CN201804985U - 基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器 - Google Patents

Abstract

基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器涉及一种可用于无线局域网应用的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)并排对称设置，其开环的开口相向设置，在第一开环阶梯阻抗谐振器(3)内开口的对面设有第一加载双分支线(5)，在第二开环阶梯阻抗谐振器(4)内开口的对面设有第二加载双分支线(6)；第一输入输出端(1)与第一开环阶梯阻抗谐振器(3)相连接，第二输入输出端(2)与第二开环阶梯阻抗谐振器(4)相连接；在第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)的上下两侧分别设有第一平行耦合微带线(7)、第二平行耦合微带线(8)。

Description

基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种微波双频带通滤波器，尤其涉及一种可用于无线局域网应用的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器。

背景技术

近年，随着各种现代无线通信应用的飞速发展，特别是最近几年发展起来的无线局域网(WLAN)系统，在微波通信系统中使用多频段设备的需求也在急剧增加，成为这些通信系统前端重要器件的双频段滤波器便是其中之一。无线局域网(WLAN)有几个不同的通信标准，如IEEE 802.11b，IEEE 802.11g，分别工作在2.4或2.45GHz频段，而IEEE 802.11a则工作在5.2-5.8GHz频段。由于在实际应用中WLAN系统大多同时支持至少2个标准，例如IEEE 802.11b和IEEE 802.11a，这就要求系统具备双频带的操作功能.传统的双频带滤波器，如级联一个带通滤波器和一个带阻滤波器以实现一个双频带通滤波器，但是占据的体积很大；或一个谐振器嵌入到另外一个半波长的开路环滤波器中去得到两个通带，但是带宽相对比较窄。因此，需要提出新型的双频带滤波器，有必要使滤波器尺寸小，结构简单，带宽较宽以覆盖整个WLAN频段，以实现高性能，低损耗，低成本的目标。

发明内容

技术问题：本实用新型采用平面微带结构，设计出可以覆盖整个WLAN频段的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，在其频段内实现了较低的插入损耗，进一步减小了滤波器的体积，有利于电路的集成化设计。

技术方案：本实用新型的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器设置于基板上，包括第一输入输出端、第二输入输出端，第一开环阶梯阻抗谐振器、第二开环阶梯阻抗谐振器，第一加载双分支线、第二加载双分支线，第一平行耦合微带线、第二平行耦合微带线；其中，第一开环阶梯阻抗谐振器、第二开环阶梯阻抗谐振器并排对称设置，其开环的开口相向设置，在第一开环阶梯阻抗谐振器内开口的对面设有第一加载双分支线，在第二开环阶梯阻抗谐振器内开口的对面设有第二加载双分支线；第一输入输出端与第一开环阶梯阻抗谐振器相连接，第二输入输出端与第二开环阶梯阻抗谐振器相连接；在第一开环阶梯阻抗谐振器、第二开环阶梯阻抗谐振器的上下两侧分别设有第一平行耦合微带线、第二平行耦合微带线。

所述第一输入输出端、第二输入输出端分别为所述双频滤波器的50欧姆匹配阻抗。第一开环阶梯阻抗谐振器、第二开环阶梯阻抗谐振器开口采用第二缝隙来内耦合，两开环阶梯阻抗谐振器间采用第一缝隙来级间耦合。

第一平行耦合微带线、第二平行耦合微带线与第一开环阶梯阻抗谐振器、第二开环阶梯阻抗谐振器相距第三缝隙。

第一开环阶梯阻抗谐振器、第二开环阶梯阻抗谐振器在连接第一输入输出端、第二输入输出端一侧部分的线宽，窄于其余各边的线宽。

本实用新型的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，通过在谐振腔内增加双分支线，偶模谐振频率可以被灵活的控制然而其奇模谐振频率保持不变且使第二通频带更加平坦。通过增加两个平行耦合微带线，两谐振腔间的耦合得到了加强以在第二通频带得到更多的带宽。最终通过优化设计与加工，可以得到包括两个频带2.45GHz和5.35GHz的双频带带通滤波器。

从图1可以看到，此双频带带同滤波器包含两个耦合开环阶梯阻抗谐振腔，在两谐振腔的内部有两个开路短截线而在谐振腔的上下各有一根与之平行的耦合微带线。基频与谐振腔的总长有关，我们在得到了第一谐振频率后可将其固定，而第二谐振频率可以通过调节双短截线的相对距离与大小及两平行耦合线的长短来调节。两平行耦合微带线的主要作用是通过增加两开环阶梯阻抗谐振腔之间的耦合系数来达到增加第二通频带的带宽。由于第二通频带不是第一通频带的两倍，因此与传统的均匀阻抗谐振器和单分支线加载相比采用阶梯阻抗谐振器和双分支线加载将会有更多的变量且更加灵活。设计过程可以分为两部分：第一步是决定谐振腔的线宽和长度使其在第一通频带达到良好的性能；第二步是调节双短截线和平行耦合线的相对尺寸使在第二频段有良好的传输。

通过上面的分析，我们得到在不增加原来谐振器尺寸的基础上通过加载双分支线、耦合微带线与阶梯阻抗机构即得到了双频带与宽频特性。通过比较仿真图与测试图我们发现两者之间的吻合度比较满意。

有益效果：与传统采用开环谐振器的双频带滤波器相比，本实用新型具有以下优点：

1)基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，结构紧凑，可重复性好，易于加工。

2)插入损耗小，在高低频段的损耗基本在1dB左右。

3)带宽较宽。实测第二频带为4.9GHz-5.8GHz，已经基本覆盖WLAN在高频段的整个频段。

4)结构简单。采用两个开环阶梯阻抗谐振器，内部有双分支线加载，外部有两平行耦合和微带线，为平面微带线结构极易实现。

附图说明

图1是本实用新型所述的双频带通滤波器的结构示意图。

图2是本实用新型全波仿真S参数与测试S参数比较曲线图。

具体实施方式

请参阅图1，所示为本实用新型的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器10的结构示意图。

在本实施例中，双频带带通滤波器10设置于基板20上，双频带带通滤波器10包括第一输入输出端1、第二输入输出端2，第一开环阶梯阻抗谐振器3、第二开环阶梯阻抗谐振器4，第一加载双分支线5、第二加载双分支线6，第一平行耦合微带线7、第二平行耦合微带线8。其中，第一开环阶梯阻抗谐振器3、第二开环阶梯阻抗谐振器4并排对称设置，其开环的开口相向设置，在第一开环阶梯阻抗谐振器3内开口的对面设有第一加载双分支线5，在第二开环阶梯阻抗谐振器4内开口的对面设有第二加载双分支线6；第一输入输出端1与第一开环阶梯阻抗谐振器3相连接，第二输入输出端2与第二开环阶梯阻抗谐振器4相连接；在第一开环阶梯阻抗谐振器3、第二开环阶梯阻抗谐振器4的上下两侧分别设有第一平行耦合微带线7、第二平行耦合微带线8。

第一输入输出端1用于馈入电磁波信号，第二输入输出端2用于馈出电磁波信号，第一输入输出端1、第二输入输出端2平行设置，且为双频带带通滤波器10的50欧姆匹配阻抗，由于输入与输出信号在谐振器的基频时同相，故可称为0°馈电。第一开环阶梯阻抗谐振器3、第二开环阶梯阻抗谐振器4内部采用第二缝隙g2来内耦合，缝隙间可等效为一个电容。然后两开环阶梯阻抗谐振器间采用第一缝隙g1来级间耦合。第一开环阶梯阻抗谐振器3、第二开环阶梯阻抗谐振器4在连接第一输入输出端1、第二输入输出端2一侧部分的线宽，窄于其余各边的线宽，其余都等宽。通过第一开环阶梯阻抗谐振器3、第二开环阶梯阻抗谐振器4谐振到基频2.4GHz。第一加载双分支线5、第二加载双分支线6为各开环阶梯阻抗谐振器的左右两侧的对应中间部分，左右对称。通过改变其尺寸和相对位置可以对第二频带的带宽、中频、平坦度进行一定的调节。两个平行的第一平行耦合微带线7、第二平行耦合微带线8置于开环阶梯阻抗谐振器的上下两端，与开环阶梯阻抗谐振器相距第三缝隙g3，增加级间耦合，展宽第二频带的带宽。

请参阅图2，所示为通过HFSS软件全波仿真得到的数据图(虚线部分)和通过安捷伦网络分析仪实测得到的数据图(实线部分)的比较。我们可以看到实测曲线与仿真曲线的吻合程度比较理想。

图中横轴表示本发明基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器10的信号的频率(单位：GHz)，纵轴表示幅度(单位：dB)，包括透射的散射参数又称插入损耗(S₂₁)的幅度以及反射的散射参数(S₁₁)的幅度。

从图中我们可以看到本发明的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器10具有良好的双频段特性。从曲线|S₂₁|可以观察到在各通带内的插入损耗比较小，基本在1dB左右。虽然在两通带之间只有一个传输零点，但由于其零点在-40dB以下，两通带之间形成了一个比较满意的过渡坡。同时从曲线|S₁₁|可观察到，在通频带内信号的反射系数绝对值大于14dB，在第一频段内其绝对值甚至达到了16dB以上。

本实用新型的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器10不需外加任何电容、电感等组件，可以通过调节滤波器的谐振单元的长度，加载双分支线和平行耦合微带线的尺寸和位置来达到所需的频段范围。由于本发明馈入与馈出信号线均为50欧姆传输线，所以此滤波器和其它外部组件相连时不需要串接额外的阻抗转换器，实则为进一步缩小了体积。

Claims (5)

1.一种基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，其特征是该双频带带通滤波器(10)设置于基板(20)上，包括第一输入输出端(1)、第二输入输出端(2)，第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)，第一加载双分支线(5)、第二加载双分支线(6)，第一平行耦合微带线(7)、第二平行耦合微带线(8)；其中，第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)并排对称设置，其开环的开口相向设置，在第一开环阶梯阻抗谐振器(3)内开口的对面设有第一加载双分支线(5)，在第二开环阶梯阻抗谐振器(4)内开口的对面设有第二加载双分支线(6)；第一输入输出端(1)与第一开环阶梯阻抗谐振器(3)相连接，第二输入输出端(2)与第二开环阶梯阻抗谐振器(4)相连接；在第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)的上下两侧分别设有第一平行耦合微带线(7)、第二平行耦合微带线(8)。

2.根据权利要求1所述的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，其特征是所述第一输入输出端(1)、第二输入输出端(2)分别为所述双频滤波器的50欧姆匹配阻抗。

3.根据权利要求1所述的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，其特征是第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)开口采用第二缝隙(g2)来内耦合，两开环阶梯阻抗谐振器间采用第一缝隙(g1)来级间耦合。

4.根据权利要求1所述的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，其特征是第一平行耦合微带线(7)、第二平行耦合微带线(8)与第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)相距第三缝隙(g3)。

5.根据权利要求1所述的基于双分支线加载阶梯阻抗谐振器的双频带通滤波器，其特征是第一开环阶梯阻抗谐振器(3)、第二开环阶梯阻抗谐振器(4)在连接第一输入输出端(1)、第二输入输出端(2)一侧部分的线宽，窄于其余各边的线宽。

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