CN217114739U - 一种小型化超宽带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及一种小型化超宽带带通滤波器，包括介质基板、设在介质基板的背面上的接地层、设在介质基板的顶面上的信号输入端和信号输出端、设在介质基板的顶面上的多个首尾顺序相连的第一谐振单元、设在介质基板的顶面上多个第二谐振单元以及第一端与第二谐振单元的接地端连接，第二端与接地层连接的第二接地孔，第二谐振单元的非接地端与匹配的第一谐振单元连接，信号输入端和信号输出端均与相邻的第一谐振单元连接。本申请实施例公开的小型化超宽带带通滤波器，产品尺寸更小，滤波器的相对带宽可以超过100%，并且在高端阻带具有一个传输零点，寄生通带更远。

Description

一种小型化超宽带带通滤波器

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其是涉及一种小型化超宽带带通滤波器。

背景技术

射频微波滤波器作为通信系统的重要组成部分，在射频前端担任着信号选择的重任，目前滤波器已经超越功放成为了整个射频前端最重要的组成部分，其性能对整个射频微波系统起着决定性的作用。超宽带（Ultra Wide Band，UWB）位于 3.1GHz~10.6GHz的频段解禁之后，超宽带技术得到迅速发展，成为通信范围内的研究热潮。随着物联网应用日趋广泛以及5G 时代的到来，国内外对小型化射频微波滤波器的需求还将成倍的增长，即保证产品性能的同时，如何减小产品尺寸，实现小型化也是关键指标。目前为止已相继提出多种UWB 滤波器设计方法，旨在设计尺寸更小、频率特性更好、损耗更低的高性能滤波器。

发明内容

本申请实施例提供一种小型化超宽带带通滤波器，滤波器的相对带宽可以超过100%，产品结构紧凑尺寸更小，插损小，并且在高端阻带具有一个传输零点，寄生通带更远。

本申请实施例的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

本申请实施例提供了一种小型化超宽带带通滤波器，包括：

介质基板；

接地层，设在介质基板的背面上；

信号输入端和信号输出端，均设在介质基板的顶面上；

多个第一谐振单元，均设在介质基板的顶面上，多个第一谐振单元首尾顺序相连；

多个第二谐振单元，均设在介质基板的顶面上，第二谐振单元的非接地端与匹配的第一谐振单元连接；以及

第二接地孔，第一端与第二谐振单元的接地端连接，第二端与接地层连接；

其中，信号输入端和信号输出端均与相邻的第一谐振单元连接，信号输入端和信号输出端可以互换。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，信号输入端到信号输出端的方向上，第一谐振单元的长度为λ/2。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，信号输入端到信号输出端的方向上，第二谐振单元的长度为λ/4。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，信号输入端、信号输出端、第一谐振单元、第二谐振单元和第二接地孔关于同一条直线对称设置。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，第一谐振单元的数量为N个，第二谐振单元的数量均为N+1个，N为≥1的自然数。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，N为正整数，但考虑到产品小型化需求，故一般N≤4。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，信号输入端、信号输出端、第一谐振单元和第二谐振单元为布设于介质基板的顶面上的金属微带电路层。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，接地层为布设于介质基板的背面上的金属层。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种小型化超宽带带通滤波器的立体结构示意图。

图2是基于图1给出的平面示意图。

图3是基于图1给出的等效电路示意图。

图4是本申请实施例提供的一种基于电磁仿真得到的仿真曲线图。

图中，1、介质基板，2、接地层，3、信号输入端，4、信号输出端，5、第一谐振单元，6、第二谐振单元，7、第二接地孔。

具体实施方式

目前来看，UWB 滤波器成熟的设计方法已经有很多，为了更加清楚的理解本申请中的技术方案，首先对现有技术进行简单介绍，第一种是最容易构造带通的级联滤波器结构，级联滤波器结构的设计难度低、带宽灵活，但是驻波差、矩形度差、插损大，且体积很大不利于集成。第二种是多模谐振器结构，为了实现强耦合，平行耦合线的缝宽很细，对加工工艺精度的要求过高，滤波器体积大、矩形度较差、带外抑制能力相对较弱。第三种是平行耦合结构，平行耦合结构阻带特性好、通带宽，但是尺寸大、插损大。第四种是非对称平行耦合线结构，多用于交叉耦合方式中，应用范围在一定条件下具有局限性。第五种是短路枝节线结构，基于这种结构的多种优化后变型结构也很常见，普遍存在电路尺寸大、寄生通带近、带外抑制差的缺点。

为了达到更好减小超宽带滤波器产品尺寸，实现产品小型化，故提出本设计方案。

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

请参阅图1至图3，为本申请实施例公开的一种小型化超宽带带通滤波器，滤波器由介质基板1、接地层2、信号输入端3、信号输出端4、第一谐振单元5、第二谐振单元6和第二接地孔7等组成，接地层2设在介质基板1的背面上，信号输入端3、信号输出端4、第一谐振单元5和第二谐振单元6设在介质基板1的顶面上。

第一谐振单元5的数量为多个，这些第一谐振单元5首尾顺序相连，第一个第一谐振单元5与信号输入端3连接，最后一个第一谐振单元5与信号输出端4连接，也就是信号会从信号输入端3流入，顺序经过每一个第一谐振单元5后从信号输出端4流出（信号输入输出方向可互换）。

第二谐振单元6的数量同样为多个，每一个第二谐振单元6的非接地端均与匹配的第一谐振单元5连接，第二谐振单元6的接地端与第二接地孔7连接，第二接地孔7穿透介质基板1，将第二谐振单元6的接地端与接地层2连接在一起。

应理解，在实际的生产过程中，第一谐振单元5和第二谐振单元6可以采用溅射电镀的方式进行生产。

整体而言，本申请实施例提供的小型化超宽带带通滤波器的结构主要包含一条微带传输线（由多个第一谐振单元5顺序连接而成），并将多个短路枝节（也就是第二谐振单元6）按顺序加载在微带传输线上，构成感性为主的混合耦合电路以提高带外性能。

短路枝节线与微带传输线共同构成谐振器，谐振器阶数越高，频选特性就越好。利用短路枝节加载传输线结构设计的宽带滤波器相对带宽可以超过 100%，能满足现阶段绝大多数超宽带通带宽度的需要，阶数少时，相对带宽亦可超过100%，且相比于高阶设计插损会更小。

本申请实施例提供的小型化超宽带带通滤波器以感性耦合为主的混合耦合，通过错杆折叠变形的方式减小产品尺寸，且不影响带外抑制和寄生通带性能，请参阅图4。此外，通过改变特定参数，本方案也可适用于S波段、C波段、X波段、Ku波段等。

作为申请提供的小型化超宽带带通滤波器的一种具体实施方式，信号输入端3到信号输出端4的方向上，第一谐振单元5的长度为λ/2，λ是滤波的波长，或者可以理解为本申请实施例提供的小型化超宽带带通滤波器的一个工作参数。

作为申请提供的小型化超宽带带通滤波器的一种具体实施方式，信号输入端3到信号输出端4的方向上，第二谐振单元6的长度为λ/4，λ是滤波的波长，或者可以理解为本申请实施例提供的小型化超宽带带通滤波器的一个工作参数。

将λ/4的短路枝节和λ/2的微带传输线级联，可以实现产品的小型化，尺寸为毫米级。

请参阅图1和图2，作为申请提供的小型化超宽带带通滤波器的一种具体实施方式，信号输入端3、信号输出端4、第一谐振单元5、第二谐振单元6和第二接地孔7关于同一条直线对称设置，这样可以实现信号输入端3和信号输出端4的交换使用，也就是信号输入端3可以当作信号输出端4使用，信号输出端4可以当作信号输入端3使用。

也就是在实际的使用过程中，不论信号从信号输入端3流入还是从信号输出端4流入，都能够对流入的信号进行滤波。

将第一谐振单元5的数量记为N个，第二谐振单元6的数量记为N+1个，那么N为自然数且 1≤N。应理解，在一定程度上，谐振单元的数量增加会提高频选特性，但是二者并不是成比例的，在谐振单元的数量达到一个数值后，频选特性的提高幅度会下降甚至不再增加，并且考虑到产品小型化需求，因此需要对谐振单元的数量进行限制，一般限制为N≤4。

作为申请提供的小型化超宽带带通滤波器的一种具体实施方式，信号输入端3、信号输出端4、第一谐振单元5和第二谐振单元6为布设在介质基板1的顶面上的金属微带电路层。

作为申请提供的小型化超宽带带通滤波器的一种具体实施方式，接地层2为布设在介质基板1的背面上的金属层。

上述两部分内容主要是给出了本申请实施例提供的小型化超宽带带通滤波器的制作方式。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，包括：

介质基板（1）；

接地层（2），设在介质基板（1）的背面上；

信号输入端（3）和信号输出端（4），均设在介质基板（1）的顶面上，信号输入端（3）和信号输出端（4）可互换；

多个第一谐振单元（5），均设在介质基板（1）的顶面上，多个第一谐振单元（5）首尾顺序相连；

多个第二谐振单元（6），均设在介质基板（1）的顶面上，第二谐振单元（6）的非接地端与匹配的第一谐振单元（5）连接；以及

第二接地孔（7），第一端与第二谐振单元（6）的接地端连接，第二端与接地层（2）连接；

其中，信号输入端（3）和信号输出端（4）均与相邻的第一谐振单元（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，信号输入端（3）到信号输出端（4）的方向上，第一谐振单元（5）的长度为λ/2。

3.根据权利要求1或2所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，信号输入端（3）到信号输出端（4）的方向上，第二谐振单元（6）的长度为λ/4。

4.根据权利要求1所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，信号输入端（3）、信号输出端（4）、第一谐振单元（5）、第二谐振单元（6）和第二接地孔（7）关于同一条直线对称设置。

5.根据权利要求1所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，第一谐振单元（5）的数量为N个，第二谐振单元（6）的数量均为N+1个，N为≥1的自然数。

6.根据权利要求5所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，N为正整数，但考虑到产品小型化需求，故一般N≤4。

7.根据权利要求1所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，信号输入端（3）、信号输出端（4）、第一谐振单元（5）和第二谐振单元（6）为布设于介质基板（1）的顶面上的金属微带电路层。

8.根据权利要求1或7所述的一种小型化超宽带带通滤波器，其特征在于，接地层（2）为布设于介质基板（1）的背面上的金属层。

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