CN1731622A - 小型化螺旋微带平行线耦合滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，包括输入端和输出端，输入输出耦合线分别与输入输出端相连接，输入输出耦合线终端均为开路，所述输入输出耦合线分别折叠后，相互螺旋耦合，形成耦合线单元。本发明通过将传统的平行耦合线滤波器耦合线折叠若干次后，两部分螺旋耦合，这样可以充分利用衬底材料，节省面积；耦合线的宽度和耦合线的间隙与原结构的宽度和间隙相同，也可以适当调整该宽度和间隙，达到通带内阻抗匹配的目的。具有结构简单、整体尺寸小可以有效利用衬底空间，而且插入损耗小、带外抑制大等优点。
Description
技术领域：
本发明属于微波微带滤波器的技术领域，特别涉及平行线耦合滤波器结构设计。
背景技术：
滤波器是微波电路中一个非常重要的器件，在频谱资源日益紧张和电磁干扰越来越严重的情况下，对滤波器的性能和成本提出了更高的要求。理想的滤波器特性应当是在通带内无衰减，而在禁带内有尽可能大的衰减。对于某些要求具有非常陡峭的过渡带滤波器，一般可以通过级联多节的滤波器来达到需要的性能，同时也增加带外的衰减，但是节数的增加将引起较大的插入损耗。波导结构的滤波器，因为其高Q值，低插入损耗等优点在一些窄带滤波中得到了广泛的应用，但是波导结构的滤波器，加工难度高，机械加工精度差，往往需要后续的手工调试，因此导致成本较高。
平行耦合滤波器是由Cohn在1958年首次提出，并且在平面微波电路中得到了广泛的应用。该类型的滤波器具有较宽的通带性能，平面结构和工艺上上容易实现的优点。但是该结构的耦合器滤波器，如果应用在低频段，由于耦合线的长度为中心频率四分之一波长，所以占用了较大的面积，而且如果需要增加带外衰减，必须级联多节的耦合器，这样的缺点限制了该类型的耦合器在滤波器设计中的应用。
图1显示了传统的平行耦合线滤波器的结构图，从图中可以看到，耦合线的长度是工作频率的四分之一波长。该平行线耦合线滤波器，工作中心频率为5.5GHz，使用F4B材料，相对介电常数为2.65，厚度为1mm，耦合线的长度为10mm，耦合线宽度为0.2mm，耦合线之间间隙为0.2mm。输入输出端口的阻抗均为50Ω，50Ω的线宽为2.7mm。图2为此滤波器的仿真和测试的频率响应图。图中，S21是该滤波器的传输特性，从4GHz到7GHz是滤波器的通带范围，通带内插入损耗小于2dB(包含两个SMA连接头)；S11是该滤波器的驻波特性，在通带范围内都大于10dB。如果按照该平行耦合线滤波器的结构设计频率较低的滤波器，该滤波器的面积将比较大，不能有效地利用衬底空间，所以该结构的耦合滤波器在低频应用并不十分理想。
发明内容：
本发明的目的是克服已有技术存在的上述不足，提出一种小型化螺旋耦合的微带平行线耦合滤波器，使其具有结构简单、整体尺寸小可以有效利用衬底空间，而且插入损耗小、带外抑制大等优点。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，包括输入端和输出端，输入输出耦合线分别与输入输出端相连接，输入输出耦合线终端均为开路，其特征在于，所述输入输出耦合线分别折叠后，相互螺旋耦合，形成耦合线单元。
所述输入输出耦合线的折叠次数相同。
输入输出耦合线间的间隙相同，也可以不同。
所述输入输出耦合线的宽度可以相同也可以不同。
所述输入输出耦合线折叠后的开路线总长为滤波器中心频率波长的四分之一。
所述输入端与输出端之间包括多个相互串连的耦合线单元，相邻的耦合线单元之间设有中间微带线，所述中间微带线连接前级耦合线单元的输出耦合线和后级耦合线单元的输入耦合线。相互级联的耦合线单元之间也可以不通过中间微带线相互连接，而直接将两相邻单元的输入输出耦合线连接即可。
由以上公开的技术方案可知，本发明的有益效果如下：
本发明螺旋微带平行线耦合滤波器，通过将传统的平行耦合线滤波器耦合线折叠若干次后，两部分螺旋耦合，这样可以充分利用衬底材料，节省面积；耦合线的宽度和耦合线的间隙与原结构的宽度和间隙相同，也可以适当调整该宽度和间隙，达到通带内阻抗匹配的目的。同传统的四分之一波长平行线耦合滤波器同样具有很好的端口驻波和较低通带插入损耗。与传统平行线耦合滤波器相比，电路面积大大减小，本发明可用任何适合微波电路的衬底材料制作。本发明滤波器的耦合线长度和折叠次数均可视具体电路工作频率而定。
附图说明：
图1为传统平行线耦合滤波器结构布局示意图。
图2为中心频率为5.5GHz的传统平行线耦合滤波器频率响应图。
图3为本发明的折叠次数为1螺旋微带平行线耦合滤波器的结构布局示意图。
图4为本发明的中心频率为2.75GHz的螺旋微带平行线耦合滤波器频率响应图。
图5为本发明的折叠次数为2螺旋微带平行线耦合滤波器的结构布局示意图。
图6为本发明的中心频率为1.9GHz的螺旋微带平行线耦合滤波器频率响应图。
图7为本发明的折叠次数为3螺旋微带平行线耦合滤波器的结构布局示意图。
图8为本发明的中心频率为1.375GHz的螺旋微带平行线耦合滤波器频率响应图。
图9为本发明的折叠次数为2，包括3个耦合单元串联的螺旋微带平行线耦合滤波器的实物结构示意图。
图10为本发明的中心频率为1.95GHz，折叠次数为2，3个耦合单元串联的螺旋微带平行线耦合滤波器频率响应图。
以上各频率响应图中，11表示根据模拟值绘制的该滤波器的驻波特性曲线S11，11’表示根据测量值绘制的该滤波器的驻波特性曲线S11；21表示根据模拟值绘制的该滤波器的传输特性曲线S21，21’表示根据测量值绘制的该滤波器的传输特性曲线S21’。
具体实施方式：
本发明设计的螺旋微带平行线耦合滤波器实施例及详细说明如下，所有实施例均制作在介电常数为2.65，厚度为1mm的F4B衬底上。本发明也可以在其它衬底上制作，均属于本发明的保护范围，同时本发明的折叠次数也不限于附图中所示的次数，可以继续递增。
如图3、图5和图7所示，本发明小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，包括输入端31和输出端32，输入耦合线33与输入端31连接，输出耦合线34与输入端32连接，输入输出耦合线33、34终端均为开路，所述输入输出耦合线33、34分别折叠后，相互螺旋耦合，形成耦合线单元。
作为对本发明的进一步改进，如图9所示，所述输入端与输出端之间包括3个相互串连的级联耦合线单元37、38、39，相邻的耦合线单元之间设有中间微带线35、36，所述中间微带线35分别连接前级耦合线单元37的输出耦合线和后级耦合线单元38的输入耦合线；中间微带线36分别连接前级耦合线单元38的输出耦合线和后级耦合线单元39的输入耦合线。当然还可以根据需要适当增加中间微带线的数量，与输入输出耦合线组合从而形成更多相互串连的级联单元，以达到增大带外衰减的目的。
图1、图3、图5和图7所示的螺旋微带平行线耦合滤波器，两端输入输出端口的线宽为2.7mm，为50Ω特征线宽，耦合线的宽度为0.2mm，耦合线间隙为0.2mm，耦合部分的长度均为10mm，便于比较不同折叠次数的滤波器性能。
图3显示了折叠次数为1的螺旋微带平行线耦合线滤波器的结构布局示意图，因为折叠次数为1，等效的电路长度为图1所示传统平行线耦合滤波器的两倍，即该耦合滤波器的中心频率约为图1所示的传统平行线耦合滤波器中心频率的一半。图4显示了仿真和测试的图3结构的滤波器频率响应图，该滤波器的中频率为2.75GHz，带内插入损耗小于0.7dB，输入回波损耗大于20dB。
图5显示了折叠次数为2的螺旋微带平行线耦合线滤波器的结构布局示意图，因为折叠次数为2，等效的电路长度为图1所示传统平行线耦合滤波器的三倍，即该耦合滤波器的中心频率约为图1所示的传统平行线耦合滤波器中心频率的三分之一。图6显示了仿真和测试的图5结构的滤波器频率响应图，该滤波器的中频率为1.9GHz，带内插入损耗小于0.9dB，输入回波损耗大于10dB。
图7显示了折叠次数为3的螺旋微带平行线耦合线滤波器的结构布局示意图，因为折叠次数为3，等效的电路长度为图1所示传统平行线耦合滤波器的四倍，即该耦合滤波器的中心频率约为图1所示的传统平行线耦合滤波器中心频率的四分之一。图8显示了仿真和测试的图7结构的滤波器频率响应图，该滤波器的中频率为1.9GHz，带内插入损耗小于0.9dB，输入回波损耗大于10dB。
图9是根据本发明设计的一种三单元串联的螺旋微带平行线耦合滤波器实物结构示意图，其中的螺旋耦合单元即为图5所示的折叠次数为2的螺旋微带平行线耦合滤波器，通过级联三个单元，可以达到增大带外衰减的目的。图10是该滤波器的仿真和测试曲线，测试结果显示：该滤波器在0-0.95GHz及2.3GHz-3.2GHz的带外衰减均大于20dB，通带1.80GHz-2.1GHz内，插入损耗小于1.5dB，输入驻波大于10dB。可以看到该滤波器具有很小的电路面积，低插入损耗。
Claims (6)
1.一种小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，包括输入端和输出端，输入输出耦合线分别与输入输出端相连接，输入输出耦合线终端均为开路，其特征在于，所述输入输出耦合线分别折叠后，相互螺旋耦合，形成耦合线单元。
2.根据权利要求1所述的小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，其特征在于，所述输入输出耦合线的折叠次数相同。
3.根据权利要求1所述的小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，其特征在于，输入输出耦合线间的间隙可以相同也可以不同。
4.根据权利要求1所述的小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，其特征在于，所述输入输出耦合线的宽度可以相同也可以不同。
5.根据权利要求1所述的小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，其特征在于，所述输入输出耦合线折叠后的开路线总长为滤波器中心频率波长的四分之一。
6.根据权利要求1所述的小型化螺旋微带平行线耦合滤波器，其特征在于，所述输入端与输出端之间包括多个相互串连的耦合线单元，相邻的耦合线单元之间设有中间微带线，所述中间微带线连接前级耦合线单元的输出耦合线和后级耦合线单元的输入耦合线。
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| CN 200510028142 CN1731622A (zh) | 2005-07-26 | 2005-07-26 | 小型化螺旋微带平行线耦合滤波器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101694899B (zh) * | 2009-10-16 | 2012-11-07 | 电子科技大学 | 一种具有扇形开路结构的微带带通滤波器 |
| CN112563699A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-03-26 | 成都频岢微电子有限公司 | 基于多层pcb结构的小型化螺旋形可表面贴装带通滤波器 |
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