CN114497937B - 双频微带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双频微带滤波器，包括：第一谐振器、第二谐振器以及可变耦合微带线，所述第一谐振器形成有第一容置空间，所述第二谐振器设于所述第一容置空间中，所述第一谐振器与所述第二谐振器通过空间耦合传输电磁波信号，所述可变耦合微带线设于所述第一谐振器背离所述第二谐振器的一侧，所述可变耦合微带线与所述第一谐振器通过空间耦合传输电磁波信号。本发明提供的双频微带滤波器，在实现小型化的基础上，微带带宽可灵活调整，极大地改善了频率选择性，优化了微带滤波器性能指标，提升了微带滤波器的性能稳定性。

Description

双频微带滤波器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种双频微带滤波器。

背景技术

随着电子技术的不断发展，为了满足各种通信技术不同的标准尺度，高性能、小型化、多通带、可调节、低成本和易集成的微波无源器件滤波器应运而生。通信对抗系统需要在复杂的信号环境中实现对信号的处理，滤波器作为一个频率可调器件，能够实现信号的选择，即滤波器作为雷达、天线、通信及测量系统中的关键器件之一，其功能在于允许某一部分频率的信号顺利通过，而让另外一部分频率的信号受到较大抑制。

在日益复杂的信号环境中，滤波器的性能好坏严重影响了通信对抗系统的性能指标，影响系统的复杂程度。传统涉及多通带微带滤波器多采用多写真的一次叠加，这样的设计不仅造成滤波器的尺寸增大，体积增大，而且其性能指标也会受到影响，同时成本及调试难度也随之增大。

发明内容

本发明提供一种双频微带滤波器，用以解决现有技术中微带滤波器性能指标差的问题。

本发明提供一种双频微带滤波器，包括：第一谐振器、第二谐振器以及可变耦合微带线；

所述第一谐振器形成有第一容置空间，所述第二谐振器设于所述第一容置空间中，所述第一谐振器与所述第二谐振器通过空间耦合传输电磁波信号；

所述可变耦合微带线设于所述第一谐振器背离所述第二谐振器的一侧，所述可变耦合微带线与所述第一谐振器通过空间耦合传输电磁波信号。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述第一谐振器包括U形单元、第一弯折单元和第二弯折单元；

所述U形单元的开口朝向所述第二谐振器，所述第一弯折单元和所述第二弯折单元互为镜像结构，所述第一弯折单元和所述第二弯折单元均连接于所述U形单元背离所述第二谐振器的一侧；

所述第一弯折单元和所述第二弯折单元在朝向所述可变耦合微带线的方向形成有开口。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述U形单元包括第一传输线、第六传输线和第七传输线，所述第一传输线和所述第六传输线对称布置，所述第一传输线通过所述第七传输线与所述第六传输线连接；

所述第一弯折单元包括第二传输线、第三传输线和第一短路枝节，所述第二传输线垂直连接于所述第七传输线，所述第三传输线垂直连接于所述第二传输线，所述第一短路枝节垂直连接于所述第三传输线；

所述第二弯折单元包括第四传输线、第五传输线和第二短路枝节，所述第五传输线垂直连接于所述第七传输线，所述第四传输线垂直连接于所述第五传输线，所述第二短路枝节垂直连接于所述第四传输线。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述第一传输线远离所述第七传输线的一端与信号输入端相连接，所述第六传输线远离所述第七传输线的一端与信号输出端相连接。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述U形单元、所述第二传输线、所述第三传输线和所述第一短路枝节的微带宽度依次递减。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述可变耦合微带线包括第一耦合线、第二耦合线、第三耦合线和微带连接线；

所述微带连接线与所述第七传输线平行布置；

所述第一耦合线、所述第二耦合线和所述第三耦合线依次垂直连接于所述微带连接线朝向所述第一谐振器的一侧；

所述第三耦合线设于所述第一谐振器的中心轴处，所述第一耦合线和所述第二耦合线关于所述第三耦合线对称设置，所述第三耦合线延伸至所述开口中。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述第一耦合线和所述第二耦合线形成第二容置空间，所述第一谐振器设于所述第二容置空间。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述可变耦合微带线还包括可变电容，所述可变电容垂直连接于所述微带连接线背离所述第一谐振器的一侧。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述可变电容包括第一可变电容和第二可变电容，所述第一可变电容和所述第二可变电容关于所述第一谐振器的中心轴对称设置。

根据本发明提供的双频微带滤波器，所述第二谐振器包括第一开路枝节、第二开路枝节以及多个第三开路枝节；

多个所述第三开路枝节相对所述第二开路枝节对称布置，所述第二开路枝节和多个所述第三开路枝节平行布置，所述第二开路枝节和多个所述第三开路枝节被构造为梳状结构，所述第一开路枝节垂直连接于所述第二开路枝节。

本发明提供的双频微带滤波器，通过将第一谐振器和第二谐振器相对布置实现空间耦合进而传输电磁波信号，在这一基础上，在第一谐振器背离第二谐振器的一侧增设了可变耦合微带线，能够进一步实现可变耦合微带线与第一谐振器的空间耦合，进而传输电磁波信号，第一谐振器、第二谐振器和可变耦合微带线三者互不干涉布置，且对应的微带宽度可更换调整，有效避免谐振频率互相干扰导致性能不稳定的问题。本发明提供的双频微带滤波器，在实现小型化的基础上，微带带宽可灵活调整，极大地改善了频率选择性，优化了微带滤波器性能指标，提升了微带滤波器的性能稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双频微带滤波器的结构示意图；

附图标记：

1：第一谐振器； 11：U形单元； 111：第一传输线；

112：第六传输线； 113：第七传输线； 12：第一弯折单元；

121：第二传输线； 122：第三传输线； 123：第一短路枝节；

13：第二弯折单元； 131：第四传输线； 132：第五传输线；

133：第二短路枝节； 2：第二谐振器； 21：第三开路枝节；

22：第二开路枝节； 23：第一开路枝节； 3：可变耦合微带线；

31:第一耦合线； 32：第二耦合线； 33:第三耦合线；

34：微带连接线； 35：可变电容； 351：第一可变电容；

352：第二可变电容。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；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，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统微带滤波器的性能不可调，存在频带单一的缺陷。涉及多通带微带滤波器多采用多写真的一次叠加，这样设计不仅造成滤波器的尺寸增大，体积增大，而且其性能指标也会受到影响，同时成本及调试难度也随之增大。

本发明实施例提供了双频微带滤波器，用以解决现有技术中微带滤波器性能指标差的问题。

下面结合图1描述本发明实施例的双频微带滤波器。

如图1所示，本发明实施例提供的双频微带滤波器，包括：第一谐振器1、第二谐振器2以及可变耦合微带线3，第一谐振器1形成有第一容置空间，第二谐振器2设于第一容置空间中，第一谐振器1与第二谐振器2通过空间耦合传输电磁波信号。

可变耦合微带线3设于第一谐振器1背离第二谐振器2的一侧，可变耦合微带线3与第一谐振器1通过空间耦合传输电磁波信号。

具体地，双频微带滤波器的第一谐振器1、第二谐振器2和可变耦合微带线3均设置于滤波器的介质基板的正面上，介质基板的背面为接地面。

如图1所示，第一谐振器1的上部形成有U形的第一容置空间，第二谐振器2置于第一容置空间中，但不与第一谐振器1接触，两者通过空间耦合传输电磁波信号。

第一谐振器1为低频谐振器，由多段宽度不同的微带线组成，形成第一通带，为阶梯阻抗谐振器，且各微带线的长度和宽度可根据实际情形进行更换调整，以实现第一通带的频率多样性，适应于多种运用场景；同理，第二谐振器2为高频谐振器，由多段尺寸相同的微带线组成，形成第二通带，为均匀阻抗谐振器，且各微带线的长度和宽度可根据实际情形进行更换调整，以实现第二通带的频率多样性，适应于多种运用场景。

可变耦合微带线3设置于第一谐振器1的下方，但不与第一谐振器1接触，两者通过空间耦合传输电磁波信号。可变耦合微带线3带宽可调，能够进一步影响与其对应的第一谐振器1的谐振频率。

本发明实施例提供的双频微带滤波器，通过将第一谐振器1和第二谐振器2相对布置实现空间耦合进而传输电磁波信号，在这一基础上，在第一谐振器1背离第二谐振器2的一侧增设了可变耦合微带线3，能够进一步实现可变耦合微带线3与第一谐振器1的空间耦合，进而传输电磁波信号，第一谐振器1、第二谐振器2和可变耦合微带线3三者互不干涉布置，且对应的微带宽度可更换调整，有效避免谐振频率互相干扰导致性能不稳定的问题。本发明提供的双频微带滤波器，在实现小型化的基础上，微带带宽可灵活调整，极大地改善了频率选择性，优化了微带滤波器性能指标，提升了微带滤波器的性能稳定性。

在可选的实施例中，第一谐振器1包括U形单元11、第一弯折单元12和第二弯折单元13，U形单元11的开口朝向第二谐振器2，第一弯折单元12和第二弯折单元13互为镜像结构，第一弯折单元12和第二弯折单元13均连接于U形单元11背离第二谐振器2的一侧。

第一弯折单元12和第二弯折单元13在朝向可变耦合微带线3的方向形成有开口。

具体地，第一谐振器1由U形单元11、第一弯折单元12和第二弯折单元13三部分组成，U形单元11的开口朝上，U形单元11由带宽均匀的微带线形成，第一弯折单元12和第二弯折单元13均与U形单元11底部的微带线相连接。

第一弯折单元12和第二弯折单元13结构相同、带宽相同，两者互为镜像结构连接于U形单元11底部的微带线的下方，U形单元11、第一弯折单元12和第二弯折单元13共同形成通带结构。

在可选的实施例中，U形单元11包括第一传输线111、第六传输线112和第七传输线113，第一传输线111和第六传输线112对称布置，第一传输线111通过第七传输线113与第六传输线112连接。

第一弯折单元12包括第二传输线121、第三传输线122和第一短路枝节123，第二传输线121垂直连接于第七传输线113，第三传输线122垂直连接于第二传输线121，第一短路枝节123垂直连接于第三传输线122。

第二弯折单元13包括第四传输线131、第五传输线132和第二短路枝节133，第五传输线132垂直连接于第七传输线113，第四传输线131垂直连接于第五传输线132，第二短路枝节133垂直连接于第四传输线131。

具体地，U形单元11由第一传输线111、第六传输线112和第七传输线113三部分组成，第一传输线111和第六传输线112位于U形结构的两侧，第七传输线113位于U形结构的底部，第一传输线111和第六传输线112的结构、带宽和厚度均相同。

第一弯折单元12由第二传输线121、第三传输线122和第一短路枝节123三部分组成，第一短路枝节123垂直连接于第三传输线122，第三传输线122垂直连接于第二传输线121，第二传输线121垂直连接于第七传输线113，第二传输线121、第三传输线122和第一短路枝节123三者形成阶梯状结构，第一短路枝节123的长度和宽度均可以调整。

第二弯折单元13由第四传输线131、第五传输线132和第二短路枝节133三部分组成，第二短路枝节133垂直连接于第四传输线131，第四传输线131垂直连接于第五传输线132，第五传输线132垂直连接于第七传输线113，第四传输线131、第五传输线132和第二短路枝节133三者形成阶梯状结构，第二短路枝节133的长度和宽度也均可以调整，与第一短路枝节123协同调整，使第一通带达到的所需的低频边频点传输零点的个数，从而调整第一通带的频率。

第一弯折单元12和第二弯折单元13分别设计为折叠状结构能够使第一谐振器1的结构更加紧凑以减小其体积，进一步促进滤波器的小型化发展。

在可选的实施例中，第一传输线111远离第七传输线113的一端与信号输入端相连接，第六传输线112远离第七传输线113的一端与信号输出端相连接。

具体地，第一传输线111与信号输入端相连接，第六传输线112与信号输出端相连接，信号输入端、第一传输线111、第七传输线113、第六传输线112及信号输出端依次连接形成滤波器的主传输电路。

在可选的实施例中，U形单元11、第二传输线121、第三传输线122和第一短路枝节123的微带宽度依次递减。

具体地，如图1所示，第一弯折单元12中第二传输线121的微带线宽度小于U形单元11，第三传输线122的微带线宽度小于第二传输线121，第一短路枝节123的微带线宽度小于第二传输线121，三者微带宽度依次减小不仅有利于对第一谐振器1的低频频率进行调节和选择，还能改善带外抑制，提高通信容量和避免相邻信道间的干扰。

在可选的实施例中，可变耦合微带线3包括第一耦合线31、第二耦合线32、第三耦合线33和微带连接线34，微带连接线34与第七传输线113平行布置。

第一耦合线31、第二耦合线32和第三耦合线33依次垂直连接于微带连接线34朝向第一谐振器1的一侧。

第二耦合线32设于第一谐振器1的中心轴处，第一耦合线31和第三耦合线33关于第二耦合线32对称设置，第二耦合线32延伸至开口中。

具体地，可变耦合微带线3由第一耦合线31、第二耦合线32、第三耦合线33和微带连接线34四部分组成，第一耦合线31和第三耦合线33分设于可变耦合微带线3的左右两端，两者长度、宽度和厚度均相同，第二耦合线32设于第一谐振器1的中心轴处，其长度小于第一耦合线31和第三耦合线33，三者相互平行，均垂直连接于微带连接线34的上方，其中，第二耦合线32向上延伸至第一短路枝节123和第二短路枝节133形成的开口中。

通过调节第一谐振器1的第一短路枝节123和第二短路枝节133与第二耦合线32之间的间距能够调节第一通带的频率带宽，第一谐振器1的短路枝节与第二耦合线32之间的间距增大，两者之间的耦合程度降低，第一通带的频率带宽增加，反之，第一谐振器1的短路枝节与第二耦合线32之间的间距减小，两者之间的耦合程度增加，第一通带的频率带宽降低。

在可选的实施例中，所述第一耦合线31和所述第三耦合线33形成第二容置空间，所述第一谐振器1设于所述第二容置空间。

具体地，第一耦合线31和第三耦合线33与微带连接线34三者形成U性容置结构，第一谐振器1置于三者形成的U性容置结构中，第一传输线111与所述第一耦合线31接近并相对，第六传输线112与所述第三耦合线33接近并相对，改善带外抑制，从而使第一谐振器1与第一耦合线31和第三耦合线33通过空间耦合传输电磁波信号。

在可选的实施例中，可变耦合微带线3还包括可变电容35，可变电容35垂直连接于微带连接线34背离第一谐振器1的一侧。

具体地，在微带连接线34的下方还垂直连接有可变电容35，可变电容35的数量可以为一个，也可以为多个。通过调节可变电容35的电容值或相对位置，不仅能够进一步改变第一谐振器1或第二谐振器2的通带频率，还能使双频微带滤波器在通带频率可调范围内保持较稳定的性能。

在可选的实施例中，可变电容35包括第一可变电容351和第二可变电容352，第一可变电容351和第二可变电容352关于第一谐振器1的中心轴对称设置。

具体地，如图1所示，可变电容35为两个，分别为第一可变电容351和第二可变电容352，第一可变电容351和第二可变电容352通过移动位置改变间距，或者通过改变自身带线宽度改变电容大小，进而改变两个谐振器的通带频率。

当第一可变电容351增加时，会引起一个谐振器谐振频率减小，另一个谐振器谐振频率基本保持不变；对应的，当第二可变电容352增加时，其中一个谐振器谐振频率将会随之减小，另一个谐振器谐振频率则基本保持不变。也就是说，通过调节两个可变电容改变双频微带滤波器的谐振频率，谐振频率具体调节方式可以根据实际情况进行对应选择增加或者减小对应的可变电容35的电容值，此处不作具体限定。

在可选的实施例中，第二谐振器2包括第一开路枝节23、第二开路枝节22以及多个第三开路枝节21，多个第三开路枝节21相对第二开路枝节22对称布置。

第二开路枝节22和多个第三开路枝节21平行布置，第二开路枝节22和多个第三开路枝节21被构造为梳状结构，第一开路枝节23垂直连接于第二开路枝节22。

具体地，如图1所示，第二谐振器2由第一开路枝节23、第二开路枝节22以及八个第三开路枝节21组成，第一开路枝节23、第二开路枝节22和八个第三开路枝节21通过传输线串联连接，共同形成第二通带，其中，第二开路枝节22和八个第三开路枝节21被构造为梳状结构，第一开路枝节23垂直连接于第二开路枝节22的底部。这一设计不仅能够使结构更加紧凑减小谐振器的体积，便于小型化发展，而且平行排列能够避免各开路枝节之间的耦合干扰。

通过调节第二谐振器2的开路枝节之间的间距能够调节第二通带的频率带宽，当第二谐振器2的开路枝节之间的间距增加，微带线尺寸增加，开路枝节间耦合程度降低，第二通带的频率带宽增加，反之，当第二谐振器2的开路枝节之间的间距减小，微带线尺寸随之减少，开路枝节间耦合程度增加，第二通带的频率带宽降低。

在滤波器的研究中，高阻带抑制、宽频带、带内平坦度、群时延和窄过渡带等技术指标已成为了研究主要关心的问题，滤波器陡峭的带外抑制可以提高通信容量和避免相邻信道间的干扰；带内有平坦的幅频特性和群时延可以减小信号的失真度；多频带及多带宽可以增加不同的谐振频率点。

在本发明实施例中，滤波器各部分的设计参数直接影响和最终决定滤波器的总体效果和性能，为了满足需要，通过改变开路支节的长度和宽度、微带线的长度和宽带，以及短路枝节的长度和宽度，可以实现滤波器的带内传输零点个数的改变，进而改变滤波器的传输频率。本发明实施例提供的双频微带滤波器，通带带宽可以灵活调整；滤波器的带内传输零点个数可随微带带宽和可变电容值改变，极大地改善了频率选择性；各个谐振模式工作时，各自的谐振频率互不影响，互不干扰；可以通过改变开路枝节的长度和宽度及间距来分别控制频率；在实现上述性能的同时实现了微带滤波器的小型化，实现了微带可调，带宽可控，频率可选择。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种双频微带滤波器，其特征在于，包括：第一谐振器、第二谐振器以及可变耦合微带线；

所述第一谐振器形成有第一容置空间，所述第二谐振器设于所述第一容置空间中，所述第一谐振器与所述第二谐振器通过空间耦合传输电磁波信号；

所述可变耦合微带线设于所述第一谐振器背离所述第二谐振器的一侧，所述可变耦合微带线与所述第一谐振器通过空间耦合传输电磁波信号；

所述第一谐振器包括U形单元、第一弯折单元和第二弯折单元；

所述U形单元的开口朝向所述第二谐振器，所述第一弯折单元和所述第二弯折单元互为镜像结构，所述第一弯折单元和所述第二弯折单元均连接于所述U形单元背离所述第二谐振器的一侧；

所述第一弯折单元和所述第二弯折单元在朝向所述可变耦合微带线的方向形成有开口；

所述U形单元包括第一传输线、第六传输线和第七传输线，所述第一传输线和所述第六传输线对称布置，所述第一传输线通过所述第七传输线与所述第六传输线连接；

所述第一弯折单元包括第二传输线、第三传输线和第一短路枝节，所述第二传输线垂直连接于所述第七传输线，所述第三传输线垂直连接于所述第二传输线，所述第一短路枝节垂直连接于所述第三传输线；

所述第二弯折单元包括第四传输线、第五传输线和第二短路枝节，所述第五传输线垂直连接于所述第七传输线，所述第四传输线垂直连接于所述第五传输线，所述第二短路枝节垂直连接于所述第四传输线；

所述U形单元、所述第二传输线、所述第三传输线和所述第一短路枝节的微带宽度依次递减；

所述第一传输线远离所述第七传输线的一端与信号输入端相连接，所述第六传输线远离所述第七传输线的一端与信号输出端相连接；

所述可变耦合微带线包括第一耦合线、第二耦合线、第三耦合线和微带连接线；

所述微带连接线与所述第七传输线平行布置；

所述第一耦合线、所述第二耦合线和所述第三耦合线依次垂直连接于所述微带连接线朝向所述第一谐振器的一侧；

所述第二耦合线设于所述第一谐振器的中心轴处，所述第一耦合线和所述第三耦合线关于所述第二耦合线对称设置，所述第二耦合线延伸至所述第一弯折单元和所述第二弯折单元形成的开口中。

2.根据权利要求1所述的双频微带滤波器，其特征在于，所述第一耦合线和所述第三耦合线形成第二容置空间，所述第一谐振器设于所述第二容置空间。

3.根据权利要求2所述的双频微带滤波器，其特征在于，所述可变耦合微带线还包括可变电容，所述可变电容垂直连接于所述微带连接线背离所述第一谐振器的一侧。

4.根据权利要求3所述的双频微带滤波器，其特征在于，所述可变电容包括第一可变电容和第二可变电容，所述第一可变电容和所述第二可变电容关于所述第一谐振器的中心轴对称设置。

5.根据权利要求1所述的双频微带滤波器，其特征在于，所述第二谐振器包括第一开路枝节、第二开路枝节以及多个第三开路枝节；

多个所述第三开路枝节相对所述第二开路枝节对称布置，所述第二开路枝节和多个所述第三开路枝节平行布置，所述第二开路枝节和多个所述第三开路枝节被构造为梳状结构，所述第一开路枝节垂直连接于所述第二开路枝节。