CN203983431U - 一种基于信号干扰的宽带带阻滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于信号干扰的宽带带阻滤波器，其结构是四分之一波长开路传输线枝节加载的反向耦合线和两段对称的半波长开路传输线枝节相并联。该滤波器的电路结构包括一段耦合线，三段开路传输线枝节和输入输出端口。通过在耦合线内侧开矩形槽可以获得相等的奇偶模相速度θe=θo，经过理论分析表明，在阻带内，该滤波器结构可以提供五个传输零点。对所提出的滤波器结构进行了严格的理论分析和完整的数值仿真。实际测量结果与理论预测有着较好的一致性。因此，本实用新型提出的带阻滤波器是一个结构紧凑的，具有高选择性和高抑制性的极宽阻带，构成一个性能优越的宽带带阻滤波器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于信号干扰的宽带带阻滤波器，属于微波滤波器件技术领域，可应用于通信、雷达、遥感等微波电子系统中。
背景技术
微带平面滤波器在微波或射频子系统的设计中扮演着很重要的角色。作为微波系统中比较重要的器件，带阻滤波器经常被用来滤除位于有用通带中的不需要的频率成分。基于四分之一波长开路枝节的传统带阻滤波器有两个明显的缺点，一方面，较窄的带宽以及高频段阻带的中心频率是工作中心频率基频的三倍。另一方面，许多用来增强带阻滤波器带宽的技术被大家研究。举例来说，在文献[Shaman H., Hong J.-S. Wideband bandstop filter with cross-coupling [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2007, 55(8): 1780-1785.]中提出了用交叉耦合的结构来创造宽阻带。同时，在文献[Malherbe J. A. G., Reid C.-A. Double resonant stub bandstop filter with pseudo-elliptic response [J]. Electronics Letters, 2010, 46 (7): 508-509.]中研究了改进后的枝节用来构造宽带带阻滤波器，而在文献[Abbosh A.-M. Multilayer bandstop filter for ultra wideband systems [J]. Microwaves, Antennas & Propagation, IET, 2009, 3(1): 130-136.]中运用多层宽侧耦合微带-槽-微带结构来设计应用于超宽带的带阻滤波器。除此之外，在文献[Han S.-H., Wang X.-L., Fan Y. Analysis and design of multi-band bandstop filters [J]. Progress in Electromagnetics Research, 2007, 70: 297-306.]中采用横向耦合网络来设计多频带带阻滤波器。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于信号干扰的宽带带阻滤波器，解决微波带阻滤波器的宽频带和小型化问题。传统的带阻滤波器由于自身尺寸过大，且能提供的频带宽度有限，已经很难满足新型无线通信系统对小型化和宽频带化的要求。
本发明的目的是这样实现的：本发明是基于信号干扰方法，与反向耦合传输线理论相结合提出的一种结构，该结构由一段加载开路传输线枝节的反向耦合传输线和两段对称的开路传输线枝节并联构成。
该滤波器结构由一段耦合线（Z2e，Z2o），以及三段开路传输线枝节组成（Z1、Z1和Z3）。其中一个开路传输线枝节连接在点A，而另外两个开路传输线枝节对称地连接在耦合线的两端，滤波器的输入输出端口阻抗为Z0。
有益效果：：由于采用了上述结构，经过理论分析与实际测试总结出，滤波器具有高抑制的宽阻带，紧凑的简单结构，滤波器的10dB衰减百分比带宽为115%，滤波器的电路板大小为74.9mm×30.7mm。在阻带内，该滤波器结构可以提供五个传输零点，本发明提出的滤波器是一个结构紧凑的，具有高选择性和高抑制性的极宽阻带，构成一个性能优越的宽带带阻滤波器。
附图说明
图1是本发明带阻滤波器电路结构。
图2a是本发明带阻滤波器偶模等效电路示意图；图2b是本发明带阻滤波器奇模等效电路示意图。
图3是本发明带阻滤波器实际物理尺寸和开槽位置示意图。
图4是本发明带阻滤波器的实物框架示意图。
图5是本发明带阻滤波器的理想仿真散射参数。
图6是本发明带阻滤波器的HFSS仿真与测量散射参数。
图7a是本发明带阻滤波器的低侧通带群延迟HFSS仿真与测量结果；图7b是本发明带阻滤波器的高侧通带群延迟HFSS仿真与测量结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明是基于信号干扰方法，与反向耦合传输线结构相结合，如图1所示的带阻滤波器结构。该滤波器结构由一段耦合线（Z2e，Z2o），以及三段开路传输线枝节组成（Z1、Z1和Z3）。其中一个开路传输线枝节连接在点A，而另外两个开路传输线枝节对称地连接在耦合线的两端，滤波器的输入输出端口阻抗为Z0。
图1所示整个滤波器结构是对称的，因此该模型的散射参数可以采用网络奇偶模分析法进行分析。整个电路结构的奇偶模等效电路分别如图2a和图2b所示。
微带线具有准TEM模特性，在耦合线内侧开矩形槽可以获得相等的奇偶模相速度θ e=θ o，矩形槽在带阻滤波器上的位置如图3所示。其中H表示矩形槽在耦合线上的位置参数，Y表示矩形槽在耦合线上的宽度，X表示矩形槽在耦合线上的深度。我们将通过HFSS14.0全波仿真器对滤波器进行仿真，从而观察参数H、Y、X对滤波器散射参数的影响，最终获得最佳的开槽位置、开槽宽度以及开槽深度。H为13.12mm，Y为2.5mm，X为0.2mm。
本发明所选的介质基底是厚度为0.762mm，相对介电常数为3.48的罗杰斯RO4350B板材。该带阻滤波器的工作中心频率为3GHz，耦合线和开路传输线枝节的电长度分别为：θ 1=180度，θ 2=90度，θ 3=90度。该带阻滤波器的阻抗值为：Z1 = 45 Ohm，Z2e = 142 Ohm，Z2o = 70 Ohm，Z3 = 67 Ohm。通过全波仿真器来进一步的对滤波器参数进行优化和分析。最终优化完成的带阻滤波器的尺寸为：L0=15.1mm（滤波器输入输出端口50 Ohm的微带线），W0=1.69mm；L1=31.4mm，W1=2mm，S1=6mm；L2=16.4mm，W2=0.3mm，S2=0.33mm；L3=15.1mm，W3=1mm。图4显示了该带阻滤波器的实物框架图。该带阻滤波器的电路板大小为74.9mm×30.7mm。该带阻滤波器的理想散射参数如图5所示。从图5中可以观察到，该带阻滤波器有五个传输零点，分别为1.5 GHz，2.6 GHz，3 GHz，3.4 GHz，4.5GHz。
采用安捷伦的N5230C矢量网络分析仪对该带阻滤波器进行测量。其测量散射参数如图6所示。该带阻滤波器的10dB衰减百分比带宽为115%（从0.98GHz～4.43GHz）。阻带左侧通带到阻带的过渡带衰减斜率为：45.6dB/GHz（0.75GHz衰减为1.52dB，1.25GHz衰减为24.35dB）；而在阻带右侧阻带到通带的过渡带衰减斜率为：165.9dB/GHz（4.27GHz衰减为39.9dB，4.47GHz衰减为6.72dB）。低侧10dB回波损耗通带为DC～0.69 GHz，而高侧10dB回波损耗通带为5.34GHz～6GHz。低侧通带插入损耗小于0.9dB的频段为DC～0.7GHz，而高侧通带插入损耗小于0.9dB的频段为5.35GHz～5.89GHz。低侧通带DC～1GHz频段以及高侧通带5GHz～6GHz频段内的群延迟均小于1.4ns，分别如图7a和图7b所示。从仿真和测量结果中可以看出，中心频率稍微偏离了3GHz，可能是因为加工误差和奇偶模相速度不等所造成的。总的来说，从图6的HFSS仿真与测量结果对比来说，仿真结果与测量结果有着较好的一致性，充分的说明了所提出的滤波器结构和设计理论的正确性。
Claims (2)
1.一种基于信号干扰的宽带带阻滤波器，其结构是基于四分之一波长开路传输线枝节加载的弯折型反向耦合线和两段对称的半波长开路传输线枝节相并联的信号干扰宽带带阻滤波器，该滤波器结构由一段耦合线，以及三段开路传输线枝节组成，其中一个开路传输线枝节连接在点A，而另外两个开路传输线枝节对称地连接在耦合线的两端。
2.根据权利要求1所述的宽带带阻滤波器，在阻带内，该滤波器结构可以提供五个传输零点。
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| CN201420385715.9U CN203983431U (zh) | 2014-07-14 | 2014-07-14 | 一种基于信号干扰的宽带带阻滤波器 |
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| CN110676546A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-10 | 南京邮电大学 | 一种传输响应可重构的自耦合结构的低通和带阻微波传输线滤波器 |
| CN110676543A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-10 | 南京邮电大学 | 一种传输响应可重构的耦合线外部加载型低通和带阻微波传输线滤波器 |
| CN110707401A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-17 | 南京邮电大学 | 一种传输响应可重构的耦合线加载低通或带阻滤波器 |
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