CN114628873A - 一种吸收型微带线带阻滤波器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收型微带线带阻滤波器结构，两个终端短路的微带耦合线通过一段四分之一波长的微带线相连接，并在两个耦合微带线短路端分别加载四分之一微带线开路枝节构成宽带带阻滤波器；并采用耦合线终端接地构成宽带带通滤波器部分，接收阻带内的反射信号，再通过分别在耦合线与微带线之间、耦合线和接地结构之间加载吸收电阻来吸收阻带内的反射信号。本发明结构实现了平面化、结构简单、易于集成、宽频带、带阻滤波特性，阻带信号吸收等优良性能，是一种有利于提升射频系统稳定性和有利于改善射频前端的通信性能的重要射频无源器件。

Description

一种吸收型微带线带阻滤波器结构

技术领域

本发明涉及一种带阻滤波器结构，特别涉及一种吸收型微带线带阻滤波器结构。

背景技术

随着现代信息化程度的迅速提升，以及现代无线技术的迅猛发展，微波通信技术在各类军事应用、移动通讯、卫星通讯以及各种民用通信设备中得到了广泛的应用。微波通信因其频带宽、携带信息量大、抗干扰能力强等优点，现已成为一种重要的通信手段改变着人们的生活方式，促进了科技经济的发展。在各类通信系统中，滤波器作为无线通信系统中不可或缺的一部分，主要用来过滤杂波和分离不同频率的微波信号的组件，其性能直接决定着整个通信系统的性能和通信质量。无源微波滤波器按照其所通过信号的频段主要分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器五种。其中带阻滤波器主要是用来抑制一定频段内的信号，允许频段外信号通过的一种滤波器，又称为陷波滤波器。微带带阻滤波器能有效消除信号内的干扰，普遍使用在测试、通讯等系统中，在通信系统中彰显着重要的作用。

目前绝大多数的带阻微波滤波器为反射式滤波器，因为系统中阻抗失配等问题，阻带外的信号顺利传输，而阻带内的信号会被直接反射回前端器件。反射回来的信号对接收机的天线、低噪放、混频器等期间造成干扰，使大功率发射机的大功率管等装置产生有害的谐振，使放大器稳定性下降和产生振荡，特别对一些敏感器件和隔离度差的器件影响更大。为保证射频系统的性能，人们通常使用隔离器或衰减器来减少反射信号的影响。然而，这种方法使整个射频系统体积庞大，增加了损耗。近些年来，吸收型带阻滤波器能够在电路内部就能消耗掉反射信号，极大降低了系统的复杂度，减小了系统的尺寸，引起了人们的广泛关注。

随着射频前端的不断发展，研发出一种新型高性能吸收型带阻滤波器有着重要的实用价值。现有的隔离器或衰减器能够解决反射信号对系统的影响，然后系统较庞大和复杂。现有的吸收型带阻滤波器往往存在带宽较窄、结构较复杂、吸收效果不佳等问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种吸收型微带线带阻滤波器结构，这种结构具有结构简单、吸收效果好和宽频带的优点。

技术方案：一种吸收型微带线带阻滤波器结构，包括介质基板，位于所述介质基板底面的金属地结构，位于所述介质基板顶面的微带线结构；所述微带线结构包括宽带带阻滤波器部分、宽带带通滤波器部分，以及作为输入端口的微带线ML2，作为输出端口的微带线ML3；

所述宽带带阻滤波器部分包括微带耦合线MCL1、微带耦合线MCL2、微带线ML1、微带线ML4、微带线ML5；耦合微带线MCL1的一端和微带线ML4的一端侧面垂直连接形成终端短路，耦合微带线MCL2的一端和微带线ML5的一端侧面垂直连接形成终端短路，所述微带线ML4和微带线ML5的一端的另一侧面通过一段成两个90度弯折的微带线ML1相连接，所述微带线ML1的两端截面中线分别与所述微带耦合线MCL1、微带耦合线MCL2的中心线重合；所述微带线ML2的一端与所述耦合微带线MCL1的另一端侧面垂直连接，所述微带线ML3的一端与所述微带耦合线MCL2的另一端侧面垂直连接；

所述宽带带通滤波器部分包括耦合微带线MCL3、电阻R1、电阻R2，接地结构Ground1、接地结构Ground2；电阻R1的一端连接所述微带线ML2与所述耦合微带线MCL1相接触位置，所述电阻R1的另一端与耦合微带线MCL3中一条微带线的上端连接；所述耦合微带线MCL3中另一条微带线的上端通过电阻R2和接地结构Ground1相连接，下端直接和接地结构Ground2连接。

进一步的，所述耦合微带线MCL1的间距s1、带宽w1，所述微带线ML2的长度L6，所述微带线ML4的长度L4之间满足：L4-(s1+2*w1)<L6；所述耦合微带线MCL2的间距s2、带宽w2，所述微带线ML3的长度L7，所述微带线ML5的长度L5之间满足：L7-(s2+2*w2)<L5。

进一步的，所述耦合微带线MCL1的长度L1，中心频率f₀和所述介质基板的相对介电常数ε_r之间满足关系式：

其中，c₀为光速。

进一步的，所述接地结构Ground1由一方形金属贴片构成，再通过金属化通孔和所述金属地结构相连接，所述接地结构Ground2由金属化通孔将所述耦合微带线MCL3和所述金属地结构相连接。

有益效果：本吸收型微带线带阻滤波器结构中，两个终端短路的微带耦合线通过一段四分之一波长的微带线相连接，并在两个耦合微带线短路端分别加载四分之一微带线开路枝节构成宽带带阻滤波器；并采用耦合线终端接地构成宽带带通滤波器部分，接收阻带内的反射信号，再通过分别在耦合线与微带线之间、耦合线和接地结构之间加载吸收电阻来吸收阻带内的反射信号。本发明结构实现了平面化、结构简单、易于集成、宽频带、带阻滤波特性，阻带信号吸收等优良性能，是一种有利于提升射频系统稳定性和有利于改善射频前端的通信性能的重要射频无源器件。

附图说明

图1为本发明的吸收型微带线带阻滤波器俯视结构图；

图2为本发明的吸收型微带线带阻滤波器尺寸图；

图3为本发明的吸收型微带线带阻滤波器剖面结构图；

图4为实施例中反射系数S₁₁和传输系数S₂₁随频率响应的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种适用于射频前端系统的吸收型微带线带阻滤波器结构，如图1、图3所示，包括介质基板MS，位于介质基板MS底面的金属地结构PEC，位于介质基板MS顶面的微带线结构PEC以及位于介质基板内的金属化通孔VH。其中，介质基板MS的相对介电常数为ε_r。微带线结构包括宽带带阻滤波器部分、宽带带通滤波器部分，以及作为输入端口的微带线ML2，作为输出端口的微带线ML3。

宽带带阻滤波器部分包括微带耦合线MCL1、微带耦合线MCL2、微带线ML1、微带线ML4、微带线ML5。耦合微带线MCL1的上端和微带线ML4的右端侧面垂直连接形成终端短路，耦合微带线MCL2的上端和微带线ML5的左端侧面垂直连接形成终端短路；微带线ML4的右端另一侧面和微带线ML5左端的另一侧面通过一段成两个90度弯折的微带线ML1相连接，微带线ML1的两端截面中线分别与微带耦合线MCL1、微带耦合线MCL2的中心线重合。微带线ML2的右端与耦合微带线MCL1的下端侧面垂直连接，微带线ML3的左端与微带耦合线MCL2的下端侧面垂直连接。

宽带带通滤波器部分包括耦合微带线MCL3、电阻R1、电阻R2，接地结构Ground1、接地结构Ground2。电阻R1和电阻R2均作为吸收电阻，电阻R1的一端连接微带线ML2与耦合微带线MCL1相接触位置，电阻R1的另一端与耦合微带线MCL3中左侧微带线的上端连接；耦合微带线MCL3中右侧微带线的上端通过电阻R2和接地结构Ground1相连接，下端直接和接地结构Ground2连接。其中，接地结构Ground1由一方形金属贴片构成，再通过金属化通孔和金属地结构相连接，接地结构Ground2由金属化通孔将耦合微带线MCL3和金属地结构相连接。

微波射频信号通过微带线ML2的左端，即端口1馈入，阻带外的微波信号通过微带线ML2传输至耦合微带线MCL1中，信号在通过微带线ML4、微带线ML1、微带线ML5以及耦合微带线MCL2传输至微带线ML3，通过微带线ML3的右端，即端口2输出。带阻内的反射信号反射至由耦合微带线MCL3、接地结构Ground1和接地结构Ground2构成的带通滤波器支路中，由于带通滤波器支路中引入了吸收电阻R1和吸收电阻R2，阻带内的反射信号就被吸收电阻吸收掉，最终实现吸收型微带线带阻微带滤。

如图2所示，微带线ML2的长为L6，线宽为w6；耦合微带线MCL1的长度为L1，线宽为w1，间距为s1；耦合微带线MCL2的长度为L2，线宽为w2，间距为s2；微带线ML1的线宽为w3，长度为L3；微带线ML4的长度为L4，宽度为w4；微带线ML5的长度为L5，宽度为w5；微带线ML3的长度为L7，宽度为w7；吸收电阻R1的阻值为R1，耦合微带线MCL3的长度为L8，线宽为w8，间距为s8；吸收电阻R2的阻值为R2，金属化通孔的直径为d。

其中，耦合微带线MCL1的长度L1，中心频率f₀和介质基板的相对介电常数ε_r之间满足：

其中，c₀为光速；耦合微带线MCL2的长度L2，中心频率f₀和介质基板的相对介电常数ε_r之间满足：

耦合微带线MCL3的长度L8，中心频率f₀和介质基板的相对介电常数ε_r之间满足：

微带线ML1的长度L3，中心频率f₀和介质基板的相对介电常数ε_r之间满足：

微带线ML4的长度L4，中心频率f₀和介质基板的相对介电常数ε_r之间满足：

微带线ML5的长度L5，中心频率f₀和介质基板的相对介电常数ε_r之间满足：

金属化通孔的直径d与耦合微带线MCL3的带宽w8之间满足关系式：d<w8。

耦合微带线MCL1的间距s1、带宽w1，微带线ML2的长度L6，微带线ML4的长度L4之间满足：L4-(s1+2*w1)<L6。耦合微带线MCL2的间距s2、带宽w2，微带线ML3的长度L7，微带线ML5的长度L5之间满足：L7-(s2+2*w2)<L5。

为了更好地说明本发明的技术效果，本实施例设计了一种中心频率为2GHz的宽频带吸收型微带线带阻滤波器，对其进行优化仿真验证，其结构参数如下：微带线ML2：w6＝2.3mm，L6＝33.92mm；耦合微带线MCL1：w1＝0.3mm，s1＝0.6mm，L1＝23mm；耦合微带线MCL2：w2＝1.4mm，s2＝0.25mm，L2＝22.6mm；微带线ML1：w3＝0.75mm，L3＝20mm；微带线ML4：w4＝4mm，L4＝23mm；耦合微带线MCL3：w8＝2.64mm，s8＝0.46mm，L8＝21mm；微带线ML5：w5＝2.4mm，L5＝25mm；电阻R1＝45Ω；电阻R2＝45Ω；微带线ML3：w7＝2.3mm，L7＝33.92mm，介质基板采用RO4003C板材，基板厚度h＝1.524mm，介质相对介电常数为ε_r＝3.38；金属化通孔的直径d＝1.0mm。其他频段的慢波结构可以在本实施例中的慢波结构上进行缩放可得。

图4为本实施例通过HFSS三维模拟软件仿真得到的反射系数S₁₁和传输系数S₂₁随频率响应的曲线图。从图中可以看出在0～3.8GHz的频率范围内，反射系数S₁₁均小于-11.31dB，尤其是在阻带1.2～2.1GHz范围内，反射系数S₁₁均能小于-16.3dB，反射信号吸收效果良好；传输系数S₂₁表现出带阻响应，在1.32～2.83GHz均能小于-15dB，对应的相对带宽为72.8％，具有宽频带吸收型带阻滤波性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种吸收型微带线带阻滤波器结构，其特征在于，包括介质基板，位于所述介质基板底面的金属地结构，位于所述介质基板顶面的微带线结构；所述微带线结构包括宽带带阻滤波器部分、宽带带通滤波器部分，以及作为输入端口的微带线ML2，作为输出端口的微带线ML3；

所述宽带带阻滤波器部分包括微带耦合线MCL1、微带耦合线MCL2、微带线ML1、微带线ML4、微带线ML5；耦合微带线MCL1的一端和微带线ML4的一端侧面垂直连接形成终端短路，耦合微带线MCL2的一端和微带线ML5的一端侧面垂直连接形成终端短路，所述微带线ML4和微带线ML5的一端的另一侧面通过一段成两个90度弯折的微带线ML1相连接，所述微带线ML1的两端截面中线分别与所述微带耦合线MCL1、微带耦合线MCL2的中心线重合；所述微带线ML2的一端与所述耦合微带线MCL1的另一端侧面垂直连接，所述微带线ML3的一端与所述微带耦合线MCL2的另一端侧面垂直连接；

所述宽带带通滤波器部分包括耦合微带线MCL3、电阻R1、电阻R2，接地结构Ground1、接地结构Ground2；电阻R1的一端连接所述微带线ML2与所述耦合微带线MCL1相接触位置，所述电阻R1的另一端与耦合微带线MCL3中一条微带线的上端连接；所述耦合微带线MCL3中另一条微带线的上端通过电阻R2和接地结构Ground1相连接，下端直接和接地结构Ground2连接。

2.根据权利要求1所述的吸收型微带线带阻滤波器结构，其特征在于，所述耦合微带线MCL1的间距s1、带宽w1，所述微带线ML2的长度L6，所述微带线ML4的长度L4之间满足：L4-(s1+2*w1)<L6；所述耦合微带线MCL2的间距s2、带宽w2，所述微带线ML3的长度L7，所述微带线ML5的长度L5之间满足：L7-(s2+2*w2)<L5。

3.根据权利要求1或2所述的吸收型微带线带阻滤波器结构，其特征在于，所述耦合微带线MCL1的长度L1，中心频率f₀和所述介质基板的相对介电常数ε_r之间满足关系式：

其中，c₀为光速。

4.根据权利要求1所述的吸收型微带线带阻滤波器结构，其特征在于，所述接地结构Ground1由一方形金属贴片构成，再通过金属化通孔和所述金属地结构相连接，所述接地结构Ground2由金属化通孔将所述耦合微带线MCL3和所述金属地结构相连接。

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