CN103151582A - 一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器，其特征在于：在开路枝节线的一端连接于高阻线的中心，高阻线的两端分别连接一根短路枝节线；高阻线上对称中心连接两个外阶梯阻抗线和两个内阶梯阻抗线，两个内阶梯阻抗线连接于高阻线上位于的开路枝节线的一侧，两个外阶梯阻抗线和两个内阶梯阻抗线对称于开路枝节线；两根短路枝节线上分别通过50欧姆馈线连接SMA连接头；所述短路枝节线的端头设有接地孔。本发明具有以下优点：滤波器的尺寸小，双频宽带通带，且通带间隔离度高、双频比大。本发明加工精度要求低，实现简单，造价便宜，生产方便。

Description

一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器

技术领域

本发明属于滤波器，尤其涉及一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器。 

背景技术

微波滤波器是微波技术领域中最常用的元件之一，用于以较低的损耗传输有用信号并在阻带衰减不需要的杂波信号及噪音等。现代的双模或多模通信系统能够容纳多个通信模式如GSM，GPS，WLAN...。此外，高数据率通信系统需要宽通带元件来实现。双频宽带滤波器应用于这样的系统，可显著提高该系统射频前端的性能。微带双频滤波器由于体积小、重量轻、平面化以及易于集成等优点，因此应用广泛。阶梯阻抗谐振器是设计微带双频滤波器的一种常用结构，其利用易于调节的基波谐振极点以及第二次谐波谐振极点可实现双频滤波器的第一通带和第二通带。然后，在实现大双频比双频滤波器时，其往往需要额外的阻抗匹配网络用来获得所需的耦合系数和外部品质因数，这会增加滤波器的电路尺寸。多模谐振器法是设计双频滤波器的另外一种常用方法，基于这种方法的滤波器的电路尺寸相当紧凑。但是，传统的多模谐振器双频滤波器很难同时获得高通带间隔离度、宽通带带宽以及宽阻带特性。有些基于多模谐振器的双频滤波器甚至不具有隔直功能。因此，能同时实现小型化、大双频比、高隔离度、宽通带与宽阻带等性能的微波微带带通滤波器并不多见。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器，是适用于高数据率双模或多模通信系统射频前端的小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器。 

技术方案 

一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器，其特征在于包括SMA连接头2、50欧姆馈线4、短路枝节线5、高阻线6、开路枝节线7、外阶梯阻抗线8和内阶梯阻抗线9；在开路枝节线7的一端连接于高阻线6的中心，高阻线6的两端分别连接一根短路枝节线5；高阻线6上对称中心连接两个外阶梯阻抗线8和两个内阶梯阻抗线9，两个内阶梯阻抗线9连接于高阻线6上位于的开路枝节线7的一侧，两个外阶梯阻抗线8和两个内阶梯阻抗线9对称于开路枝节线7；两根短路枝节线5上分别通过50欧姆馈线4连接SMA连接头2；所述短路枝节线5的端头设有接地孔10。 

所述SMA连接头2、50欧姆馈线4、短路枝节线5、高阻线6、开路枝节线7、外阶梯阻抗线8和内阶梯阻抗线9固定在介质基板（3）上。 

所述短路枝节线5与高阻线6的长度和与滤波器的工作频率成反比。 

所述外阶梯阻抗线8由高阻抗部分和低阻抗部分组成，外阶梯阻抗线8的高低阻抗部分长度和与外阶梯阻抗线8引入的传输零点的频率成反比。 

所述内阶梯阻抗线9由高阻抗部分和低阻抗部分组成，内阶梯阻抗线9的高阻抗部分和低阻抗部分的长度与内阶梯阻抗线9引入的传输零点的频率成反比。 

所述外阶梯阻抗线8的低阻抗部分为等于高阻线6长度的一半。 

所述内阶梯阻抗线9的低阻抗部分长度设置为高阻线6长度的四分之一。 

有益效果 

本发明提出的一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器，具有以下优点：滤波器的尺寸小，双频宽带通带，且通带间隔离度高、双频比大。本发明加工精度要求低，实现简单，造价便宜，生产方便。 

本发明与现有技术相比，其优点与有益效果是： 

1、双频滤波器的第一个通带可实现大于50%的相对带宽，第二个通带可实现大于15%的相对带宽； 

2、双频滤波器的双频比可达到3.6； 

3，双频滤波器的两个通带过渡带陡峭，通带间的隔离度优于20dB，20dB抑制度的阻带宽； 

4、整个滤波器的尺寸小、插入损耗小。 

附图说明

图1：本发明的小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器结构示意图； 

图2：是实施例的典型频率响应； 

1-金属腔体，2-SMA连接头，3-介质基板，4-50欧姆馈线，5-短路枝节线，6-高阻线，7-开路枝节线，8-外阶梯阻抗线，9-内阶梯阻抗线，10-接地过孔，A1、A2-外阶梯阻抗线8与高阻线6的连接点，B1、B2-短路枝节线与的50欧姆馈线的连接点，C1、C2-内阶梯阻抗线9与高阻线6的连接点。 

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述： 

参照附图，金属腔体1是为介质基板3提供安装载体。因为标准的射频前端系统特征阻抗是50欧姆，因此本发明采用50欧姆馈线4连接在由短路枝节线5与高阻线6组成的接地阶梯阻抗谐振器上作为本发明提出结构的输入输出端口。一般来说，为了获得所需的滤波器外部品质因数，50欧姆馈线4是连接在短路枝节线5上B1、B2点的。改变B1、B2点的位置，可以调节滤波器外部品质因数。SMA连接头2上的探针与50欧姆馈线4直接接触，信号从金属腔体上的其中一个SMA连接头2输入，从金属腔体上的另一个SMA连接头输出。信号在介质基板上表面的电路层中进行准TEM模传输。由短路枝节线5与高阻线6组成的接地阶梯阻抗谐振器是本发明提出结构的主谐振器，其通过接地过孔10与介质基板下表面接地金属相连。在双频滤波器设计时，双频滤波器的工作频率主要由该阶梯阻抗谐振器的长度和决定。一般来说，短路枝节线 5与高阻线6的长度和越大，滤波器的工作频率越低。调节短路枝节线5与高阻线6的长度比和线宽比还可以进一步调节谐振模的相对频率位置，从而调节滤波器的相对带宽等。在实际设计中，为了获得紧凑的滤波器尺寸，短路枝节线5可被折叠起来。为激发更多的谐振模来支持双通带设计以及引入传输零点用于提高双频滤波器的通带隔离度和阻带抑制性能，本发明提出的结构还引入了一对外阶梯阻抗线8、一对内阶梯阻抗线9以及一个开路枝节线7。一对外阶梯阻抗线8位于短路枝节线5与高阻线6的连接点A1、A2处；一对内阶梯阻抗线9加载在高阻线6上；一个开路枝节线7位于高阻线6的正中央D处。这一对外阶梯阻抗线8和这一对内阶梯阻抗线9关于高阻线6的垂直中心线左右对称。从A1、A2与C1、C2看进去都是先是外阶梯阻抗线8与内阶梯阻抗线9的高阻抗部分，然后是低阻抗部分。当从A1、A2点看进去的外阶梯阻抗线8的单端口输入阻抗等于零时，外阶梯阻抗线8就可为本发明提出的结构提供一个传输零点。该传输零点的频率位置主要由外阶梯阻抗线8的高低阻抗部分长度和确定，外阶梯阻抗线8的高低阻抗部分长度和越大，该由外阶梯阻抗线8引入的传输零点的频率越低，反之越高。调节外阶梯阻抗线8的高低阻抗部分的长度比和线宽比可以调节本发明提出结构的谐振模，即调节滤波器的通带特性。一般来说，外阶梯阻抗线8的低阻抗部分可以设置为约等于高阻线6的一半，然后将外阶梯阻抗线8折叠以获得紧凑的滤波器尺寸。当从C1、C2点看进去的内阶梯阻抗线9的单端口输入阻抗等于零时，内阶梯阻抗线9就可为本发明提出的结构提供另一个传输零点。该传输零点的频率位置主要也由内阶梯阻抗线9的高低阻抗部分长度和确定，内阶梯阻抗线9的高低阻抗部分长度和越大，该由内阶梯阻抗线9引入的传输零点的频率越低，反之越高。调节内阶梯阻抗线9的高低阻抗部分的长度比、线宽比以及C1、C2的位置也可以调节本发明提出结构的谐振模，即调节滤波器的通带特性。为了获得紧凑的滤波器尺寸，内阶梯阻抗线9的低阻抗部分长度可以设置为约等于C1、C2之间的高阻线6长度的一 半，并将内阶梯阻抗线9折叠。当从D点看进去的开路枝节线7的单端口输入阻抗等于零时，开路枝节线7也可为本发明提出的结构提供一个传输零点。该传输零点的频率位置主要也由开路枝节线7的长度确定，长度越长，由开路枝节线7引入的传输零点的频率位置就越低，反而越高。开路枝节线7的线宽可以单独调节整个谐振器的偶模谐振模，从而调节滤波器的通带特性。开路枝节线7也被折叠起来用于获得紧凑的滤波器尺寸。此外，本发明提出结构采用的这种直接耦合方式也可引入一个传输零点，该传输零点的位置由B1或B2与接地孔10之间的短路枝节线5的长度确定。但是，B1与B2的位置由所需的外部品质因数决定，因此这个传输零点不是可以自由调节的。 

总的来说，本发明提出结构总共有四个传输零点。一般来说，为了获得理想的带内带外特性，开路枝节线7与外阶梯阻抗线8产生的传输零点被设置在两个通带之间，这两个传输零点将整个结构的谐振极点分成了两组，这两组极点即可分别用来实现滤波器的第一通带和第二通带。这两个传输零点一方面提高了第一通带下边带与第二通带上边带的陡峭性，另一方面可改善通带间的隔离度。直接耦合方式引入的传输零点和开路枝节线7引入的传输零点一般位于滤波器第二通带的上阻带内。这两个传输零点一方面提高了第二通带下边带的陡峭性，另一方面可改善滤波器的阻带宽度与阻带抑制度。当根据所需双频带滤波器电学要求确定短路枝节线5、高阻线6、外阶梯阻抗线8、内阶梯阻抗线9以及开路枝节线7设计初值后，可以通过全波电磁仿真软件来优化物理尺寸，从而获得更好的滤波器性能。 

本实施例的具体尺寸：本结构可用于多模高速率通信系统中。采用厚度0.508mm、相对介电常数2.2的国产Arlon Diclad880介质基板，滤波器中心频率与-3dB相对带宽分别选择为1.57/5.59GHz与53%/16%。50欧姆馈线4的的宽度固定为1.55mm。短路枝节线5与高阻线6组成的接地阶梯阻抗谐振器长度和决定双频滤波器的工作频率。对于给定的双频滤波器中心频率并考虑到滤波器的性能，最终短路枝节线5的长 度为17.29mm，宽度为1.2mm；最终高阻线6的长度为20mm，宽度为0.5mm。短路枝节线5与介质基板下表面接地金属层相连的接地过孔10的直径被设置为0.8mm。外阶梯阻抗线8低阻抗部分的长度被设置约等于高阻线6长度的一半，调节外阶梯阻抗线8高阻抗部分长度可使得该传输零点靠近第一通带的下边带，调节外阶梯阻抗线8高低阻抗比可用于微调传输零点位置与滤波器通带性能。最终，外阶梯阻抗线8高阻抗部分的长度为3.0mm，宽度为0.5mm；外阶梯阻抗线8高阻抗部分的长度为3.0mm，宽度为0.5mm。内阶梯阻抗线9的长度和可调节由内阶梯阻抗线9引入的传输零点的位置，内阶梯阻抗线9在高阻线6上的位置会影响滤波器通带的性能。选择C1、C2之间高阻线6的长度为9.1mm，内阶梯阻抗线9低阻抗部分的长度约等于上述长度的一半。调节外阶梯阻抗线8高阻抗部分长度可使得该传输零点位于第二通带的上阻带，调节外阶梯阻抗线8高低阻抗比可用于微调传输零点位置与滤波器通带性能。最终，外阶梯阻抗线8高阻抗部分的长度为1.1mm，宽度为0.3mm；外阶梯阻抗线8高阻抗部分的长度为4.25mm，宽度为1.0mm。调节开路枝节线7的长度使得由开路枝节线7引入的传输零点位于第二通带的上边带，开路枝节线7的宽度可用于单独调节滤波器偶模传输极点，从而调节滤波器通带性能。最终，开路枝节线7的长度为12.5mm，宽度为0.35mm。B1B2到接地过孔10之间短路枝节线5的长度可用于调节两个通带的外部品质因数，最终B1B2到接地过孔10之间短路枝节线5的长度为15.765mm。整个不包括50欧姆馈线4电路层的尺寸仅为0.16λ_g×0.1λ_g，这里λ_g表示在1.57GHz频率处50欧姆传输线在所用介质基板上的导波波长。图2给出了本发明结构所设计的小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器的典型频率响应。从图中可见，在1.57/5.59GHz滤波器中心频率处，本发明结构所设计的小型化超宽阻带微波微带带通滤波器的插入损耗仅为0.3/0.8dB，回波响应在绝大部分通带内优于17/20dB。在2.3GHz到4.9GHz频率范围内，小型化超宽阻带微波微带带通滤波器的通带间隔离度优于17 dB;在6.5GHz到8.95GHz频率范围内，小型化超宽阻带微波微带带通滤波器的上阻带抑制度优于20dB 。

Claims (7)

1.一种小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器，其特征在于包括SMA连接头(2)、50欧姆馈线(4)、短路枝节线(5)、高阻线(6)、开路枝节线(7)、外阶梯阻抗线(8)和内阶梯阻抗线(9)；在开路枝节线(7)的一端连接于高阻线(6)的中心，高阻线(6)的两端分别连接一根短路枝节线(5)；高阻线(6)上对称中心连接两个外阶梯阻抗线(8)和两个内阶梯阻抗线(9)，两个内阶梯阻抗线(9)连接于高阻线(6)上位于的开路枝节线(7)的一侧，两个外阶梯阻抗线(8)和两个内阶梯阻抗线(9)对称于开路枝节线(7)；两根短路枝节线(5)上分别通过50欧姆馈线(4)连接SMA连接头(2)；所述短路枝节线(5)的端头设有接地孔(10)。

2.根据权利要求1所述小型化大双频比宽带微波微带带通滤波器，其特征在于：所述SMA连接头(2)、50欧姆馈线(4)、短路枝节线(5)、高阻线(6)、开路枝节线(7)、外阶梯阻抗线(8)和内阶梯阻抗线(9)固定在介质基板（3）上。

3.根据权利要求1所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于：所述短路枝节线(5)与高阻线(6)的长度和与滤波器的工作频率成反比。

4.根据权利要求1所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于：所述外阶梯阻抗线(8)由高阻抗部分和低阻抗部分组成，外阶梯阻抗线(8)的高低阻抗部分长度和与外阶梯阻抗线(8)引入的传输零点的频率成反比。

5.根据权利要求1所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于：所述内阶梯阻抗线(9)由高阻抗部分和低阻抗部分组成，内阶梯阻抗线(9)的高阻抗部分和低阻抗部分的长度与内阶梯阻抗线(9)引入的传输零点的频率成反比。

6.根据权利要求1或4所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于：所述外阶梯阻抗线(8)的低阻抗部分为等于高阻线(6)的一半。

7.根据权利要求1或5所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于：所述内阶梯阻抗线(9)的低阻抗部分长度设置为等于C1、C2之间的高阻线(6)长度的四分之一。

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