CN201918477U

CN201918477U - 一种带宽可控双频微带滤波器

Info

Publication number: CN201918477U
Application number: CN2010205854195U
Authority: CN
Inventors: 褚庆昕; 吴小虎
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-10-30
Filing date: 2010-10-30
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-10-30

Abstract

本实用新型公开了一种带宽可控的双频微带滤波器，该滤波器通过利用两组独立的谐振器即中心加载谐振器、U型开口谐振器实现双频滤波器的双通带特性。中心加载谐振器是由半波长微带线及中心加载的微带线和接地通孔组成，用来产生第一通带；U型开口谐振器内嵌于中心加载谐振器，用来产生第二通带；该结构对于第二通带，采用抽头馈电，输入输出端口分别直接连接在U型开口谐振器上；对于第一通带，U型开口谐振器作为端口线一部分可以实现源-负载耦合，在第一通带两侧各引入一个传输零点，提高通带选择性，并分别与中心加载谐振器耦合实现缝隙耦合馈电；采用组合馈电，该双频滤波器带宽可控，同时还具有尺寸小，空间利用率高等特点。

Description

一种带宽可控双频微带滤波器

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，特别涉及一种带宽可控的双频微带滤波器。

背景技术

随着各种无线通信标准的提出，例如从早期的GSM、CDMA、WCDMA到现在的TD-SCDMA、WLAN、WiMAX等，能同时工作在多个频带的多频收发系统应运而生，极大地提高了通信系统的集成化发展，而双频微带滤波器作为双频收发机系统中不可缺少的关键器件得到了广泛的研究和应用，它可以有效地滤除各种无用信号和噪声信号，降低各通信频道之间的信号干扰，保障通信设备的正常工作，实现高质量的信号传输。

现有的双频微带滤波器主流设计方法主要有两种，第一种是利用多个单通带滤波器组合设计双频带滤波器。第二种是利用双模谐振器来设计双频滤波器，包括阶梯阻抗谐振器双频滤波器、加载型谐振器双频滤波器。第一种方法所设计的双频滤波器能独立的控制各个通带工作频率，并且各通带带宽等通带特性也可以自由调节和设计，但是整体尺寸大、成本高，不利于多频通信系统的小型化发展。第二种方法所设计的双频滤波器易控制，但只能基本达到双频滤波器的各通带频率，并且由于双频滤波器的各通带带宽基本都是由相同的端耦合和谐振器间耦合结构决定的，导致各通带带宽之间相互关联，因此各通带的带宽设计范围有限。

中国发明专利CN1992424A公开了一种双频滤波器，该滤波器设置于基板上，包括输入端、输出端、第一传输线、第二传输线以及第三传输线。输入端用于馈入电磁波信号，输出端用于馈出电磁波信号，输入端与输出端平行设置。第一传输线电性连接于输入端，第二传输线与第一传输线并排设置，且电性连接于输出端，第三传输线并排设置于第一传输线和第二传输线之间。该发明采用三阶直线阵结构，通过控制阶梯阻抗谐振器的阶梯阻抗比和长度比实现双频通带特性，但是各通带工作频率相互独立控制性差，并且该直线阵耦合结构单一，设计自由度少，所以该双频滤波器的各通带特性无法在大范围内调节。

因此，需要提供一种整体尺寸小且各通带特性具有独立可控性的双频微带滤波器。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种带宽可控双频微带滤波器，其具有整体尺寸小、各通带特性独立可控的优点。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种带宽可控双频微带滤波器，包括输入端口、输出端口、中心加载谐振器和两个呈镜像对称分布的U型开口谐振器，中心加载谐振器由呈倒U型分布的第一微带线、第二微带线、第三微带线和对称中心处加载的第四微带线及接地通孔组成；第一U型开口谐振器包括呈U型分布的第五微带线、第六微带线、第七微带线；第二U型开口谐振器与第一U型开口谐振器呈镜像对称分布，包括呈U型分布的第八微带线、第九微带线、第十微带线；两个U型开口谐振器的第七微带线和第八微带线之间设有间距，用于实现通带级间信号耦合传输；输入端口由第十一和十二微带线连接而成，第十一微带线与第一U型开口谐振器的第六微带线连接；输出端口由第十三和十四微带线连接而成，第十三微带线与第二U型开口谐振器的第九微带线连接；中心加载谐振器设于两个U型开口谐振器的外围，各相邻微带线之间均间隔一定距离。

所述中心加载谐振器中的第一微带线、第二微带线、第三微带线的长度之和可调，用于控制第一通带的通带频率；中心加载谐振器中的第四微带线和接地通孔用于控制第一通带下传输模式的耦合，控制第一通带特性。

所述两个U型开口谐振器各自包含的三条微带线的长度之和可调，用于控制第二通带的通带频率，两个U型开口谐振器的第七微带线和第八微带线之间设有间距，用来实现第二通带下级间信号的耦合传输，控制第二通带特性。

所述的双频微带滤波器，第一通带下，中心加载谐振器谐振工作，两个U型开口谐振器不工作并作为端口馈线的一部分通过第五和第一微带线之间、第十和第三微带线之间的耦合间距对中心加载谐振器馈电，该馈电方式为缝隙耦合馈电；第一通带的馈电由上述耦合间距以及输入端口和输出端口与U型开口谐振器的连接位置决定。

所述的双频微带滤波器，第二通带下，U型开口谐振器谐振工作，输入端口和输出端口分别通过第十一微带线、第十三微带线与两个U型开口谐振器直接相连，该馈电方式为抽头耦合馈电；第二通带的馈电由输入输出端口的抽头耦合位置决定。

所述输入端口中的第十二微带线和输出端口中的第十四微带线为阻抗为50Ω传输线。

所述的双频微带滤波器，第一通带下，两个U型开口谐振器不工作并作为输入端口和输出端口的一部分，通过第一U型开口谐振器的第七微带线和第二U型开口谐振器的第八微带线间的耦合间距引入源-负载耦合，可以在第一通带两侧各引入一个传输零点，改善第一通带选择性；第二通带下，输入端口和输出端口直接和两个U型开口谐振器之间连接，形成抽头馈电，可以在第二通带两侧各引入一个传输零点，有效改善第三通带的选择性；两个U型开口谐振器的第七微带线和第八微带线设有间距，形成平行耦合，该耦合是一种混合耦合，包括电耦合和磁耦合两条路径，可以在两通带之间产生一个零点，有效改善通带之间的阻带衰减。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型中的双频微带滤波器采用内嵌式的结构，使得电路整体尺寸小，结构紧凑，空间利用率高；采用两组谐振器实现双频滤波器各通带的通带工作频率及通带带宽可控。

2、本实用新型将传统的抽头耦合和缝隙耦合两种端口馈电方式相结合，增加了双频滤波器端口设计的自由度，实现了双频滤波器各通带带宽的大范围可控设计。

3、本实用新型中将U型谐振器在非工作通带下作为输入端口和输出端口的一部分，可以形成源-负载耦合，引入传输零点，提高滤波器各通带的选择性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的尺寸标注示意图；

图3是本实用新型中第一种实施方式的频率响应曲线图；

图4是本实用新型中第二种实施方式的频率响应曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种带宽可控双频微带滤波器，包括输入端口、输出端口、中心加载谐振器和两个呈镜像对称分布的U型开口谐振器，中心加载谐振器由呈倒U型分布的第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3和对称中心处加载的第四微带线4及接地通孔15组成；第一U型开口谐振器包括呈U型分布的第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7；第二U型开口谐振器与第一U型开口谐振器呈镜像对称分布，包括呈U型分布的第八微带线8、第九微带线9、第十微带线10；两个U型开口谐振器的第七微带线7和第八微带线8之间设有间距，用于实现通带级间信号耦合传输；输入端口由第十一微带线11和第十二微带线12连接而成，第十一微带线11与第一U型开口谐振器的第六微带线6连接；输出端口由第十三微带线13和十四微带线14连接而成，第十三微带线13与第二U型开口谐振器的第九微带线9连接；中心加载谐振器设于两个U型开口谐振器的外围，各相邻微带线之间均间隔一定距离。

所述中心加载谐振器中的第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3的长度之和可调，用于控制第一通带的通带频率；中心加载谐振器中的第四微带线4和接地通孔15用于控制第一通带下传输模式的耦合，控制第一通带特性。

所述两个U型开口谐振器各自包含的三条微带线的长度之和可调，用于控制第二通带的通带频率，两个U型开口谐振器的第七微带线7和第八微带线8之间设有间距，用来实现第二通带下级间信号的耦合传输，控制第二通带特性。

所述的双频微带滤波器，第一通带下，中心加载谐振器谐振工作，两个U型开口谐振器不工作并作为端口馈线的一部分通过第五微带线5和第一微带线1之间、第十微带线10和第三微带线3之间的耦合间距对中心加载谐振器馈电，该馈电方式为缝隙耦合馈电；第一通带的馈电由上述耦合间距以及输入端口和输出端口与U型开口谐振器的连接位置决定。

所述的双频微带滤波器，第二通带下，U型开口谐振器谐振工作，输入端口和输出端口分别通过第十一微带线11、第十三微带线13与两个U型开口谐振器直接相连，该馈电方式为抽头耦合馈电；第二通带的馈电由输入输出端口的抽头耦合位置决定。

所述输入端口中的第十二微带线12和输出端口中的第十四微带线14为阻抗为50Ω传输线。

本实用新型中各通带中心频率是可以控制的。采用两组谐振器即中心加载谐振器、U型开口谐振器分别实现双频滤波器的第一、第二通带。中心加载谐振器为中心加载半波长双模谐振器；中心加载谐振器的第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3的长度之和L_c1在第一通带下为半个波长长度，通过控制L_c1的长度可以自由控制第一通带中心频率；两个U型开口谐振器为半波长谐振器，第一U型开口谐振器中的第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7的长度之和L_c2和第二U型开口谐振器中的第八微带线8、第九微带线9、第十微带线10的总长度L_c3相等，且都等于第二通带频率下的半个波长长度，通过控制L_c2和L_c3的长度可以控制双频滤波器的第二个通带的工作频率。

如图2所示，本实施例所述的双频滤波器，各通带带宽是可以控制的。滤波器的通带带宽取决于外部品质因数和内部耦合系数。双频滤波器第二通带工作时，内嵌的U型半波长谐振器工作，输入输出端口线和U型半波长谐振器直接相连，形成抽头耦合，抽头位置d决定了第二通带的外部品质因数；d越大时，第二通带的外部品质因数越大，能实现的通带带宽越小，相反，d越小，第二通带的外部品质因数越小，能实现的通带带宽越大。在第一通带下，U型半波长谐振器不工作并作为输入输出端口线的一部分，通过第五微带线5与第一微带线1之间、第三微带线3与第十微带线10之间的间距g₁给第一通带谐振器馈电；第一通带下的馈电方式为缝隙耦合馈电，当缝隙间距g₁增大时，第一通带的外部品质因数增大，通带带宽减小，相反g₁减小时，第一通带的外部品质因数减小，通带带宽增大。另外，第一通带下，输入输出端口的抽头位置d也会影响其通带内品质因数，通过抽头位置d、缝隙耦合间距g₁这两个设计自由度可以实现双频滤波器各通带带宽的大范围内可控设计。

对于本实施例中的双频滤波器的内耦合，由于采用两组谐振器分别实现两个通带特性，因此各通带下的内部耦合系数相互独立。第一通带下，中心加载半波长双模谐振器工作，加载的第四微带线4及接地通孔15大小控制其模式耦合，从而决定该通带的内部耦合系数；第二通带特性通过二阶的U型半波长开口谐振器实现，通过第七微带线7、第八微带线8实现级间信号耦合并控制第二通带内部耦合系数；两个通带的内部耦合系数相互独立，各自调节控制各通带带宽。

本实施例中，第一通带下，U型开口谐振器不工作并作为输入端口输出端口的一部分，通过第一U型开口谐振器的第七微带线7和第二U型开口谐振器的第八微带线8间的耦合间距引入源-负载耦合，可以在第一通带两侧各引入一个传输零点，改善第一通带选择性；第二通带下，输入端口输出端口直接和U型开口谐振器之间连接，形成抽头馈电，可以在第二通带两侧各引入一个传输零点，有效改善第三通带的选择性；两U型开口谐振器的第七微带线7和第八微带线8设有间距，形成平行耦合，该耦合是一种混合耦合，包括电耦合和磁耦合两条路径，可以在两通带之间产生一个零点，有效改善通带之间的阻带衰减。

在本实施例中，各参数具体如下：带宽可控的双频微带滤波器的两个通带控制在2.4GHz、5.2GHz。滤波器的衬底材料的介电常数为2.2，厚度为0.508mm。双频微带滤波器的尺寸为：输入端口第十二微带线12和输出端口第十四微带线14的线宽为2.2mm，对应着该介质材料下的50Ω微带线，其他微带线(不包括加载线)的线宽均为0.5mm，第十一微带线11长度为4.63mm，第一微带线1的长度L₁为17.7mm，第二微带线2的长度L₂为9.98mm，第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7的总长度L_c2为23.69mm，输入输出端口线的抽头耦合位置d为9.42mm，中心加载半波长谐振器与U型半波长开口谐振器的耦合间距g₁为0.23mm，两个U型半波长开口谐振器之间的平行耦合长度即第八微带线8长度L₈为6.24mm，平行耦合间距S为0.37mm，中心加载半波长谐振器的加载第四微带线4线长为0.46mm，宽度为0.50mm，中心加载谐振器共用的接地通孔15半径为0.3mm，两个U型半波长开口谐振器的内嵌深度h为0.52mm。双频滤波器整体尺寸为0.19λ_g×0.11λ_g，λ_g为该双频滤波器第一通带谐振频率对应的波长。

如图3所示，为该实例的频率响应曲线图。图中包括两条曲线|S₂₁|、|S₁₁|，曲线|S₂₁|是信号的传输特性曲线，曲线|S₁₁|是端口的反射特性曲线。由图可知，该滤波器具有双频通带响应，其中第一通带的中心频率是2.46GHz，通带内最小插入损耗为1.32dB，回波损耗大于20dB，其通带3dB带宽为8.1％；第二通带的中心频率是5.26GHz，通带内最小插入损耗为0.85dB，通带内回波损耗大于20dB，其通带3dB带宽为8.0％；第一、第二通带的带宽之比为1∶1；五个传输零点分别在2.06GHz、2.78GHz、3.78GHz、4.68GHz、7.08GHz，有效的提高了双频滤波器的通带选择性以及通带之间的衰减。

实施例2

本实施例除下述特征外其他特征同实施例1：在本实施例中，各参数具体如下：带宽可控的双频微带滤波器的两个通带控制在2.4GHz、5.2GHz。双频微带滤波器的尺寸为：输入端口第十二微带线12和输出端口第十四微带线14的线宽为2.2mm，对应着该介质材料下的50Ω微带线，其他微带线(不包括加载线)的线宽均为0.5mm，第十一微带线11长度为4.63mm，第一微带线1的长度L₁为17.7mm，第二微带线2的长度L₂为9.92mm，第五微带线5、第六微带线6、第七微带线7的总长度L_c2为23.69mm，输入输出端口线的抽头耦合位置d为10.11mm，中心加载半波长谐振器与U型半波长开口谐振器的耦合间距g₁为0.20mm，两个U型半波长开口谐振器之间的平行耦合长度即第八微带线8长度L₈为6.34mm，平行耦合间距S为0.59mm，中心加载半波长谐振器的加载第四微带线4线长为0.61mm，宽度为0.50mm，中心加载谐振器共用的接地通孔15半径为0.3mm，两个U型半波长开口谐振器的内嵌深度h为0.52mm。双频滤波器整体尺寸为0.19λ_g×0.11λ_g，λ_g为该双频滤波器第一通带谐振频率对应的波长。

如图4所示，为该实例的频率响应曲线图。图中包括两条曲线|S₂₁|、|S₁₁|，曲线|S₂₁|是信号的传输特性曲线，曲线|S₁₁|是端口的反射特性曲线。由图可知，该滤波器具有双频通带响应，其中第一通带的中心频率是2.46GHz，通带内最小插入损耗为1.08dB，回波损耗大于20dB，其通带3dB带宽为8.8％；第二通带的中心频率是5.26GHz，通带内最小插入损耗为1.51dB，通带内回波损耗大于20dB，其通带3dB带宽为4.1％；第一、第二通带的带宽之比为2∶1；五个传输零点分别在1.93GHz、3.05GHz、3.70GHz、4.88GHz、6.8GHz，有效的提高了双频滤波器的通带选择性以及通带之间的衰减。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种带宽可控双频微带滤波器，其特征在于，包括输入端口、输出端口、中心加载谐振器和两个呈镜像对称分布的U型开口谐振器，中心加载谐振器由呈倒U型分布的第一微带线、第二微带线、第三微带线和对称中心处加载的第四微带线及接地通孔组成；第一U型开口谐振器包括呈U型分布的第五微带线、第六微带线、第七微带线；第二U型开口谐振器与第一U型开口谐振器呈镜像对称分布，包括呈U型分布的第八微带线、第九微带线、第十微带线；两个U型开口谐振器的第七微带线和第八微带线之间设有间距，用于实现通带级间信号耦合传输；输入端口由第十一和十二微带线连接而成，第十一微带线与第一U型开口谐振器的第六微带线连接；输出端口由第十三和十四微带线连接而成，第十三微带线与第二U型开口谐振器的第九微带线连接；中心加载谐振器设于两个U型开口谐振器的外围，各相邻微带线之间均间隔一定距离。

2.根据权利要求1所述的带宽可控双频微带滤波器，其特征在于，所述中心加载谐振器中的第一微带线、第二微带线、第三微带线的长度之和可调，用于控制第一通带的通带频率；中心加载谐振器中的第四微带线和接地通孔用于控制第一通带下传输模式的耦合，控制第一通带特性。

3.根据权利要求2所述的带宽可控双频微带滤波器，其特征在于，第一通带下，中心加载谐振器谐振工作，两个U型开口谐振器不工作并作为端口馈线的一部分通过第五和第一微带线之间、第十和第三微带线之间的耦合间距对中心加载谐振器馈电，该馈电方式为缝隙耦合馈电；第一通带的馈电由上述耦合间距以及输入端口和输出端口与U型开口谐振器的连接位置决定。

4.根据权利要求1所述的带宽可控双频微带滤波器，其特征在于，所述两个U型开口谐振器各自包含的三条微带线的长度之和可调，用于控制第二通带的通带频率，两个U型开口谐振器的第七微带线和第八微带线之间设有间距，用来实现第二通带下级间信号的耦合传输，控制第二通带特性。

5.根据权利要求4所述的带宽可控双频微带滤波器，其特征在于，第二通带下，U型开口谐振器谐振工作，输入端口和输出端口分别通过第十一微带线、第十三微带线与两个U型开口谐振器直接相连，该馈电方式为抽头耦合馈电；第二通带的馈电由输入输出端口的抽头耦合位置决定。

6.根据权利要求1所述的带宽可控双频微带滤波器，其特征在于，所述输入端口中的第十二微带线和输出端口中的第十四微带线为阻抗为50Ω传输线。