一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器的製作方法
2023-06-20 04:50:06 5
專利名稱：一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種小型化的三頻濾波器，特別是涉及一種體積小，高選擇性，三個中心頻率方便控制，可應用於射頻前端電路中的多頻率通信系統帶通濾波器。
背景技術：
當今社會，隨著多系統無線通信和移動通信技術的迅猛發展，現代微波、毫米波系統正在迅速向小型化、輕量化、高可靠性、多功能性和低成本的方向發展。濾波器作為射頻系統前端的關鍵器件也成為了熱點問題，小型化、多通帶、高選擇性的濾波器有著極為迫切的需求。目前國內外研究者在射頻濾波器方面做了大量研究，也取得了不少成果，多通帶濾波器的主要的傳統的設計方法可以分為以下三種。第一種方法是利用多個濾波器組合設計多頻段濾波器，包括帶通濾波器與帶阻濾波器的組合、多個帶通濾波器的組合等。如大唐移動通信設備有限公司熊軍的專利——一種級聯濾波器的設計方法及設計裝置(專利號200910241860.3)提出了一種PFIR和CIC濾波器級聯的組合濾波器。第二種方法是通過使用多套諧振器組合，不同的諧振器產生不同的通帶，從而達到獲得多通帶的效果。如論文 B.-J.Chen, T.-M.Shen, and R.-B.ffu, 「Design of tr1-band filters withimproved band allocation, 」 IEEE Trans.Microw.Theory Tech., vol.57, n0.7,PP.1790-1797，Jul.2009使用兩套諧振器組合，其中一套諧振器產生一個通帶，另一套產生另外兩個通帶，實現了三通帶帶通濾波器的設計。第三種方法是採用多節階躍阻抗諧振器結構，如上海大學肖中銀、黃春豔、王業清、李好、儲君君的專利——基於非對稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器(專利號201210116440.4)，利用兩節階躍阻抗諧振器，通過改變階躍阻抗諧振器的阻抗比來得到所需的諧振頻率，從而實現雙頻濾波器的設計。第一、二種方法設計的濾波器整體尺寸大、成本高，在競爭日益激烈的通信行業處於劣勢。而第三種方法設計的濾波器雖然結 構簡單，體積也很小，但是由於它的幾個頻率相互影響，導致頻率不容易控制，通帶帶寬也不容易控制。近年來，中心加載結構因為結構簡單、設計方便而受到眾多設計濾波器的研究者的青睞。我國學者章秀銀教授利用開路枝節線中心加載諧振器的結構設計了通帶頻率易控的雙頻濾波器，取得了不錯的效果。如X.Y.Zhang, J.-X.Chen, Q.Xue, and S.-M.Li, 「Dual-band bandpass filter using stub-loaded resonators, 」 IEEE Microw.Wireless Compon.Lett., vol.17, n0.8, pp.583 - 585, Aug.2007。而在 Ming-QiZhou, Xiao-Hong Tang, and Fei Xiao, 「Compact Dual Band Bandpass Filter UsingNovel E-Type Resonators With Controllable Bandwidths, 」 IEEE Microw.WirelessCompon.Lett., vol.18, n0.12，pp.779-781，Dec.2008.文章中，米用在開路線的中間加載短路枝節線，設計了尺寸更小的雙頻濾波器。但是他們加載的是阻抗一致的枝節線，並都是雙通帶濾波器，沒有很好地利用頻帶，沒有充分考慮到耦合結構決定了濾波器的通帶帶寬、帶外性能、傳輸零點等特性。
發明內容
由於現有設計方法的缺陷，使得現有的多頻濾波器存在體積大、成本高、頻率及通帶不易控制等缺點。本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足，提供一種小型化的基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器。為實現本發明的目的，本發明所採用的技術方案如下:一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其包括上層微帶結構、中間層介質基板和下層接地金屬板；上層微帶結構附著在中間層介質基板上表面，下層接地金屬板附著在中間層介質基板下表面；上層微帶結構包括第一饋電線、第二饋電線、信號輸入端、信號輸出端、第一諧振器和第二諧振器；兩個諧振器排布成中心對稱的結構，並且兩個諧振器結構完全相同；諧振器包括一條主傳輸線和一個中心加載的開路階躍阻抗枝節線；第一饋電線、第二饋電線結構相同且排布成中心對稱的結構，第一饋電線與信號輸入端連接，第二饋電線與信號輸出端連接，並且第一饋電線與第一諧振器之間、第二饋電線與第二諧振器之間均形成耦合結構。進一步優化的，所述上層微帶結構為中心對稱結構。進一步優化的，第一諧振器的主傳輸線包括第二微帶線、第三微帶線和第十微帶線，第二微帶線一端開路，另一端和第三微帶線相連，第三微帶線的另一端和第十微帶線相連，第十微帶線的另一端開路，第二微帶線、第三微帶線和第十微帶線順次連成成左右對稱的η形結構；第一諧振器的中心加載的開路階躍阻抗枝節線包括第四微帶線和第五微帶線，第四微帶線一端和第三微帶線相連，另一端和第五微帶線相連，第五微帶線的另一端開路，第四微帶線、第五微帶線順次連接成豎「 I」形，第四微帶線、第五微帶線在寬度上不等。進一步優化的，第一饋電線包括第一微帶線、第六微帶線、第七微帶線和第八微帶線，其中第一微帶線的一端與第九微帶線相連，另一端開路；第六微帶線、第七微帶線和第八微帶線依次連接構成η形結構，第六微帶線一端開路，第八微帶線一端與第九微帶線相連；第九微帶線是信號輸入端，第十一微帶線是信號輸出端；信號從第九微帶線的左端輸入，然後分開兩路到饋電線上，再經饋電線與諧振器之間的耦合作用，信號進入到諧振器，最後經第十一微帶線的右端輸出。進一步優化的，主傳輸線的長度L1為所述濾波器的第二個諧振頻率f2對應的波長入的二分之一，即
權利要求
1.一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其特徵在於包括上層微帶結構、中間層介質基板和下層接地金屬板；上層微帶結構附著在中間層介質基板上表面，下層接地金屬板附著在中間層介質基板下表面；上層微帶結構包括第一饋電線、第二饋電線、信號輸入端、信號輸出端、第一諧振器和第二諧振器；兩個諧振器排布成中心對稱的結構，並且兩個諧振器結構完全相同；第一諧振器包括一條主傳輸線和一個中心加載的開路階躍阻抗枝節線；第一饋電線、第二饋電線結構相同且排布成中心對稱的結構，第一饋電線與信號輸入端連接，第二饋電線與信號輸出端連接，並且第一饋電線與第一諧振器之間、第二饋電線與第二諧振器之間均形成耦合結構。
2.根據權利要求1所述的一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其特徵在於所述上層微帶結構為中心對稱結構。
3.根據權利要求1所述的一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其特徵在於第一諧振器的主傳輸線包括第二微帶線、第三微帶線和第十微帶線，第二微帶線一端開路，另一端和第三微帶線相連，第三微帶線的另一端和第十微帶線相連，第十微帶線的另一端開路，第二微帶線、第三微帶線和第十微帶線順次連成成左右對稱的η形結構；第一諧振器的中心加載的開路階躍阻抗枝節線包括第四微帶線和第五微帶線，第四微帶線一端和第三微帶線相連，另一端和第五微帶線相連，第五微帶線的另一端開路，第四微帶線、第五微帶線順次連接成豎「I」形，第四微帶線、第五微帶線在寬度上不等。
4.根據權利要求1所述的一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其特徵在於第一饋電線包括第一微帶線、第六微帶線、第七微帶線和第八微帶線，其中第一微帶線的一端與第九微帶線相連，另一端開路；第六微帶線、第七微帶線和第八微帶線依次連接構成η形結構，第六微帶線一端開路，第八微帶線一端與第九微帶線相連；第九微帶線是信號輸入端，第十一微帶線是信號輸出端；信號從第九微帶線的左端輸入，然後分開兩路到饋電線上，再經饋電線與諧振器之間的耦合作用，信號進入到諧振器，最後經第十一微帶線的右端輸出。
5.根據權利要求1所述的一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其特徵在於主傳輸線的長 度L1為所述濾波器的第二個諧振頻率f2對應的波長λ的二分之一，BP /2 = c~r= 其中c為光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度，L1為主傳輸線的長度，且L1為兩倍的第二微帶線和第三微帶線的長度之和，ε rff為中間層介質基板的介電常數； 而主傳輸線長度的一半加上階躍阻抗枝節線產生第一頻率和第三頻率f3，其中與f3滿足 Λ_ πf i tan- Rz = -其中Z1為主傳輸線的特性阻抗，Z3第五微帶線的特性阻抗，Rz為Z1與Z3的阻抗比。
6.根據權利要求1所述的一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其特徵在於上層微帶結構和下層接地金屬板的材料均為質地均勻的銅；中間層介質基板的材料為羅傑斯R04003介質基板，羅傑斯R04003各項參數如下:介電常數為3.38±0.05，損耗因子為0.0027，導熱係數為0.64W/ Cm.K)，體積電阻為1.7X IO10M Ω.cm,表面電阻為4.2 X IO9M Ω。
全文摘要
本發明公開了一種基於開路階躍阻抗線加載的小型化可控三頻濾波器，其包括上層微帶結構、中間層介質基板和下層接地金屬板；上層微帶結構附著在中間層介質基板上表面，下層接地金屬板附著在中間層介質基板下表面；上層微帶結構包括第一饋電線、第二饋電線、信號輸入端、信號輸出端、第一諧振器和第二諧振器；兩個諧振器排布成中心對稱的結構；第一饋電線、第二饋電線結構相同且排布成中心對稱的結構，第一饋電線與信號輸入端連接，第二饋電線與信號輸出端連接，並且第一饋電線與第一諧振器之間、第二饋電線與第二諧振器之間均形成耦合結構。本發明具有結構來產生體積小、選擇性高、三個中心頻率方便控制的優點。
文檔編號H01P1/203GK103187602SQ20131007758
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者寧更新, 寧小娟, 韋崗, 高立 申請人:華南理工大學