CN210468059U - 基于微带系统的双频带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于微波传输的微带结构。本实用新型公开了一种基于微带系统的双频带通滤波器，由位于介质基板正面的两个谐振器交叉耦合构成，所述谐振器包括两条耦合臂、一条连接臂和馈电臂，所述两条耦合臂具有相同结构并且相互平行，所述连接臂与两条耦合臂的端部垂直相连，所述馈电臂连接在连接臂上，所述两条耦合臂位于连接臂的同一侧，所述馈电臂位于连接臂的另一侧，所述连接臂上有一条枝节线，所述枝节线与连接臂垂直交叉。本实用新型的滤波器具有插入损耗小，带外抑制效果好的特点，非常适合用于智能交通系统和无线局域网系统。本实用新型非常适合用于无线局域网系统和智能交通系统等5G应用场景中，具有广阔的应用前景。

Description

基于微带系统的双频带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及微波器件技术领域，具体涉及用于微波传输的微带结构，特别涉及用于构成滤波器的微带系统。

背景技术

微带系统是一种制作在基片上的微波功能系统，其结构包含顶层的信号层101，中间层介质基板100和底层接地面102，如图1所示，有些微带系统也可以省略底层接地面102。

信号层101和接地面102通常由金属材料构成，可以是金属箔或者金属涂覆层，信号层包括各种微带线。

根据不同的电路功能，微带线形状各有不同，最常见的是矩形条(也称为矩形条微带线)，微带线也可以折弯成各种形状，构成微带环，如矩形微带环、圆形微带环等。根据微带线是否接地，又分为短路线(环)或开路线(环)。

在特定的应用场合，较细的矩形条微带线主要呈现电感特性，称为电感微带线；较宽的矩形条微带线主要呈现电容特性，称为电容微带线。利用微带线的这种分布参数特性，可以构成微带谐振器、微带耦合器、微带滤波器等微波功能部件。

由于微带线的几何尺寸不同，其分布参数各异。通常，微带线长度决定了微带线的谐振频率，微带线宽度决定了微带线的阻抗。

图2所示为带有缺口104的矩形微带环111构成的谐振器，通过并排耦合的方式，就可以构成各种阶数的滤波器。

参见图2，矩形微带环111为矩形开路环，宽度为d，长度为c，w为线宽(微带线宽度)。考虑到对称性，缺口14通常位于矩形微带环111的对称轴上。

矩形微带环111具有缺口104，并且不接地，当矩形微带环111长度h＝2c+2d(忽略缺口宽度和线宽)接近或等于λ/2时可以实现谐振。

图3示出的由2个谐振器构成的微带滤波器，就是一种应用非常广泛的微带滤波器。这是一种典型的交叉耦合滤波器。该微带滤波器结构包括基板100、接地面102(图3未示出)和2个谐振器。

这种滤波器工作频率为f，波长为λ。每个谐振器都由两条耦合臂和一条连接臂构成，两条耦合臂的长度加上连接臂的长度大约等于λ/2。两个谐振器通过缝隙t进行耦合传递能量。第一谐振器的馈电臂10连接在连接臂12的中点位置，第二谐振器的馈电臂连接在连接臂22的中点。两个谐振器的两条耦合臂通过缝隙耦合传递信号，第一谐振器的耦合臂11与第二谐振器的耦合臂21耦合；第一谐振器的耦合臂13与第二谐振器的耦合臂23耦合，如图3所示。这种滤波器可以实现双频带通滤波器耦合结构。

随着现代通信系统的不断发展，各种电磁环境日趋复杂，尤其是在日益拥挤的频谱资源背景下，科研人员花费大量的精力，努力致力于让通讯器件在复杂环境下高速率，高质量的运行。在通信领域中，滤波器承载着前端频率选择的重要使命。除此之外，各领域对滤波器技术指标的要求也在不断提高，不仅要求滤波器小型紧凑，便于集成，方便大量低成本制作，还要求滤波器具有低插损，高带内选择性，高带外抑制性。微带滤波器的实用意义主要体现在：(1)具有工作频率范围广，体积小加工方便的特点，易于与微波无源/有源电路集成；(2)工作于2.4/5.2GHz的双频带通滤波器能够应用于WLANs无线局域网系统；(3)圆极化波在对称目标的旋向逆转性可应用于移动通信领域，能够抑制雨雾干扰和抗多径反射。

当前双频带通微带滤波器的设计面临一系列挑战，如集成困难、结构复杂、小型化等。原有的双频带微带滤波器结构较复杂，导致加工困难且尺寸也比较大，不能够减小空间，使空间的利用率降低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供基于微带系统的双频带通滤波器，以解决现有技术双频带通微带滤波器结构较复杂，加工困难，尺寸大，空间利用率低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型具体实施方式的一个方面，提供了一种基于微带系统的双频带通滤波器，由位于介质基板正面的两个谐振器交叉耦合构成，其特征在于，所述谐振器包括两条耦合臂、一条连接臂和馈电臂，所述两条耦合臂具有相同结构并且相互平行，所述连接臂与两条耦合臂的端部垂直相连，所述馈电臂连接在连接臂上，所述两条耦合臂位于连接臂的同一侧，所述馈电臂位于连接臂的另一侧，所述连接臂上有一条枝节线，所述枝节线与连接臂垂直交叉。

在某些实施例中，所述介质基板背面为接地面。

在某些实施例中，所述枝节线一端与接地面连接。

在某些实施例中，所述枝节线位于连接臂的中点。

在某些实施例中，所述连接臂和枝节线线宽相同。

在某些实施例中，所述耦合臂宽度大于连接臂宽度。

在某些实施例中，所述耦合臂与连接臂连接处宽度相同。

在某些实施例中，所述两个谐振器结构相同。

在某些实施例中，所述两个谐振器互为中心对称图形。

在某些实施例中，所述滤波器具有中心对称结构，其对称中心与两个谐振器的对称中心重合。

根据本实用新型技术方案及其在某些实施例中进一步改进的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

利用两个谐振器交叉耦合构成滤波器，信号从输入端到输出端通过两条不同的路径传输，在通带两侧引入了传输零点，带外抑制效果明显；在谐振器的半波长谐振点处加载了短路枝节线，能够更好的控制偶模谐振频率，从而使得第二通带可调；短路枝节线使得第二通带谐振频率可调，并进一步减少滤波器尺寸；进一步采用底面全金属接地面，易于与载体共形。本实用新型的滤波器具有插入损耗小，带外抑制效果好的特点，非常适合用于智能交通系统和无线局域网系统。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为微带系统结构示意图；

图2为一种微带谐振器结构示意图；

图3为一种微带滤波器结构示意图；

图4为本实用新型实施例滤波器结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为实施例滤波器S参数仿真曲线。

其中：

1为第一谐振器；

2为第二谐振器；

10为第一谐振器馈电臂；

20为第二谐振器馈电臂；

11、13为第一谐振器耦合臂；

21、23为第二谐振器耦合臂；

12为第一谐振器连接臂；

22为第二谐振器连接臂；

14为第一谐振器枝节线；

24为第二谐振器枝节线；

15为第一谐振器接地端；

25为第二谐振器接地端；

101为信号层；

100为介质基板；

102为接地面；

104为缺口；

111为矩形微带环；

d为矩形微带环宽度；

c为矩形微带环长度；

w为线宽(微带线宽度)；

t为缝隙宽度；

P、Q为对称点；

O为线段PQ的中点。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型技术方案，下面将结合本实用新型具体实施方式、实施例中的附图，对本实用新型具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本申请描述的耦合臂、连接臂、馈电臂以及枝节线等，都是具有一定线宽的微带线。

实施例

本实用新型基于微带系统的双频带通滤波器，由位于介质基板100正面的两个谐振器交叉耦合构成，如图4和图5所示。

两个谐振器具有相同结构，并且互为中心对称图形，其构成的滤波器也具有中心对称结构。图4中，第一谐振器1上的Q点与第二谐振器2上的P点为两个对称点，线段PQ的中点O点就是第一谐振器1和第二谐振器2的对称中心。第一谐振器1绕O点旋转180°就会与第二谐振器2完全重合，同样的，第二谐振器2绕O点旋转180°也会与第一谐振器1完全重合。由图4可以看出，两个谐振器构成的滤波器整个绕O点旋转180°后也会与原来的图形重合。

本实用新型的滤波器这种对称结构，可以大大简化滤波器设计，滤波器信号通道完全可逆。

本例中，第一谐振器1由耦合臂11、耦合臂13和连接臂12以及馈电臂10构成。第二谐振器2由耦合臂21、耦合臂23和连接臂22以及馈电臂10构成。耦合臂11、耦合臂13以及耦合臂21、耦合臂23具有相同结构并且相互平行。连接臂12与耦合臂11、耦合臂13的端部垂直相连，连接臂22与耦合臂21、耦合臂23的端部垂直相连，如图4所示。

馈电臂10连接在连接臂12上并与耦合臂11接近，馈电臂20连接在连接臂22上并与耦合臂21接近。信号在传输过程中经过的两条不同路径传输，在不增大滤波器体积的前提下，把单回路转化为双回路，增加了自由度。

如图4所示，每个谐振器中，两条耦合臂位于连接臂的同一侧，馈电臂位于连接臂的另一侧。

本例中，谐振器1的连接臂12的中点上有一条枝节线14，枝节线14与连接臂12垂直交叉。同样的，谐振器2的连接臂22的中点上有一条相同线宽的枝节线24，枝节线24与连接臂22垂直交叉。枝节线14和枝节线24宽度相同，如图4所示。

本例滤波器，介质基板100背面设置有全金属接地面102，如图5所示，并且枝节线位于耦合臂同一侧的那一端通过金属化过孔与接地面连接，如图4中的接地端15和接地端25。

有图4可见，本例耦合臂宽度大于连接臂宽度，只是在与连接臂连接处耦合臂宽度才与连接臂的宽度相同。加宽的连接臂有利于提高带宽，降低损耗。

本例滤波器主要结构参数如下：

介质基板100采用的材料是罗杰斯5880板材，介电常数为2.2，厚0.508mm。介质基板100尺寸为22.8×19.5mm，枝节线长度为5.2mm，接地端为1.2mm直径的金属化孔，耦合臂之间的间隙t为0.25mm，馈电臂的长度为4.3mm，其他参数从略。

本例滤波器工作频率为2.4/5.2GHz，由图6的S参数仿真曲线可以看出，S11曲线在2.4GHz附近和5.2GHz具有明显的凹陷，S11小于20dB。S21曲线在2.4GHz附近和5.2GHz则具有明显的最大值，S21接近理想值0dB。

仿真曲线证明本例滤波器在2.4GHz和5.2GHz双频段具有优秀的传输特性，非常适合用于该频段的带通滤波器。2.4/5.2GHz频段在5G应用中具有独特作用，本实用新型非常适合用于无线局域网系统和智能交通系统等5G应用场景中，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.基于微带系统的双频带通滤波器，由位于介质基板正面的两个谐振器交叉耦合构成，其特征在于，所述谐振器包括两条耦合臂、一条连接臂和馈电臂，所述两条耦合臂具有相同结构并且相互平行，所述连接臂与两条耦合臂的端部垂直相连，所述馈电臂连接在连接臂上，所述两条耦合臂位于连接臂的同一侧，所述馈电臂位于连接臂的另一侧，所述连接臂上有一条枝节线，所述枝节线与连接臂垂直交叉。

2.根据权利要求1所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述介质基板背面为接地面。

3.根据权利要求2所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述枝节线一端与接地面连接。

4.根据权利要求1所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述枝节线位于连接臂的中点。

5.根据权利要求1所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述连接臂和枝节线线宽相同。

6.根据权利要求1所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述耦合臂宽度大于连接臂宽度。

7.根据权利要求6所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述耦合臂与连接臂连接处宽度相同。

8.根据权利要求1～7之一所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述两个谐振器结构相同。

9.根据权利要求8所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述两个谐振器互为中心对称图形。

10.根据权利要求9所述的基于微带系统的双频带通滤波器，其特征在于，所述滤波器具有中心对称结构，其对称中心与两个谐振器的对称中心重合。

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