CN117219992A - 一种基于微带线的混合耦合滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微带线的混合耦合滤波器，属于射频技术领域。包括介质基板和位于介质基板下表面的金属层；所述介质基板的上表面设置有微带线电路；微带线电路包括输入馈线、输出馈线、以及两馈线之间的四个谐振器；四个谐振器依次并列分别为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器；所述谐振器包括相连的谐振器主线和谐振器旁路线；所述谐振器旁路线连接在谐振器主线的宽边上。本发明能够通过调整滤波器中的耦合电容以及耦合电感，来调整传输零点的位置，从而优化滤波器的频率选择性能。
Description
技术领域
本发明属于射频技术领域，具体涉及一种基于微带线的混合耦合滤波器结构。
背景技术
在射频和微波电路中，滤波器是一种关键的电路组件，用于选择特定频率范围内的信号，并滤除其他频率的干扰信号。传统的滤波器结构包括低通、高通、带通和带阻滤波器等，它们通常采用电感、电容和电阻等元器件来实现滤波功能。然而，传统的滤波器结构存在一些限制。首先，它们往往需要大量的离散元器件，导致电路复杂、尺寸庞大，并且制造成本较高。此外，由于元器件的非理想性和互连导线的损耗等因素，传统滤波器在频率选择性能、插入损耗和抑制带衰减等方面存在一定的局限性。为了克服这些限制，混合耦合滤波器应运而生。
混合耦合滤波器通过采用特殊的耦合结构和传输线布局，能够实现更好的滤波性能和集成度。它结合了微带线、共面波导和耦合结构等技术，具有小型化、高集成度、低损耗和较好的频率选择性能等优点。混合耦合滤波器通常由微带线和耦合结构组成，耦合结构可以是耦合电容、耦合电感或耦合微带线等。通过合理设计和调整耦合结构的参数，混合耦合滤波器可以实现不同的频率响应和滤波特性。此外，混合耦合滤波器还具有灵活的设计和制造过程，可以根据特定的应用需求进行定制设计。
发明内容
本发明是基于微带线结构的优势，设计了一款基于微带线的混合耦合滤波器结构，该结构能够通过调整滤波器中的耦合电容以及耦合电感，来调整传输零点的位置，从而优化滤波器的频率选择性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于微带线的混合耦合滤波器，包括介质基板和位于介质基板下表面的金属层；所述介质基板的上表面设置有微带线电路；微带线电路包括输入馈线、输出馈线、以及两馈线之间的四个谐振器；四个谐振器依次并列分别为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器；所述谐振器包括相连的谐振器主线和谐振器旁路线；所述谐振器旁路线连接在谐振器主线的宽边上；
所述输入馈线通过其末端的窄段与第一谐振器主线的连接，四个谐振器之间通过传输微带线连接，第四谐振器主线与输出馈线的窄端连接；
每一谐振器旁路线的末端均通过金属化过孔与金属层连接。
进一步的，输入馈线窄段和第一谐振器旁路线均连接在第一谐振器主线的同一宽边上，且位于该宽边的异侧。
进一步的，每一谐振器旁路线均经过两次180°弯折，包括三条相互平行的枝节；起始枝节和中间枝节的间距小于中间枝节和末端枝节的间距。
进一步的，所述第一谐振器主线和第二谐振器主线之间的间距与第三谐振器主线和第四谐振器主线之间的间距相同；第二谐振器主线的间距与第三谐振器主线之间的间距小于第一谐振器主线和第二谐振器主线之间的间距。
进一步的，所述传输微带线均连接在对应的起始枝节上，并与起始枝节垂直连接。
进一步的，两端传输微带线位于同一直线上，中间传输线位于直线一侧。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明通过调整谐振器主线之间的距离可以调整滤波器中的耦合电容的值，调整谐振器旁路线之间连接微带线的高度即可调整滤波器中的耦合电感的值。在生成一个带通滤波器时，只需要调整耦合电容以及耦合电感的值，将混合耦合滤波器的传输零点调到传输频段之外，即可得到所需的带通滤波器。通过调整微带线的结构即可得控制耦合效应的强度和特性，实现所需的滤波特性和频率响应。本发明所述的基于微带线的混合耦合滤波器结构具有尺寸小、高集成度、支持定制设计、支持耦合效应控制、良好的阻带特性以及可扩展性的优点。
附图说明
图1为本发明所描述的基于微带线的混合耦合滤波器的电路结构图；
图2为本发明所描述的基于微带线的混合耦合滤波器的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
基于微带线的混合耦合电路使用微带线去设计滤波器中的耦合电容和耦合电感，其包含以下优点：由于微带线的尺寸相对较小，微带线型混合耦合滤波器可以在有限的空间内实现，适用于紧凑型电路和系统设计。微带线型混合耦合滤波器可以与其他微带线和组件集成在同一基板上，实现高度集成的射频和微波电路。微带线的宽度和长度可以通过设计和制造参数进行调整，以满足特定的滤波器设计要求和性能指标。这种定制设计能力使得微带线型混合耦合滤波器具有灵活性和可定制性。混合耦合滤波器中的耦合结构可以通过微带线的宽度和间距来调整，以控制耦合效应的强度和特性。这样可以实现所需的滤波特性和频率响应。微带线型混合耦合滤波器通常具有较好的阻带特性，能够有效地抑制不需要的频率分量。微带线的材料和结构选择能够实现较低的传输线损耗，提高滤波器的性能。微带线型混合耦合滤波器在设计上具有很高的可扩展性，可以方便地实现多通道滤波器和复杂的滤波器结构。
对于基于微带线的混合耦合滤波器的实现，如图1所示，微带线的谐振器主线部分设计了四个较宽的微带线，其宽度为1.125mm，长度为4.7mm，谐振器旁路线部分为四个较窄的微带线其宽度为0.15mm，总长度为8.55mm，在滤波器的谐振器旁路线部分设置了四个接地孔，金属接地孔的半径为0.1mm，且该滤波器的结构左右对称。
该混合耦合滤波器所使用的微带线，其介质基板为Rogers RO4350B，相对介电常数为3.48，介质基板厚度为0.254mm，微带线厚度为0.035mm。
在混合耦合滤波器的输入输出部分进行阻抗匹配，两侧的微带线特性阻抗为50欧姆，通过微带线的窄缩使其与混合耦合滤波器进行阻抗匹配。
其谐振器主线部分采用四个较宽的微带线，且四个谐振器主线的下端齐平。相邻的谐振器主线之间的距离对容性耦合产生影响，谐振器21的主线与谐振器22的主线距离为1.125mm，谐振器22的主线相距谐振器23的主线距离较近，距离为0.2mm，该微带线结构对称，谐振器23的主线与谐振器24的主线距离与谐振器21和谐振器22的主线距离相同，谐振器22和谐振器23的主线比谐振器21和谐振器24的主线的长度略长。其谐振器旁路线部分与谐振器主线部分一一对应，每个谐振器主线下方接着一根谐振器旁路线，且每根谐振器旁路线都经过180°弯折了两次，谐振器旁路线折叠之后的长度为4mm，第一次弯折的距离较近，为0.2mm，第二次弯折的距离较远，为0.35mm。谐振器旁路线的末端都与一个接地孔相连。因为感性耦合经过谐振器旁路线之间的微带线产生，所以相邻的谐振器旁路线直接是通过微带线相连的，其相连的高度对感性耦合产生影响。谐振器21旁路线与谐振器22旁路线之间连接的微带线的位置更接近谐振器主线，为0.7mm，其长度为1.85mm。谐振器21和谐振器22的旁路线的弯折方向是向左弯折，谐振器23与谐振器24的旁路线的弯折方向为向右弯折，弯折距离与谐振器21和谐振器22的旁路线相同。谐振器22旁路线与谐振器23旁路线之间连接的微带线长度较短，长度为1mm，且相对偏下，距离主线下边界为1.07mm。
整个滤波器的尺寸为长12mm，宽9.5mm。
实施例：
本发明以一个基于微带线的3.2GHz-5.2GHz的混合耦合带通滤波器为例。使用单层的介质基板，对电路板表面的金属按照设计进行加工预制。如图1所示，使用介质基板为Rogers RO4350B，相对介电常数为3.48，介质基板厚度为0.254mm，微带线厚度为0.035mm。按照图1所示在介质基板上覆铜，并在电路的相应位置加工接地过孔。
本例中设计的基于微带线的3.2GHz-5.2GHz的混合耦合带通滤波器的仿真结果如图2所示，dB(S(1,1))为其输入端口回波损耗，dB(S(2,1))为其插入损耗，其频带覆盖了3.2GHz-5.2GHz，现在频率的高端实现了两个传输零点，通过调整微带线的尺寸与位置可以控制耦合效应的强度和特性，从而可以调整该滤波器的传输零点位置。
以上实例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的改变、修饰、简化、替代，在技术方案基础上所作的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于微带线的混合耦合滤波器，包括介质基板和位于介质基板下表面的金属层；其特征在于，所述介质基板的上表面设置有微带线电路；微带线电路包括输入馈线、输出馈线、以及两馈线之间的四个谐振器；四个谐振器依次并列分别为第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器；所述谐振器包括相连的谐振器主线和谐振器旁路线；所述谐振器旁路线连接在谐振器主线的宽边上；
所述输入馈线通过其末端的窄段与第一谐振器主线连接，四个谐振器之间通过传输微带线连接，第四谐振器主线与输出馈线的窄端连接；
每一谐振器旁路线的末端均通过金属化过孔与金属层连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于微带线的混合耦合滤波器，其特征在于，输入馈线窄段和第一谐振器旁路线均连接在第一谐振器主线的同一宽边上，且位于该宽边的异侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于微带线的混合耦合滤波器，其特征在于，每一谐振器旁路线均经过两次180°弯折，包括三条相互平行的枝节；起始枝节和中间枝节的间距小于中间枝节和末端枝节的间距。
4.根据权利要求1所述的一种基于微带线的混合耦合滤波器，其特征在于，所述第一谐振器主线和第二谐振器主线之间的间距与第三谐振器主线和第四谐振器主线之间的间距相同；第二谐振器主线的间距与第三谐振器主线之间的间距小于第一谐振器主线和第二谐振器主线之间的间距。
5.根据权利要求3所述的一种基于微带线的混合耦合滤波器，其特征在于，所述传输微带线均连接在对应的起始枝节上，并与起始枝节垂直连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于微带线的混合耦合滤波器，其特征在于，两端传输微带线位于同一直线上，中间传输线位于直线一侧。
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