CN1933234A - 超宽带微带滤波器 - Google Patents

Abstract

一种通信技术领域的超宽带微带滤波器，包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口。正面部分包括：叉指电容单元、短截线单元、过孔单元、均匀传输线单元、补偿传输线单元和介质板。叉指电容单元有三个，短截线单元有两个，每两个叉指电容单元之间分别和一个短截线单元相连。输入\输出端口有两个，每个端口和一个均匀传输线单元相连。反面部分包括：非均匀DGS单元、slot结构单元和接地单元，非均匀DGS单元共有7个，各单元的外形尺寸以近似等差数列非均匀排列，slot结构单元共有五组。本发明采用正面和背面的电路结构分别实现高通和低通滤波器，减小了电路的面积。

Description

超宽带微带滤波器

技术领域

本发明涉及的是一种通信技术领域的滤波器，具体是一种超宽带微带滤波器。

背景技术

随着室内高速无线数据接入技术的发展，要求未来的无线通信系统比现有系统具有更大的数据吞吐量。因此，作为一种有效的短距离无线接入技术，超宽带(UWB)技术日益得到重视。针对IEEE 802.15.3a标准提出分配3.1～10.6GHz频段给超宽带通信使用的需要，超宽带滤波器作为无线通信系统中关键的无源器件之一，成为研究热点之一。对于UWB滤波器要求工作在3.1～10.6GHz这样一个非常宽的频带内，同时要求该滤波器必须具有比较小的尺寸，以便能和其他电路集成，而传统的均匀传输线平行耦合微带线的设计方法无法设计出这么宽频带的滤波器。

经对现有技术的文献检索发现，2005年12月Lei Zhu等人在IEEE Microwaveand Wireless Components Letters(微波和无线器件快报)，15卷第12期发表了“Ultra-wideband bandpass filter with hybrid microstrip/CPW structure(混合微带和共面波导结构的超宽带带通滤波器)”，在该文中提出了利用传统的微带结构和共面波导结构的耦合来实现超宽带滤波器的设计。该文献中的带外抑制只能达到13GHz左右。检索中还发现，2006年8月Sheng Sun等人在IEEEMicrowave and Wireless Components Letters，(微波和无线器件快报)第16卷第8期上发表了“Capacitive-ended interdigital coupled lines for UWBbandpass filters with improved out-of-band performances(端接容性插指耦合传输线来实现向高带外特性的超宽带带通滤波器)”，在该文中提出了不同几何形状的插指耦合传输线来设计超宽带滤波器，但是在该文中带外抑制只能达到16GHz左右，在实际使用中还存在一些问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种超宽带微带滤波器，使其能够解决现有微带滤波器频带窄、尺寸较大、带外抑制频带窄的不足。本发明覆盖3.0-10.8GHz这样一个比较宽的频带，带外抑制至少能够达到20GHz，其结构主要是由低通滤波器和高通滤波器的级联构成。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口。

所述的正面部分包括：叉指电容单元、短截线单元、过孔单元、均匀传输线单元、补偿传输线单元和介质板。叉指电容单元有三个，其中第一个叉指电容单元的左端和均匀传输线相连。短截线单元有两个，两个短截线单元分别连接在第一和第二叉指电容单元以及第二和第三叉指电容单元的中间。过孔单元有两个，分别连接两个短截线单元和接地单元。补偿传输线位于介质板的中间部分，分别与第三叉指电容的右端和均匀传输线连接的。

所述的输入\输出端口有两个，每个端口和均匀传输线相连。

所述的反面部分包括：非均匀DGS(缺陷地)单元、slot(缝隙)结构单元和接地单元。非均匀DGS单元共有7个，各单元的外形尺寸以近似等差数列非均匀排列。slot结构单元共有五组，其中两个单个slot结构单元分别加载在两个叉指电容的背面，另外三组加载在偶数DGS单元的两侧，上述的七个非均匀DGS单元和五组slot结构单元都是在接地单元上刻蚀去除相应的结构形状，从而形成相应的空气单元。

所述的叉指电容位于介质板正面，三个叉指电容单元的指的比值均为3∶2，指间的间距是0.1mm，其中第一和第三叉指单元的指长是等长的，第二叉指单元的指长略短，连接第一叉指电容左端的传输线是50Ω均匀传输线，每两个叉指电容单元之间通过短截线单元相连接，在第三叉指电容右端连接的是补偿传输线单元。

所述的短截线单元位于介质板正面，两个短截线单元分别位于三个叉指电容单元之间。

所述的七个DGS单元，其哑铃型DGS两端的头的部分位于补偿传输线的下方。哑铃型DGS单元阵列结构是呈近似等差数列的非均匀排列。

所述的slot结构单元，位于滤波器背面，其中两组单个slot结构单元分别位于第一和第三叉指电容的下方。另外的三组slot结构单元非均匀排列，每一对等长的slot结构单元之间都是通过另一条slot结构单元和DGS单元相连在一起的，并且分别加载在第二、四、六DGS单元的两侧。

所述的三个叉指电容单元、两个短截线单元、两个均匀传输线单元、一个补偿线单元、两个过孔单元和接地单元均为导体，非均匀DGS阵列结构是在接地单元上面刻蚀去掉相应的形状，从而形成空气单元结构。

所述的介质板为低介电常数物质。

本发明通过由背面的DGS单元来实现低通滤波器，由正面的叉指电容单元和短截线单元来实现高通滤波器，从理论上来讲只要分别调节低通滤波器的截止频率和高通滤波器的截止频率在一定范围内可以实现任何带宽的带通滤波器，该电路具有结构紧凑的特点，有利于和其它射频(RF)电路的集成。

本发明所采用的是高阶高通滤波器，特别是以一种五阶的切比雪夫低通原型为基础的变换后的高通滤波器，采用本结构后从频率特性可以看到在低频部分由截止频率到通带的过渡带很窄，减小了该超宽带滤波器的矩形系数，本发明的矩形系数是：1.2∶1。本发明滤波器传输损耗在通带内大于-1.5dB，回波损耗在通带内小于-14dB，并且在通带3.0GHz-10.8GHz范围内的群延迟的变化率小于0.15纳秒，是目前国内外已有参考文献中是最小的群延迟之一。

附图说明

图1为本发明超宽带滤波器总体的结构示意图

图2为本发明超宽带滤波器的正面结构示意图

图3为本发明超宽带滤波器的背面结构示意图

图4为本发明超宽带滤波器仿真的频率特性示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口。

如图2所示，本实施例所述的正面部分包括：第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元13、第一叉指电容单元3、第二叉指电容单元6、第三叉指电容单元9、第一短截线单元4、第二短截线单元8、第一过孔单元5、第二过孔单元7、补偿传输线10、介质板11。输入\输出端口有两个，第一输入\输出端口1和第一均匀传输线单元2相接，第二输入\输出端口12和第二均匀传输线单元13相接，第三叉指电容单元9和第二均匀传输线单元13通过补偿传输线单元10连接。

如图3所示，本实施例所述的反面部分包括：第一DGS单元16、第二DGS单元18、第三DGS单元20、第四DGS单元22、第五DGS单元23、第六DGS单元24、第七DGS单元25、第一slot结构单元14、第二slot结构单元15、第三slot结构单元17、第四slot结构单元19、第五slot结构单元21和接地单元26。

所述的slot结构单元，位于滤波器背面，共有五组，其中第一slot结构单元14、第二slot结构单元15分别位于第一叉指电容单元3和第三叉指电容单元9的下方。第三slot结构单元17、第四slot结构单元19、第五slot结构单元21呈非均匀排列，每一对等长的slot结构之间都是通过另一条slot结构单元和DGS单元相连在一起的。其中第三slot结构单元17被加载在第二DGS单元18的左右两侧，第四slot结构单元19被加载在第四DGS单元22的左右两侧，第五slot结构单元21被加载在第六DGS单元24的左右两侧。第一DGS单元16和第七DGS单元25分别位于补偿传输线单元10下方的两端，并对称分布。第三DGS单元20位于第二DGS单元18和第四DGS单元22之间，第五DGS单元23位于第四DGS单元22和第六DGS单元24之间。

所述的第一叉指电容单元3、第二叉指电容单元6和第三叉指电容单元9指的比值为3∶2，指间的间距是0.1mm，连接第一叉指电容单元3左端的第一均匀传输线单元2是50Ω均匀传输线。

所述的七个DGS单元16、18、20、22、23、24、25，其哑铃型DGS两端的头的部分在传输线的下方，哑铃型DGS阵列结构是呈近似等差数列的非均匀排列。

所述的第一和第三叉指电容单元3、9分别位于第一、第二slot单元14、15所处位置的上方。

所述的三个叉指电容单元3、6、9，两个短截线单元4、8，均匀传输线单元2、13，补偿线单元10，过孔单元5、7和接地单元26均为导体。

所述的七个DGS单元16、18、20、22、23、24、25和五组slot结构单元14、15、17、19、21都是在接地单元26上刻蚀去相应的哑铃形结构和缝隙结构的形状，形成空气单元。

所述的介质板11为低介电常数物质。

本实施例所述的输入\输出端口1外接信号源，外加的激励信号通过均匀传输线单元2、第一叉指电容单元3，再通过第一短截线单元4、第二叉指电容单元6、第二短截线单元8和第三叉指电容单元9，补偿线单元10和第二均匀传输线单元13最后经由输入\输出端口12到达外部电路，实现对信号进行滤波。级联的叉指电容和短截线具有滤除低频信号的功能，周期性的DGS结构具有滤除高频信号的功能，将两者结合起来实现超宽带滤波器。

如图4所示，本实施例的频率特性包括：S21(传输损耗)参数、S11(回波损耗)参数和group delay(群延迟)参数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本发明的超宽带滤波器的通带是3.0GHz-10.8GHz，S21参数在通带内大于-1.5dB，S11参数在通带内小于-14dB。

Claims (9)

1、一种超宽带微带滤波器，包括：正面部分、反面部分和输入\输出端口，其特征在于：所述的正面部分包括：第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(13)、第一叉指电容单元(3)、第二叉指电容单元(6)、第三叉指电容单元(9)、第一短截线单元(4)、第二短截线单元(8)、第一过孔单元(5)、第二过孔单元(7)、补偿传输线(10)、介质板(11)；输入\输出端口有两个，第一输入\输出端口(1)和第一均匀传输线单元(2)相接，第二输入\输出端口(12)和第二均匀传输线单元(13)相接，第三叉指电容单元(9)和第二均匀传输线单元(13)通过补偿传输线(10)连接；

所述的反面部分包括：七个DGS单元(16、18、20、22、23、24、25)和五组slot结构单元(14、15、17、19、21)，其中第一slot结构单元(14)、第二slot结构单元(15)位于第一叉指电容单元(3)和第三叉指电容单元(9)的下方，第三slot结构单元(17)被加载在第二DGS单元(18)的左右两侧，第四slot结构单元(19)被加载在第四DGS单元22的左右两侧，第五slot结构单元(21)被加载在第六DGS单元(24)的左右两侧，第一DGS单元(16)和第七DGS单元(25)分别位于补偿线单元(10)下方的两端，并对称分布，第三DGS单元(20)位于第二DGS单元(18)和第四DGS单元(22)之间，第五DGS单元(23)位于第四DGS单元(22)和第六DGS单元(24)之间。

2、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的七个DGS单元(16、18、20、22、23、24、25)和五组slot结构单元(14、15、17、19、21)都是在接地单元(26)上刻蚀去相应的哑铃形结构和缝隙结构的形状，形成空气单元。

3、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的七个DGS单元(16、18、20、22、23、24、25)，其哑铃型DGS两端的头的部分在补偿传输线单元(10)的下方，哑铃型DGS阵列结构是呈近似等差数列的非均匀排列。

4、如权利要求1或者2所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的slot结构单元有五组，其中第一和第二slot结构单元(14、15)是均匀缝隙结构，另外三组slot结构单元(17、19、21)非均匀排列。

5、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的第一叉指电容单元(3)、第二叉指电容单元(6)和第三叉指电容单元(9)指的比值为3：2，指间的间距是0.1mm，连接第一叉指电容单元(3)左端的第一均匀传输线单元(2)是50Ω均匀传输线。

6、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的第一和第三叉指电容单元(3、9)分别位于第一、第二slot单元(14、15)所处位置的上方。

7、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的三个叉指电容单元(3、6、9)，两个短截线单元(4、8)，两个均匀传输线单元(2、13)，补偿线单元(10)，两个过孔单元(5、7)和接地单元(26)均为导体。

8、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的输入\输出端口(1)外接信号源，外加的激励信号通过第一均匀传输线单元(2)、第一叉指电容单元(3)，再通过第一短截线单元(4)、第二叉指电容单元(6)、第二短截线单元(8)和第三叉指电容单元(9)，补偿线单元(10)和第二均匀传输线单元(13)最后经由输入\输出端口(12)到达外部电路，实现对信号进行滤波。

9、如权利要求1所述的超宽带微带滤波器，其特征是，所述的介质板(11)为低介电常数物质。

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