CN106887655B - 一种四分之一波长短路短截线微带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，其上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线和n‑1个四分之一波长连接线，第m个四分之一波长短路短截线的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线的非短路端通过第m个四分之一波长连接线连接，第m个四分之一波长连接线正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线长度的第m矩形缺口；优点是减少四分之一波长连接线和地之间的电容，大幅增加四分之一波长连接线的宽度，在四分之一波长短路短截线微带滤波器相对带宽较小时，四分之一波长连接线的宽度也可以做到现有工艺能够实现的宽度，保证具有较高的特性阻抗和较低的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种微带滤波器，尤其是涉及一种四分之一波长短路短截线微带滤波器。
背景技术
微带滤波器用来选择电子系统中有用的带内信号，同时过滤出不需要的带外信号，是电子系统中一种基础的电子元件。四分之一波长短路短截线微带滤波器在具有较高的滤波性能的基础上，还具有尺寸小和易加工等优点，目前已广泛使用于无线通信系统中。
现有的四分之一波长短路短截线微带滤波器通常包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层。上金属层包括输入微带线、几个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线和输出微带线，每相邻两个四分之一波长短路短截线通过一个四分之一波长连接线连接，输入微带线和第一个四分之一波长短路短截线连接，输出微带线和最后一个四分之一波长短路短截线连接，下金属层接地。
为了保证四分之一波长短路短截线微带滤波器具有较好的滤波特性，在某一特性阻抗条件下实现滤波器时，其相对带宽越小时，短路短截线的宽度就会越大。当四分之一波长短路短截线微带滤波器的相对带宽小于一定值时，就会出现短路短截线的线宽等于或大于其线长的情况，从而使滤波器的性能很难实现。而在高特性阻抗下设计相对带宽较小的四分之一波长短路短截线微带滤波器可以有效地避免上述问题。为此，目前为了实现相对带宽较小的四分之一波长短路短截线微带滤波器，可以采用增加特性阻抗的方法来保证短路短截线的宽度在较合适的范围内。四分之一波长短路短截线微带滤波器的相对带宽越小，其需要的特性阻抗就越高。但是，在相对带宽减小，特性阻抗增加的同时，四分之一波长短路短截线微带滤波器中的四分之一波长连接线的宽度也将随着减小，当四分之一波长连接线的宽度减小到较细(0.1mm以下)时，现有的加工工艺难以实现该四分之一波长连接线，而且较细的四分之一波长连接线将导致四分之一波长短路短截线微带滤波器的损耗大大增加。
而随着无线通信技术的快速发展，小带宽的四分之一波长短路短截线微带滤波器的需求越来越多，现有的四分之一波长短路短截线微带滤波器难以成功应用。
鉴此，设计一种在具有较好的滤波性能的基础上，可以在较小的相对带宽(40％以下)和较高的特性阻抗(50欧以上)条件下实现，且损耗较小的四分之一波长短路短截线微带滤波器，对无线通信技术领域具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有较好的滤波性能的基础上，可以在较小的相对带宽(相对带宽在40％以下)和较高的特性阻抗(特性阻抗在50欧以上)条件下实现，且损耗较小的四分之一波长短路短截线微带滤波器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，包括微带滤波器主体，所述的微带滤波器主体包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层，所述的上金属层附着在所述的介质层的上表面上，所述的下金属层附着在所述的介质层的下表面上，所述的上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线和n-1个四分之一波长连接线，所述的输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，所述的输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线，所述的输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，所述的输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线，第m个四分之一波长短路短截线的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线的非短路端通过第m个四分之一波长连接线连接，第m个四分之一波长连接线分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线和第m+1个四分之一波长短路短截线，第m个四分之一波长连接线正下方的所述的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线长度的第m矩形缺口，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1。
所述的输入微带线包括特性阻抗为70欧的第一级输入微带线和特性阻抗为140欧的第二级输入微带线，所述的输出微带线包括特性阻抗为140欧的第一级输出微带线和特性阻抗为70欧的第二级输出微带线；所述的第一级输入微带线和所述的第二级输入微带线连接，所述的第二级输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，第n个四分之一波长短路短截线的非短路端和所述的第一级输出微带线连接，所述的第一级输出微带线和所述的第二级输出微带线连接，所述的第二级输入微带线正下方的所述的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第二级输入微带线长度的第n矩形缺口，所述的第一级输出微带线正下方的所述的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第一级输出微带线长度的第n+1矩形缺口。该结构中，在微带滤波器的特性阻抗较大时，采用两级微带线输入和两级微带线输出进行特性阻抗的转化，避免微带滤波器的性能变差，保证微带滤波器具有较好的滤波性能。
所述的四分之一波长短路短截线微带滤波器还包括盒体，所述的盒体上设置有安装槽，所述的微带滤波器主体位于所述的安装槽内，所述的下金属层与所述的安装槽的底面接触，所述的安装槽的底面上正对所述的第m矩形缺口处设置有长度等于第m矩形缺口的长度、宽度等于第m矩形缺口的宽度、深度为2mm的第m立方体型凹槽，所述的安装槽的底面上正对所述的第n矩形缺口处设置有长度等于所述的第n矩形缺口的长度、宽度等于所述的第n矩形缺口的宽度、深度为2mm的第n立方体型凹槽，所述的安装槽的底面上正对所述的第n+1矩形缺口处设置有长度等于所述的第n+1矩形缺口的长度、宽度等于所述的第n+1矩形缺口的宽度、深度为2mm的第n+1立方体型槽。该结构中，通过在安装槽的底部设置立方体型槽，进一步减小n-1个四分之一波长连接线和地之间的电容，增加n-1个四分之一波长连接线的宽度。
当n＝2k+1时，k为大于等于1的整数时，第j个四分之一波长短路短截线和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线的结构完全相同，且第j个四分之一波长短路短截线和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线对称设置，j＝1,2，…k；当n＝2k时，第h个四分之一波长短路短截线和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线的结构完全相同，且第h个四分之一波长短路短截线和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线对称设置，h＝1,2，…k。
所述的介质层为厚度为5mil的高频介质板。
所述的四分之一波长短路短截线微带滤波器还包括盒体，所述的盒体上设置有安装槽，所述的微带滤波器主体位于所述的安装槽内，所述的下金属层与所述的安装槽的底面接触，所述的安装槽的底面上正对所述的第m矩形缺口处设置有长度等于第m矩形缺口的长度、宽度等于第m矩形缺口的宽度、深度为2mm的第m立方体型凹槽。该结构中，通过在安装槽的底部设置立方体型槽，进一步减小n-1个四分之一波长连接线和地之间的电容，增加n-1个四分之一波长连接线的宽度。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层构造微带滤波器主体，上金属层附着在介质层的上表面上，下金属层附着在介质层的下表面上，其特征在于上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线和n-1个四分之一波长连接线，输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线，输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线，第m个四分之一波长短路短截线的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线的非短路端通过第m个四分之一波长连接线连接，第m个四分之一波长连接线分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线和第m+1个四分之一波长短路短截线，第m个四分之一波长连接线正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线长度的第m矩形缺口，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1，输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线和n-1个四分之一波长连接线保证微带滤波器具有较好的滤波性能，设置有第1矩形缺口～第n-1矩形缺口的下金属层在接地时构成缺陷地结构，可以减少n-1个四分之一波长连接线和地之间的电容，从而可以大幅度增加四分之一波长连接线的宽度，在四分之一波长短路短截线微带滤波器的相对带宽较小时，四分之一波长连接线的宽度也可以做到现有工艺能够实现的宽度，保证其具有较高的特性阻抗；由此，本发明的微带滤波器在具有较好的滤波性能的基础上，可以在较小的相对带宽(相对带宽在40％以下)和较高的特性阻抗(特性阻抗在50欧以上)条件下实现；在相同带宽和特性阻抗条件下实现本发明的微带滤波器和现有技术的微带滤波器(不存在缺陷地)，现有技术的微带滤波器中四分之一波长连接线的宽度需要为0.02mm，而本发明的微带滤波器中四分之一波长连接线的宽度可达0.123mm，同时本发明的微带滤波器的损耗降到1dB以下。
附图说明
图1为本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器的俯视图；
图2为本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器的仰视图；
图3为本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器的盒体的结构图；
图4为本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器的S参数仿真结果图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图所示，一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，包括微带滤波器主体，微带滤波器主体包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层8，上金属层附着在介质层8的上表面上，下金属层附着在介质层8的下表面上，上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线1和n-1个四分之一波长连接线2，输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线1，输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长短路短截线1的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线1的非短路端通过第m个四分之一波长连接线2连接，第m个四分之一波长连接线2分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线1和第m+1个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长连接线2正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线2长度的第m矩形缺口21，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1。
实施例二：如图所示，一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，包括微带滤波器主体，微带滤波器主体包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层8，上金属层附着在介质层8的上表面上，下金属层附着在介质层8的下表面上，上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线1和n-1个四分之一波长连接线2，输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线1，输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长短路短截线1的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线1的非短路端通过第m个四分之一波长连接线2连接，第m个四分之一波长连接线2分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线1和第m+1个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长连接线2正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线2长度的第m矩形缺口21，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1。
本实施例中，输入微带线包括特性阻抗为70欧的第一级输入微带线3和特性阻抗为140欧的第二级输入微带线4，输出微带线包括特性阻抗为140欧的第一级输出微带线5和特性阻抗为70欧的第二级输出微带线6；第一级输入微带线3和第二级输入微带线4连接，第二级输入微带线4和第1个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，第n个四分之一波长短路短截线1的非短路端和第一级输出微带线5连接，第一级输出微带线5和第二级输出微带线6连接，第二级输入微带线4正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第二级输入微带线4长度的第n矩形缺口41，第一级输出微带线5正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第一级输出微带线5长度的第n+1矩形缺口51。
实施例三：如图所示，一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，包括微带滤波器主体，微带滤波器主体包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层8，上金属层附着在介质层8的上表面上，下金属层附着在介质层8的下表面上，上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线1和n-1个四分之一波长连接线2，输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线1，输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长短路短截线1的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线1的非短路端通过第m个四分之一波长连接线2连接，第m个四分之一波长连接线2分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线1和第m+1个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长连接线2正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线2长度的第m矩形缺口21，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1。
本实施例中，输入微带线包括特性阻抗为70欧的第一级输入微带线3和特性阻抗为140欧的第二级输入微带线4，输出微带线包括特性阻抗为140欧的第一级输出微带线5和特性阻抗为70欧的第二级输出微带线6；第一级输入微带线3和第二级输入微带线4连接，第二级输入微带线4和第1个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，第n个四分之一波长短路短截线1的非短路端和第一级输出微带线5连接，第一级输出微带线5和第二级输出微带线6连接，第二级输入微带线4正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第二级输入微带线4长度的第n矩形缺口41，第一级输出微带线5正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第一级输出微带线5长度的第n+1矩形缺口51。
本实施例中，四分之一波长短路短截线微带滤波器还包括盒体8，盒体8上设置有安装槽7，微带滤波器主体位于安装槽7内，下金属层与安装槽7的底面接触，安装槽7的底面上正对第m矩形缺口21处设置有长度等于第m矩形缺口21的长度、宽度等于第m矩形缺口21的宽度、深度为2mm的第m立方体型凹槽22，安装槽7的底面上正对第n矩形缺口41处设置有长度等于第n矩形缺口41的长度、宽度等于第n矩形缺口41的宽度、深度为2mm的第n立方体型凹槽42，安装槽7的底面上正对第n+1矩形缺口51处设置有长度等于第n+1矩形缺口51的长度、宽度等于第n+1矩形缺口51的宽度、深度为2mm的第n+1立方体型槽52。
本实施例中，当n＝2k+1时，k为大于等于1的整数时，第j个四分之一波长短路短截线1和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线1的结构完全相同，且第j个四分之一波长短路短截线1和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线1对称设置，j＝1,2，…k；当n＝2k时，第h个四分之一波长短路短截线1和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线1的结构完全相同，且第h个四分之一波长短路短截线1和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线1对称设置，h＝1,2，…k。
本实施例中，介质层8为厚度为5mil的高频介质板。
实施例四：如图所示，一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，包括微带滤波器主体，微带滤波器主体包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层8，上金属层附着在介质层8的上表面上，下金属层附着在介质层8的下表面上，上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线1和n-1个四分之一波长连接线2，输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线1，输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线1的非短路端连接，输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长短路短截线1的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线1的非短路端通过第m个四分之一波长连接线2连接，第m个四分之一波长连接线2分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线1和第m+1个四分之一波长短路短截线1，第m个四分之一波长连接线2正下方的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线2长度的第m矩形缺口21，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1。
本实施例中，当n＝2k+1时，k为大于等于1的整数时，第j个四分之一波长短路短截线1和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线1的结构完全相同，且第j个四分之一波长短路短截线1和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线1对称设置，j＝1,2，…k；当n＝2k时，第h个四分之一波长短路短截线1和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线1的结构完全相同，且第h个四分之一波长短路短截线1和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线1对称设置，h＝1,2，…k。
本实施例中，介质层8为厚度为5mil的高频介质板。
本实施例中，四分之一波长短路短截线微带滤波器还包括盒体8，盒体8上设置有安装槽7，微带滤波器主体位于安装槽7内，下金属层与安装槽7的底面接触，安装槽7的底面上正对第m矩形缺口21处设置有长度等于第m矩形缺口21的长度、宽度等于第m矩形缺口21的宽度、深度为2mm的第m立方体型凹槽22。
为了验证本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器的优越性，在特性阻抗为200欧，中心频率为20GHz，相对带宽为25％的条件下实现本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器。该四分之一波长短路短截线微带滤波器的S参数仿真结果如图4所示。图4中，粗实线为S(2，1)的曲线，细实线为S(1，1)的曲线。分析图4可知，本发明的四分之一波长短路短截线微带滤波器可以在较小的带宽和较高的特性阻抗条件下，较好的实现滤波性能。
Claims (6)
1.一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，包括微带滤波器主体，所述的微带滤波器主体包括上金属层、下金属层以及位于上金属层和下金属层之间的介质层，所述的上金属层附着在所述的介质层的上表面上，所述的下金属层附着在所述的介质层的下表面上，其特征在于所述的上金属层包括输入微带线、输出微带线、n个并行间隔设置的四分之一波长短路短截线和n-1个四分之一波长连接线，所述的输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，所述的输入微带线垂直于第1个四分之一波长短路短截线，所述的输出微带线和第n个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，所述的输出微带线垂直于第n个四分之一波长短路短截线，第m个四分之一波长短路短截线的非短路端和第m+1个四分之一波长短路短截线的非短路端通过第m个四分之一波长连接线连接，第m个四分之一波长连接线分别垂直于第m个四分之一波长短路短截线和第m+1个四分之一波长短路短截线，第m个四分之一波长连接线正下方的所述的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于第m个四分之一波长连接线长度的第m矩形缺口，其中，n为大于等于2的整数，m＝1，2，…，n-1。
2.根据权利要求1所述的一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，其特征在于所述的输入微带线包括特性阻抗为70欧的第一级输入微带线和特性阻抗为140欧的第二级输入微带线，所述的输出微带线包括特性阻抗为140欧的第一级输出微带线和特性阻抗为70欧的第二级输出微带线；所述的第一级输入微带线和所述的第二级输入微带线连接，所述的第二级输入微带线和第1个四分之一波长短路短截线的非短路端连接，第n个四分之一波长短路短截线的非短路端和所述的第一级输出微带线连接，所述的第一级输出微带线和所述的第二级输出微带线连接，所述的第二级输入微带线正下方的所述的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第二级输入微带线长度的第n矩形缺口，所述的第一级输出微带线正下方的所述的下金属层上设置有宽度为1mm，长度等于该第一级输出微带线长度的第n+1矩形缺口。
3.根据权利要求2所述的一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，其特征在于所述的四分之一波长短路短截线微带滤波器还包括盒体，所述的盒体上设置有安装槽，所述的微带滤波器主体位于所述的安装槽内，所述的下金属层与所述的安装槽的底面接触，所述的安装槽的底面上正对所述的第m矩形缺口处设置有长度等于第m矩形缺口的长度、宽度等于第m矩形缺口的宽度、深度为2mm的第m立方体型凹槽，所述的安装槽的底面上正对所述的第n矩形缺口处设置有长度等于所述的第n矩形缺口的长度、宽度等于所述的第n矩形缺口的宽度、深度为2mm的第n立方体型凹槽，所述的安装槽的底面上正对所述的第n+1矩形缺口处设置有长度等于所述的第n+1矩形缺口的长度、宽度等于所述的第n+1矩形缺口的宽度、深度为2mm的第n+1立方体型槽。
4.根据权利要求1所述的一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，其特征在于当n＝2k+1时，k为大于等于1的整数时，第j个四分之一波长短路短截线和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线的结构完全相同，且第j个四分之一波长短路短截线和第2k+2-j个四分之一波长短路短截线对称设置，j＝1,2，…k；当n＝2k时，第h个四分之一波长短路短截线和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线的结构完全相同，且第h个四分之一波长短路短截线和第2k+1-h个四分之一波长短路短截线对称设置，h＝1,2，…k。
5.根据权利要求1所述的一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，其特征在于所述的介质层为厚度为5mil的高频介质板。
6.根据权利要求1所述的一种四分之一波长短路短截线微带滤波器，其特征在于所述的四分之一波长短路短截线微带滤波器还包括盒体，所述的盒体上设置有安装槽，所述的微带滤波器主体位于所述的安装槽内，所述的下金属层与所述的安装槽的底面接触，所述的安装槽的底面上正对所述的第m矩形缺口处设置有长度等于第m矩形缺口的长度、宽度等于第m矩形缺口的宽度、深度为2mm的第m立方体型凹槽。
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