所述Γ形枝节微带传输线耦合等效为T型枝节的耦合串联电容；进而构成了Γ形枝节微带传输线与反L形枝节微带传输线耦合的双模谐振器。

Description

小型化T型双模谐振器
技术领域
本发明属于微波/毫米波领域，具体涉及一种谐振器，主要应用于滤波器设计的小型化T型双模谐振器。
背景技术
在滤波器的设计中，双（多）模谐振器可用作双（多）模调谐电路，可使谐振器数目减少，传输零点增加。微波双通带滤波器是通信系统中的关键组件，其性能的优劣直接影响到整个通信系统的各项指标的好坏。滤波器按传输线形式主要分为：微带型，波导型和同轴型三种。三种结构的滤波器的基本构成相似，都是由传输线主线和连接在传输线主线的若干个谐振器构成。微带型属于平面传输线结构类型，可以灵活地形成电路，同时具有体积小、重量轻、方便与固态电路集成的优点。微带型多模滤波器结构一般由一个多模谐振器和输入输出传输线构成。这类滤波器具有紧凑的结构和良好的通带特性，但阻带特性往往较差。根据近几年来出版的文献，基于双模谐振器的奇偶模谐振频率分别形成一个通带设计的双通带滤波器，两个通带中心频率独立可控，但通带带宽由同一个变量控制，并且尺寸较大。与此类似，通过在宽带带通滤波器的通带内放置多个传输零点来实现双通带滤波器，可以很方便的根据耦合矩阵进行设计，但是这种方法结构尺寸大，插入损耗也较大，并且如果两个通带频率相差较大，就需要进行超宽带滤波器的设计，给设计过程带来难度。
现有技术，在三模谐振器中央并联加载一个 T 型枝节，改善了滤波器的阻带特性。加载 T 形枝节的滤波器结构在谐振器上并联枝节，会增加谐振器的谐振模式。随着并联枝节的尺寸变大，会将高次模下调至通带内。经过仿真发现，T 型枝节在通带两边产生的一对零点，由于 T 型枝节而下调的两个偶次谐振模式，会共同使滤波器呈现出近似于椭圆函数的频率响应，这样的频率响应的过渡带十分陡峭。拥有上述的频率响应特性的滤波器显示了在弱耦合情况下，T 型枝节的尺寸变化，对于传输零点和谐振器谐振频率的影响。
谐振器主要起频率控制的作用，所有电子产品涉及频率的发射和接收都需要谐振器。在不改变谐振器外部结构的情况下，在谐振器内部加载开路枝节作为容性负载，使滤波器产生传输零点，提高了滤波器的阻带特性，有利于滤波器的小型化。传统混合耦合带通滤波器，通常由结构对称的阶梯阻抗谐振器构成。由于微波电路的频率响应特性，造成滤波器通带衰减边缘不陡峭，带外抑制能力差。另外阶梯阻抗谐振器阶跃处的不连续性，使由高次杂散频率产生的通带内插入损耗较大，且高次杂散频率和基本谐振频率间存在的倍数关系，使带通滤波器的其他通带设计不灵活口。随着通信系统集成度、多频段工作要求的提高，射频器件在小型化、多模工作的需求日益强烈，因此小型化、多模谐振器成为微波毫米波领域研究热点之一。传统的T型谐振器是利用主传输线加四分之一波长终端开路或短路线构成带阻或带通特性，该谐振器因其结构简单，易于调节的优势而被广泛应用，然而因其尺寸过大、可调参数较少，谐振通带单一，不利于多频带、小型化系统集成，所以小型化、多模谐振器成为研究的热点。
发明内容
为解决传统混合耦合带通滤波器带外抑制能力差、尺寸大等问题，本发明针对上述技术存在的问题和不足之处，提出了一种结构紧凑，体积小，回波损耗低，有较宽的上频带阻带效果的小型化T型双模谐振器，以克服传统双模谐振器尺寸过大及带外抑制能力差的问题。
本发明采用的技术方案是：一种小型化T型双模谐振器，包括：从上到下依次层叠在介质层基板2上的微带层、底端金属层及第一金属化馈电柱8和第二金属化馈电柱11，其特征在于：在微带层上设有沿介质层基板2长度方向扩展的条状微带传输线1，与所述条状微带传输线1垂直的反L形枝节微带传输线3，插入所述反L形枝节微带传输线3形成Z形阶梯间隙槽4的Γ形枝节微带传输线6，Γ形枝节微带传输线6与所述反L形枝节微带传输线3自由端平行构成耦合线5、Γ形枝节微带传输线6与反L形枝节微带传输线3耦合后，在微带传输线1上构成T型枝节，其中Γ形枝节微带传输线6顶端，通过第一馈电柱微带板7连接底层金属板12构成短路T枝节，此短路T枝节构成一个引入一个谐振点的串联LC谐振电路，所述的反L形枝节微带传输线3通过Z形阶梯间隙槽4与所述Γ形枝节微带传输线6耦合等效为T型枝节的耦合串联电容；反L形枝节微带传输线3与条状微带传输线1垂直的自由端通过高阻抗线9连接第二馈电柱微带板10，第二馈电柱微带板10通过第二金属化馈电柱11连接底层金属板12构成一个引入另一个谐振点的等效并联LC谐振电路，进而构成了Γ形枝节微带传输线6与反L形枝节微带传输线3耦合的双模谐振器。
本发明相比于现有技术具有如下的有益效果：
本发明采用从上到下依次层叠在介质层基板2上的微带层、贯穿三层及底端金属层的第一金属化馈电柱8，其特征在于：在微带层上设有沿介质层基板2长度方向扩展的条状微带传输线1，与所述条状微带传输线1垂直的反L形枝节微带传输线3，插入所述反L形枝节微带传输线3形成Z形阶梯间隙槽4的Γ形枝节微带传输线6，Γ形枝节微带传输线6与所述反L形枝节微带传输线3自由端平行构成耦合线5、Γ形枝节微带传输线6与反L形枝节微带传输线3耦合后，在微带传输线1上构成T型枝节，在枝节中引入平行耦合线5和接地高阻抗线9，以T型谐振器横向为开路传输线，纵向为短路传输线，形成慢波结构，尺寸紧凑，体积小、设计灵活方便，利于多频带、小型化系统集成，不仅有效缩减了滤波器的整体尺寸，相比传统T枝节谐振器能有效减小结构尺寸，而且利于滤波器的窄带特性。同时本发明有效提升了谐振器的选频特性及阻带抑制能力。
本发明在Γ形枝节微带传输线6顶端，通过第一馈电柱微带板7连接底层金属板12构成短路T枝节，此短路T枝节构成一个引入一个谐振点的串联LC谐振电路，反L形枝节微带传输线3通过Z形阶梯间隙槽4与所述Γ形枝节微带传输线6耦合等效为T型枝节的耦合串联电容；回波损耗低，有较宽的上频带阻带效果。
本发明反L形枝节微带传输线3自由端通过高阻抗线9连接第二馈电柱微带板10，第二馈电柱微带板10通过第二金属化馈电柱11连接底层金属板12构成一个引入另一个谐振点的等效并联LC谐振电路，进而构成了Γ形枝节微带传输线6与反L形枝节微带传输线3耦合的双模谐振器。克服了传统双模谐振器尺寸过大及带外抑制能力差的问题。同时可以通过调节上述结构参数，实现两个谐振频点单独调节，为器件设计带来更大的灵活性，为小型化、多模微波毫米波器件设计提供一种解决方案。
附图说明
图1是本发明小型化T型双模谐振器三维透视图；
图2是图1俯视图；
图3是图1左视图；
图4是图1的T型双模谐振器等效电路图；
图5是谐振器S11响应曲线；
其中，1为条状微带传输线，2为介质基板，3为反L形枝节微带传输线，4为Z形阶梯间隙槽，5为耦合线，6为Γ型枝节微带传输线，7为第一馈电柱微带板，8为第一金属化馈电柱，9为接地高阻抗线，10为第二馈电柱微带板，11为第二金属化馈电柱，12为底层金属板。
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
具体实施方式
参阅图1-图3。在以下描述的优选实施例中，一种小型化T型双模谐振器，包括：从上到下依次层叠在介质层基板2上的微带层、底端金属层及第一金属化馈电柱8和第二金属化馈电11。在微带层上设有沿介质层基板2长度方向扩展的条状微带传输线1，与所述条状微带传输线1垂直的反L形枝节微带传输线3，插入所述反L形枝节微带传输线3形成Z形阶梯间隙槽4的Γ形枝节微带传输线6，Γ形枝节微带传输线6与所述反L形枝节微带传输线3自由端平行构成耦合线5、Γ形枝节微带传输线6与反L形枝节微带传输线3耦合后，在微带传输线1上构成T型枝节，其中Γ形枝节微带传输线6顶端，通过第一馈电柱微带板7连接底层金属板12构成短路T枝节，此短路T枝节构成一个引入一个谐振点的串联LC谐振电路，所述的反L形枝节微带传输线3通过Z形阶梯间隙槽4与所述Γ形枝节微带传输线6耦合等效为T型枝节的耦合串联电容；反L形枝节微带传输线3自由端通过高阻抗线9连接第二馈电柱微带板10，第二馈电柱微带板10通过第二金属化馈电柱11连接底层金属板12构成一个引入另一个谐振点的等效并联LC谐振电路，进而构成了Γ形枝节微带传输线6与反L形枝节微带传输线3耦合的双模谐振器。
参阅图4。在T型双模谐振器等效谐振电路中，接地高阻抗线9通过第二馈电柱微带板10 、第二金属化馈电柱11连接到底层金属板12，等效为并联在T型枝节两边端之间的电感L1与电容C5的并联回路，Γ形枝节微带传输线6与底层金属板12平行等效为电容C7，反L形枝节微带传输线3与底层金属板12平行等效为电容C3，Γ形枝节微带传输线6顶端通过第一馈电柱微带板7连接底层金属板12等效为电感L2，耦合线5与Z形阶梯间隙槽等效为串联电容C4和C6，条状微带传输线1平行底层金属板12等效为电容C1和C2。
参阅图5。给出了两个通带的中心频率，反L形枝节微带传输线3、耦合线5、高阻抗线9、第二馈电柱微带板10、第二金属化馈电柱11、底层金属板12连接形成的谐振回路引入一个中心频率为f1的谐振点；条状微带传输线1、反L形枝节传输线3、耦合线5、Γ形枝节微带传输线6、第一馈电柱微带板7、第一金属化馈电柱8、底层金属板12连接形成的谐振回路引入另一个中心频率为f2的谐振点。
在枝节中引入平行耦合线5和接地高阻抗线9，以T型谐振器横向为开路传输线，纵向为短路传输线，形成慢波结构。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化T型双模谐振器，包括：从上到下依次层叠在介质层基板（2）上的微带层、底端金属层及第一金属化馈电柱（8）和第二金属化馈电柱（11），其特征在于：在微带层上设有沿介质层基板（2）长度方向扩展的条状微带传输线（1），与所述条状微带传输线（1）垂直的反L形枝节微带传输线（3），插入所述反L形枝节微带传输线（3）形成Z形阶梯间隙槽（4）的Γ形枝节微带传输线（6），所述Γ形枝节微带传输线（6）与所述反L形枝节微带传输线（3）自由端平行构成耦合线（5）、Γ形枝节微带传输线（6）与反L形枝节微带传输线（3）耦合后，在条状微带传输线（1）上构成T型枝节，其中Γ形枝节微带传输线（6）顶端，通过第一馈电柱微带板（7）连接底层金属板（12）构成短路T枝节，此短路T枝节构成一个引入一个谐振点的串联LC谐振电路，所述的反L形枝节微带传输线（3）通过Z形阶梯间隙槽（4）与所述Γ形枝节微带传输线（6）耦合，等效为T型枝节的耦合串联电容；反L形枝节微带传输线（3）与条状微带传输线（1）垂直的自由端通过高阻抗线（9）连接第二馈电柱微带板（10），第二馈电柱微带板（10）通过第二金属化馈电柱（11）连接底层金属板（12）构成一个引入另一个谐振点的等效并联LC谐振电路，进而构成了Γ形枝节微带传输线（6）与反L形枝节微带传输线（3）耦合的双模谐振器。
2.如权利要求1所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：在T型双模谐振器等效谐振电路中，接地高阻抗线（9）通过第二馈电柱微带板（10）、第二金属化馈电柱（11）连接到底层金属板（12），等效为并联在T型枝节两边端之间的电感L1与电容C5的并联回路。
3.如权利要求2所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：Γ形枝节微带传输线（6）与底层金属板（12）平行等效为电容C7，反L形枝节微带传输线（3）与底层金属板（12）平行等效为电容C3。
4.如权利要求1所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：Γ形枝节微带传输线（6）顶端通过第一馈电柱微带板（7）连接底层金属板（12）等效为电感L2。
5.如权利要求1或2所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：耦合线（5）与Z形阶梯间隙槽（4）等效为串联电容C4和C6，条状微带传输线（1）平行底层金属板（12）等效为电容C1和C2。
6.如权利要求1所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：反L形枝节微带传输线（3）、耦合线（5）、高阻抗线（9）、第二馈电柱微带板（10）、第二金属化馈电柱（11）、底层金属板（12）连接形成的谐振回路引入一个中心频率为f1的谐振点。
7.如权利要求1所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：条状微带传输线（1）、反L形枝节微带传输线（3）、耦合线（5）、Γ形枝节微带传输线（6）、第一馈电柱微带板（7）、第一金属化馈电柱（8）、底层金属板（12）连接形成的谐振回路引入另一个中心频率为f2的谐振点。
8.如权利要求1所述的小型化T型双模谐振器，其特征在于：在枝节中引入耦合线（5）和接地高阻抗线（9），以T型谐振器横向为开路传输线，纵向为短路传输线，形成慢波结构。
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