CN115498384B - 一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，涉及微波滤波用薄膜电路领域，该电路包括：介质基板、位于介质基板背面的接地金属层、位于介质基板正面的信号输入端、信号输出端和多个谐振器；多个谐振器依次布设在信号输入端与信号输出端之间；谐振器包括两个对称设置的伪交指谐振杆，每个伪交指谐振杆的端部均向远离另一个伪交指谐振杆的方向弯折；伪交指谐振杆上开设第一金属通孔，介质基板上相邻两个谐振器之间的区域开设第二金属通孔；谐振器两个伪交指谐振杆之间、相邻两个谐振器之间、信号输入端与伪交指谐振杆之间、信号输出端与伪交指谐振杆之间具有缝隙。本发明能在实现极窄通带的同时，满足小尺寸的需求。
Description
技术领域
本发明涉及微波滤波用薄膜电路领域，特别是涉及一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，人类可以利用的频率资源越来越少，因此人们对无源电子器件的设计要求也越来越高，研究具有高频率选择性的微波滤波用薄膜电路变得非常有意义，这不仅要求其具有良好的带内性能，而且要求更高的带外性能，带内性能即要求插入损耗要低，带外性能即要求通带截止边沿要陡峭，对谐波有一定的抑制功能。传统的微带滤波用薄膜电路频率响应由于分布参数的周期性，在离开主通带一定距离处存在寄生通带，这在频率复用的通信方式中将产生相当不利的影响。
传统的微带交指型滤波用薄膜电路，结构简单设计方便，通带范围大多在10％-40％之间。现今，设计微带交指型滤波用薄膜电路的方法主要包括但不限于：(1)确定单一谐振杆的谐振频率；(2)耦合系数确定相邻谐振杆之间的距离；(3)外部Q值确定输入输出端位置；(4)微调线缝宽优化性能。
然而，由于线缝宽的限制，耦合系数很难达到窄带的要求而且会大大增加其尺寸，以及高外部Q(损耗正切角的导数)值，对于窄通带(5％以下)的输入输出端耦合难以实现。因此，如何在尽量不增加尺寸的情况下达到窄带滤波用薄膜电路性能，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，以在实现极窄通带的同时，满足小尺寸的需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，包括：介质基板、接地金属层、信号输入端、信号输出端和多个谐振器；
所述介质基板的背面设置所述接地金属层；所述介质基板的正面的一端设置所述信号输入端，所述介质基板的正面的另一端设置所述信号输出端；多个所述谐振器位于所述介质基板的正面，且依次布设在所述信号输入端与所述信号输出端之间；
所述谐振器包括两个对称设置的伪交指谐振杆，每个所述伪交指谐振杆的端部均向远离另一个所述伪交指谐振杆的方向弯折；在所述伪交指谐振杆上开设第一金属通孔，所述第一金属通孔贯穿所述介质基板延伸至所述接地金属层；在所述介质基板的设定区域开设第二金属通孔；所述设定区域为相邻两个所述谐振器之间的区域；
所述谐振器中两个所述伪交指谐振杆的中间部分之间具有第一缝隙；相邻两个所述谐振器之间具有第二缝隙；所述第一缝隙的尺寸是根据所述谐振器中两个所述伪交指谐振杆的耦合系数确定的；所述第二缝隙的尺寸是根据相邻所述谐振器中相邻的两个所述伪交指谐振杆的耦合系数确定的；
从所述信号输入端到所述信号输出端，第一个谐振器中靠近所述信号输入端的伪交指谐振杆与所述信号输入端之间具有第三缝隙，最后一个谐振器中靠近所述信号输出端的伪交指谐振杆与所述信号输出端之间具有第四缝隙；所述第三缝隙和所述第四缝隙的尺寸是根据外部损耗正切角的导数值确定的。
可选地，所述信号输入端和所述信号输出端均包括微带线和馈电线；
所述微带线的一端连接所述馈电线的首端，所述馈电线的末端呈箭头型；所述馈电线的末端与相邻的伪交指谐振杆的形状相匹配。
可选地，所述第一金属通孔和所述第二金属通孔的形状为圆形或正多边形。
可选地，所述介质基板为石英玻璃晶圆、氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板、碳化硅晶圆或氮化硼晶圆。
可选地，所述伪交指谐振杆的尺寸是根据伪交指谐振杆的中心频率确定的。
可选地，所述介质基板的介电常数为9.8。
可选地，所述介质基板的厚度为0.254mm。
可选地，所述微带线为50Ω微带线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提出了一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，该电路中的多个谐振器依次布设在信号输入端与信号输出端之间；谐振器包括两个对称设置的伪交指谐振杆，每个伪交指谐振杆的端部均向远离另一个伪交指谐振杆的方向弯折；伪交指谐振杆上开设第一金属通孔，第一金属通孔贯穿介质基板延伸至接地金属层；介质基板的设定区域开设第二金属通孔，设定区域为相邻两个所述谐振器之间的区域；谐振器两个伪交指谐振杆之间、相邻两个谐振器之间、信号输入端与伪交指谐振杆之间、信号输出端与伪交指谐振杆之间具有缝隙。其中，谐振器多个伪交指的谐振器按规律排布，设计方便；谐振器中每个伪交指谐振杆的端部均向远离另一个伪交指谐振杆的方向弯折，这样通过调节单个伪交指谐振杆的弯折角度以及相邻两个谐振器之间的区域开设的第二金属通孔的大小，即可在线缝宽可行的前提下达到极小的耦合系数，相对于传统的交指型滤波用薄膜电路，能大大减小缝隙，达到小型化的目的。因此，本发明能在实现极窄通带的同时，满足小尺寸的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路的结构图；
图2为本发明实施例提供的伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路的俯视图；
图3为本发明实施例提供的X型缝隙仿真模型图；
图4为本发明实施例提供的X型缝隙耦合系数结果图；
图5为本发明实施例提供的O型缝隙仿真模型图；
图6为本发明实施例提供的O型缝隙耦合系数结果图；
图7为本发明实施例提供的S参数仿真结果图。
符号说明：201-信号输入端；202-第三缝隙；203-伪交指谐振杆；204-第一缝隙；205-第二缝隙；206-第一金属通孔；207-第二金属通孔；208-介质基板；209-信号输出端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
目前，由于线缝宽的限制，耦合系数很难达到窄带的要求而且会大大增加其尺寸，以及高外部Q值，对于窄通带(5％以下)的输入输出端耦合难以实现。因此，通过改良交指结构，在尽量不增加尺寸的情况下达到窄带滤波用薄膜电路性能具有一定的研究意义。本发明的谐振器中每个伪交指谐振杆的端部均向远离另一个伪交指谐振杆的方向弯折，这样通过调节单个伪交指谐振杆的弯折角度以及相邻两个谐振器之间的区域开设的第二金属通孔的大小，即可在线缝宽可行的前提下达到极小的耦合系数，能在实现极窄通带的同时，满足小尺寸的需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1和图2，本实施例的伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，包括：介质基板208、接地金属层、信号输入端201、信号输出端209和多个谐振器。
所述介质基板208的背面设置所述接地金属层；所述介质基板208的正面的一端设置所述信号输入端201，所述介质基板208的正面的另一端设置所述信号输出端209；多个所述谐振器位于所述介质基板208的正面，且依次布设在所述信号输入端201与所述信号输出端209之间。
所述谐振器包括两个对称设置的伪交指谐振杆203，每个所述伪交指谐振杆203的端部均向远离另一个所述伪交指谐振杆203的方向弯折。在所述伪交指谐振杆203上开设第一金属通孔206，所述第一金属通孔206贯穿所述介质基板208延伸至所述接地金属层，具体的，可以在所述伪交指谐振杆203的端部开设第一金属通孔206，如图2所示。在所述介质基板208的设定区域开设第二金属通孔207，所述设定区域为相邻两个所述谐振器之间的区域，具体的，设定区域为相邻两个所述谐振器的相邻两个伪交指谐振杆围成的区域，如图2所示。第一金属通孔206的内壁为金属材质，第一金属通孔206的上端面与伪交指谐振杆203的接地端连接，第一金属通孔206的下端面与接地金属层连接，第一金属通孔206用于实现伪交指谐振杆203与接地金属层的连接。第二金属通孔207的内壁也为金属材质，第二金属通孔207作为谐振器的谐振柱，通过调节第二金属通孔207的尺寸达到微调耦合系数的目的。
多个所述谐振器间隔设于信号输入端201与信号输出端209之间。所述谐振器中两个所述伪交指谐振杆的中间部分之间具有第一缝隙204，即X型缝隙；相邻两个所述谐振器之间具有第二缝隙205，即O型缝隙；所述第一缝隙204的尺寸是根据所述谐振器中两个所述伪交指谐振杆的耦合系数确定的；所述第二缝隙205的尺寸是根据相邻所述谐振器中相邻的两个所述伪交指谐振杆的耦合系数确定的。所有谐振器的伪交指谐振杆分别通过X型缝隙、O型缝隙规律排布，并可镜像对称。X型缝隙的耦合特性如图3和图4所示，可在缝宽加工允许范围内达到0.005～0.03的耦合系数，实现极窄带带通滤波用薄膜电路的耦合系数要求。O型缝隙耦合特性如图5和图6所示，其中，通过调节作为谐振柱的第二金属通孔207可以进一步减小耦合系数，使之达到0.006～0.0095。
从所述信号输入端201到所述信号输出端209，第一个谐振器中靠近所述信号输入端201的伪交指谐振杆203与所述信号输入端201之间具有第三缝隙202，最后一个谐振器中靠近所述信号输出端209的伪交指谐振杆与所述信号输出端209之间具有第四缝隙；所述第三缝隙202和所述第四缝隙均为间接耦合缝隙；所述第三缝隙202和所述第四缝隙的尺寸是根据外部损耗正切角的导数值(Q值)确定的。间接耦合缝隙与相邻的伪交指谐振杆进行耦合，实现极窄带带通滤波用薄膜电路高外部Q值的要求。
本实施例的伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，谐振器在传统交指谐振器的基础上，通过在两端的弯折形成伪交指结构，实现新的耦合特性以达到更小的耦合系数。相邻伪交指谐振杆之间存在两种缝隙；第一类X型缝隙，第二类O型缝隙，信号输入端201和信号输出端209与相邻伪交指谐振杆之间也存在间接耦合缝隙，通过间接耦合方式馈电以实现更高的外部Q值；第二金属孔作为谐振柱设于第二类O型缝隙间，可以微调相邻谐振柱间的耦合系数，通过调节第二金属孔的尺寸大小可进一步减小缝隙，实现更小的尺寸需求。因此，本实施例的伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，可以实现极窄通带小尺寸以及陡边带特性，平面结构简单，易于加工。
在一个示例中，所述伪交指谐振杆的尺寸是根据伪交指谐振杆的中心频率确定的。伪交指谐振杆是由微带线制成，确定伪交指谐振杆的尺寸即确定微带线线宽。微带线属于介质波导，伪交指谐振杆均为波长为λg/4的谐振杆，λg表示波导波长，其中λ0表示中心频率在自由空间中对应的波长，εre为介质基板208的有效介电常数，其中，εr为介质基板208的介电常数，h为介质基板208的厚度，w为微带线线宽。
在一个示例中，所述信号输入端201和所述信号输出端209均包括微带线和馈电线。所述微带线的一端连接所述馈电线的首端，所述馈电线的末端呈箭头型；所述馈电线的末端与相邻的伪交指谐振杆的形状相匹配。在实际应用中，所述信号输入端201和所述信号输出端209均可由50Ω微带线及末端箭头型间接馈电线组成。
在一个示例中，所述第一金属通孔206和所述第二金属通孔207的形状可以为圆形，如图1和图2所示，所述第一金属通孔206和所述第二金属通孔207的形状也可以为正多边形，如图3和图5所示。
在一个示例中，所述介质基板208可以为陶瓷基板，介质基板208的介电常数εr＝9.8，介质基板208的厚度h＝0.254mm。所述介质基板208也可以选用其他介电常数更高的材料以进一步缩小尺寸，如为石英玻璃晶圆、氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板、碳化硅晶圆或氮化硼晶圆等。
上述伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路的设计方法如下：
步骤一：对单根伪交指谐振杆仿真中心频率确定其尺寸；
步骤二：对相邻形成X型缝隙的两根伪交指谐振杆仿真其各自的谐振频率f1、f2，并通过公式确定其耦合系数，根据耦合系数K12确定X型缝隙的大小，同时可通过改变弯折角度改变两者间的耦合；
步骤三：对相邻形成O型缝隙的两根伪交指谐振杆以及其中间的第二金属通孔207仿真，与上述步骤二相同，以此确定O型缝隙的大小，其中可通过调节圆形的第二金属通孔207的半径微调其耦合系数；
步骤四：对信号输入端201与其相邻的伪交指谐振杆仿真，通过外部Q值计算时延，确定间接耦合缝隙的大小。
基于上述方法，面向无线通信系统，设计了中心频率为14GHz，相对带宽约为3％的微带线滤波用薄膜电路，经过仿真优化后最终确定该微带线极窄带带通滤波用薄膜电路的外形尺寸为6.4mm*3.5mm*0.254mm，满足了小型化的需求。图7所示为本发明实例的S参数仿真图，S参数是散射系数矩阵的代称，S参数仿真图用于表征系统的性能，图7中S11表示回波损耗，S21表示增益，在工作带宽内回波损耗可以满足小于-20dB，认为本实施例是可行的。
本发明提供的伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，面向无线通信系统的应用，其工作带宽约为13.8～14.2GHz，具有约3％的相对工作带宽。
其中，伪交指谐振杆和作为谐振柱的第二金属通孔207按镜像规律排布组成，设计方便；通过调节单个伪交指谐振杆的弯折角度以及谐振柱的大小，在线缝宽可行的前提下达到了极小的耦合系数，通过箭头型间接耦合馈电线实现极大的外部Q值，实现了极窄带带通滤波用薄膜电路的设计要求；相对于传统的交指型滤波用薄膜电路大大减小缝隙，实现了小型化的目的。本发明具有较高的通用性，满足了高频率选择性，可根据工作带宽灵活调节谐振器中心频率和线缝宽大小，达到其需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，包括：介质基板、接地金属层、信号输入端、信号输出端和多个谐振器；
所述介质基板的背面设置所述接地金属层；所述介质基板的正面的一端设置所述信号输入端，所述介质基板的正面的另一端设置所述信号输出端；多个所述谐振器位于所述介质基板的正面，且依次布设在所述信号输入端与所述信号输出端之间；
所述谐振器包括两个对称设置的伪交指谐振杆，每个所述伪交指谐振杆的端部均向远离另一个所述伪交指谐振杆的方向弯折；在所述伪交指谐振杆的端部开设第一金属通孔，所述第一金属通孔贯穿所述介质基板延伸至所述接地金属层；在所述介质基板的设定区域开设第二金属通孔；所述设定区域为相邻两个所述谐振器之间的区域；
所述谐振器中两个所述伪交指谐振杆的中间部分之间具有第一缝隙；相邻两个所述谐振器之间具有第二缝隙；所述第一缝隙的尺寸是根据所述谐振器中两个所述伪交指谐振杆的耦合系数确定的；所述第二缝隙的尺寸是根据相邻所述谐振器中相邻的两个所述伪交指谐振杆的耦合系数确定的；
从所述信号输入端到所述信号输出端，第一个谐振器中靠近所述信号输入端的伪交指谐振杆与所述信号输入端之间具有第三缝隙，最后一个谐振器中靠近所述信号输出端的伪交指谐振杆与所述信号输出端之间具有第四缝隙；所述第三缝隙和所述第四缝隙的尺寸是根据外部损耗正切角的导数值确定的。
2.根据权利要求1所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述信号输入端和所述信号输出端均包括微带线和馈电线；
所述微带线的一端连接所述馈电线的首端，所述馈电线的末端呈箭头型；所述馈电线的末端与相邻的伪交指谐振杆的形状相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述第一金属通孔和所述第二金属通孔的形状为圆形或正多边形。
4.根据权利要求1所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述介质基板为石英玻璃晶圆、氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板、碳化硅晶圆或氮化硼晶圆。
5.根据权利要求1所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述伪交指谐振杆的尺寸是根据伪交指谐振杆的中心频率确定的。
6.根据权利要求1所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述介质基板的介电常数为9.8。
7.根据权利要求1所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述介质基板的厚度为0.254mm。
8.根据权利要求2所述的一种伪交指极窄带带通滤波用薄膜电路，其特征在于，所述微带线为50Ω微带线。
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| JP2000174501A (ja) * | 1998-12-07 | 2000-06-23 | Nec Corp | マイクロストリップラインフィルタ |
| KR20030031066A (ko) * | 2003-03-24 | 2003-04-18 | 학교법인 한국정보통신학원 | 강유전체 공진기를 이용한 가변필터 |
| CN206727196U (zh) * | 2017-05-11 | 2017-12-08 | 成都信息工程大学 | 微带交指型发夹滤波器 |
| CN207052734U (zh) * | 2017-05-09 | 2018-02-27 | 石家庄创天电子科技有限公司 | 一种谐振器以及滤波器 |
| CN110165347A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-23 | 四川大学 | 一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器 |
-
2022
- 2022-10-21 CN CN202211298027.4A patent/CN115498384B/zh active Active
Patent Citations (5)
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