CN117096560A - 一种基于平行五线的宽双通带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平行五线的宽双通带滤波器，包括线路板，线路板上设有微带结构，微带结构包括第一微带线、第二微带线、开路枝节、两个平行五线及连接第一微带线的三个短路枝节，两个平行五线对称设于第一微带线的两侧并分别连接第一微带线；一短路枝节的长度方向与第一微带线的长度方向一致，另外两个短路枝节对称设于第一微带线的两侧；第二微带线连接第一微带线且远离短路枝节设置，第二微带线的长度方向与第一微带线的长度方向一致，第二微带线远离第一微带线的一端连接开路枝节。具有通带宽、插入损耗小且平坦、隔离度高的优势，具有高性能表现。

Description

一种基于平行五线的宽双通带滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别涉及一种基于平行五线的宽双通带滤波器。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，射频接收系统需要兼容不同的通信制式以提供更加丰富的业务，从而满足人们日益增加的定位和通信需求。在此背景下，可以工作在两个不同频段的双通带滤波器应运而生。此外，微带滤波器具有成本低、体积小、型面低、重量轻、易于集成等优势。因此，具有高性能的微带宽双通带滤波器的研发具有极高的科研和商用价值，吸引了广大学者和工程师的关注。

目前已报道的微带双通带滤波器，大都存在带宽窄、插入损耗大且不平坦、隔离度差等缺陷，非常不利于在现代无线通信系统中推广和使用。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种高性能的基于平行五线的宽双通带滤波器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于平行五线的宽双通带滤波器，包括线路板，所述线路板上设有微带结构，所述微带结构包括第一微带线、第二微带线、开路枝节、两个平行五线及连接所述第一微带线的三个短路枝节，两个所述平行五线对称设于所述第一微带线的两侧并分别连接所述第一微带线，一所述平行五线远离所述第一微带线的一端为输入端，另一所述平行五线远离所述第一微带线的一端为输出端；一所述短路枝节的长度方向与所述第一微带线的长度方向一致，另外两个所述短路枝节对称设于所述第一微带线的两侧；所述第二微带线连接所述第一微带线且远离所述短路枝节设置，所述第二微带线的长度方向与所述第一微带线的长度方向一致，所述第二微带线远离所述第一微带线的一端连接所述开路枝节。

本发明的有益效果在于：基于平行五线的宽双通带滤波器结构简单新颖，且具有通带宽、插入损耗小且平坦、隔离度高的优势，具有高性能表现。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器的线路布局版图；

图2为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随s_p变化关系图；

图3为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w_p变化关系图；

图4为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₁变化关系图；

图5为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₂变化关系图；

图6为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₃变化关系图；

图7为本发明实施例一的基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₄变化关系图；

图8为仿真实例的基于平行五线的宽双通带滤波器的S参数图。

附图标号说明：

1、第一微带线；

2、第二微带线；

3、开路枝节；

4、平行五线；

5、短路枝节；

6、输入端；

7、输出端。

具体实施方式

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“和/或”为例，包括方案，或方案，或和同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

请参照图1至图8，本发明的实施例一为：如图1所示，一种基于平行五线的宽双通带滤波器，包括线路板，所述线路板上设有微带结构，所述微带结构包括第一微带线1、第二微带线2、开路枝节3、两个平行五线4及连接所述第一微带线1的三个短路枝节5，两个所述平行五线4对称设于所述第一微带线1的两侧并分别连接所述第一微带线1，一所述平行五线4远离所述第一微带线1的一端为输入端6，另一所述平行五线4远离所述第一微带线1的一端为输出端7；一所述短路枝节5的长度方向与所述第一微带线1的长度方向一致，另外两个所述短路枝节5对称设于所述第一微带线1的两侧；所述第二微带线2连接所述第一微带线1且远离所述短路枝节5设置，所述第二微带线2的长度方向与所述第一微带线1的长度方向一致，所述第二微带线2远离所述第一微带线1的一端连接所述开路枝节3。

在基于平行五线的宽双通带滤波器的拓扑结构中，所述平行五线4的电长度、所述第一微带线1的电长度及所述短路枝节5的电长度均为0.25λ，λ为两个通带中间阻带的中心频率处的波长；所述第二微带线2的电长度与所述开路枝节3的电长度之和等于0.25λ。

所述第二微带线2的特性阻抗等于所述开路枝节3的特性阻抗。

所述平行五线4和所述第二微带线2同时连接所述第一微带线1的一端，所述短路枝节5连接所述第一微带线1的另一端。也就是说，所述平行五线4与所述短路枝节5相互远离设置，三个所述短路枝节5并联。

所述平行五线4的长度方向与所述第一微带线1的长度方向垂直；对称设于所述第一微带线1的两侧的两个所述短路枝节5的长度方向分别与所述第一微带线1的长度方向垂直。长度方向与所述第一微带线1的长度方向一致的所述短路枝节5和所述第一微带线1共中心轴；所述第一微带线1与所述第二微带线2共中心轴。

为让所述微带结构能够实现小型化，本实施例中，所述第二微带线2的长度方向与所述开路枝节3的长度方向垂直。

一所述平行五线4由五个相互平行的传输线组成，且其中两个传输线连接所述第一微带线1，另外三个传输线连接所述输入端6，连接所述第一微带线1的两个传输线和连接所述输入端6的三个传输线形成交趾结构；另一所述平行五线4亦由五个相互平行的传输线组成，两个传输线连接所述第一微带线1，另外三个传输线线连接所述输出端7，连接所述第一微带线1的两个传输线和连接所述输出端7的三个传输线形成交趾结构。组成所述平行五线4的五个传输线中，任意两个所述传输线的宽度均相同、长度均相等，且任意相邻的两个传输线之间的空隙间隔相同。

长度方向与所述第一微带线1的长度方向一致的所述短路枝节5的宽度大于另外两个所述短路枝节5的宽度；第一微带线1的宽度大于所述第二微带线2的宽度，第二微带线2的宽度等于所述开路枝节3的宽度。

仿真实例

线路板长度为24.8mm，宽度为22.0mm，厚度为0.813mm，介电常数为3.38，介电损耗为0.0022；

单个平行五线的整体物理长度记为l_p，l_p＝9mm；

组成平行五线的单个传输线的物理宽度记为w_p，w_p＝0.1mm；

组成平行五线的相邻两个传输线之间的空隙间隔记为s_p，s_p＝0.07mm；

第一微带线的物理宽度记为w₁，w₁＝2.2mm；

第一微带线的物理长度记为l₁，l₁＝9.5mm；

水平短路枝节(即长度方向与第一微带线长度方向垂直的短路枝节)的物理宽度记为w₂，w₂＝2mm；

水平短路枝节(即长度方向与第一微带线长度方向垂直的短路枝节)的物理长度记为l₂，l₂＝9.45mm；

竖直短路枝节(即长度方向与第一微带线长度方向一致的短路枝节)的物理宽度记为w₃，w₃＝3.8mm；

竖直短路枝节(即长度方向与第一微带线长度方向一致的短路枝节)的物理长度记为l₃，l₃＝9mm；

第二微带线的物理长度记为l₄，l₄＝1.9mm；

开路枝节的物理宽度记为w₅，w₅＝0.1mm；

开路枝节的物理长度记为l₅，l₅＝7.2mm；

由微波常识可知，同步等量改变lp、l₁、l₂、l₃的值以及l₄与l₅之和的值，可以反比线性调节两个通带的工作频率范围。影响该基于平行五线的宽双通带滤波器性能的参数有且仅有六个，分别为s_p、w_p、w₁、w₂、w₃、w₄。

需要说明的是，在仿真实例中，lp、l₁、l₂、l₃以及l₄与l₅之和不完全相等的原因在于：在拓扑结构的原理图中，谐振器之间是通过连接点进行点连接的；而在布局版图中，谐振器是通过带有一定宽度的传输线面连接的。点和面的差异，这是导致拓扑结构的理论值和实际版图设计数值差异的地方之一。此外，拓扑结构中各个谐振器是相互独立且处在不同空间的，不存在耦合现象；而在版图布局的时候，所有的谐振器都处在一个空间，会存在耦合问题。存不存在耦合，是导致拓扑结构的理论值和实际版图设计数值差异的地方之二。

一般来说，在拓扑结构中规定相等的电长度，在实际版图中对应的物理长度都会存在一个小差异才能保证滤波器最优的仿真结果。严格使用拓扑结构中的相等关系虽然可以实现基于拓扑结构的滤波器的基本性能，但往往不是最优的滤波器性能。一般情况下，当滤波器工作频率越低，实际版图中的尺寸参数就会和拓扑结构预测的值相差就会越小。

图2为基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随s_p变化关系图。由图2可知，仅改变s_p的值不会改变基于平行五线的宽双通带滤波器的带宽和中心频率，但是通过调节s_p的值，可以优化通带内的反射系数。

图3为基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w_p变化关系图。由图3可知，随着w_p的值变大，其第一通带的下通带边和第二通带的下通带边朝下移动，其第一通带的上通带边和第二通带的上通带边朝上移动。换句话说，仅改变w_p的值会改变基于平行五线的宽双通带滤波器的带宽和中心频率。此外，通过减少w_p的值，还可以优化通带内的反射系数。

图4为基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₁变化关系图。由图4可知，仅改变w₁的值不会改变第一通带的下通带边的位置和第二通带的下通带边的位置，仅仅只会改变第一通带的上通带边的位置和第二通带上通带边的位置。换句话说，改变w₁的值不仅会改变两个通带的带宽，还会改变两个通带中心频率的比值。随着w₁的值变大，两个通带的带宽变小，但是两个通带中心频率的比值变大。此外，通过增大w₁的值，可以优化通带内的反射系数。

图5为基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₂变化关系图。由图5可知，仅改变w₂不会改变第一通带的下通带边的位置和上通带边的位置，仅仅会改变第二通带的下通带边的位置和上通带边的位置。换句话说，改变w₂的值会改变第二个通带的带宽和中心频率。随着w₂的值变大，两个通带中心频率的比值变大。此外，通过改变w₂的值，可以优化通带内的反射系数。

图6为基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₃变化关系图。由图6可知，仅改变w₃的值不会改变第一通带的下通带边的位置和第二通带的上通带边的位置，仅仅会稍微改变第一通带的上通带边的位置和第二通带的下通带边的位置。换句话说，改变w₃的值不仅会稍微改变两个通带的带宽，还会稍微改变两个通带中心频率的比值。随着w₃的值变大，两个通带的带宽稍微变小，但是两个通带中心频率的比值稍微变大。此外，通过增大w₃的值，可以优化通带内的反射系数。

图7为基于平行五线的宽双通带滤波器S参数随w₄变化关系图。由图7可知，仅改变w₄的值不会改变第一通带的下通带边的位置和第二通带上通带边的位置，仅仅只会改变第一通带的上通带边的位置和第二通带下通带边的位置。换句话说，改变w₄的值不仅会改变两个通带的带宽，还会改变两个通带中心频率的比值。随着w₄的值变大，两个通带的带宽变小，但是两个通带中心频率的比值变大。此外，通过减小w₄的值，可以优化通带内的反射系数。

由图2-图7的分析可知，基于平行五线的宽双通带滤波器，其通带带宽和中心频率比值主要受参数w_p、w₁、w₂、w₃、w₄控制，调节参数s_p可以在不影响通带带宽和中心频率比值的情况下单独优化通带内反射系数和插入损耗平坦度。但是不论怎么改变参数s_p、w_p、w₁、w₂、w₃、w₄的值，基于该滤波器只能是双通带滤波器。

图8为仿真实例的基于平行五线的宽双通带滤波器的S参数图。由图8可知，在第一通带内，其反射系数小于-10dB的阻抗带宽范围为1.704GHz到3.752GHz，通带中心频率为2.728GHz，通带的绝对带宽为2.048GHz，通带的相对带宽为75.1％；在其第二通带内，其反射系数小于-10dB的阻抗带宽范围为6.755GHz到8.269GHz，通带中心频率为7.512GHz，通带的绝对带宽为1.514GHz，通带的相对带宽为20.2％。由此可知，该双通带滤波器具有宽通带的特征。在第一通带内，最大插入损耗为0.52dB；在第二个通带内，最大插入损耗为0.85dB。由此可知，该双通带滤波器具有低插入损耗的特征。此外，在第一通带内有两个传输极点，分别位于1.819GHz和3.121GHz；在第二通带内有两个传输极点，分别位于7.325GHz和8.823GHz。这四个传输极点可以保证通带内的平坦度。在两个通带中间的阻带内，其隔离度大于15dB的阻带带宽范围为4.904GHz到5.728GHz，阻带中心频率为5.316GHz，阻带绝对带宽为0.824GHz，阻带相对带宽为15.5％。阻带内还有六个传输零点，分别位于0、5.243GHz、5.607GHz、10.765GHz、11.142GHz、11.728GHz。这六个传输零点确保了通带的高选择性和阻带的高隔离度。

上述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于平行五线的宽双通带滤波器，包括线路板，所述线路板上设有微带结构，其特征在于：所述微带结构包括第一微带线、第二微带线、开路枝节、两个平行五线及连接所述第一微带线的三个短路枝节，两个所述平行五线对称设于所述第一微带线的两侧并分别连接所述第一微带线，一所述平行五线远离所述第一微带线的一端为输入端，另一所述平行五线远离所述第一微带线的一端为输出端；一所述短路枝节的长度方向与所述第一微带线的长度方向一致，另外两个所述短路枝节对称设于所述第一微带线的两侧；所述第二微带线连接所述第一微带线且远离所述短路枝节设置，所述第二微带线的长度方向与所述第一微带线的长度方向一致，所述第二微带线远离所述第一微带线的一端连接所述开路枝节。

2.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：所述平行五线和所述第二微带线同时连接所述第一微带线的一端，所述短路枝节连接所述第一微带线的另一端。

3.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：所述平行五线的长度方向与所述第一微带线的长度方向垂直；对称设于所述第一微带线的两侧的两个所述短路枝节的长度方向分别与所述第一微带线的长度方向垂直。

4.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：长度方向与所述第一微带线的长度方向一致的所述短路枝节和所述第一微带线共中心轴。

5.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：所述第一微带线与所述第二微带线共中心轴。

6.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：所述第二微带线的特性阻抗等于所述开路枝节的特性阻抗。

7.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：在其拓扑结构中，所述平行五线的电长度、所述第一微带线的电长度及所述短路枝节的电长度均为0.25λ，λ为两个通带中间阻带的中心频率处的波长。

8.根据权利要求7所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：在其拓扑结构中，所述第二微带线的电长度与所述开路枝节的电长度之和等于0.25λ。

9.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：长度方向与所述第一微带线的长度方向一致的所述短路枝节的宽度大于另外两个所述短路枝节的宽度。

10.根据权利要求1所述的基于平行五线的宽双通带滤波器，其特征在于：第一微带线的宽度大于所述第二微带线的宽度。