CN202721248U - 基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，属于微波通讯设备技术领域。该滤波器以加载非对称分支线的阶梯阻抗谐振器为单元，通过谐振器单元之间组合或与非对称发卡型谐振器单元组合构成。在阶梯阻抗谐振器单元开口处加载的非对称分支线作为微扰来改善滤波器的性能，产生传输零点，增强谐振器内部的耦合作用，可以通过改变非对称分支线的尺寸来抑制频率响应中的高次杂散频率。输入馈线和输出馈线在一条水平线上，位于谐振器的底边位置，与谐振器通过缝隙耦合产生滤波功能。本实用新型比传统滤波器体积小，原理简明，并且因为结构简单、易加工，造价低廉等优势，可以规模化生产并广泛应用于小型化的微波收发通信系统中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微波滤波器，属于微波通讯设备技术领域。
背景技术
微波滤波器作为一种二端口微波网络，它通过其频率选择性来控制微波系统的工作频带，是雷达、无线通信、微波测量等系统中最常见的元器件之一，其性能的优劣对整个通信系统的性能有着至关重要的影响。随着无线通信技术的迅猛发展，现在的无线终端设备需要能同时工作在两个或多个分离频段的射频器件来支持对不同无线通信系统业务的操作，同时随着通信业务种类的增加，频率资源越发显的紧张。因此，为了充分利用宝贵的频率资源，提高射频器件工作频段的集成度和带外抑制能力，满足无线通信系统对多种通信业务的支持，具有高频率选择性的射频器件一直是微波电路与器件设计者研究的热点问题。通过在滤波器的通带外引入传输零点，进行谐波抑制，可以改善滤波器的频率选择性，提高滤波器的带外抑制能力。在不改变谐振器外部结构的情况下，在谐振器内部加载开路分支线作为容性负载，使滤波器产生传输零点，提高了滤波器的阻带特性，有利于滤波器的小型化。
传统微带带通滤波器，通常由结构对称的阶梯阻抗谐振器构成。由于微波电路的频率响应特性，造成滤波器通带衰减边缘不陡峭，带外抑制能力差。另外阶梯阻抗阶跃处的不连续性，使得由高次杂散频率产生的通带内插入损耗较大，而且高次杂散频率和基本谐振频率之间存在的倍数关系，使带通滤波器的其他通带设计不灵活。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，该滤波器体积小巧、制作简单、便于平面电路集成，应用非对称分支线使滤波器的通带两侧产生传输零点，抑制高次杂散频率，大大提高了滤波器的性能，可以推广使用到多种小型化的微波收发通信系统中。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，包括正面部分的谐振器单元和金属微带线，反面部分的金属镀层，位于谐振器单元和金属镀层之间的介质板，其特征在于：所述谐振器单元和金属微带线在同一平面上；所述金属微带线包括输入馈线和输出馈线，所述输入馈线和输出馈线在一条水平线上，位于谐振器单元的底边位置，与谐振器单元通过缝隙耦合；在所述谐振器单元开口处加载非对称分支线。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器是阶梯阻抗谐振器。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述非对称分支线的横向宽度相同，纵向长度不同。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元是由两个尺寸相同的加载非对称分支线谐振器单元组合构成，所述输入馈线和输出馈线位于谐振器单元的底边位置，整个滤波器成轴对称图形。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，所述谐振器单元是由上、下两组尺寸不同的加载非对称分支线谐振器单元组合构成，所述输入馈线和输出馈线位于两组谐振器单元之间，整个滤波器成轴对称图形。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：每组所述谐振器单元的数量为2个，尺寸较大的一组谐振器单元产生频率响应的第一通带，尺寸较小的一组谐振器单元产生频率响应的第二通带。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元是由两个加载非对称分支线谐振器单元组合非对称发卡型谐振器单元构成，所述输入馈线和输出馈线位于一组加载非对称分支线谐振器单元和非对称发卡型谐振器单元之间，整个滤波器成轴对称图形。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述非对称发卡型谐振器单元产生滤波器频率响应的第一、第三通带，两个加载非对称分支线谐振器单元产生频率响应的第二通带。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述非对称发卡型谐振器单元两臂的宽度和长度均不相同。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述输入馈线和输出馈线之间的缝隙宽度在0.1mm至0.3mm之间。
前述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元、金属微带线和反面部分金属镀层的的材质为金、银或铜。
本实用新型的有益效果是：
1.在阶梯阻抗谐振器单元开口处加载的非对称分支线作为微扰来改善滤波器的性能，产生传输零点，增强谐振器内部的耦合作用，可以通过改变非对称分支线的尺寸来抑制频率响应中的高次杂散频率，大大提高了滤波器的性能。
2.采用加载非对称分支线谐振器单元，比传统结构对称的阶梯阻抗谐振器尺寸小，符合现代通信系统小型化的发展要求。
3.该滤波器有较小插入损耗，良好的带外抑制能力，在不改变谐振器外部结构的情况下，在谐振器内部加载非对称分支线作为容性负载，解决了传统带通滤波器频率选择性差，带外无传输零点等问题。
4.该滤波器几何结构简单，全部利用微带PCB工艺生产，成本低、易加工且能保证加工精度，可以适用标准化、规模化生产。
附图说明
图1为实施例1结构尺寸示意图，长度单位：mm；
图2为实施例1的S11参数仿真结果；
图3为实施例1的S21参数仿真结果；
图4为实施例1的仿真对比结果：非对称分支线长度变化时的对比波形；
图5为实施例1的仿真结果与加载对称分支线的对比图；
图6为实施例1的品质因数曲线；
图7为实施例1的耦合系数曲线；
图8为实施例2结构尺寸示意图，长度单位：mm；
图9为实施例2的S11参数仿真结果；
图10为实施例2的S21参数仿真结果；
图11为实施例2的工作频率曲线；
图12为实施例2的品质因数曲线；
图13为实施例2的耦合系数曲线；
图14为实施例2的仿真对比结果：馈线下方的一组谐振器单元间距变化时的对比波形；
图15为实施例2的仿真对比结果：馈线上方的一组谐振器单元间距变化时的对比波形；
图16为实施例3结构尺寸示意图，长度单位：mm；
图17为实施例3的S11参数仿真结果；
图18为实施例3的S21参数仿真结果；
图19为实施例3的仿真结果与组合对称发卡型谐振器单元的对比图；
图20为实施例3的仿真结果与实际测试结果的对比图。
图中附图标记的含义为：1.加载非对称分支线谐振器单元，2.非对称发卡型谐振器单元，3.非对称分支线，4.输入馈线，5.输出馈线。
具体实施方式
下面用三个实施例对本实用新型进行详细的说明，三个实施例均在以本实用新型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，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例1、实施例2以及实施例3。
实施例1：结合附图1-7对本实用新型的实施例1作详细的说明。如图1所示，本滤波器包括：正面部分的谐振器单元和金属微带线，反面部分的金属镀层，位于谐振器单元和金属镀层之间的介质板。金属微带线包括输入馈线4和输出馈线5，谐振器单元是由两个尺寸相同的加载非对称分支线3的谐振器单元1组合构成，输入馈线4和输出馈线5位于谐振器单元的底边位置，整个滤波器成轴对称图形。
实施例1相对介电常数 =10.2，厚度h=1.27mm的介质板，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如图1所示，L 1=20mm，L 2=6.5 mm，L 3=5.5mm，L 4=1mm，L 5=3.5mm，L 6=1.5mm，L 7=1.5mm，W 1=1.3mm，W 2=0.4mm，W 3=1.2mm，S 1=0.5mm，S 2=1.6mm，S 3=0.4mm，S 4=0.2mm。图2和图3是S参数的仿真曲线；图4给出了工作频率的变化情况；图5给出了加载非对称分支线和加载对称分支线滤波器的频率响应对比曲线，以此显现非对称分支线在抑制高次杂散频率中作用；品质因数是设计滤波器需要考虑的一个非常重要的参数，高品质因数对应低损耗，图6给出了品质因数的变化曲线，可以看到品质因数较高；图7给出了耦合系数随两个谐振器单元间距的变化曲线，可以根据需要的耦合系数来确定两个谐振器单元的间距。
实施例2：结合附图8-15对本实用新型的实施例2作详细的说明。如图8所示，本滤波器包括：正面部分的谐振器单元和金属微带线，反面部分的金属镀层，位于谐振器单元和金属镀层之间的介质板。金属微带线包括输入馈线4和输出馈线5，谐振器单元由上、下两组尺寸不同的加载非对称分支线3的谐振器单元1组合构成，输入馈线4和输出馈线5位于两组谐振器单元之间，整个滤波器成轴对称图形。
实施例2采用相对介电常数
=10.2，厚度h=1.27mm的介质板，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如图8所示，L 1=20mm，L 2=5.2mm，L 3=4.05mm，L 4=0.6mm，L 5=3mm，L 6=1.2mm，L 7=1.2mm，L 8=6.5mm，L 9=5.5mm，L 10=3.5mm，L 11=1mm，L 12=1.5mm，L 13=1.5mm，W 1=0.8mm，W 2=0.4mm，W 3=0.6mm，W 4=1.2mm，W 5=1.3mm，W 6=0.4mm，S 1=0.6mm，S 2=1.6mm，S 3=0.7mm，S 4=0.2mm，S 5=0.5mm，S 6=1.6mm，S 7=0.5mm。图9和图10是S参数的仿真曲线；图11给出了工作频率曲线，尺寸较大的一组谐振器单元产生频率响应的第一通带，尺寸较小的一组谐振器单元产生频率响应的第二通带；图12给出了品质因数随谐振器单元间距的变化曲线；图13给出了耦合系数的变化曲线；图14和图15表明在不改变两组谐振器单元尺寸的情况下，分别调整两组谐振器单元的间距，验证了滤波器两个通带带宽的独立可调性。
实施例3：结合附图16-20对本实用新型的实施例3作详细的说明。如图16所示，本滤波器包括：正面部分的谐振器单元和金属微带线，反面部分的金属镀层，位于谐振器单元和金属镀层之间的介质板。金属微带线包括输入馈线4和输出馈线5，谐振器单元是由两个加载非对称分支线谐振器单元1组合非对称发卡型谐振器单元2构成，输入馈线4和输出馈线5位于一组加载非对称分支线谐振器单元1和非对称发卡型谐振器单元2之间，整个滤波器成轴对称图形。
实施例3采用相对介电常数
=10.2，厚度h=1.27mm的介质板，经过设计、仿真和优化，最终确定该带通滤波器的具体尺寸如图16所示，L 1=20mm，L 2=5.2mm，L 3=4.05mm，L 4=0.6mm，L 5=3mm，L 6=1.2mm，L 7=1.2mm，L 8=13mm，L 9=4.2mm，L 10=6.4mm，L 11=6mm，W 1=0.8mm，W 2=0.4mm，W 3=0.6mm，W 4=1.2mm，W 5=1.8mm，W 6=0.75mm，W 7=0.5mm，S 1=0.6mm，S 2=1.7mm，S 3=0.7mm，S 4=0.2mm，S 5=0.4mm。图17和图18是S参数的仿真曲线；组合了非对称发卡型谐振器的滤波器有较好的带外特性，图19给出了加载非对称分支线谐振器单元分别组合非对称发卡型谐振器单元和对称发卡型谐振器单元的频率响应对比曲线；图20给出了最后的测试和仿真结果的对比，测试和仿真结果吻合。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (11)
1.一种基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，包括正面部分的谐振器单元和金属微带线，反面部分的金属镀层，位于谐振器单元和金属镀层之间的介质板，其特征在于：所述谐振器单元和金属微带线在同一平面上；所述金属微带线包括输入馈线和输出馈线，所述输入馈线和输出馈线在一条水平线上，位于谐振器单元的底边位置，与谐振器单元通过缝隙耦合；在所述谐振器单元开口处加载非对称分支线。
2.根据权利要求1所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器是阶梯阻抗谐振器。
3.根据权利要求1所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述非对称分支线的横向宽度相同，纵向长度不同。
4.根据权力要求1所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元是由两个尺寸相同的加载非对称分支线谐振器单元组合构成，所述输入馈线和输出馈线位于谐振器单元的底边位置，整个滤波器成轴对称图形。
5.根据权力要求1所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元是由上、下两组尺寸不同的加载非对称分支线谐振器单元组合构成，所述输入馈线和输出馈线位于两组谐振器单元之间，整个滤波器成轴对称图形。
6.根据权力要求5所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：每组所述谐振器单元的数量为2个，尺寸较大的一组谐振器单元产生频率响应的第一通带，尺寸较小的一组谐振器单元产生频率响应的第二通带。
7.根据权力要求1所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元是由两个加载非对称分支线谐振器单元组合非对称发卡型谐振器单元构成，所述输入馈线和输出馈线位于一组加载非对称分支线谐振器单元和非对称发卡型谐振器单元之间，整个滤波器成轴对称图形。
8.根据权力要求7所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述非对称发卡型谐振器单元产生滤波器频率响应的第一、第三通带，两个加载非对称分支线谐振器单元产生频率响应的第二通带。
9.根据权力要求7所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述非对称发卡型谐振器单元两臂的宽度和长度均不相同。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述输入馈线和输出馈线之间的缝隙宽度在0.1mm至0.3mm之间。
11.根据权力要求10所述的基于加载非对称分支线谐振器单元的微带带通滤波器，其特征在于：所述谐振器单元、金属微带线和反面部分金属镀层的的材质为金、银或铜。
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| CN106207336A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-12-07 | 华东交通大学 | 一种基于中端短路阶梯阻抗谐振器的三通带滤波器 |
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| CN104393382B (zh) * | 2014-11-26 | 2017-03-29 | 西安电子科技大学 | 具有宽阻带特性的高阶小型化窄带带通滤波器 |
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