CN204905389U

CN204905389U - 微带平面螺旋滤波器

Info

Publication number: CN204905389U
Application number: CN201520612725.6U
Authority: CN
Inventors: 曾运华; 杨振锋
Original assignee: NANJING HENGDIAN ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: NANJING HENGDIAN ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2025-08-14

Abstract

本实用新型涉及一种微带平面螺旋滤波器，包括N个分布于同一微带电路板上的谐振腔，谐振腔由微带平面螺旋谐振器构成；N阶耦合谐振腔滤波器采用N个微带平面螺旋谐振器相互耦合实现；微带平面螺旋谐振器是一种微带结构的任意匝数的螺旋线圈，其一端短路接地，另一端保持开路；螺旋线圈为正方形或长方形或圆形或菱形或三角形。通过调整各微带平面螺旋谐振器之间的耦合强度，设计的微带平面螺旋滤波器，体积小，面积小，重量轻，通带范围较广，采用印刷电路板工艺或薄膜工艺即可实现，成本低，且适用于几乎所有微波频段。

Description

微带平面螺旋滤波器

技术领域

本实用新型涉及微波滤波器技术领域，尤其涉及一种微带平面螺旋滤波器。

背景技术

现有微波滤波器有很多种，其中空气腔体式滤波器和波导式滤波器体积大、成本高、而且笨重；微机械硅腔滤波器工艺复杂、成本高；微带结构的交指型滤波器占据面积较大；梳状滤波器虽然面积小，但其加载电容不容易实现；声表面波滤波器的通带频率不高；其它结构或形状的微波滤波器都有体积大或面积大或带宽太窄或难于实现等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种微带平面螺旋滤波器，体积小，面积小，重量轻，通带范围较广，采用印刷电路板工艺或薄膜工艺即可实现，成本低，且适用于几乎所有微波频段。

为解决上述技术问题，本实用新型涉及一种微带平面螺旋滤波器，所述滤波器包括N个分布于同一微带电路板上的谐振腔，其中N为正整数，所述谐振腔由微带平面螺旋谐振器构成；所述微带电路板包括微带基片、底层地和顶层微带电路，其中微带基片形成于底层地之上，顶层微带电路形成于微带基片之上，所述顶层微带电路由微带平面螺旋谐振器构成；N阶耦合谐振腔滤波器采用N个微带平面螺旋谐振器相互耦合实现；所述微带平面螺旋谐振器是一种微带结构的任意匝数的螺旋线圈，其一端短路接地，另一端保持开路；所述螺旋线圈为正方形或长方形或圆形或菱形或三角形。

作为本实用新型的一种优选方案，相邻两谐振器之间直接耦合的耦合强度由两者间距确定，非相邻谐振器之间的容性耦合通过插入微带线来调节耦合强度，所述微带线的形状为π型或工字型。

作为本实用新型的一种优选方案，所述螺旋线圈由接地端至开路端的缠绕方向为顺时针或逆时针。

作为本实用新型的一种优选方案，每两个方形微带平面螺旋谐振器，线圈的相邻边缘相互平行。

作为本实用新型的一种优选方案，间隔一个谐振器的两个方形微带平面螺旋谐振器的相邻边缘相互平行且相互位于对方的对角线上或位于对角线附近。

两个方形微带平面螺旋谐振器，线圈的相邻边缘相互平行且居中对齐时耦合强度最大，线圈的相邻边缘相互平行且相互位于对方的对角线上或位于对角线附近时，耦合强度最小；位于对角线上两谐振器耦合系数的绝对值为居中对齐时的1%-10%。

本实用新型的有益效果为：通过调整各微带平面螺旋谐振器之间的耦合强度，设计的微带平面螺旋滤波器，体积小，面积小，重量轻，通带范围较广，采用印刷电路板工艺或薄膜工艺即可实现，成本低，且适用于几乎所有微波频段；可应用于移动通信手机、移动通信基站、宽带无线接入设备、短距离无线通信、电视、雷达、卫星通信、电子对抗等设备上。

附图说明

图1为四腔微带平面螺旋滤波器结构示意图；

图2为通过间隙电容接入负载的两腔微带平面螺旋滤波器结构示意图；

图3通过抽头接入负载的两腔微带平面螺旋滤波器结构示意图；

图4为五腔微带平面螺旋滤波器结构示意图；

图5为三腔微带平面螺旋滤波器结构示意图；

图6为六腔微带平面螺旋滤波器结构示意图。

附图标记说明

1、2、3、4-微带平面螺旋谐振器，5-π形微带线，6、7-抽头微带线，8、9、10、11-过孔，12、13、14、15-调谐块，16、17、18、19-负载接入微带线，20-抽头微带线，21、22、23、24、25-微带平面螺旋谐振器，26-抽头微带线，27-工字型微带线，28、29、30-接地带，31、32、33、34、35-调谐块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省；下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本实用新型涉及一种微带平面螺旋滤波器，包括N个分布于同一微带电路板上的谐振腔，其中N为正整数，谐振腔由微带平面螺旋谐振器构成；微带电路板包括微带基片、底层地和顶层微带电路，其中微带基片形成于底层地之上，顶层微带电路形成于微带基片之上，所述顶层微带电路由微带平面螺旋谐振器构成；N阶耦合谐振腔滤波器采用N个微带平面螺旋谐振器相互耦合实现。

参见图1，由于微带结构的两平面螺旋谐振器在同一平面内，且金属厚度很薄，故耦合以感性为主，容性耦合很弱。只有当两个谐振器靠得很近时，容性耦合才会明显增加。当两个平面螺旋谐振器的自电流均从开路端向短路端流过时，如果自磁通相互加强，则耦合系数为正值；如果自磁通相互抵消，则耦合系数为负值。在形状、尺寸、方位一定的情况下，平面螺旋谐振器之间的耦合系数的绝对值由两谐振器的间距决定，并随间距减小而增加。耦合系数与螺旋谐振器相对方位有关：两螺旋谐振器相邻的螺旋线段离接地点越近时，耦合越强；反之，越弱。例如图1中，在间距相同的条件下，谐振器2、3之间的耦合比谐振器1、2之间的耦合强，谐振器1、2之间的耦合比谐振器1、4之间的耦合强。两个平面螺旋谐振器之间的耦合强度还与两谐振器的相对位置有关。比如两个方形平面螺旋谐振器，如果线圈的相邻边缘相互平行且居中对齐，如图1中的谐振器2和3，则耦合最强，耦合系数的绝对值最大；如果线圈的相邻边缘相互平行但相互位于对方的对角线上或位于对角线附近，如图1中的谐振器1和3或谐振器2和4，则耦合最弱。其它条件相同的情况下，对角线上两谐振器耦合系数的绝对值约为居中对齐时的1%-10%。因此通过调整两谐振器的间距和“错位”程度，可以调整耦合系数的值。利用方形谐振器“对角线上两线圈耦合最弱”的特点，可以使不希望的交叉耦合降到最小。

负载的接入方式有微带间隙电容耦合和微带抽头耦合两种，如图2和图3所示。图2所示的两腔平面螺旋滤波器采用微带间隙电容耦合接入负载，其中微带线16、17分别为滤波器两个端口的负载接入微带线；图3所示的两腔平面螺旋滤波器采用微带抽头耦合接入负载，其中微带线18、19分别为滤波器两个端口的负载接入微带线。间隙电容耦合所获得的有载Q值很高，适合于带宽极窄（如小于1%）的滤波器；抽头耦合所获得的有载Q值较低，适合于较宽带宽（如1%-20%）的滤波器。调整负载耦合线与螺旋谐振器的间隙，或者调整抽头离螺旋线圈接地端的距离，可以获得滤波器所需要的有载Q值。

在微带电路板上，适当布局N个平面螺旋谐振器的位置，利用三维电磁场求解软件计算并反复调整谐振器的尺寸、间距、错位距离、抽头接入位置等可使平面螺旋滤波器的参数与综合的滤波器参数相一致，从而设计出符合要求的平面螺旋滤波器。

下面以一个四腔平面螺旋滤波器和一个五腔平面螺旋滤波器为例，进一步说明微带平面螺旋滤波器的原理。

实施例一

图1所示是一个抽头接入式四腔微带平面螺旋滤波器的微带电路图。谐振器采用过孔接地，负载接入方式为抽头式。制作工艺：印刷电路板工艺。微带基片介质板材型号：RT5880，介质相对介电常数：2.2，介质板厚度：0.254mm，覆铜厚度：0.018mm。谐振器数量：4，每个谐振器匝数：2，谐振器线宽：0.2mm，匝间距：0.1mm，负载接入微带线6和7的线宽：0.76mm，谐振器1和谐振器4的内径：0.63×0.35mm，谐振器2和谐振器3的内径：0.572×0.35mm，谐振器1、2的间隙：0.14mm，谐振器2、3的间隙：0.196mm，谐振器3、4的间隙：0.14mm，谐振器1、2的横向错位距离：0.4mm，谐振器3、4的横向错位距离：0.4mm，π形微带5的线宽：0.13mm，π形微带5与谐振器1和4的间隙：0.1mm，输入、输出抽头中心分别离过孔8、11的距离均为：1.249mm。该滤波器的尺寸为：5×8mm。该滤波器通带中心频率为8.25GHz,通带带宽为500MHz，距中心频率1GHz以外的带外抑制度大于35dB，带内驻波比小于1.6,带内插入损耗小于2.5dB。该滤波器具有一对传输零点。低频侧的零点在7.5GHz，高频侧的零点在9.9GHz。

具体结构为：平面螺旋谐振器1、2、3、4分别通过过孔8、9、10、11短路接地，谐振器的另一端保持开路。四个谐振器的谐振频率可以相同，也可以不同，各谐振器的频率可以分别通过改变谐振器所附加的调谐块12、13、14、15的大小而微调。谐振器1与2、2与3、3与4之间的耦合为直接耦合，耦合系数的符号依次为“负”、“正”、“负”。谐振器1与4之间的耦合为交叉耦合，如果没有π形微带线5则该耦合主要为感性耦合，耦合系数的符号为“正”，它不产生传输零点。在谐振器1、4之间插入π形微带线5可以在谐振器1和4之间引入串联电容，从而得到容性耦合，使1、4之间的耦合系数为负，耦合的强度可以通过π形微带线5与谐振器1、4的间隙调节，只要该耦合系数的绝对值大到一定程度，则可在通频带两侧各产生一个传输零点，提高近端的带外抑制水平，改善滤波器的矩形系数。谐振器1与3、谐振器2与4之间的交叉耦合在通带左侧各产生一个不可控的传输零点，且抑制了右侧零点的生成，因此应通过调整错位距离来减小耦合。输入端负载通过抽头微带线6接入到输入端谐振器1，其有载Q值可以通过接入点离过孔8的距离调节；输出端负载通过抽头微带线7接入到输出端谐振器4，其有载Q值可以通过接入点离过孔11的距离调节。抽头微带6和7、谐振器1至4、以及π形微带线5共同构成一个带交叉耦合的级联四角元件耦合谐振腔滤波器。

实施例二

图4所示是一个抽头接入式五腔微带平面螺旋滤波器的微带电路图。谐振器采用接地带接地，负载接入方式为抽头式。制作工艺：薄膜工艺。微带基片介质板名称：氧化铝陶瓷，相对介电常数：9.9，介质板厚度：0.254mm，覆金厚度：0.004mm。谐振器数量：5，每个谐振器匝数：2，谐振器线宽：0.1705mm，匝间距：0.08mm，负载接入微带线20和26的线宽：0.17mm。谐振器21的内径：0.2347×0.2809mm，谐振器22的内径：0.1913×0.2809mm，谐振器23的内径：0.2086×0.2809mm，谐振器24的内径：0.2073×0.2809mm，谐振器25的内径：0.2336×0.2809mm，各谐振器纵向内径相同，均为0.2809mm。谐振器21、22的间隙：0.0781mm，谐振器22、23的间隙：0.0812mm，谐振器23、24的间隙：0.3605mm，谐振器24、25的间隙：0.0812mm，谐振器24、25的横向错位距离：0.2908mm，谐振器22、23的横向错位距离：0.6784mm，工字型微带27的线宽：0.1mm、臂长：0.6017mm，工字型微带27与谐振器22和25的间隙：0.068mm，谐振器21、25的抽头中心分别离接地带28、30的边沿距离为：0.5935mm、0.7204mm。该滤波器尺寸为：2.5×6mm。该滤波器通带中心频率为8.25GHz,通带带宽为600MHz，距中心频率1GHz以外的带外抑制度大于40dB，带内驻波比小于1.5,带内插入损耗小于4dB。该滤波器具有一对传输零点。低频侧的零点在7.4GHz处，高频侧的零点在9.55GHz处。

具体结构为：平面螺旋谐振器21、22通过外侧包边接地带28短路接地，谐振器23、24通过外侧包边接地带29短路接地，谐振器25通过外侧包边接地带29短路接地，谐振器的另一端保持开路。五个谐振器的谐振频率可以相同，也可以不同，各谐振器的频率可以分别通过改变谐振器所附加的调谐块31、32、32、34、35的大小而微调。谐振器21与22、22与23、23与24、24与25之间的耦合为直接耦合，耦合系数的符号依次为“负”、“负”、“正”、“负”。谐振器22与25之间的耦合为交叉耦合，如果没有工字型微带线27则该耦合主要为感性耦合，耦合系数的符号为“正”，它不产生传输零点。在谐振器22、25之间插入工字型微带线27可以在谐振器22和25之间引入串联电容，从而得到容性耦合，使22、25之间的耦合系数为负，耦合的强度可以通过工字型微带线27与谐振器22、25的间隙调节，只要该耦合系数的绝对值大到一定程度，则可在通频带两侧各产生一个传输零点，提高近端的带外抑制水平，改善滤波器的矩形系数。谐振器21与23、谐振器23与25之间的交叉耦合在通带左侧各产生一个不可控的传输零点，且抑制了右侧零点的生成，因此应通过调整错位距离来减小耦合。其它交叉耦合因其较弱，对滤波器特性无明显影响。输入端负载通过抽头微带线20接入到输入端谐振器21，其有载Q值可以通过接入点离接地带28边沿的距离调节；输出端负载通过抽头微带线26接入到输出端谐振器25，其有载Q值可以通过接入点离接地带30边沿的距离调节。抽头微带20和26、谐振器21至25、以及工字型微带线27共同构成一个含有级联四角元件的五腔耦合谐振腔滤波器，其中级联四角元件指的是谐振器22、23、24、25所组成的电路。

其它腔数的微带平面螺旋滤波器原理与上述四腔、五腔相似。图5为一个抽头接入式、过孔接地三腔微带平面螺旋滤波器，它也构成一个耦合谐振腔级联三角元件，可以作为更高腔数滤波器的基本单元；图6为一个抽头接入式、过孔接地六腔微带平面螺旋滤波器。七腔微带平面螺旋滤波器可以在五腔滤波器的谐振器与抽头之间插入谐振器实现；八腔微带平面螺旋滤波器可以用两个级联四角元件来实现。滤波器的谐振器数量根据滤波器的电气要求确定，带外抑制要求越高，则谐振器数量要求越多，但通带损耗也越大，设计难度也加大，因此应综合考虑各电气指标，确定实际必须的腔数。

以上是本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此本实用新型的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种微带平面螺旋滤波器，其特征在于：所述滤波器包括N个分布于同一微带电路板上的谐振腔，其中N为正整数，所述谐振腔由微带平面螺旋谐振器构成；所述微带电路板包括微带基片、底层地和顶层微带电路，其中微带基片形成于底层地之上，顶层微带电路形成于微带基片之上，所述顶层微带电路由微带平面螺旋谐振器构成；N阶耦合谐振腔滤波器采用N个微带平面螺旋谐振器相互耦合实现；所述微带平面螺旋谐振器是一种微带结构的任意匝数的螺旋线圈，其一端短路接地，另一端保持开路；所述螺旋线圈为正方形或长方形或圆形或菱形或三角形。

2.如权利要求1所述的微带平面螺旋滤波器，其特征在于：相邻两谐振器之间直接耦合的耦合强度由两者间距确定，非相邻谐振器之间的容性耦合通过插入微带线来调节耦合强度，所述微带线的形状为π型或工字型。

3.如权利要求2所述的微带平面螺旋滤波器，其特征在于：所述螺旋线圈由接地端至开路端的缠绕方向为顺时针或逆时针。

4.如权利要求3所述的微带平面螺旋滤波器，其特征在于：每两个方形微带平面螺旋谐振器的相邻边缘相互平行。

5.如权利要求3所述的微带平面螺旋滤波器，其特征在于：间隔一个谐振器的两个方形微带平面螺旋谐振器的相邻边缘相互平行且相互位于对方的对角线上或位于对角线附近。