CN114824703B - 基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,包括由下而上依次设置的接地层、介质层和滤波层,信号输入端口和信号输出端口分别位于滤波层的两端,两个开口矩形谐振环对称设置在滤波层中部并分别与信号输入、输出端口相连接,两个开口矩形谐振环之间间隔设置并耦合;每个开口矩形谐振环内加载连接有一个L形耦合线对,每个L形耦合线对外侧设有一对对称的非馈电枝节对,非馈电枝节对不与馈电结构相连接;接地层上形成有矩形缺陷对和缺陷块,矩形缺陷块对称轴与介质层下层纵向对称轴重合,一对矩形缺陷对关于介质层下层纵向对称轴对称,缺陷块位于一对缺陷对中间以形成带阻结构。该滤波器整体结构简单,尺寸小,加工成本低,应用广。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域,具体地,涉及一种基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器。
背景技术
微带滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。在微波电路系统中,滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来在微波电路系统应用广泛,而其中用微带做滤波器是其主要应用之一。
随着无线通信技术的迅猛发展,涌现出了许多无线互联的技术和标准,例如中国移动的5G工作频段有3.5GHz频段,WLAN802.11a工作在6GHz的频率范围内,同时支持5G和WLAN标准的双通带产品将是未来无线通信选择的主流。双通带微带滤波器作为双通带无线通信系统中最重要的模块之一受到了广泛重视.其种类繁多,结构各异,有平行耦合滤波器、梳状滤波器、交指滤波器和发夹型滤波器等多种形式。目前常见的实现双通带滤波器的方法之一是通过两个对应不同中心频率的谐振器产生两个通带。这种方法的结构相对简单,设计思路与单通带滤波器的设计相近且滤波器参数易于调整,但这种方法设计的滤波器往往也有较大尺寸,且产生的寄生通带影响大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,该滤波器整体结构简单,尺寸小,加工成本低,具有双通带且抑制带宽的特性,可以应用于要求滤除更广杂波的微波电路当中。
为了实现上述目的,本发明提供了一种基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,该滤波器包括由下而上依次设置的接地层、介质层和滤波层,滤波层上形成有信号输入端口、信号输出端口、开口矩形谐振环、L形耦合线对和非馈电枝节对;其中,
信号输入端口和信号输出端口分别位于滤波层的两端,两个开口矩形谐振环对称设置在滤波层中部并分别与信号输入端口、信号输出端口相连接,两个开口矩形谐振环之间间隔设置并耦合;
每个开口矩形谐振环内加载连接有一个L形耦合线对,每个L形耦合线对外侧设有一对对称的非馈电枝节对,非馈电枝节对不与馈电结构相连接;
接地层上形成有矩形缺陷对和矩形缺陷块,矩形缺陷块的对称轴与介质层下层纵向对称轴重合,一对矩形缺陷对关于介质层下层纵向对称轴对称,并且,矩形缺陷块位于一对矩形缺陷对中间以形成带阻结构。
优选地,信号输入端口和信号输出端口的外缘分别与介质层的两端齐平。
优选地,信号输入端口和信号输出端口关于介质层上层对称轴对称。
优选地,两个开口矩形谐振环、两个L形耦合线对和一对非馈电枝节对均关于介质层上层对称轴对称设置。
优选地,接地层和滤波层由导电材料制备而成。
优选地,滤波层为通过印制电路板制造工艺在介质层的金属层上直接蚀刻形成。
优选地,开口矩形谐振环的上端正中间位置预留有0.5-1mm的缺口。
优选地,L形耦合线对包括一对形状为倒L形的枝节对,两个枝节相互耦合且关于开口矩形谐振环的内部对称轴对称设置。
根据上述技术方案,本发明通过在介质基板的金属层直接蚀刻结构形成滤波器,加工精度高,简单易行,有利于集成,并且介质基板选择性多,有利于降低成本。并且,通过采用设置在信号传输线上连接的开口矩形谐振环、L形耦合线对和非馈电枝节对,可以构成同一平面上的多阶谐振环组成的双通带滤波器,采用耦合线弯折的方式构成L形谐振器,与常规设计相比较,缩短了滤波器在宽度方向的大小,使整体结构尺寸得到有效减小。这样,该滤波器可以应用到无线通信射频前端和整流天线系统中,也可广泛用于微波中继通讯、卫星通讯、雷达技术、电子对抗及微波测量仪等设备中。
同时,本发明通过在接地层上刻蚀一个矩形缺陷对和一个矩形缺陷块,抑制了二倍频三倍频处的寄生通带,使阻带的宽度得到大幅度提升,提高了滤波性能,保证了该滤波器有足够宽的阻带带宽。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明提供的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器的结构示意图;
图2是本发明提供的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器的上层结构尺寸示意图;
图3是本发明提供的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器的下层结构尺寸示意图;
图4是本发明提供的实施例1中S参数测量结果的示意图;
图5是本发明提供的对比例1的滤波器的结构示意图;
图6是本发明提供的对比例1中S参数测量结果的示意图。
附图标记说明
1-接地层 2-介质层
3-滤波层 4-信号输入端口
5-信号输出端口 6-开口矩形谐振环
7-L形耦合线对 8-非馈电枝节对
91-矩形缺陷对 92-矩形缺陷块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本发明中,在未作相反说明的情况下,“上、中、下、内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位,或为本领域技术人员理解的俗称,而不应视为对该术语的限制。
参见图1,本发明提供一种基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,该滤波器包括由下而上依次设置的接地层1、介质层2和滤波层3,滤波层3上形成有信号输入端口4、信号输出端口5、开口矩形谐振环6、L形耦合线对7和非馈电枝节对8;其中,
信号输入端口4和信号输出端口5分别位于滤波层3的两端,两个开口矩形谐振环6对称设置在滤波层3中部并分别与信号输入端口4、信号输出端口5相连接,两个开口矩形谐振环6之间间隔设置并耦合;
每个开口矩形谐振环6内加载连接有一个L形耦合线对7,每个L形耦合线对7外侧设有一对对称的非馈电枝节对8,非馈电枝节对8不与馈电结构相连接,可以构成同一平面上的多阶谐振环组成的双通带滤波器,采用耦合线弯折的方式构成L形谐振器,与常规设计相比较,缩短了滤波器在宽度方向的大小,使整体结构尺寸得到有效减小,这样就可以应用到无线通信射频前端和整流天线系统中,还可广泛用于微波中继通讯、卫星通讯、雷达技术、电子对抗及微波测量仪等设备中。
接地层1上形成有矩形缺陷对91和矩形缺陷块92,矩形缺陷块92的对称轴与介质层2下层纵向对称轴重合,一对矩形缺陷对91关于介质层2下层纵向对称轴对称,并且,矩形缺陷块92位于一对矩形缺陷对91中间以形成带阻结构,保证了该滤波器有足够宽的阻带带宽,提高了滤波性能。
信号输入端口4和信号输出端口5分别位于滤波层3的横向两端,其外缘分别与介质层2的两端齐平,便于顺利接入SMA馈电接头。
同时,信号输入端口4和信号输出端口5关于介质层2上层对称轴对称。
进一步的,两个开口矩形谐振环6、两个L形耦合线对7和一对非馈电枝节对8均关于介质层2上层对称轴对称设置。
上述开口矩形谐振环6采用宽度为1-2mm的矩形环状结构,在其上端正中间位置截取0.5-1mm长度的开口,两个开口矩形谐振环6内侧以小距离相邻,外侧分别与信号输入端口4或信号输出端口5相连,这种结构大大缩短了滤波器在宽度方向的大小,减小了结构尺寸。
L形耦合线对7包括一对形状为倒L形的枝节对,两个枝节相互耦合且关于开口矩形谐振环6的内部对称轴对称设置,使得滤波器产生两个有效的通频带,即分别位于3.5GHz和6GHz的有益频带。
非馈电枝节对8包含一对形状为矩形的枝节对,以介质层2上层对折线为对称轴对称布置,两个枝节分别位于开口矩形谐振环6内部中L形耦合线对7的两侧,该结构减小了滤波器第二通带的带内波动,保证了带内插损小于1.58dB。
在实际制作过程中,上述接地层1和滤波层3可以由包括金、银、铜的导电材料制备而成,其中的滤波层3通过印制电路板制造工艺在介质层2的金属层上直接蚀刻形成,其加工精度高,简单易行,有利于集成。并且,介质层2的介质基板选择性多,有利于降低成本。
下面提供具体的实施方式来说明本发明的技术效果:
实施例
该实施例以一个3.3GHz-3.5GHz、5.8GHz-6.1GHz双通滤波器的结构为例,其中介质层2的介电常数为4.4,厚度为1.6mm。如图2和图3所示,该滤波器中的滤波层3上各结构的尺寸参数如下:W=17mm,W1=3mm,W2=1mm,W3=8mm,W4=3.8mm,W5=6mm,W6=1.2mm,W7=1.28mm,W8=6.36mm,W9=2.4mm,W10=9.95mm,L=22.3mm,L1=9.1mm,L2=1mm,L3=5.5mm,L4=mm,L5=1mm,L6=0.55mm,L7=5.6mm,L8=1.65mm,L9=7.8mm,L10=5.5mm。该低通滤波器的尺寸为22.3mm×17mm,该滤波器具有更好的小型化优点。
图4为上述结构和尺寸的滤波器在电磁软件中仿真建模后得到的S11和S12的参数仿真图,由图可以看出,该滤波器的通带频率为3.23GHz-3.51GHz和5.79GHz-6.28GHz,在通带内,带内插入损耗小于1.58dB,从而实现了较好的带内传输性能。此外,在通带外插入损耗大于20dB的频率带宽范围是6.99GHz-16.24GHz,因此,对应于这一标准,该滤波器具有抑制多次谐波的特性,且阻带内的最大插损达到50dB,因此,该宽抑制带低通微带滤波器具有非常小的电路尺寸、良好的通带特性和较宽的阻带带宽。
对比例
如图5所示,对比例与本发明中的滤波器的结构的不同点在于,其中不含有非馈电枝节对和有三个缺陷结构,其中的耦合对为矩形而不是L形。其各结构的尺寸参数如下:W=17mm,W1=3mm,W3=8mm,W4=3.8mm,W5=6mm,L=22.3mm,L1=9.1mm,L2=1mm,L3=5.5mm,L4=mm,L5=1mm。该低通滤波器的尺寸为22.3mm×17mm。
由图6可知,滤波器的虽然实现了双通带,但其在第二通带的插损最小值都为1.7dB,而且在通带外插入损耗大于20dB的频率带宽范围仅为7.07GHz-8.72GHz,寄生通带干扰非常严重,没有实现良好的低通性能。
由此可见,本发明提供的滤波器整体结构简单,尺寸小,加工成本低,具有通带损耗低且抑制带宽的特性,可以应用于要求滤除更广杂波的微波电路当中。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述滤波器包括由下而上依次设置的接地层(1)、介质层(2)和滤波层(3),所述滤波层(3)上形成有信号输入端口(4)、信号输出端口(5)、开口矩形谐振环(6)、L形耦合线对(7)和非馈电枝节对(8);其中,
所述信号输入端口(4)和所述信号输出端口(5)分别位于所述滤波层(3)的两端,两个所述开口矩形谐振环(6)对称设置在所述滤波层(3)中部并分别与所述信号输入端口(4)、所述信号输出端口(5)相连接,两个所述开口矩形谐振环(6)之间间隔设置并耦合;
每个所述开口矩形谐振环(6)内加载连接有一个所述L形耦合线对(7),每个所述L形耦合线对(7)外侧设有一对对称的所述非馈电枝节对(8),所述非馈电枝节对(8)不与馈电结构相连接;
所述接地层(1)上形成有矩形缺陷对(91)和矩形缺陷块(92),所述矩形缺陷块(92)的对称轴与所述介质层(2)下层纵向对称轴重合,一对所述矩形缺陷对(91)关于所述介质层(2)下层纵向对称轴对称,并且,所述矩形缺陷块(92)位于一对所述矩形缺陷对(91)中间以形成带阻结构;
所述矩形缺陷块(92)的位置与两个所述开口矩形谐振环(6)间的耦合部分对应,并且,一对所述矩形缺陷对(91)的位置分别与每个所述L形耦合线对(7)的耦合部分相对应。
2.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述信号输入端口(4)和所述信号输出端口(5)的外缘分别与所述介质层(2)的两端齐平。
3.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述信号输入端口(4)和所述信号输出端口(5)关于所述介质层(2)上层对称轴对称。
4.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,两个所述开口矩形谐振环(6)、两个所述L形耦合线对(7)和一对所述非馈电枝节对(8)均关于所述介质层(2)上层对称轴对称设置。
5.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述接地层(1)和所述滤波层(3)由导电材料制备而成。
6.根据权利要求5所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述滤波层(3)为通过印制电路板制造工艺在所述介质层(2)的金属层上直接蚀刻形成。
7.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述开口矩形谐振环(6)的上端正中间位置预留有0.5-1mm的缺口。
8.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的双通带宽阻带滤波器,其特征在于,所述L形耦合线对(7)包括一对形状为倒L形的枝节对,两个枝节相互耦合且关于所述开口矩形谐振环(6)的内部对称轴对称设置。
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