CN114024107B - 一种三线耦合双通带微带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三线耦合双通带微带滤波器，包括三线耦合结构和与三线耦合结构连接的电容、电感，所述三线耦合结构包括两侧微带线和分别与两侧微带线一端连接的中心微带线，两侧微带线和中心微带线相互耦合，所述电感设置在中心微带线上，所述电容设置在三线耦合结构的内侧靠近电感处。本发明采用一个约十分之三波长的三线耦合结构结合加载贴片电容和贴片电感的方式，同时获得多个传输零点和多个传输极点，实现具有寸小、结构简单、频率选择性高、损耗低等特点的双通带滤波器。
Description
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种三线耦合双通带微带滤波器。
背景技术
随着通信技术的快速发展，频谱资源日益紧缺，如何充分利用现有的频谱资源是当代无线通信行业面临的关键问题。双通带滤波器在此背景下应运而生，它不仅能够工作在两个频段，满足不同的应用需求，还可以减少系统的器件数量，有利于系统小型化和高集成度的实现。此外，微带结构由于其体积小、重量轻、成本低、易于集成等优点被广泛用于微波器件的设计。因此，双通带微带滤波器的研究具有极高的应用价值和科研价值。
目前已报道了多种双通带微带滤波器的设计技术。主要设计方法是利用双枝节加载阶跃阻抗谐振器、电容加载方形谐振器、电容加载阶跃形耦合微带线、T型谐振器与阶跃阻抗缺陷地以及折叠型槽相组合、耦合馈电枝节加载四模谐振器、多枝节加载耦合线、多枝节加载圆环形谐振器、短路枝节加载半波长谐振器与阶跃阻抗谐振器相组合、开路枝节加载短路阶跃阻抗谐振器等方法实现双通带滤波响应。然而采用上述方法实现的滤波器在某些方面存在明显的不足，例如尺寸过大、电路结构复杂、损耗高、频率选择性差。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种三线耦合双通带微带滤波器，可以同时实现双通带微带滤波器小尺寸、低损耗、高频率选择性及简单的电路结构等特点。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种三线耦合双通带微带滤波器，包括三线耦合结构和与三线耦合结构连接的电容、电感，所述三线耦合结构包括两侧微带线和分别与两侧微带线一端连接的中心微带线，两侧微带线和中心微带线相互耦合，所述电感设置在中心微带线上，所述电容设置在三线耦合结构的内侧靠近电感处。
进一步的，两侧微带线包括第一微带线和第二微带线，所述中心微带线包括第一中心微带线和第二中心微带线，所述电感的两端分别连接于第一中心微带线和第二中心微带线。电感加载在三线耦合结构的中心微带线上，阻断射频信号从第一中心微带线直接流入第二中心微带线，同时极大降低第一中心微带线和第二中心微带线端口之间的耦合。
进一步的，三线耦合结构还包括第一连接点和第二连接点，所述第一微带线的一端和第二中心微带线的一端通过第一连接点进行连接，所述第二微带线的一端和第一中心微带线的一端通过第二连接点进行连接。
进一步的，两侧微带线一端的外侧设置有第一馈线和第二馈线，所述第一馈线连接于第一位微带线上位于第一连接点的一端外侧，所述第二馈线连接于第二微带线上位于第二连接点的一端外侧。
进一步的，第一馈线外接信号输入端口，所述第二馈线外接信号输出端口。
进一步的，三线耦合结构的内侧设置有四个电容，所述四个电容分别连接设置于第一中心微带线的一端和第一微带线、第二中心微带线的一端和第一微带线、第一中心微带线的一端和第二微带线、第二中心微带线的一端和第二微带线，所述四个电容围绕靠近电感设置。电容加载在三线耦合结构中部的内侧，用于增强耦合、调节滤波器的匹配，同时为滤波器提供了多条传输路径，从而产生额外的传输零点，提高滤波器的频率选择性和带外抑制能力。
进一步的，三线耦合结构还包括耦合槽，具体包括第一微带线和第一中心微带线之间的第一耦合槽，第一微带线和第二中心微带线之间的第二耦合槽，第二微带线和第一中心微带线之间的第三耦合槽，第二微带线和第二中心微带线之间的第四耦合槽。
进一步的，三线耦合结构为十分之三波长，且两侧微带线相同。
进一步的，两侧微带线为十分之三波长，所述第一中心微带线和第二中心微带线为二十分之三波长。
进一步的，四个电容采用贴片式电容，所述电感采用贴片大电感。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明一种三线耦合双通带微带滤波器采用中心加载贴片电容和贴片大电感的约十分之三波长的三线耦合结构，同时获得多个传输零点和多个传输极点，实现具有寸小、结构简单、频率选择性高、损耗低等特点的双通带滤波器。
2.本发明贴片电容加载在三线耦合结构中部的内侧，用于增强耦合、调节滤波器的匹配，同时为滤波器提供了多条传输路径，从而产生额外的传输零点，提高滤波器的频率选择性和带外抑制能力。
3.本发明贴片大电感加载在三线耦合结构的中心微带线上，阻断射频信号从第一中心微带线直接流入第二中心微带线，同时极大降低第一中心微带线和第二中心微带线端口之间的耦合。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明三线耦合双通带微带滤波器的结构示意图；
图2是本发明实施例的频率响应仿真结果图。
图中，第一馈线1、第二馈线2、第一微带线3、第二微带线4、第一中心微带线5、第二中心微带线6、第一连接点7、第二连接点8、第一耦合槽9、第二耦合槽10、第三耦合槽11、第四耦合槽12。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，一种三线耦合双通带微带滤波器，包括三线耦合结构和与三线耦合结构连接的电容、电感，所述三线耦合结构包括两侧微带线和分别与两侧微带线一端连接的中心微带线，两侧微带线和中心微带线相互耦合，所述电感加载在三线耦合结构的中心微带线上，在靠近所述电感处设置有电容，所述电容连接设置在三线耦合结构的内侧。
本实施例两侧微带线包括第一微带线3和第二微带线4，所述中心微带线包括第一中心微带线5和第二中心微带线6，所述电感的两端分别连接于第一中心微带线5和第二中心微带线6。电感加载在三线耦合结构的中心微带线上，阻断射频信号从第一中心微带线5直接流入第二中心微带线6，同时极大降低第一中心微带线5和第二中心微带线6端口之间的耦合。
本实施例三线耦合结构还包括第一连接点7和第二连接点8，所述第一微带线3的一端和第二中心微带线6的一端通过第一连接点7进行连接，所述第二微带线4的一端和第一中心微带线5的一端通过第二连接点8进行连接。
本实施例三线耦合结构还包括耦合槽，具体包括第一微带线3和第一中心微带线5之间的第一耦合槽9，第一微带线3和第二中心微带线6之间的第二耦合槽10，第二微带线4和第一中心微带线5之间的第三耦合槽11，第二微带线4和第二中心微带线6之间的第四耦合槽12。
本实施例三线耦合结构设置有四个电容，四个电容分别加载三线耦合结构的内侧。四个电容分别连接设置于第一中心微带线5的一端和第一微带线3、第二中心微带线6的一端和第一微带线3、第一中心微带线5的一端和第二微带线4、第二中心微带线6的一端和第二微带线4，所述四个电容围绕靠近电感设置。贴片电容C加载在三线耦合结构中部的内侧，用于增强耦合、调节滤波器的匹配，同时为滤波器提供了多条传输路径，从而产生额外的传输零点，提高滤波器的频率选择性和带外抑制能力。
本实施例两侧微带线一端的外侧设置有第一馈线1和第二馈线2，所述第一馈线1连接于第一位微带线上位于第一连接点7的一端外侧，所述第二馈线2连接于第二微带线4上位于第二连接点8的一端外侧。第一馈线1外接信号输入端口，所述第二馈线2外接信号输出端口。
本实施例两侧微带线即第一位微带线和第二微带线4约十分之三波长，第一中心微带线5和第二中心微带线6约二十分之三波长。本实施例通过两侧微带线和中心微带线以及四个耦合槽组成了一个约十分之三波长的三线耦合结构，且三线耦合结构的两侧微带线相同。本实施例所涉及到的十分之三波长、二十分之三波长中的波长是指低通带中心频率对应的导波波长，仅作为一个衡量的标准。同一频率下采用不同的板材所对应的导波波长也不一样，数值一般是mm级别的。
本实施例中的四个电容采用贴片式电容，所述电感采用贴片大电感，采用贴片结构可以进一步减小三线耦合双通带微带滤波器的体积。
下面列出了本实施例的一个设计案例，其电路结构示意图如图1所示，仿真的频率响应如图2所示，存在两个通带，低通带的中心频率为0.95GHz，3-dB相对带宽为14.2％，其通带内有两个传输极点，分别位于0.92GHz和0.97GHz，通带范围内的最小插入损耗为0.19dB；高通带的中心频率为2.16GHz，3-dB相对带宽为7.4％，其通带内有两个传输极点，分别位于2.14GHz和2.18GHz，通带范围内的最小插入损耗为0.31dB。两个通带的两侧总共存在六个传输零点，分别位于0GHz，0.8GHz，1.5GHz，2.36GHz，2.99GHz和3.96GHz，很好的抑制了带外信号，使得在0GHz到0.84GHz以及1.21GHz到1.83GHz范围内对信号的抑制度均达到了20dB,在2.31GHz到3.98GHz范围内对信号的抑制度达到了19.4dB,从而保证了两个通带均具有良好的带外抑制和高频率选择性。该设计的物理尺寸为57.2mm×10.5mm，对应的电尺寸仅为0.29λg×0.05λg，λg为低通带中心频率所对应的导波波长。本案例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，基板厚度为0.813mm，铜厚为半盎司，仿真软件为Advanced Design System 2016。
本发明的工作原理为：对于本发明所提出的三线耦合双通带微带滤波器，当信号从第一馈线1输入时，一部分信号通过第一连接点7直接传输到第二中心微带线6，一部分信号流经第一微带线3后，经过第一耦合槽9和第二耦合槽10以及贴片电容C的作用传输到第一中心微带线5和第二中心微带线6。此时，由于贴片大电感L的存在，从而阻断了信号在第一中心微带线5和第二中心微带线6之间的相互传输。进一步，第一中心微带线5和第二中心微带线6上的信号再次经过第二连接点8、贴片电容C、以及第三耦合槽11和第四耦合槽12的共同作用传输到第二微带线4上，最后从第二馈线2流出。由于三线耦合结构以及电容和电感的共同作用，获得了四个传输极点和六个传输零点，从而实现了双频滤波响应，并且在低通带的左侧分布着两个传输零点，两个通带之间分布着一个传输零点，高通带的右侧分布着三个传输零点，从而保证了两个通带具有高的频率选择性以及良好的带外抑制。此外，由于该滤波器的结构简单，尺寸小，信号流过滤波器时所需路径较短，从而避免了过多的导体损耗，因此损耗较低。
本发明中，滤波器的带宽由三线耦合结构的耦合槽的间距控制，中心频率的控制以三线耦合结构的长度为主，以电容容值和三线耦合结构中微带线的阻抗为辅。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，包括三线耦合结构和与三线耦合结构连接的电容、电感，所述三线耦合结构包括两侧微带线和分别与两侧微带线一端连接的中心微带线，两侧微带线和中心微带线相互耦合，所述电感设置在中心微带线上，所述电容设置在三线耦合结构的内侧靠近电感处；
所述两侧微带线包括第一微带线(3)和第二微带线(4)，所述中心微带线包括第一中心微带线(5)和第二中心微带线(6)，所述电感的两端分别连接于第一中心微带线(5)和第二中心微带线(6)；
所述三线耦合结构的内侧设置有四个电容，所述四个电容分别连接设置于第一中心微带线(5)的一端和第一微带线(3)、第二中心微带线(6)的一端和第一微带线(3)、第一中心微带线(5)的一端和第二微带线(4)、第二中心微带线(6)的一端和第二微带线(4)。
2.根据权利要求1所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述三线耦合结构还包括第一连接点(7)和第二连接点(8)，所述第一微带线(3)的一端和第二中心微带线(6)的一端通过第一连接点(7)进行连接，所述第二微带线(4)的一端和第一中心微带线(5)的一端通过第二连接点(8)进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述两侧微带线一端的外侧设置有第一馈线(1)和第二馈线(2)，所述第一馈线(1)连接于第一微带线上位于第一连接点(7)的一端外侧，所述第二馈线(2)连接于第二微带线(4)上位于第二连接点(8)的一端外侧。
4.根据权利要求3所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述第一馈线(1)外接信号输入端口，所述第二馈线(2)外接信号输出端口。
5.根据权利要求1所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述四个电容围绕靠近电感设置。
6.根据权利要求1所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述三线耦合结构还包括耦合槽，具体包括第一微带线(3)和第一中心微带线(5)之间的第一耦合槽(9)，第一微带线(3)和第二中心微带线(6)之间的第二耦合槽(10)，第二微带线(4)和第一中心微带线(5)之间的第三耦合槽(11)，第二微带线(4)和第二中心微带线(6)之间的第四耦合槽(12)。
7.根据权利要求1所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述三线耦合结构为十分之三波长，且两侧微带线相同。
8.根据权利要求1所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述两侧微带线为十分之三波长，所述第一中心微带线(5)和第二中心微带线(6)为二十分之三波长。
9.根据权利要求5所述的一种三线耦合双通带微带滤波器，其特征在于，所述四个电容采用贴片式电容，所述电感采用贴片大电感。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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