CN212303859U - 一种高性能多模双宽带滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高性能多模双宽带滤波器，由介质基板、覆于介质基板的下表面的接地层、以及覆于介质基板的上表面的滤波层组成。滤波层主要由输入微带、输出微带和多模谐振器组成；多模谐振器整体呈左右对称结构，并由阶跃阻抗线、2个连接枝节、2个开路枝节、2个短路枝节和3个接地孔组成。本实用新型使用了阶跃阻抗线与开路枝节、短路枝节相结合，使得整体多模谐振器的谐振模式变得更加丰富，有利于形成多个通带。本实用新型具有设计灵活，结构多样，变通性大，易于集成的特点，适合在低损耗因子的介质基板上制作。

Description

一种高性能多模双宽带滤波器

技术领域

本实用新型涉及微波无源器件技术领域，具体涉及一种高性能多模双宽带滤波器。

背景技术

无线通信更新换代的速度非常迅猛，与此同时，对微波领域的各种微波电路的性能提出了更高的要求，高性能的微波滤波器则备受关注。高温超导滤波器具有极低的插入损耗，并且利用微带谐振器的多样性，可以实现一些高性能改善，如提高带外选择性以及均衡群时延，但高温超导滤波器由于具有极高的Q值，因而在提高滤波器带宽的技术上受到限制，同时高温超导滤波器的生产成本较高，工作温度极低，因而在生产应用上受到了一定的限制。腔体滤波器也具有较高的Q值，同时体积较大，也受到了一定的限制。

实用新型内容

本实用新型提供一种高性能多模双宽带滤波器，其具有模式丰富和高次谐波抑制能力强的特点。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种高性能多模双宽带滤波器，由介质基板、覆于介质基板的下表面的接地层、以及覆于介质基板的上表面的滤波层组成；滤波层主要由输入微带、输出微带和多模谐振器组成；多模谐振器整体呈左右对称结构，并由阶跃阻抗线、2个连接枝节、2个开路枝节、2个短路枝节和3个接地孔组成；阶跃阻抗线由低阻抗线与高阻抗线组成；低阻抗线和高阻抗线均为纵向延伸的直线形的微带，且低阻抗线的微带线宽大于高阻抗线的微带线宽；低阻抗线的上端悬置，低阻抗线的下端与高阻抗线的上端相连，高阻抗线的下端与一个接地孔相连；阶跃阻抗线位于多模谐振器的中部，且阶跃阻抗线的纵向中轴线与多模谐振器的纵向对称轴重合；每个连接枝节均为横向延伸的直线形的微带；2个连接枝节对称地设置在阶跃阻抗线的左右两侧；2个连接枝节的内侧端均与阶跃阻抗线的低阻抗线的下端相连；每个开路枝节均为倒U形的微带；2个开路枝节对称地设置在阶跃阻抗线的左右两侧，并位于连接枝节的上方；2个开路枝节的外侧端分别与2个连接枝节的外侧端相连；2个开路枝节的内侧端悬置；每个短路枝节均为U形的微带；2个短路枝节对称地设置在阶跃阻抗线的左右两侧，并位于连接枝节的下方；2个短路枝节的外侧端分别与2个连接枝节的外侧端相连；2个短路枝节的内侧端分别与1个接地孔相连；接地孔为贯穿介质基板，并连接接地层和滤波层的金属过孔；输入微带和输出微带均为横向延伸的直线形的微带；输入微带的内侧端与多模谐振器的1个连接枝节的外侧端相连，输出微带的内侧端与多模谐振器的另1个连接枝节的外侧端相连，输入微带和输出微带的外侧端悬置。

上述方案中，低阻抗线的微带线宽与高阻抗线的微带线宽的比值介于10～14之间。

上述方案中，2个连接枝节、2个开路枝节、2个短路枝节和阶跃阻抗线的高阻抗线的微带线宽相等。

上述方案中，低阻抗线的微带线长小于高阻抗线的微带线长。

上述方案中，2个开路枝节的内侧端之间存在间隙。

上述方案中，2个短路枝节的内侧端与高阻抗线之间均存在间隙。

上述方案中，输入微带的内侧端与多模谐振器的1个连接枝节的外侧端之间增设有贴片电容和/或输出微带的内侧端与多模谐振器的另1个连接枝节的外侧端之间增设有贴片电容。

上述方案中，介质基板为陶瓷介质基板。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、使用了阶跃阻抗线与开路枝节、短路枝节相结合，使得整体多模谐振器的谐振模式变得更加丰富，有利于形成多个通带；

2、阶跃阻抗线起到了很好的谐波抑制作用，同时激励源采用了贴片电容，很容易调整整体滤波器的外部激励的强弱，能使滤波器达到一个较宽的带宽，从而能形成双宽带且具有较强谐波抑制的滤波器；

3、具有设计灵活，结构多样，变通性大，易于集成的特点，适合在低损耗因子的介质基板上制作。

附图说明

图1为一种高性能多模双宽带滤波器的结构示意图。

图2为多模谐振器的等效电路图。

图3为多模谐振器的偶模部分等效电路图。

图4为多模谐振器的奇模部分等效电路图。

图5为一种高性能多模双宽带滤波器的频率响应曲线图。

图中标号：1、介质基板；2、输入微带；3、多模谐振器；3-1、阶跃阻抗线；3-1-1、低阻抗线；3-1-2、高阻抗线；3-2、开路枝节；3-3、短路枝节；3-4、连接枝节；3-5、接地孔；4、输出微带；5、贴片电容。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本实用新型的保护范围。

一种高性能多模双宽带滤波器，由介质基板1、接地层和滤波层组成。其中接地层和滤波层均为金属层，其中接地层覆于介质基板1的下表面，滤波层覆于介质基板1的上表面。在本实施例中，介质基板1为陶瓷介质基板1，其介电常数为3.55，介质基板1厚为0.508mm。接地层为覆于介质基板1整个下表面的完整覆铜层。滤波层为覆于介质基板1上表面的铜箔材料所蚀刻出来的图形。

所述滤波层如图1所示，主要由输入微带2、输出微带4和多模谐振器3组成。多模谐振器3整体呈左右对称结构即整体关于纵向轴对称，并由阶跃阻抗线3-1、2个连接枝节3-4、2个开路枝节3-2、2个短路枝节3-3和3个接地孔3-5组成。阶跃阻抗线3-1由低跃阻抗线3-1-1与高跃阻抗线3-1-2组成。低跃阻抗线3-1-1的微带线长小于高跃阻抗线3-1-2的微带线长。低跃阻抗线3-1-1和高跃阻抗线3-1-2均为纵向延伸的直线形的微带，且低跃阻抗线3-1-1的微带线宽大于高跃阻抗线3-1-2的微带线宽。低跃阻抗线3-1-1的上端悬置，低跃阻抗线3-1-1的下端与高跃阻抗线3-1-2的上端相连，高跃阻抗线3-1-2的下端与一个接地孔3-5相连。阶跃阻抗线3-1位于多模谐振器3的中部，且阶跃阻抗线3-1的纵向中轴线与多模谐振器3的纵向对称轴重合。每个连接枝节3-4均为横向延伸的直线形的微带。2个连接枝节3-4对称地设置在阶跃阻抗线3-1的左右两侧，且连接枝节3-4的内侧端与阶跃阻抗线3-1的低跃阻抗线3-1-1的下端相连。每个开路枝节3-2均为倒U形的微带。2个开路枝节3-2对称地设置在阶跃阻抗线3-1的左右两侧，并位于连接枝节3-4的上方，两者之间存在一定间隙。2个开路枝节3-2的外侧端分别与2个连接枝节3-4的外侧端相连；2个开路枝节3-2的内侧端悬置。每个短路枝节3-3均为U形的微带。2个短路枝节3-3对称地设置在阶跃阻抗线3-1的左右两侧，并位于连接枝节3-4的下方，两者之间存在一定间隙。2个短路枝节3-3的外侧端分别与2个连接枝节3-4的外侧端相连；2个短路枝节3-3的内侧端分别与1个接地孔3-5相连。接地孔3-5为贯穿介质基板1，并连接接地层和滤波层的金属过孔。在本实施例中，接地孔3-5直径为0.3mm。输入微带2和输出微带4均为横向延伸的直线形的微带。输入微带2和输出微带4的微带线宽和微带长度相等。输入微带2的内侧端与多模谐振器3的1个连接枝节3-4的外侧端相连，输出微带4的内侧端与多模谐振器3的另1个连接枝节3-4的外侧端相连，输入微带2和输出微带4的外侧端悬置，以便于后期的焊接与性能测试。

为了方便的调整外部激励信号的强弱，输入微带2的内侧端与多模谐振器3的1个连接枝节3-4的外侧端之间增设有贴片电容5和/或输出微带4的内侧端与多模谐振器3的另1个连接枝节3-4的外侧端之间增设有贴片电容5。当外部需要一个较强的激励时，利用贴片电容5可以方便的调整外部激励信号的强弱，从而能十分方便的选取合适的带宽，给外部Q值的改善带来便捷。相较于平行耦合线，贴片电容5不会占用额外的空间以及材料。在本实施例中，2个贴片电容5的电容值和封装都是完全相同的。

对于整个多模谐振器3来说，整个多模谐振器3只使用了两种宽度的微带线，其中2个连接枝节3-4、2个开路枝节3-2、2个短路枝节3-3和阶跃阻抗线3-1的高跃阻抗线3-1-2的微带线宽相等即W1＝W2＝W3＝W5；低跃阻抗线3-1-1的微带线宽大于高跃阻抗线3-1-2的微带线宽，即W4＞W5，这样可以使滤波器获得较好的谐频抑制效果。本实用新型可以通过调整阶跃阻抗线3-1的物理长度来选取合适的中心频率，同时还可以通过调整阶跃阻抗线3-1的低跃阻抗线3-1-1和高跃阻抗线3-1-2的微带线宽比来实现谐波抑制。由于微带的阻抗与线宽成反比，因此可以根据低跃阻抗线3-1-1与高跃阻抗线3-1-2各自的线宽来确定低跃阻抗线3-1-1与高跃阻抗线3-1-2阻抗比。在本实用新型中，低跃阻抗线3-1-1的微带线宽与高跃阻抗线3-1-2的微带线宽的比值介于10～14之间。

在多模谐振器3的上部和下部分别加载了开路枝节3-2与短路枝节3-3之后，整个谐振器的谐振模式变得丰富，有利于形成双通带，开路枝节3-2与短路枝节3-3的电长度均可以用来调整各个模式在频率轴上的位置，以实现谐振模式的控制。开路枝节3-2主要分布在多模谐振器3的上半部分，开路枝节3-2间的耦合可以实现激励源与负载间的间接耦合，这种耦合可以使滤波器的带外产生许多个零点，在通带附近的传输零点可以通过适当调整来提高滤波器的选择性，在两个通带之间的传输零点可以用来提高通带间隔离度，而在频率高于第二通带的传输零点可以提高滤波器的谐频抑制深度。2个开路枝节3-2的内侧端之间存在间隙，从而构成了激励源与负载间的间接耦合，这样通过调整上方2个开路枝节3-2之间的耦合间隙来改变激励源与负载间的间接耦合强弱，从而用来改变传输零点的位置，以达到间接控制传输零点的目的。2个短路枝节3-3的内侧端与高跃阻抗线3-1-2之间均存在间隙，这样能够有效避免了两侧短路枝节3-3之间的干扰耦合。2个开路枝节3-2和2个短路枝节3-3均向内侧弯折，能够节省大部分空间与材料。

依据奇模偶模分析法可以将多模谐振器3分为奇模部分与偶模部分，其中1个连接枝节3-4、1个开路枝节3-2和1个短路枝节3-3形成该多模谐振器3的奇模部分；1个连接枝节3-4、1个开路枝节3-2、1个短路枝节3-3和阶跃阻抗线3-1的关于其纵向中轴线所分隔出的一半形成该多模谐振器3的偶模部分。图2为多模谐振器3的等效电路图。图3为多模谐振器3的偶模部分等效电路图。图4为多模谐振器3的奇模部分等效电路图。奇模部分能产生2个谐振模式fo1，fo2，偶模部分能产生三个谐振模式fe1，fe2，fe3，将它们按频率由小到大的顺序依次为fe1，fo1，fe2，fo2，fe3，其中fe1，fo1形成第一通带，fe2，fo2，fe3形成第二通带，通过适当调整各自对应枝节的电长度使它们分别落在2.4GHz与5.2GHz附近，再通过适当的调整外部的激励电容的容值大小就可以得到合适的双宽带滤波器，同时配合调整阶跃阻抗线3-1的阻抗比，能选取一个谐频抑制能力最佳的点，这样本实用新型的双宽带滤波器整体结构就被确立下来了。

下面给出本实用新型的一个具体实例：微带多模谐振器3包括2条开路枝节3-2，2条短路枝节3-3，阶跃阻抗线3-1位于正中心，具体结构尺寸为W1＝0.15mm，L1＝13.85mm，W2＝0.15mm，L2＝11.35mm，W3＝0.15mm，L3＝3.1mm，W4＝1.475mm，L4＝5.18mm，W5＝0.15mm，L5＝3.875mm，接地孔3-5的直径取为0.3mm，两侧馈线长度取为6mm，整体多模滤波器的宽为22.825mm，高为30mm，相比同介质、同微带线尺寸的半波长多阶级联滤波器所占面积要小的多，因此此方案具有小型化的特点。输入微带2和输出微带4的宽度We＝1.15mm，输入微带2和输出微带4的长度对整个滤波器的性能影响不大，此处取为Le＝6mm。该高性能多模双宽带滤波器的结果仿真图如图5所示，本实用新型一方面可以对第二通带之外的高次谐频起到明显的抑制作用，有利于提高信号的质量；另一方面带外产生了五个传输零点，通带之间的传输零点提高了双通带间的隔离度，其它传输零点则提高了宽阻带的抑制深度，整体多模滤波器表现出较宽的带宽以及优良的性能。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种高性能多模双宽带滤波器，由介质基板(1)、覆于介质基板(1)的下表面的接地层、以及覆于介质基板(1)的上表面的滤波层组成；其特征是，滤波层主要由输入微带(2)、输出微带(4)和多模谐振器(3)组成；

多模谐振器(3)整体呈左右对称结构，并由阶跃阻抗线(3-1)、2个连接枝节(3-4)、2个开路枝节(3-2)、2个短路枝节(3-3)和3个接地孔(3-5)组成；

阶跃阻抗线(3-1)由低跃阻抗线(3-1-1)与高跃阻抗线(3-1-2)组成；低跃阻抗线(3-1-1)和高跃阻抗线(3-1-2)均为纵向延伸的直线形的微带，且低跃阻抗线(3-1-1)的微带线宽大于高跃阻抗线(3-1-2)的微带线宽；低跃阻抗线(3-1-1)的上端悬置，低跃阻抗线(3-1-1)的下端与高跃阻抗线(3-1-2)的上端相连，高跃阻抗线(3-1-2)的下端与一个接地孔(3-5)相连；阶跃阻抗线(3-1)位于多模谐振器(3)的中部，且阶跃阻抗线(3-1)的纵向中轴线与多模谐振器(3)的纵向对称轴重合；

每个连接枝节(3-4)均为横向延伸的直线形的微带；2个连接枝节(3-4)对称地设置在阶跃阻抗线(3-1)的左右两侧；2个连接枝节(3-4)的内侧端均与阶跃阻抗线(3-1)的低跃阻抗线(3-1-1)的下端相连；

每个开路枝节(3-2)均为倒U形的微带；2个开路枝节(3-2)对称地设置在阶跃阻抗线(3-1)的左右两侧，并位于连接枝节(3-4)的上方；2个开路枝节(3-2)的外侧端分别与2个连接枝节(3-4)的外侧端相连；2个开路枝节(3-2)的内侧端悬置；

每个短路枝节(3-3)均为U形的微带；2个短路枝节(3-3)对称地设置在阶跃阻抗线(3-1)的左右两侧，并位于连接枝节(3-4)的下方；2个短路枝节(3-3)的外侧端分别与2个连接枝节(3-4)的外侧端相连；2个短路枝节(3-3)的内侧端分别与1个接地孔(3-5)相连；

接地孔(3-5)为贯穿介质基板(1)，并连接接地层和滤波层的金属过孔；

输入微带(2)和输出微带(4)均为横向延伸的直线形的微带；输入微带(2)的内侧端与多模谐振器(3)的1个连接枝节(3-4)的外侧端相连，输出微带(4)的内侧端与多模谐振器(3)的另1个连接枝节(3-4)的外侧端相连，输入微带(2)和输出微带(4)的外侧端悬置。

2.根据权利要求1所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，低跃阻抗线(3-1-1)的微带线宽与高跃阻抗线(3-1-2)的微带线宽的比值介于10～14之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，2个连接枝节(3-4)、2个开路枝节(3-2)、2个短路枝节(3-3)和阶跃阻抗线(3-1)的高跃阻抗线(3-1-2)的微带线宽相等。

4.根据权利要求1所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，低跃阻抗线(3-1-1)的微带线长小于高跃阻抗线(3-1-2)的微带线长。

5.根据权利要求1所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，2个开路枝节(3-2)的内侧端之间存在间隙。

6.根据权利要求1所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，2个短路枝节(3-3)的内侧端与高跃阻抗线(3-1-2)之间均存在间隙。

7.根据权利要求1所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，输入微带(2)的内侧端与多模谐振器(3)的1个连接枝节(3-4)的外侧端之间增设有贴片电容(5)和/或输出微带(4)的内侧端与多模谐振器(3)的另1个连接枝节(3-4)的外侧端之间增设有贴片电容(5)。

8.根据权利要求1所述的一种高性能多模双宽带滤波器，其特征是，介质基板(1)为陶瓷介质基板(1)。

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