CN116646698A - 一种集总-分布混合带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集总‑分布混合带通滤波器，包括上层、中层和底层；所述的上层和底层通过沉积铜离子粘合在中层上，所述上层包括金属传输线和电容；所述中层是介质基板；所述底层是接地金属板；所述上层金属传输线包括第一传输线、第二传输线、第一电感81、第二电感、第三电感、第四电感、第三传输线、第四传输线，并按照第一传输线、第二传输线、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第三传输线、第四传输线的顺序依次连接成组成环形。本发明的带通滤波器进一步缩小了双模滤波器的尺寸，具有小型化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种集总-分布混合带通滤波器，属于微波技术领域，可用于5G无线通信系统中。
背景技术
随着5G的到来，人们对通信系统中的器件提出了更高的要求，其中带通滤波器作为无线通信系统中的重要组成部分，其功能主要是选择有用的信号，并对无用的信号进行抑制，并且由于5G时代的到来，通信频谱变得越来越拥挤，因此无线通信系统中迫切需要高选择性的带通滤波器。此外，目前整个无线通信系统的带外干扰也是现代微波通信系统中一个重要的研究方向，因此在具有高选择性的基础上，滤波器还需要具有较宽的阻带的范围。由于无线通信系统中需要大量使用带通滤波器，因此带通滤波器也需要具有小型化的特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：带通滤波器需要具有小型化的特性。
为解决上述技术问题：本发明提供一种集总-分布混合带通滤波器，包括上层、中层和底层；所述的上层和底层通过沉积铜离子粘合在中层上，所述上层包括金属传输线12和电容；所述中层是介质基板10；所述底层是接地金属板11；
所述上层金属传输线12包括第一传输线21、第二传输线31、第一电感81、第二电感82、第三电感83、第四电感84、第三传输线32、第四传输线22，并按照第一传输线21 、第二传输线31、第一电感81、第二电感82、第三电感83、第四电感84、第三传输线32、第四传输线22的顺序依次连接成组成环形；
第二电容4一端通过短传输线连接至第一传输线21与第四传输线22的连接处；
第三电容51一端通过短传输线连接至第二传输线31与第一电感81的连接处；
第四电容52一端通过短传输线连接至第三传输线32与第四电感84的连接处；
第五电容6一端通过短传输线分别连接第二电感82与第三电感83；
第六电容通过短传输线连接分别连接第一电感81、第二电感82；
第七电容通过短传输线连接分别连接第三电感83、第四电感84；
第二电容4、第三电容51、第四电容52、第五电容6、第六电容、第七电容分别通过一个短传输线连接金属化通孔，所述金属化通孔穿过介质基板10，连接至接地金属板11。
前述的一种集总-分布混合带通滤波器，各电容为贴片电容，平行板电容或交指电容。
前述的一种集总-分布混合带通滤波器，第一电容1连接在第一传输线21和第二传输线31 的连接中间点，端口一连接第一电容1。
前述的一种集总-分布混合带通滤波器，第八电容14连接在第三传输线32与第四传输线22 的连接点，端口二连接第八电容14。
前述的一种集总-分布混合带通滤波器，所述第一传输线21 、第二传输线31、第三传输线32、第四传输线22用于各个电容的加载，其电长度为15°-20°。
前述的一种集总-分布混合带通滤波器，所述第一电感81与第二电感82之间、第三电感83与第四电感84通过空间耦合两两耦合。
前述的一种集总-分布混合带通滤波器，所述介质基板10为单层基板或多层基板，其中多层基板可通过传统PCB工艺压合而成。
本发明达到的有益效果：本发明的集总-分布混合带通滤波器，通过采用集总单元对较长的传输线进行等效，从而进一步缩小了双模滤波器的尺寸，最终物理尺寸的边长均小于0.1 λg，因此具有小型化的特点。
同时，本发明提出的滤波器通带的两边分别具有一个传输零点，两个传输零点使滤波器具有高选择性，在通带的2倍频附近也存在一个传输零点，使滤波器的二倍频得到抑制。
附图说明
图1为本发明集总-分布混合带通滤波器实施例一的轴测图；
图2为本发明集总-分布混合带通滤波器实施例一的俯视图；
图3为本发明集总-分布混合带通滤波器实施例一的等效电路图；
图4为本发明实施例一的EM仿真S参数曲线图；
图5为双模滤波器的电路原理图；
图6为双模滤波器的电路仿真S 参数曲线图；
图7为集总参数单元代替传输线的原理图。
图中： 1.第一电容，21第一传输线，22第四传输线，31第二传输线，32第三传输线，4.第二电容，51.第三电容，52.第四电容，6.第五电容，71.第六电容，72.第七电容，8.电感，9.空间耦合，10.介质基板，11.金属接地板，13.金属化通孔，14.第八电容。
实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明实施例公开了一种集总-分布混合带通滤波器，其包括上层、中层和底层；所述的上层和底层通过沉积铜离子粘合在中层上，所述上层包括金属传输线12和电容；所述中层是介质基板10；所述底层是接地金属板11；
所述上层金属传输线12包括第一传输线21、第二传输线31、第一电感81、第二电感82、第三电感83、第四电感84、第三传输线32、第四传输线22，并按照第一传输线21 、第二传输线31、第一电感81、第二电感82、第三电感83、第四电感84、第三传输线32、第四传输线22的顺序依次连接成组成环形，滤波器关于中心左右对称；
第二电容4一端通过短传输线连接至第一传输线21与第四传输线22的连接处；
第三电容51一端通过短传输线连接至第二传输线31与第一电感81的连接处；
第四电容52一端通过短传输线连接至第三传输线32与第四电感84的连接处；
第五电容6一端通过短传输线分别连接第二电感82与第三电感83；
第六电容通过短传输线连接分别连接第一电感81、第二电感82；
第七电容通过短传输线连接分别连接第三电感83、第四电感84；
第二电容4、第三电容51、第四电容52、第五电容6、第六电容、第七电容分别通过一个短传输线连接金属化通孔，所述金属化通孔穿过介质基板10，连接至接地金属板11，金属化通孔作用是使上层电路接地。
各电容为贴片电容，平行板电容或交指电容。
第一电容1连接在第一传输线21和第二传输线31 的连接中间点，端口一连接第一电容1；通过第一电容可以调节滤波器的外部Q值，从而调节带内的回波损耗；
第八电容14连接在第三传输线32与第四传输线22 的连接点，端口二连接第八电容14。
所述第一传输线21 、第二传输线31、第三传输线32、第四传输线22用于各个电容的加载，其电长度为15°-20°。
所述第一电感81与第二电感82之间、第三电感83与第四电感84通过空间耦合两两耦合。
本发明的集总-分布混合带通滤波器设计方法如下，
1)首先在电路仿真软件ADS建立如图5所示的双模滤波器的电路原理图，图5中的第一传输线21、第二传输线31、第三传输线32和第四传输线22的电长度为18°，第五传输线101和第六传输线102的电长度为42°；
2)对电路图进行调试，得到性能图，如图6所示；
3)对第五传输线和第六传输线进行集总参数等效，通常电容电感被认为是集总参数元件，传输线被认为是分布元件，图5中，第五传输线101和第六传输线102的电长度为42°,采用图7的等效模型，通过电路仿真软件对电长度为42°的传输线进行等效，将图5中的电路图等效成图3的电路图，从而减小了电路得尺寸，使滤波器的结构进一步小型化，图3即为本发明提供的集总-分布混合带通滤波器的电路原理图，微调后得到电路图的所有元件值。
4)根据电路图的所有元件值，采用高频仿真软件HFSS进行建模，根据传输线的电长度和阻抗值计算出具体的物理尺寸；根据高频仿真软件HFSS进行电感值的提取。将相应的数据表datasheet导入高频仿真软件HFSS建立的模型中，在具体试验过中，介质基板采用陶瓷基板，介电常数为9.9，介质基板的厚度为0.254 mm，电容规格为01005贴片电容，使用高频仿真软件HFSS对电路进行建模、仿真以及调试，最终得到滤波器的具体物理尺寸和性能图，滤波器的物理结构如图1和图2所示。图 4是所提出滤波器的仿真S参数图，仿真结果表明滤波器的中心频率为3.5 GHz，20-dB回波损耗相对带宽（3.4 GHz-3.6 GHz）为5.7 %，带内最大插入损耗为1.5 dB，阻带可以延伸到7 GHz，滤波器尺寸为2.6 mm×2.66 mm，即0.093λg×0.095 λg，λg为滤波器中心频率对应的波导波长。
从仿真结果可以看出，本发明提出的滤波器通带的两边分别具有一个传输零点，两个传输零点使滤波器具有高选择性。另外，在通带的2倍频附近也存在一个传输零点，使滤波器的二倍频得到抑制。
本发明通过采用集总单元对较长的传输线进行等效，传输线加载电容可以使传输线的长度减小，并且加载电容或电感的集总元件可以破坏传输线的周期性，从而进一步缩小了双模滤波器的尺寸，并且滤波器最终物理尺寸的边长均小于0.1 λg，因此，集总-分布混合类型的带通滤波器具有小型化和宽阻带的特性，基于以上特性，集总-分布混合类型的带通滤波器可以满足无线通信系统的需求。
实施例
一种集总-分布混合带通滤波器，其包括上层、中层和底层；所述的上层和底层通过沉积铜离子粘合在中层上，所述上层包括金属传输线12和电容；所述中层是介质基板10；所述底层是接地金属板11；
所述上层金属传输线12包括第一传输线21、第二传输线31、第一电感81、第二电感82、第三电感83、第四电感84、第三传输线32、第四传输线22，并按照第一传输线21 、第二传输线31、第一电感81、第二电感82、第三电感83、第四电感84、第三传输线32、第四传输线22的顺序依次连接成组成环形，滤波器关于中心左右对称；
第二电容4一端通过短传输线连接至第一传输线21与第四传输线22的连接处；
第三电容51一端通过短传输线连接至第二传输线31与第一电感81的连接处；
第四电容52一端通过短传输线连接至第三传输线32与第四电感84的连接处；
第五电容6一端通过短传输线分别连接第二电感82与第三电感83；
第六电容通过短传输线连接分别连接第一电感81、第二电感82；
第七电容通过短传输线连接分别连接第三电感83、第四电感84；
第二电容4、第三电容51、第四电容52、第五电容6、第六电容、第七电容分别通过一个短传输线连接金属化通孔，所述金属化通孔穿过介质基板10，连接至接地金属板11，金属化通孔作用是使上层电路接地。
所述介质基板10为单层基板或多层基板，其中多层基板可通过传统PCB工艺压合而成，多层基板的效果是小型化。
其它技术特征与实施例 1相同。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其 他的任何未背离本发明的精神实质与原理作用下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应 为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，包括上层、中层和底层；所述的上层和底层通过沉积铜离子粘合在中层上，所述上层包括金属传输线（12）和电容；所述中层是介质基板（10）；所述底层是接地金属板（11）；
所述上层金属传输线（12）包括第一传输线（21）、第二传输线（31）、第一电感（81）、第二电感（82）、第三电感（83）、第四电感（84）、第三传输线（32）、第四传输线（22），并按照第一传输线（21）、第二传输线（31）、第一电感（81）、第二电感（82）、第三电感（83）、第四电感（84）、第三传输线（32）、第四传输线（22）的顺序依次连接成组成环形；
第二电容（4）一端通过短传输线连接至第一传输线（21）与第四传输线（22）的连接处；
第三电容（51）一端通过短传输线连接至第二传输线（31）与第一电感（81）的连接处；
第四电容（52）一端通过短传输线连接至第三传输线（32）与第四电感（84）的连接处；
第五电容（6）一端通过短传输线分别连接第二电感（82）与第三电感（83）；
第六电容通过短传输线连接分别连接第一电感（81）、第二电感（82）；
第七电容通过短传输线连接分别连接第三电感（83）、第四电感（84）；
第二电容（4）、第三电容（51）、第四电容（52）、第五电容（6）、第六电容、第七电容分别通过一个短传输线连接金属化通孔，所述金属化通孔穿过介质基板（10），连接至接地金属板（11）。
2.根据权利要求（1）所述的一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，各电容为贴片电容，平行板电容或交指电容。
3.根据权利要求（1）所述的一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，第一电容（1）连接在第一传输线（21）和第二传输线（31）的连接中间点，端口一连接第一电容（1）。
4.根据权利要求（1）所述的一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，第八电容（14）连接在第三传输线（32）与第四传输线（22）的连接点，端口二连接第八电容（14）。
5.根据权利要求（1）所述的一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，所述第一传输线（21）、第二传输线（31）、第三传输线（32）、第四传输线（22）用于各个电容的加载，其电长度为（15°-20°）。
6.根据权利要求（1）所述的一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，所述第一电感（81）与第二电感（82）之间、第三电感（83）与第四电感（84）通过空间耦合两两耦合。
7.根据权利要求（1）所述的一种集总-分布混合带通滤波器，其特征在于，所述介质基板（10）为单层基板或多层基板，其中多层基板可通过传统PCB工艺压合而成。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117614408A (zh) * | 2024-01-24 | 2024-02-27 | 南京邮电大学 | 一种集总化的滤波移相器电路 |
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