CN205282619U - 一种平面三模宽带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平面三模宽带带通滤波器，包括底层金属地板、中间层介质基板以及上层金属电路，其特征在于：上层金属电路包括第一馈电网络、环形三模谐振器电路和第二馈电网络；所述环形三模谐振器电路包括均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十二、均匀传输线十三、均匀传输线十四、均匀传输线十五和均匀传输线十六；所述均匀传输线十二、均匀传输线十三、均匀传输线十四、均匀传输线十五构成矩形环，所述均匀传输线十六与均匀传输线十二相连并位于三模谐振器的对称面上。本实用新型在通带频率范围内实现了三个谐振模式，宽带滤波器通带内具有良好的反射和传输特性，滤波器具有高通带选择性。

Description

一种平面三模宽带带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及无线通信中的射频滤波器领域，具体涉及一种具有高通带选择性的平面三模宽带带通滤波器。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，在小型化的无线局域网和家庭网络之间进行高速数据共享及传输的需求越来越重要，这使得短距离的宽带无线通信成为未来无线通信发展的重要发展方向。宽带通信是一种无载波通信，能够在较宽的频谱上传输极低功率的信号，具有传输速率高，抗干扰能力强，功率低，系统结构简单等诸多优势。

由于宽带通信具有的优良特点和广泛应用前景，与宽带通信有关的部件及系统研制得到迅速发展，作为宽带通信系统中的关键器件之一，宽带滤波器也得到国内外工业界和学术界广泛关注。目前针对宽带滤波器的设计方法主要分为两大类：高通、低通滤波器级联设计以及基于多模谐振器设计。其中，通过将高通滤波器和低通滤波器级联设计宽带滤波器，级联后电路尺寸偏大，并且由级联带来的通带插入损耗也会随之变大，不利于实际系统中高集成和低损耗的需求。2005年祝雷等学者首次提出基于阶梯阻抗谐振器的三模谐振技术并应用在超宽带滤波器设计中，其后，基于多模谐振器的宽带滤波器设计方法被不断提出。发明专利CN103187601A中公开了一种基于多枝节加载方形谐振环的多模宽带滤波器，通过加载枝节控制实现了三模宽带谐振特性，宽带带通滤波器具有良好的通带传输和反射特性，但是整个通带的选择性非常平缓，应用到实际宽带通信系统中容易和邻近频率信号产生干扰；专利号为CN103855450A的发明专利提出了一种基于四模环形谐振器的微带宽带滤波器，在滤波器通带频率范围内具有四个谐振模式，环形结构在通带上下两侧各引入一个传输零点，极大的提高了通带的选择性，但所实现的宽带滤波器通带内回波损耗仅优于-8dB，造成通带内传输损耗波动较大，不利于宽带信号的均匀平坦传输。

实用新型内容

为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种平面三模宽带带通滤波器，解决了现有宽带滤波器实现方案中三模谐振传输以及滤波器高通带选择性问题。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下技术方案：一种平面三模宽带带通滤波器，包括底层金属地板、中间层介质基板以及上层金属电路，其特征在于：上层金属电路包括第一馈电网络、环形三模谐振器电路和第二馈电网络；所述第一馈电网络由均匀传输线四、均匀传输线六和均匀传输线七组成，所述均匀传输线四的一端与外部电路相连，另一端与均匀传输线六和均匀传输线七相连，均匀传输线六和均匀传输线七平行；

所述第二馈电网络由均匀传输线五、均匀传输线八和均匀传输线九组成，均匀传输线五的一端与外部电路相连，另一端与均匀传输线八和均匀传输线九相连，传输线八和均匀传输线九平行；

所述环形三模谐振器电路包括均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十二、均匀传输线十三、均匀传输线十四、均匀传输线十五和均匀传输线十六；所述均匀传输线十二、均匀传输线十三、均匀传输线十四、均匀传输线十五构成矩形环，所述均匀传输线十六与均匀传输线十二相连并位于三模谐振器的对称面上；所述均匀传输线十与均匀传输线十二的一端相连，并位于均匀传输线六和均匀传输线七之间；所述均匀传输线十一与均匀传输线十二的另一端相连，并位于均匀传输线八和均匀传输线九之间；

均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十三、均匀传输线十四和均匀传输线十六的长度相同，均匀传输线十二和均匀传输线十五的长度小于均匀传输线十六的0.5倍长度；

前述的一种平面三模宽带带通滤波器，其特征是：所述三模谐振器的对称面为与均匀传输线十二垂直并位于均匀传输线十二中间的平面。

前述的一种平面三模宽带带通滤波器，其特征是：所述均匀传输线十、均匀传输线六和均匀传输线七三者相互平行，与均匀传输线四一起构成第一输入/输出端口的耦合馈电网络；所述第一输入/输出端口位于均匀传输线四与外部电路的连接处。

前述的一种平面三模宽带带通滤波器，其特征是：所述均匀传输线十一、均匀传输线八和均匀传输线九三者互相平行，与均匀传输线五一起构成第二输入/输出端口的耦合馈电网络；所述第二输入/输出端口位于均匀传输线五与外部电路的连接处。

本实用新型所达到的有益效果：

1、结构简单，尺寸紧凑，本实用新型由耦合馈电网络和三模谐振器构成，谐振器结构简单，电路尺寸小；

2、谐振模式易于控制，本实用新型采用枝节加载三模谐振器实现宽带滤波器设计，可以在宽带通带频率范围内具有三个谐振模式，通带内具有更好的传输和反射特性。

3、高通带选择特性，本实用新型中的环形三模谐振器，其环形双路径结构可以在通带的下侧产生一个传输零点，对称面上加载的开路枝节可以在通带的上侧引入一个传输零点，两个零点极大的提高了宽带滤波器的通带选择性。

4、易集成，本实用新型中的宽带滤波器采用平面电路结构，容易集成。

5、低成本，该实用新型所设计的宽带滤波器结构仅由单层介质板外加上下两层金属面构成，因此可以采用传统的PCB加工工艺，板材成本和加工成本低。

附图说明

图1是本实用新型宽带滤波器的结构示意图；

图2是本实用新型宽带滤波器的上层微带结构示意图；

图3是本实用新型宽带滤波器实施例1的三模谐振器在弱耦合激励时的频率响应曲线示意图；

图4是本实用新型实施例1宽带滤波器的频率响应曲线示意图。

图5是本实用新型宽带滤波器实施例2的三模谐振器在弱耦合激励时的频率响应曲线示意图；

图6是本实用新型实施例2宽带滤波器的频率响应曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的平面三模宽带带通滤波器，包括底层金属地板1、中间层介质基板2以及上层金属电路3；

上层金属电路3包括第一馈电网络、环形三模谐振器电路和第二馈电网络；所述第一馈电网络由均匀传输线四4、均匀传输线六6和均匀传输线七7组成，均匀传输线四4的一端与外部电路相连，另一端与均匀传输线六6和均匀传输线七7相连；所述第二馈电网络由均匀传输线五5、均匀传输线八8和均匀传输线九9组成，均匀传输线五5的一端与外部电路相连，另一端与均匀传输线八8和均匀传输线九9相连；环形三模谐振器电路由均匀传输线十10、均匀传输线十一11、均匀传输线十二12、均匀传输线十三13、均匀传输线十四14、均匀传输线十五15和均匀传输线十六16组成。

均匀传输线十二12、均匀传输线十三13、均匀传输线十四14、均匀传输线十五15构成矩形环，均匀传输线十六16与均匀传输线十二12相连并位于三模谐振器的对称面上；均匀传输线十10与均匀传输线十二12一端相连，并位于均匀传输线六6和均匀传输线七7之间；所述均匀传输线十一11与均匀传输线十二12的另一端相连，并位于均匀传输线八8和均匀传输线九9之间。

上述方案中，与均匀传输线十二12垂直并位于均匀传输线十二12中间的面是三模谐振器的对称面，也是上层金属电路的对称面。

均匀传输线十10位于均匀传输线六6和均匀传输线七7的中间，三者相互平行，与均匀传输线四4一起构成第一输入/输出端口的耦合馈电网络；均匀传输线十一11位于均匀传输线八8和均匀传输线九9的中间，三者互相平行，与均匀传输线五5一起构成第二输入/输出端口的耦合馈电网络；第一输入/输出端口位于均匀传输线四4与外部电路连接处，第二输入/输出端口位于均匀传输线五5与外部电路连接处，第一输入/输出端口的耦合馈电网络和第二输入/输出端口的耦合馈电网络关于三模谐振器的对称面对称；

环形三模谐振器电路组成结构中，均匀传输线十二12、均匀传输线十三13、均匀传输线十四14、均匀传输线十五15和均匀传输线十六16构成环形双路径电路，该电路可以在通带的下侧产生一个传输零点，三模谐振器的对称面上加载的开路枝节可以在通带的上侧引入一个传输零点，两个零点极大提高三模宽带滤波器的通带选择性能。

环形三模谐振器电路的三个谐振模式可以通过均匀传输线十10、均匀传输线十一11、均匀传输线十二12、均匀传输线十三13、均匀传输线十四14、均匀传输线十五15和均匀传输线十六16控制，其中，均匀传输线十10、均匀传输线十一11、均匀传输线十三13、均匀传输线十四14和均匀传输线十六16的长度相同，均匀传输线十二12和均匀传输线十五15的长度小于均匀传输线十六16的0.5倍长度，使得三个谐振模式均匀分布在通带设计频率范围内，可以保证所设计的三模宽带滤波器具有良好的通带传输和反射特性。

本实施例的宽带滤波器所采用的介质基板为RogersRT/duroid4003，厚度为0.508mm，金属面为铜箔，铜箔厚度为0.02mm。

实施例一：均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十三、均匀传输线十四和均匀传输线十六的长度相同，均匀传输线十二和均匀传输线十五的长度等于均匀传输线十六的0.1倍长度；

图3为三模谐振器在弱耦合激励下的传输系数响应，三个谐振模式近似均匀分布，并且第一个模式下侧和第三个模式上侧各有一个传输零点。

图4为宽带滤波器的频率响应曲线示意图，即传输系数幅度|S₂₁|和反射系数幅度|S₁₁|频率响应结果。宽带滤波器设计的中心频率为WLAN5.2GHz，3dB相对带宽为35%，带内回波损耗优于-15dB，插入损耗最小为0.3dB，通带内有三个反射零点，整个通带具有优良的传输和反射特性。此外，在4.0GHz和6.6GHz处各有一个传输零点，使得所实用新型的三模宽带滤波器具有良好的通带选择性。

实施例二，均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十三、均匀传输线十四和均匀传输线十六的长度相同，均匀传输线十二和均匀传输线十五的长度等于均匀传输线十六的0.5倍长度；

图5为三模谐振器在弱耦合激励下的传输系数响应，三个谐振模式近似均匀分布，并且第一个模式下侧有一个传输零点，但该实施例中，第三个模式上侧的零点湮灭，这是由于该路径下环形路径两路信号叠加造成零点消失的作用。

图6为宽带滤波器的频率响应曲线示意图，即传输系数幅度|S₂₁|和反射系数幅度|S₁₁|频率响应结果。宽带滤波器设计的中心频率为WLAN5.2GHz，3dB相对带宽为46%，带内回波损耗优于-9dB，插入损耗最小为0.8dB。在3.9GHz处有一个传输零点，改善了滤波器通带的上边沿选择性。

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 (4)

1.一种平面三模宽带带通滤波器，包括底层金属地板、中间层介质基板以及上层金属电路，其特征在于：上层金属电路包括第一馈电网络、环形三模谐振器电路和第二馈电网络；所述第一馈电网络由均匀传输线四、均匀传输线六和均匀传输线七组成，所述均匀传输线四的一端与外部电路相连，另一端与均匀传输线六和均匀传输线七相连，均匀传输线六和均匀传输线七平行；

所述第二馈电网络由均匀传输线五、均匀传输线八和均匀传输线九组成，均匀传输线五的一端与外部电路相连，另一端与均匀传输线八和均匀传输线九相连，传输线八和均匀传输线九平行；

所述环形三模谐振器电路包括均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十二、均匀传输线十三、均匀传输线十四、均匀传输线十五和均匀传输线十六；所述均匀传输线十二、均匀传输线十三、均匀传输线十四、均匀传输线十五构成矩形环，所述均匀传输线十六与均匀传输线十二相连并位于三模谐振器的对称面上；所述均匀传输线十与均匀传输线十二的一端相连，并位于均匀传输线六和均匀传输线七之间；所述均匀传输线十一与均匀传输线十二的另一端相连，并位于均匀传输线八和均匀传输线九之间；

均匀传输线十、均匀传输线十一、均匀传输线十三、均匀传输线十四和均匀传输线十六的长度相同，均匀传输线十二和均匀传输线十五的长度小于均匀传输线十六的0.5倍长度。

2.根据权利要求1所述的一种平面三模宽带带通滤波器，其特征是：所述三模谐振器的对称面为与均匀传输线十二垂直并位于均匀传输线十二中间的平面。

3.根据权利要求1所述的一种平面三模宽带带通滤波器，其特征是：所述均匀传输线十、均匀传输线六和均匀传输线七三者相互平行，与均匀传输线四一起构成第一输入/输出端口的耦合馈电网络；所述第一输入/输出端口位于均匀传输线四与外部电路的连接处。

4.根据权利要求1所述的一种平面三模宽带带通滤波器，其特征是：所述均匀传输线十一、均匀传输线八和均匀传输线九三者互相平行，与均匀传输线五一起构成第二输入/输出端口的耦合馈电网络；所述第二输入/输出端口位于均匀传输线五与外部电路的连接处。