CN113922020B - 一种由c型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器 - Google Patents

一种由c型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器。当信号由输入馈线传输到第一个C型谐振器，当产生谐振时，信号通过电耦合传输到第二个C型谐振器，再通过磁耦合传输到第三个C型谐振器，再通过电耦合传输到第四个C型谐振器，由于通过多次耦合，可以过滤掉无用信号，使得带外抑制度大大增强，同时由于加载了微扰枝节，使得谐振器的简并模产生分裂，可以使得谐振器在不同的频率下被激发产生谐振，因此可以在通带内产生了多个传输极点，从而优化了通带内的回波损耗参数，使得通带的矩形系数更加良好。

Description

一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器
技术领域
本发明属于微波信号技术领域，特别涉及宽带高抑制双通带滤波器，可用于无线通信射频前端，具体是一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器。
背景技术
近年来，无线通信技术发展非常迅速，大数据大流量逐渐成为发展趋势，对无线通信系统性能的要求也越来越高。滤波器在许多射频微波系统应用中发挥着重要的作用，它主要用来通过所需要的频段频率并且抑制不需要的频率。而射频滤波器作为射频前端的重要器件之一，其体积的大小和性能好坏直接影响和决定了射频前端电路的大小和整个通信系统的性能的好坏。对于提高滤波器性能的研究一直是广大学者关注的热点之一。现有滤波器仍存在通带内回波损耗S11参数不理想、通带的矩形系数不高、带外抑制度低、结构复杂、通带较窄且位置不易控制等不足。
多模谐振器的各频率可以通过调节其自身的物理结构与尺寸加以控制，在单通带滤波器的设计时，由于存在寄生频率，所以会在远处产生寄生通带，故可以将寄生通带利用起来，调节多模谐振器物理结构与尺寸使高次谐振频率工作在所需频点，并对谐振器加以适当的耦合，使寄生通带工作在所需要的频段内并具有所要求的带宽。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷和不足之处，提出了一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，具有结构简单、便于加工、带外抑制度高、带内回波损耗高、矩形系数优异等优点。
为实现上述目的，本发明一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，包括：
介质基板(1)；
金属接地板(2)，位于介质基板(1)的下表面；
两个轴对称的谐振器对单元，位于介质基板(1)的上表面，实现磁耦合；
两根馈线，分别作为输入输出端口，与谐振器对单元连接实现外部耦合。
其中，每个谐振器对单元包括两个结构尺寸相同的C型谐振器，且这两个C型谐振器开口相对，实现电耦合，同时两个谐振器之间相互嵌套，从而大大降低该滤波器的整体尺寸；其中一个C型谐振器的一臂伸入另一个C型谐振器的开口内部；上述两个C型谐振器互不接触。
所述C型谐振器为轴对称结构，为“C”形状的一体成型结构，依次包括第一低阻抗线(31)、高阻抗线(33)、第二低阻抗线(32)；C型谐振器采用折叠设计，大大降低了滤波器的整体尺寸，同时也便于谐振器之间的内部耦合。
每个C型谐振器的高阻抗线(33)上连接有两个相同结构的第一微扰枝节(34)、第二微扰枝节(35)，该微扰枝节位于C型谐振器的开口内部。
作为优选，第一微扰枝节(34)、第二微扰枝节(35)关于高阻抗线(33)的中线轴对称设置。
作为优选，高阻抗线(33)为“凵”形结构。
作为优选，高阻抗线(33)的两臂部高度与第一微扰枝节(34)、第二微扰枝节(35)的高度相同。
作为优选，高阻抗线(33)的线宽要窄于第一低阻抗线(31)、第二低阻抗线(32)的线宽。
作为优选，第一低阻抗线(31)和第二低阻抗线(32)的外侧边与高阻抗线(33)的外侧边位于同一直线。
作为优选，两个谐振器对单元不接触。
作为优选，每个谐振器对单元中朝外侧C型谐振器的第一低阻抗线(31)与高阻抗线(33)连接端接其中一根馈线。
作为优选，两根馈线采用抽头式馈电。
工作原理：
分裂后的简并模式之间的频率间隔主要由微扰枝节的大小和位置决定。对于一个C型谐振器，由于其是对称结构，所以只需要对其一半的结构进行分析即可。当未加载第一微扰枝节和第二微扰枝节时，微带线从低阻抗线的开路端到高阻抗线的中点的电长度为θ1，对应的谐振频率为f1；当加载第一微扰枝节和第二微扰枝节后，微带线从低阻抗线的开路端到高阻抗线与微扰枝节的连接处，再到微扰枝节的开路端，微带线的电长度为θ2，对应的谐振频率为f2。当f2-f1的值为通带带宽的二分之一时，此时通带内产生多个传输极点，且通带内抑制度良好，可以产生较高的带内回波损耗，此时简并模分裂产生的效果最佳。同时为了保证第一微扰枝节和第二微扰枝节之间不产生相互影响，第一微扰枝节和第二微扰枝节之间的间距应该大于λ0/8，其中λ0为基频对应的波长长度。
本发明采用的馈电方式为抽头式馈电，输入输出馈线的阻抗一般为50欧姆，当阻抗不为50欧姆时，会产生阻抗失配，引起信号的反射。馈电线的位置主要由C型谐振器的外部有载品质因数Q和滤波器的相对带宽决定，选取合适的抽头位置，可以使得信号更好的传输，在抽头和C型谐振器之间产生良好的匹配，使得带外的插入损耗更低。
本发明的有益效果如下：
1、本发明设置第一微扰枝节和第二微扰枝节均位于C型谐振器开口的一端，且呈对称分布。若不加入微扰，由于两个C型谐振器的尺寸相同，其谐振频率也相同，当信号的频率等于谐振频率时，两个C型谐振器被同时激发，简并模不产生分裂。而当加入微扰枝节后，信号通过高阻抗线的时候，会对C型谐振器的谐振频率产生影响，从而造成简并模的分裂，两个C型谐振器在不同的频率处被激励且发生耦合，从而达到信号传输的目的。为了保证微扰枝节在实现简并模的分裂的同时，还应该保证两个简并模之间的频率间隔处在一个合适的范围。
2、对于本发明滤波器，当信号由输入馈线传输到第一个C型谐振器，当产生谐振时，信号通过电耦合传输到第二个C型谐振器，再通过磁耦合传输到第三个C型谐振器，再通过电耦合传输到第四个C型谐振器，由于通过多次耦合，可以过滤掉无用信号，使得带外抑制度大大增强，同时由于加载了微扰枝节，使得谐振器的简并模产生分裂，可以使得谐振器在不同的频率下被激发产生谐振，因此可以在通带内产生了多个传输极点，从而优化了通带内的回波损耗参数，使得通带的矩形系数更加良好。
附图说明
图1是本发明的三维结构图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明每个C型谐振器结构图；
图4是本发明部分尺寸标注图；
图5是本发明每个C型谐振器尺寸标注图；
图6是本发明实例的频率响应图。
图中标记：介质基板1，金属接地板2，第一C型谐振器311，第二C型谐振器312，第三C型谐振器313，第四C型谐振器314，第一低阻抗线31，第二低阻抗线32，高阻抗线33，第一微扰枝节34，第二微扰枝节35，输入馈线4，输出馈线5。
具体的实例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：
如图1由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，包括：介质基板1；金属接地板2，位于介质基板1的下表面；两个轴对称的谐振器对单元，位于介质基板1的上表面，实现磁耦合；两根馈线，分别作为输入输出端口，与谐振器对单元连接实现外部耦合；
两个轴对称的谐振器对单元包括互不接触的第一C型谐振器311，第二C型谐振器312，第三C型谐振器313，第四C型谐振器314；第一C型谐振器311，第二C型谐振器312开口相对且相互嵌套，实现电耦合；第三C型谐振器313，第四C型谐振器314开口相对且相互嵌套，实现电耦合；第二C型谐振器312，第三C型谐振器313相邻设置，且开口背对设置。
所述第一C型谐振器311，第二C型谐振器312，第三C型谐振器313，第四C型谐振器314结构尺寸相同，是轴对称结构，为“C”形状的一体成型结构，如图2-3依次包括第一低阻抗线31、高阻抗线33、第二低阻抗线32；C型谐振器采用折叠设计，大大降低了滤波器的整体尺寸，同时也便于谐振器之间的内部耦合。
每个C型谐振器的高阻抗线33上连接有两个相同结构的第一微扰枝节34、第二微扰枝节35，该微扰枝节位于C型谐振器的开口内部；
第一微扰枝节34、第二微扰枝节35关于高阻抗线33的中线轴对称设置。
第一低阻抗线31、第二低阻抗线32为直线型结构，高阻抗线33为“凵”形结构。高阻抗线33的两臂部高度与第一微扰枝节34、第二微扰枝节35的高度相同。高阻抗线33的线宽要窄于第一低阻抗线31、第二低阻抗线32的线宽。第一低阻抗线31和第二低阻抗线32的外侧边与高阻抗线33的外侧边位于同一直线。
第一C型谐振器311的第一低阻抗线31与高阻抗线33连接端接一根馈线，该馈线作为输入馈线4；第四C型谐振器314的第一低阻抗线31与高阻抗线33连接端接一根馈线，该馈线作为输出馈线5。输入馈线4、输出馈线5采用抽头式馈电。
介质基板1采用相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm的微波介质材料；金属接地板2采用厚度为0.03mm的金属材料。
本实施例经优化后，如图4-5各结构参数尺寸如表1：
表1各参数尺寸(单位为mm)
Figure BDA0003272618230000051
其中第一低阻抗线的长度为L1，线宽为W1；第二低阻抗线的长度为L2，线宽为W2；高阻抗线的长度为L3，线宽为W3；第一微扰枝节的长度为L4，线宽为W4；第二微扰枝节的长度为L5，线宽为W5；第一微扰枝节、第二微扰枝节与最近侧低阻抗线的距离分别为L6和L7；输入输出馈线与C型谐振器的其中一臂位于同一直线，且C型谐振器的臂部长度为t；输入输出馈线的长度为L8,宽度为W8；谐振器对单元内两个C型谐振器臂部的开口内上下间距为g1，左右间距为g2；两个谐振器对单元间距为g3。
本实施例滤波器的频率响应曲线如图6所示，图6中的S21曲线为滤波器的传输特性曲线，S11曲线为滤波器的反射特性曲线。由图6可得，该滤波器在每个通带两侧都存在一个传输零点，同时由于该实施例加载了微扰枝节，使得滤波器具有良好的带外抑制特性、较高的带内回波损耗以及优异的矩形系数。同时，由于四个C型谐振器形成了电磁耦合，从而使得该滤波器的通带较宽。本实施例滤波器的中心频率为2.52Ghz和5.26Ghz，3dB带宽分别为0.845Ghz和0.52Ghz。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于包括：
介质基板（1）；
金属接地板（2），位于介质基板（1）的下表面；
两个轴对称的谐振器对单元，位于介质基板（1）的上表面，实现磁耦合；
两根馈线，分别作为输入输出端口，与谐振器对单元连接实现外部耦合；
其中，每个谐振器对单元包括两个结构尺寸相同的C型谐振器，且这两个C型谐振器开口相对，实现电耦合；其中一个C型谐振器的一臂伸入另一个C型谐振器的开口内部；上述两个C型谐振器互不接触；
所述C型谐振器为轴对称结构，为“C”形状的一体成型结构，依次包括第一低阻抗线（31）、高阻抗线（33）、第二低阻抗线（32）；
每个C型谐振器的高阻抗线（33）上连接有两个相同结构的第一微扰枝节（34）、第二微扰枝节（35），所述第一微扰枝节（34）、第二微扰枝节（35）位于C型谐振器的开口内部；第一微扰枝节（34）、第二微扰枝节（35）关于高阻抗线（33）的中线轴对称设置。
2.根据权利要求1所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于高阻抗线（33）为“凵”形结构。
3.根据权利要求2所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于高阻抗线（33）的两臂部高度与第一微扰枝节（34）、第二微扰枝节（35）的高度相同。
4.根据权利要求3所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于高阻抗线（33）的线宽要窄于第一低阻抗线（31）、第二低阻抗线（32）的线宽。
5.根据权利要求4所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于第一低阻抗线（31）和第二低阻抗线（32）的外侧边与高阻抗线（33）的外侧边位于同一直线。
6.根据权利要求1所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于两个谐振器对单元不接触。
7.根据权利要求1所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于每个谐振器对单元中朝外侧C型谐振器的第一低阻抗线（31）与高阻抗线（33）连接端接其中一根馈线。
8.根据权利要求1所述的一种由C型谐振器构成的宽带高抑制双通带滤波器，其特征在于两根馈线采用抽头式馈电。
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