CN114566775A

CN114566775A - 一种应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器

Info

Publication number: CN114566775A
Application number: CN202210224548.9A
Authority: CN
Inventors: 万阳影; 王建朋
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114566775B

Abstract

本发明公开了一种微带带阻滤波器，包括两个介质基板、两个金属地，以及一个半固化片。八个U形谐振器沿着主传输线放置，输入端口与输出端口分别设置在传输线初始两端。输入端口和四个谐振器平行放置在一个介质基板上表面，输出端口和另四个谐振器平行放置在另一个介质基板下表面，传输线通过圆形通孔连接，形成多层结构，减少尺寸大小。其中U形谐振器长度约为谐振频率波长的一半。每个U形谐振器与传输线的距离对滤波器的耦合强度有很大影响，距离越近，耦合越强。输入输出端口处两边均有金属贴片及金属化圆形接地通孔，增加共地效果。本发明在保证结构紧凑、小型化的前提下实现了带阻滤波器的阻带抑制高的能力，可应用在北斗卫星通讯系统。

Description

一种应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器

技术领域

本发明属于微波无源器件技术领域，特别是一种应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器。

背景技术

伴随着现代科技水平的逐渐提高，通讯系统不断发展。在现代无线通信系统领域中，传输信号需要以尽量小的衰减传输，同时要抑制信号传输过程中的干扰。面对这种情况大多使用带通滤波器来满足这个要求。但是如果信号传输过程中的干扰非常强或者传输过程中的干扰带宽非常窄时，使用带通滤波器效率就不高。因此，在这样的情况下就需要使用带阻滤波器来抑制信号传输过程中的干扰。带阻滤波器的功率容量高、通带损耗小，在某些无线通信系统中经常用来抑制干扰信号。带阻滤波器的优势在于在抑制干扰信号时延时更小，插损更低。尤其是在有很强干扰的器件中，使用带阻滤波器更加的具有优势。

在传统的带阻滤波器设计中，一般是由四分之一波长短截线谐振器构成的，谐振器间隔四分之一波长的奇数倍并沿主波导或主传输线排列，然而基于此方法的微带带阻滤波器通常为单层结构，并且尺寸随着谐振器数目的增加而变大，已无法满足现代工业小型化的需求。因此，采用多层结构，将主传输线进行弯折设计，并利用通孔连接，可使得带阻滤波器结构更加紧凑，达到小型化工业要求，这对滤波器设计研究有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种结构紧凑、尺寸小，阻带抑制高的微带带阻滤波器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，该滤波器包括从上至下依次设置的第一介质基板、第一金属地、半固化片、第二金属地、第二介质基板；

所述第一介质基板上表面设有输入端口和非闭合矩形结构的第一传输线，沿着第一传输线四条边的外侧分别设置的第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器；所述第一传输线的首端与输入端口相连；所述输入端口、第一传输线和第一至第四谐振器位于同一平面；

所述第二介质基板下表面设有输出端口和非闭合矩形结构的第二传输线，沿着第二传输线四条边的外侧分别设置的第五谐振器、第六谐振器、第七谐振器、第八谐振器；所述第二传输线的末端与输出端口相连；所述输出端口、第二传输线和第五至第八谐振器位于同一平面；

所述第一传输线和第二传输线通过内壁金属化的圆形通孔连接，该通孔贯穿第一传输线的末端、第一介质基板、第一金属地、半固化片、第二金属地、第二介质基板和第二传输线的首端。

进一步地，上述所有谐振器为U型结构，开口方向与传输线中的信号走向相反。

进一步地，上述所有谐振器与传输线之间的距离可调，用于控制耦合强弱。

进一步地，所述输入端口的两侧对称设有两个金属贴片，同时第二介质基板的下表面对应位置处设有与所述两个金属贴片相对的一个金属贴片，金属贴片上均设有金属化接地通孔；

所述输出端口的两侧对称设有两个金属贴片，同时第一介质基板的上表面对应位置处设有与该两个金属贴片相对的一个金属贴片，金属贴片上均设有金属化接地通孔。

进一步地，所述圆形通孔经过第一金属地和第二金属地时，在金属地上形成的孔的直径大于所述圆形通孔的直径，进而阻断圆形通孔接地，从而连接第一传输线和第二传输线。

进一步地，所述圆形通孔旁均匀布置有三个用于屏蔽信号的圆形接地通孔。

进一步地，所述输入端口的宽度大于第一传输线的宽度，输出端口的宽度大于第二传输线的宽度。

进一步地，所述第一介质基板、第一金属地、半固化片、第二金属地、第二介质基板均为矩形结构，所述第一介质基板上表面远离输入端口的三个顶角处、第二介质基板下表面远离输出端口的三个顶角处各设有一个金属贴片，金属贴片上设有圆形接地通孔。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)结构紧凑，减小滤波器的尺寸。

(2)传输线弯折结构，并利用圆形通孔连接，形成多层结构。

(3)微带带阻滤波器阻带抑制效果好。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为一个实施例中带阻滤波器整体结构的俯视剖析图。

图2为一个实施例中带阻滤波器整体结构的仰视剖析图。

图3为一个实施例中带阻滤波器整体结构的主视剖析图。

图4为一个实施例中带阻滤波器整体结构的俯视尺寸图。

图5为一个实施例中带阻滤波器整体结构的仰视尺寸图。

图6为一个实施例中实施例参数仿真图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在一个实施例中，结合图1至图3，提供了一种应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，该滤波器包括从上至下依次设置的第一介质基板15、第一金属地16、半固化片17、第二金属地18、第二介质基板19；

所述第一介质基板15上表面设有输入端口1和非闭合矩形结构的第一传输线2，沿着第一传输线2四条边的外侧分别设置的第一谐振器3、第二谐振器4、第三谐振器5、第四谐振器6；所述第一传输线2的首端与输入端口1相连；所述输入端口1、第一传输线2和第一至第四谐振器位于同一平面14；

所述第二介质基板19下表面设有输出端口13和非闭合矩形结构的第二传输线8，沿着第二传输线8四条边的外侧分别设置的第五谐振器9、第六谐振器10、第七谐振器11、第八谐振器12；所述第二传输线8的末端与输出端口13相连；所述输出端口13、第二传输线8和第五至第八谐振器位于同一平面20；

所述第一传输线2和第二传输线8通过内壁金属化的圆形通孔7连接，该通孔贯穿第一传输线2的末端、第一介质基板15、第一金属地16、半固化片17、第二金属地18、第二介质基板19和第二传输线8的首端。

滤波器整体形成多层结构，在高阶数的情况下依旧可以保持结构紧凑的优势，大大减少滤波器尺寸同时获得阻带抑制高的优点。

进一步地，在其中一个实施例中，上述所有谐振器为U型结构，开口方向与信号在传输线中的走向相反。

进一步地，在其中一个实施例中，上述所有谐振器与传输线之间的距离可调，用于控制耦合强弱，距离越近，耦合越强。

这里优选地，U形谐振器长度约为谐振频率波长的一半。

进一步地，在其中一个实施例中，所述输入端口1的两侧对称设有两个金属贴片，同时第二介质基板19的下表面对应位置处设有与所述两个金属贴片相对的一个金属贴片，金属贴片上均设有金属化接地通孔，增加了共地效果。

所述输出端口13的两侧对称设有两个金属贴片，同时第一介质基板15的上表面对应位置处设有与该两个金属贴片相对的一个金属贴片，金属贴片上均设有金属化接地通孔。

进一步地，在其中一个实施例中，所述圆形通孔7经过第一金属地16和第二金属地18时，在金属地上形成的孔的直径大于所述圆形通孔7的直径，进而阻断圆形通孔7接地，使得第一传输线2和第二传输线8顺利连接，进行信号传输。

进一步地，在其中一个实施例中，所述圆形通孔7旁均匀布置有三个用于屏蔽信号的圆形接地通孔，加强信号传输，减少损耗。

进一步地，在其中一个实施例中，所述输入端口1的宽度大于第一传输线2的宽度，输出端口13的宽度大于第二传输线8的宽度。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一介质基板15、第一金属地16、半固化片17、第二金属地18、第二介质基板19均为矩形结构，所述第一介质基板15上表面和第二介质基板19下表面的顶角处各设有一个金属贴片，金属贴片上设有圆形接地通孔。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一介质基板15、第一金属地16、半固化片17、第二金属地18、第二介质基板19均为矩形结构，所述第一介质基板15上表面远离输入端口1的三个顶角处、第二介质基板19下表面远离输出端口13的三个顶角处各设有一个金属贴片，金属贴片上设有圆形接地通孔。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一介质基板15和第二介质基板19的材料为Rogers RO3010，相对介电常数为10.2，厚度为1.27mm；

所述半固化片17的材料为Rogers 4450F，相对介电常数为3.52，厚度为0.1mm。

该应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器的工作原理为：信号通过输入端口1传入第一传输线2，经过第一谐振器3、第二谐振器4、第三谐振器5、第四谐振器6，通过金属化圆形通孔7将信号传入到第二传输线8，接着经过第五谐振器9、第六谐振器10、第七谐振器11、第八谐振器12，最后信号从输出端口13输出，实现滤波器功能。谐振器皆为U形谐振器，长度约为谐振频率波长的一半。谐振器与传输线之间的距离控制耦合强度，距离越近，耦合越强。输入端口1和输出端口13处均有三个金属贴片和八个圆形接地通孔，通孔内壁金属化，通过金属化圆形通孔和金属贴片的互联，实现了两者的一体化共地效果。圆形通孔7旁边有三个金属化圆形接地通孔，主要起屏蔽作用，提高信号的传输效率，减少损耗。滤波器整体为多层结构，传输线上层顺时针、下层逆时针弯折走向，在高阶数的情况下依旧可以获得结构紧凑的优势，大大减少滤波器尺寸，同时获得阻带抑制高的优点。

作为一种具体示例，在其中一个实施例中，对本发明进行进一步验证说明。本实施例应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器结构如图1、图2、图3所示，具体尺寸规格如图4、图5所示。所采用的介质基板1和介质基板2的相对介电常数均为10.2，厚度为1.27mm，输入端口1、输出端口13、第一传输线2、第二传输线8以及每个谐振器均采用金属铜。根据图4、图5，带阻滤波器的各尺寸参数如下：A＝40mm，B＝4mm，C＝11.1mm，I＝9.425mm，IL＝7.4mm，IW＝1.1mm，OL＝9.45mm，OW＝1.1mm，L1＝21.05mm，L2＝24.1mm,，L3＝24.1mm，L4＝21.05mm，L5＝2.1mm，L6＝21.05mm，W＝1.05mm，W1＝2mm，W2＝1mm，D1＝2mm，D2＝0.6mm，D3＝0.6mm，S＝5.1mm。另外，每个U形谐振器的长度接近谐振频率波长的一半。第一谐振器的长度为41.4mm，第二谐振器长度为41mm，第三谐振器长度为40.6mm，第四谐振器长度为40.4mm，第五谐振41.2器长度为40.8mm，第六谐振器长度为41.2mm，第七谐振器长度为40.8mm，第八谐振器长度为41.4mm。

本实施例在电磁仿真软件HFSS.20中进行建模仿真。S参数仿真图如图6所示，由图6可知，该带阻滤波器的中心频率为1.56GHz，阻带范围为1.555GHz到1.577GHz，带内抑制达到-60dB以下。

综上所述，本发明提出的应用于卫星通讯高阻带抑制微带带阻滤波器，在保证结构紧凑、小型化的前提下实现了带阻滤波器的阻带抑制高的能力，可应用在北斗卫星通讯系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，该滤波器包括从上至下依次设置的第一介质基板(15)、第一金属地(16)、半固化片(17)、第二金属地(18)、第二介质基板(19)；

所述第一介质基板(15)上表面设有输入端口(1)和非闭合矩形结构的第一传输线(2)，沿着第一传输线(2)四条边的外侧分别设置的第一谐振器(3)、第二谐振器(4)、第三谐振器(5)、第四谐振器(6)；所述第一传输线(2)的首端与输入端口(1)相连；所述输入端口(1)、第一传输线(2)和第一至第四谐振器位于同一平面(14)；

所述第二介质基板(19)下表面设有输出端口(13)和非闭合矩形结构的第二传输线(8)，沿着第二传输线(8)四条边的外侧分别设置的第五谐振器(9)、第六谐振器(10)、第七谐振器(11)、第八谐振器(12)；所述第二传输线(8)的末端与输出端口(13)相连；所述输出端口(13)、第二传输线(8)和第五至第八谐振器位于同一平面(20)；

所述第一传输线(2)和第二传输线(8)通过内壁金属化的圆形通孔(7)连接，该通孔贯穿第一传输线(2)的末端、第一介质基板(15)、第一金属地(16)、半固化片(17)、第二金属地(18)、第二介质基板(19)和第二传输线(8)的首端。

2.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，上述所有谐振器为U型结构，开口方向与传输线中的信号走向相反。

3.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，上述所有谐振器与传输线之间的距离可调，用于控制耦合强弱。

4.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述输入端口(1)的两侧对称设有两个金属贴片，同时第二介质基板(19)的下表面对应位置处设有与所述两个金属贴片相对的一个金属贴片，金属贴片上均设有金属化接地通孔；

所述输出端口(13)的两侧对称设有两个金属贴片，同时第一介质基板(15)的上表面对应位置处设有与该两个金属贴片相对的一个金属贴片，金属贴片上均设有金属化接地通孔。

5.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述圆形通孔(7)经过第一金属地(16)和第二金属地(18)时，在金属地上形成的孔的直径大于所述圆形通孔(7)的直径，以阻断圆形通孔(7)接地，从而连接第一传输线(2)和第二传输线(8)。

6.根据权利要求1或5所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述圆形通孔(7)旁均匀布置有三个用于屏蔽信号的圆形接地通孔。

7.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述输入端口(1)的宽度大于第一传输线(2)的宽度，输出端口(13)的宽度大于第二传输线(8)的宽度。

8.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述第一介质基板(15)、第一金属地(16)、半固化片(17)、第二金属地(18)、第二介质基板(19)均为矩形结构，所述第一介质基板(15)上表面和第二介质基板(19)下表面的顶角处各设有一个金属贴片，金属贴片上设有圆形接地通孔。

9.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述第一介质基板(15)、第一金属地(16)、半固化片(17)、第二金属地(18)、第二介质基板(19)均为矩形结构，所述第一介质基板(15)上表面远离输入端口(1)的三个顶角处、第二介质基板(19)下表面远离输出端口(13)的三个顶角处各设有一个金属贴片，金属贴片上设有圆形接地通孔。

10.根据权利要求1所述的应用于卫星通讯的高阻带抑制微带带阻滤波器，其特征在于，所述第一介质基板(15)和第二介质基板(19)的材料为Rogers RO3010，相对介电常数为10.2，厚度为1.27mm；

所述半固化片(17)的材料为Rogers 4450F，相对介电常数为3.52，厚度为0.1mm。