CN115954634A

CN115954634A - 一种小频率比双频带通滤波器

Info

Publication number: CN115954634A
Application number: CN202310218575.XA
Authority: CN
Inventors: 徐开达; 席尚靖; 马飞; 周闻达
Original assignee: Sichuan Terahertz Communication Co ltd
Current assignee: Sichuan Terahertz Communication Co ltd
Priority date: 2023-03-09
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2043-03-09
Also published as: CN115954634B

Abstract

本发明公开了一种小频率比双频带通滤波器，本发明的滤波器结构简单，仅设有五条平行耦合线与一对金属通孔，相较现有技术减少了传输线的种类及数量，有助于降低信号通过滤波器产生的电磁损耗，实现带内平滑，具有较高的选择性和双通带特性；采用微带线结构使滤波器整体尺寸大大减小，在保证优良性能的前提下，极大地降低了加工难度和成本，并且本发明结构紧凑，本结构可在单片PCB板上实现，简单易行，有利于加工集成。

Description

一种小频率比双频带通滤波器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种小频率比双频带通滤波器。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，移动通信、卫星通信、雷达跟踪及遥感技术等越来越多的需要借助微波、毫米波技术，从而导致了电磁环境日益复杂，最终使得频谱资源愈加紧张。滤波器是现代射频无线通信系统中的重要组件之一，起到选频与滤波的作用。随着电磁环境逐渐复杂多变，单一频带的滤波器有时难以完成滤波任务，所以为了有效利用越来越多的频率信道，故增加滤波器通带数量成为解决方案。最为常见的是双频带通滤波器，其目前在宽带宽、大频率比以及小型化等方面发展已趋于成熟。小频率比的双频带通滤波器被广泛应用在Wi-Fi、蓝牙、卫星通信和无线电导航系统中。例如，可以在无线局域网中使用小频率比的双频通滤波器过滤来自其他通信系统的干扰。同样的，它可以在卫星通信系统中，提高信号质量并减少接收信号中的噪声。然而，窄带宽与小频率比难以兼得。因此，如何在保证滤波器小型化的基础上，将这两点性能同时兼顾，成为了研究的关键所在。

发明内容

本发明公开一种小频率比双频带通滤波器，兼具小频率比和体积小的特性。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：一种双频带通滤波器，包括介质基板、位于所述介质基板上表面的滤波器和位于介质基板下表面的金属接地板；所述滤波器包括信号输入端、信号输出端、第一平行耦合线、第二平行耦合线和第三平行耦合线，第一平行耦合线、第二平行耦合线、第三平行耦合线依次连接；第一平行耦合线、第三平行耦合线均垂直于第二平行耦合线设置，且第一平行耦合线与第三平行耦合线位于第二平行耦合线的同一侧；以第二平行耦合线为对称轴，在第二平行耦合线的另一侧设有与第一平行耦合线对称的第四平行耦合线、与第三平行耦合线对称的第五平行耦合线；信号输入端与第一平行耦合线连接，信号输出端与第四平行耦合线连接；在第三平行耦合线、第五平行耦合线远离第二平行耦合线的端部均设有贯穿介质基板、金属接地板的金属通孔。

进一步地，所述第一平行耦合线包括相互平行的微带线一与微带线二，所述第二平行耦合线包括相互平行的微带线三与微带线四，所述第三平行耦合线包括相互平行的微带线五与微带线六；第一平行耦合线、第二平行耦合线与第三平行耦合线形成合围区域，微带线一、微带线三、微带线五位于合围区域的内侧并依次连接，信号输入端与微带线一外侧的微带线二连接，金属通孔设置在微带线五外侧的微带线六端部，微带线二在第二平行耦合线另一侧的对称结构为微带线七，微带线七与信号输出端连接。

进一步地，信号输入端与微带线二之间设有梯形过渡结构，梯形过渡结构的窄端与微带线二连接；信号输出端与微带线七之间设有梯形过渡结构，梯形过渡结构的窄端与微带线七连接。

进一步地，所述介质基板采用F4B-2，长边边长为8.91cm，窄边边长为6cm；所述滤波器的归一化频率为1GHz，所述滤波器低频通带的中心频率为0.94GHz，3dB带宽为2%，所述滤波器高频通带的中心频率为1.12GHz，3dB带宽为3.4%。

进一步地，微带线一和微带线二的长度为29mm，宽度为1.8mm，微带线一与微带线二之间的耦合通道间距为0.17mm；微带线三和微带线四的长度为25mm，宽度为2.1mm，微带线三和微带线四之间的耦合通道间距为1.1mm；微带线五和微带线六的长度为52.75mm，宽度为0.35mm，微带线五和微带线六之间的耦合通道间距为1mm。

进一步地，所述金属通孔内径为0.6mm。

进一步地，在第三平行耦合线、第五平行耦合线上设有90°弯折结构，所述弯折结构以第二平行耦合线为对称轴对称。

进一步地，所述第三平行耦合线的弯折结构朝向第一平行耦合线弯折，所述第五平行耦合线朝向第四平行耦合线弯折。

进一步地，所述滤波器采用PCB工艺制成，最小加工间距为0.17mm。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

1、本发明的滤波器结构简单，仅采用五条平行耦合线与一对金属通孔，即可具有较高的选择性和双通带特性；

2、本发明中的滤波器仅采用微带线结构，使滤波器整体尺寸大大减小，在保证优良性能的前提下，极大地降低了加工难度和成本；

3、本发明结构紧凑，本结构可在单片PCB板上实现，简单易行，有利于加工集成。

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是本发明所述的小频率比双频带通滤波器的仰角视图；

图2是本发明的滤波器结构示意图；

图3是实施例得到的双频带通滤波器的仿真结果。

图中：1-第一平行耦合线，2-第二平行耦合线，3-第三平行耦合线，4-第四平行耦合线，5-第五平行耦合线，6-信号输入端，7-信号输出端，8-金属通孔，11-微带线一，12-微带线二，21-微带线三，22-微带线四，31-微带线五，32-微带线六，42-微带线七。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“一”、“二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“一”、“二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图1至图2，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的一种双频带通滤波器进行详细地说明。

本发明所述的一种小频率比双频带通滤波器包括介质基板、位于所述介质基板上表面的滤波器和位于介质基板下表面的金属接地板；滤波器包括信号输入端6、信号输出端7、第一平行耦合线1、第二平行耦合线2和第三平行耦合线3，第一平行耦合线1、第二平行耦合线2、第三平行耦合线3分别对应有第一耦合通道、第二耦合通道、第三耦合通道；第一平行耦合线1、第二平行耦合线2、第三平行耦合线3依次连接，第一平行耦合线1和第二平行耦合线2之间的相互耦合可以调节插入损耗的幅度，而第二平行耦合线2与第三平行耦合线3之间的相互耦合可以调节频率比的大小；第一平行耦合线1、第三平行耦合线3均垂直于第二平行耦合线2设置，且第一平行耦合线1与第三平行耦合线3位于第二平行耦合线2的同一侧；以第二平行耦合线2为对称轴，在第二平行耦合线2的另一侧设有与第一平行耦合线1对称的第四平行耦合线4、与第三平行耦合线3对称的第五平行耦合线5，五条平行耦合线形成“工”字形状；信号输入端6与第一平行耦合线1的端部连接，信号输出端7与第四平行耦合线4的端部连接；在第三平行耦合线3、第五平行耦合线5远离第二平行耦合线2的端部均设有贯穿介质基板、金属接地板的金属通孔8，金属通孔8可以将信号直接导向底层金属，从而被吸收，这一频率范围内的信号就将被滤除，实现了滤波器的阻带。

其中，第一平行耦合线1包括相互平行的微带线一11与微带线二12，第二平行耦合线2包括相互平行的微带线三21与微带线四22，第三平行耦合线3包括相互平行的微带线五31与微带线六32；第一平行耦合线1、第二平行耦合线2与第三平行耦合线3形成合围区域，微带线一11、微带线三21、微带线五31位于合围区域的内侧并依次连接，信号输入端6与微带线一11外侧的微带线二12连接，第四平行耦合线4，第五平行耦合线5为第一平行耦合线1、第三平行耦合线3的对称结构，其微带线对应设置，相应地，微带线二12在第二平行耦合线2另一侧的对称结构为微带线七42，微带线七42与信号输出端7连接；金属通孔8设置在微带线五31外侧的微带线六32及微带线六32对称结构的端部。

由于第一平行耦合线1、第三平行耦合线3及其耦合通道均以第二耦合通道为对称轴设置有对称结构，采用奇偶模理论进行设计，其结构可分为奇模部分、偶模部分，于是将复杂网络的电路模型对称分隔成两个简单的网络，也便于设计阶段理论分析。信号在进行传输时，从信号输入端6进入滤波器，其中一部分经第一平行耦合线1和第四平行耦合线4直接输送至信号输出端7，另一部分经第一耦合通道、第二耦合通道后再经过第四耦合通道输出至信号输出端7，如此实现两个通带；另外，信号从信号输入端6进入滤波器，依次经第一耦合通道、第二平行耦合线2、第三耦合通道，再通过金属通孔8到地；或是经第一耦合通道、第二耦合通道、第三耦合通道，再通过金属通孔8到地，如此形成阻带。

相关技术中采用平行耦合线与串并联电路结合的形式，在输入端、输出端旁并联短路或开路枝节，以增加零点，形成较好的带外抑制；而本发明不需要加载也可以得到足够的零点，形成足够的带外抑制，结构上不必再设置串并联枝节，如此有助于实现小型化。其次，本发明中仅使用平行耦合线，相较现有技术减少了传输线的种类及数量，有助于降低信号通过滤波器产生的电磁损耗，实现带内平滑，另一方面，也有利于进行加工测试。

具体，介质基板采用F4B-2，长边边长为8.91cm，窄边边长为6cm；滤波器的归一化频率为1GHz，双频带滤波器低频通带的中心频率为0.94GHz，3dB带宽为2%，双频带滤波器高频通带的中心频率为1.12GHz，3dB带宽为3.4%，金属通孔8内径为0.6mm。微带线一11和微带线二12的长度为29mm，宽度为1.8mm，微带线一11与微带线二12之间的耦合通道间距为0.17mm；微带线三21和微带线四22的长度为25mm，宽度为2.1mm，微带线三21和微带线四22之间的耦合通道间距为1.1mm；微带线五31和微带线六32的长度为52.75mm，宽度为0.35mm，微带线五31和微带线六32之间的耦合通道间距为1mm。

频率比是指第二通带中心频率与第一通带中心频率的比值，小频率比也就是指两个通带很靠近。通常S₂₁低于-15dB视为阻带，而第一和第四零点附近低于-40dB，实现了高带外抑制；看滤波器性能如何，一个是S₂₁在通带内是不是趋近于0dB，一个是S₂₁在阻带内是不是足够小，通常-15dB以下。S₂₁通带峰值左、右下降3dB处的两点，两点频率差与中心频率的百分比视为3dB带宽。图3为实施例得到的双频带通滤波器的仿真结果，从图中可以看出，本发明仿真结果有4个零点，本发明借助调控平行耦合线的耦合系数，保证带内带外性能的基础上，得到了两个窄带频段。本发明实例得到的双频带通滤波器的两个通带中心仅为1.19的小频率比，这在已有技术设计下是不多见的。此外，本发明实施例的双频带通滤波器的带内S₁₁（回波损耗），在0.93~0.95GHz和1.1~1.14GHz两个通带范围内均达到-20dB，在保证带内带外性能的基础上，得到了两个窄带频段。

在电路模型设计时，可引入归一化频率的设计方法，在此基础上实现任意所需的频率范围。滤波器的物理尺寸可以按比例地缩小或扩大，以调节出所需的两个工作频段。例如，将归一化频率设定为1GHz，继而设计好归一化频率为1GHz的滤波器；还可以根据所需滤波器归一化频率，如为2GHz，将滤波器中各平行耦合线物理长度将变为原本的1/2，然后根据需要将物理尺寸适应性调整得到优异的结果。此外，通过在ADS（滤波器设计工具）中改变第三平行耦合线3的奇偶模阻抗可以增大或减小频率比。

具体，如图2所示，信号输入端6与微带线二12之间设有梯形过渡结构，梯形过渡结构的窄端与微带线二12连接；信号输出端7与微带线七42之间设有梯形过渡结构，梯形过渡结构的窄端与微带线七42连接。需要说明的是，信号在传输的过程中，由于信号输入端6的宽度明显大于第一平行耦合线1，信号输入端6与微带线直接连接的对应部分可以实现高效传输，信号未直接连接部分的信号会在边界处形成反射，这样会就会抵消一部分信号；而采用梯形过渡结构，信号反射后仍会往第一平行耦合线1端口方向去，避免信号信号能量损耗。

具体，在第三平行耦合线3、第五平行耦合线5上设有90°弯折结构，所述弯折结构以第二平行耦合线2为对称轴对称。优选的，第三平行耦合线3的弯折结构朝向第一平行耦合线1弯折，第五平行耦合线5朝向第四平行耦合线4弯折。这样，有利于减小介质基板的宽边尺寸、长边尺寸，实现小型化设计。

综上，本发明在满足小体积的基础上，可以得到小频率比的双频带通滤波器，具有显著的频率选择性优势，且能满足低带内插损和高带外抑制的性能要求，本发明的滤波器非常适用于现代无线通信系统。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于：

包括介质基板、位于所述介质基板上表面的滤波器和位于介质基板下表面的金属接地板；

所述滤波器包括信号输入端、信号输出端、第一平行耦合线、第二平行耦合线和第三平行耦合线，第一平行耦合线、第二平行耦合线、第三平行耦合线依次连接；

第一平行耦合线、第三平行耦合线均垂直于第二平行耦合线设置，且第一平行耦合线与第三平行耦合线位于第二平行耦合线的同一侧；以第二平行耦合线为对称轴，在第二平行耦合线的另一侧设有与第一平行耦合线对称的第四平行耦合线、与第三平行耦合线对称的第五平行耦合线；

信号输入端与第一平行耦合线连接，信号输出端与第四平行耦合线连接；在第三平行耦合线、第五平行耦合线远离第二平行耦合线的端部均设有贯穿介质基板、金属接地板的金属通孔。

2.根据权利要求1所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，所述第一平行耦合线包括相互平行的微带线一与微带线二，所述第二平行耦合线包括相互平行的微带线三与微带线四，所述第三平行耦合线包括相互平行的微带线五与微带线六；

第一平行耦合线、第二平行耦合线与第三平行耦合线形成合围区域，微带线一、微带线三、微带线五位于合围区域的内侧并依次连接，信号输入端与微带线一外侧的微带线二连接；所述微带线二在第二平行耦合线另一侧的对称结构为微带线七，微带线七与信号输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，信号输入端与微带线二之间设有梯形过渡结构，梯形过渡结构的窄端与微带线二连接；信号输出端与微带线七之间设有梯形过渡结构，梯形过渡结构的窄端与微带线七连接。

4.根据权利要求2所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，所述介质基板采用F4B-2，长边边长为8.91cm，窄边边长为6cm；所述滤波器的归一化频率为1GHz，所述滤波器低频通带的中心频率为0.94GHz，3dB带宽为2%，所述滤波器高频通带的中心频率为1.12GHz，3dB带宽为3.4%。

5.根据权利要求4所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，微带线一和微带线二的长度为29mm，宽度为1.8mm，微带线一与微带线二之间的耦合通道间距为0.17mm；

微带线三和微带线四的长度为25mm，宽度为2.1mm，微带线三和微带线四之间的耦合通道间距为1.1mm；

微带线五和微带线六的长度为52.75mm，宽度为0.35mm，微带线五和微带线六之间的耦合通道间距为1mm。

6.根据权利要求4所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，所述金属通孔内径为0.6mm。

7.根据权利要求1所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，在第三平行耦合线、第五平行耦合线上设有90°弯折结构，所述弯折结构以第二平行耦合线为对称轴对称。

8.根据权利要求7所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，所述第三平行耦合线的弯折结构朝向第一平行耦合线弯折，所述第五平行耦合线朝向第四平行耦合线弯折。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种小频率比双频带通滤波器，其特征在于，所述滤波器采用PCB工艺制成。