CN221176617U - 滤波器拓扑结构及三模宽双通带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了滤波器拓扑结构及三模宽双通带滤波器，滤波器拓扑结构，包括微带线、两个平行五线及连接所述微带线的三个短路枝节，两个所述平行五线对称设于所述微带线的两侧并分别连接所述微带线，一所述平行五线远离所述微带线的一端为输入端，另一所述平行五线远离所述微带线的一端为输出端；一所述短路枝节的长度方向与所述微带线的长度方向一致，另外两个所述短路枝节对称设于所述微带线的两侧。本滤波器拓扑结构结构简单新颖，基于此滤波器拓扑结构设计的双通带滤波器，具有通带宽、插入损耗小且平坦、隔离度高的优势，具有高性能表现。
Description
技术领域
本实用新型涉及滤波器技术领域，特别涉及滤波器拓扑结构及三模宽双通带滤波器。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，射频接收系统需要兼容不同的通信制式以提供更加丰富的业务，从而满足人们日益增加的定位和通信需求。在此背景下，可以工作在两个不同频段的双通带滤波器应运而生。此外，微带滤波器具有成本低、体积小、型面低、重量轻、易于集成等优势。因此，基于微带结构的高性能宽双通带滤波器的研发具有极高的科研和商用价值，吸引了广大学者和工程师的关注。
目前已报道的基于微带结构的双通带滤波器，通带内大都是单模或者双模，存在通带窄、插入损耗大且不平坦、隔离度差等问题，严重影响其在现代无线通信系统中使用。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题为：提供一种高性能滤波器拓扑结构，及具有该滤波器拓扑结构的三模宽双通带滤波器。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案一为：滤波器拓扑结构，包括微带线、两个平行五线及连接所述微带线的三个短路枝节，两个所述平行五线对称设于所述微带线的两侧并分别连接所述微带线，一所述平行五线远离所述微带线的一端为输入端，另一所述平行五线远离所述微带线的一端为输出端；一所述短路枝节的长度方向与所述微带线的长度方向一致，另外两个所述短路枝节对称设于所述微带线的两侧。
在一实施例中，所述平行五线连接所述微带线的一端，所述短路枝节连接所述微带线的另一端。
在一实施例中，所述平行五线的长度方向与所述微带线的长度方向垂直。
在一实施例中，对称设于所述微带线的两侧的两个所述短路枝节的长度方向分别与所述微带线的长度方向垂直。
在一实施例中，长度方向与所述微带线的长度方向一致的所述短路枝节和所述微带线共中心轴。
在一实施例中，所述微带线的宽度小于三个所述短路枝节的宽度之和的一半。
在一实施例中，所述平行五线的电长度、所述微带线的电长度及所述短路枝节的电长度均为0.25λ，λ为两个通带中间阻带的中心频率处的波长。
在一实施例中，一所述平行五线由五个平行且等间距的传输线组成，其中两个传输线连接所述微带线，另外三个传输线连接所述输入端，连接所述微带线的两个传输线和连接所述输入端的三个传输线形成交趾结构。
在一实施例中，长度方向与所述微带线的长度方向一致的所述短路枝节的宽度大于另外两个所述短路枝节的宽度。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案二为：三模宽双通带滤波器，包括线路板，所述线路板上设有上述滤波器拓扑结构。
本实用新型的有益效果在于：本滤波器拓扑结构结构简单新颖，基于此滤波器拓扑结构设计的双通带滤波器，具有通带宽、插入损耗小且平坦、隔离度高的优势，具有高性能表现。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一的滤波器拓扑结构的结构框图；
图2为本实用新型实施例一的三模宽双通带滤波器的线路布局版图；
图3为本实用新型实施例一的三模宽双通带滤波器S参数随sp变化关系图。
图4为本实用新型实施例一的三模宽双通带滤波器S参数随wp变化关系图。
图5为本实用新型实施例一的三模宽双通带滤波器S参数随w1变化关系图。
图6为本实用新型实施例一的三模宽双通带滤波器S参数随w2变化关系图。
图7为本实用新型实施例一的三模宽双通带滤波器S参数随w3变化关系图。
图8为仿真实例的三模宽双通带滤波器的S参数图。
附图标号说明：
1、微带线；
2、平行五线；
3、短路枝节；
4、输入端；
5、输出端。
具体实施方式
本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“和/或”为例，包括方案，或方案，或和同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例一
请参照图1至图8，本实用新型的实施例一为：如图1所示，滤波器拓扑结构，包括微带线1、两个平行五线2及连接所述微带线1的三个短路枝节3，两个所述平行五线2对称设于所述微带线1的两侧并分别连接所述微带线1，一所述平行五线2远离所述微带线1的一端为输入端4，另一所述平行五线2远离所述微带线1的一端为输出端5；一所述短路枝节3的长度方向与所述微带线1的长度方向一致，另外两个所述短路枝节3对称设于所述微带线1的两侧。
所述平行五线2的电长度、所述微带线1的电长度及所述短路枝节3的电长度均为0.25λ，λ为两个通带中间阻带的中心频率处的波长；所述微带线1的宽度小于三个所述短路枝节3的宽度之和的一半。
所述平行五线2连接所述微带线1的一端，所述短路枝节3连接所述微带线1的另一端，也就是说，所述平行五线2与所述短路枝节3相互远离设置。
所述平行五线2的长度方向与所述微带线1的长度方向垂直；对称设于所述微带线1的两侧的两个所述短路枝节3的长度方向分别与所述微带线1的长度方向垂直；长度方向与所述微带线1的长度方向一致的所述短路枝节3和所述微带线1共中心轴。即滤波器拓扑结构整体为左右对称结构。
一所述平行五线2由五个平行且等间距的传输线组成，其中两个传输线连接所述微带线1，另外三个传输线连接所述输入端4，连接所述微带线1的两个传输线和连接所述输入端4的三个传输线形成交趾结构；另一所述平行五线2亦由五个平行且等间距的传输线组成，其中两个传输线连接所述微带线1，另外三个传输线连接所述输出端5，连接所述微带线1的两个传输线和连接所述输出端5的三个传输线形成交趾结构。所述平行五线2中各传输线的宽度相同、长度相等，且任意相邻的两个传输线之间的空隙间隔相同。
长度方向与所述微带线1的长度方向一致的所述短路枝节3的宽度大于另外两个所述短路枝节3的宽度。
本实施例还提供一种三模宽双通带滤波器，包括线路板，所述线路板上设有上述滤波器拓扑结构。
仿真实例
获取线路板，所述线路板的长度为24.8mm，宽度为20.0mm，厚度为0.813mm，介电常数为3.38，介电损耗为0.0022；
线路板上设有微带结构，所述微带结构为上述滤波器拓扑结构，其线路布局版图如图2所示；
单个平行五线的整体物理长度记为lp，lp＝9mm；
组成平行五线的单个传输线的物理宽度记为wp，wp＝0.1mm；
组成平行五线的相邻两个传输线之间的空隙间隔记为sp，sp＝0.08mm；
微带线的物理宽度记为w1，w1＝2.2mm；
微带线的物理长度记为l1，l1＝9.5mm；
水平短路枝节(即长度方向与微带线长度方向垂直的短路枝节)的物理宽度记为w2，w2＝2mm；
水平短路枝节(即长度方向与微带线长度方向垂直的短路枝节)的物理长度记为l2，l2＝9.3mm；
竖直短路枝节(即长度方向与微带线长度方向一致的短路枝节)的物理宽度记为w3，w3＝3.8mm；
竖直短路枝节(即长度方向与微带线长度方向一致的短路枝节)的物理长度记为l3，l3＝9mm。
由微波常识可知，同步等量改变lp、l1、l2、l3的值，可以反比线性调节两个通带的工作频率范围。影响该三模宽双通带滤波器性能的参数有且仅有五个，分别为sp、wp、w1、w2、w3。
需要说明的是，在仿真实例中，lp、l1、l2及l3的值不完全相等的原因在于：在拓扑结构的原理图中，谐振器之间是通过连接点进行点连接的；而在布局版图中，谐振器是通过带有一定宽度的传输线面连接的。点和面的差异，这是导致拓扑结构的理论值和实际版图设计数值差异的地方之一。此外，拓扑结构中各个谐振器是相互独立且处在不同空间的，不存在耦合现象；而在版图布局的时候，所有的谐振器都处在一个空间，会存在耦合问题。存不存在耦合，是导致拓扑结构的理论值和实际版图设计数值差异的地方之二。
一般来说，在拓扑结构中规定相等的电长度，在实际版图中对应的物理长度都会存在一个小差异才能保证滤波器最优的仿真结果。严格使用拓扑结构中的相等关系虽然可以实现基于拓扑结构的滤波器的基本性能，但往往不是最优的滤波性能。一般情况下，当滤波器工作频率越低，实际版图中的尺寸参数就会和拓扑结构预测的值相差就会越小。
图3为三模宽双通带滤波器S参数随sp变化关系图。由图3可知，仅改变sp的值不但会改变三模宽双通带滤波器的带宽，也可以优化通带内的反射系数。随着sp的值变小，通带内的反射系数变好，且第一通带的下通带边和上通带边稍微朝下移动，第二通带的上通带边稍微朝上移动，第二通带的下通带边不变。
图4为三模宽双通带滤波器S参数随wp变化关系图。由图4可知，仅改变wp的值不但会改变三模宽双通带滤波器的带宽，而且会改变其带内的反射系数。随着wp的值变大，第一通带的下通带边和第二通带的下通带边向下移动，且第一通带边的上通带边和第二通带的上通带边向上移动。此外，当wp＝0.1mm时，模宽双通带滤波器通带内的反射系数最好。
图5为三模宽双通带滤波器S参数随w1变化关系图。由图5可知，仅改变w1的值不仅会改变三模宽双通带滤波器的带宽，而且会改变其带内的反射系数。随着w1的值变大，第二通带的下通带边向上移动，第一通带边的上通带边和第二通带的上通带边向下移动，且第一通带的下通带边几乎不变。此外，随着w1的值变大，通带内的反射系数变好。
图6为三模宽双通带滤波器S参数随w2变化关系图。由图6可知，仅改变w2的值不会改变三模宽双通带滤波器的带宽，但是通过调节w2的值，可以优化通带内的反射系数。随着w2的值变大，通带内的反射系数变好。
图7为三模宽双通带滤波器S参数随w3变化关系图。由图7可知，仅改变w3的值不仅会改变其带内的反射系数，而且会改变三模宽双通带滤波器的带宽。随着w3的值变大，第一通带的上通带边稍微向上移动，第二通带的下通带边和第二通带的上通带边稍微向下移动，且第一通带的下通带边几乎不动。此外，随着w3的值变大，通带内的反射系数变好。
由图3-图7的分析可知，基于此滤波器拓扑结构设计的双通带滤波器，其通带带宽受参数w1、w3、wp、sp控制，调节参数w2可以在不影响通带带宽的情况下单独优化通带内反射系数和插入损耗平坦度。但是不论怎么改变参数sp、wp、w1、w2、w3的值，基于该滤波器拓扑结构设计的滤波器只能是双通带滤波器。
图8为仿真实例的三模宽双通带滤波器的S参数图。由图8可知，在第一通带内，其反射系数小于-10dB的阻抗带宽范围为1.851到4.409GHz，通带中心频率为3.13GHz，通带的绝对带宽为2.558GHz，通带的相对带宽为81.7％；在其第二通带内，其反射系数小于-10dB的阻抗带宽范围为6.258到9.202GHz，通带中心频率为7.73GHz，通带的绝对带宽为2.944GHz，通带的相对带宽为38.1％。由此可知，该三模宽双通带滤波器具有宽通带的特征。在第一通带内，最大插入损耗为0.58dB；在第二个通带内，最大插入损耗为0.73dB。由此可知，该三模宽双通带滤波器具有低插入损耗的特征。此外，在第一通带内有三个传输极点，分别位于1.982GHz、3.067GHz、4.108GHz；在第二通带内有三个传输极点，分别位于6.923GHz、7.481GHz、8.889GHz，这六个传输极点可以保证通带内的平坦度。在两个通带中间的阻带内，其隔离度大于15dB的阻带带宽范围为5.024到5.606GHz，阻带中心频率为5.315GHz，阻带绝对带宽为0.582GHz，阻带相对带宽为11％。阻带内还有五个传输零点，分别位于0、5.183GHz、5.542GHz、11.128GHz、11.796GHz，这五个传输零点确保了通带的高选择性和阻带的高隔离度。
上述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.滤波器拓扑结构，其特征在于：包括微带线、两个平行五线及连接所述微带线的三个短路枝节，两个所述平行五线对称设于所述微带线的两侧并分别连接所述微带线，一所述平行五线远离所述微带线的一端为输入端，另一所述平行五线远离所述微带线的一端为输出端；一所述短路枝节的长度方向与所述微带线的长度方向一致，另外两个所述短路枝节对称设于所述微带线的两侧。
2.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：所述平行五线连接所述微带线的一端，所述短路枝节连接所述微带线的另一端。
3.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：所述平行五线的长度方向与所述微带线的长度方向垂直。
4.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：对称设于所述微带线的两侧的两个所述短路枝节的长度方向分别与所述微带线的长度方向垂直。
5.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：长度方向与所述微带线的长度方向一致的所述短路枝节和所述微带线共中心轴。
6.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：所述微带线的宽度小于三个所述短路枝节的宽度之和的一半。
7.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：所述平行五线的电长度、所述微带线的电长度及所述短路枝节的电长度均为0.25λ，λ为两个通带中间阻带的中心频率处的波长。
8.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：一所述平行五线由五个平行且等间距的传输线组成，其中两个传输线连接所述微带线，另外三个传输线连接所述输入端，连接所述微带线的两个传输线和连接所述输入端的三个传输线形成交趾结构。
9.根据权利要求1所述的滤波器拓扑结构，其特征在于：长度方向与所述微带线的长度方向一致的所述短路枝节的宽度大于另外两个所述短路枝节的宽度。
10.三模宽双通带滤波器，其特征在于：包括线路板，所述线路板上设有权利要求1-9中任意一项所述的滤波器拓扑结构。
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