一種微帶雙通帶濾波器的製造方法
2023-07-27 04:16:51 1
一種微帶雙通帶濾波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種微帶雙通帶濾波器，分別應用於寬帶系統和窄帶系統。所述雙通帶濾波器形成於介質基板上，包含第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器、第四諧振器、第一饋線、第二饋線、第一短路枝節以及第二短路枝節，其中第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器形成三階交指型濾波器，產生寬帶通帶；第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第三諧振器和第四諧振器形成雙模濾波器，產生窄帶通帶。本發明所述雙通帶濾波器的兩個通帶的參數可以獨立進行調整，且通帶具有很高的頻率選擇性和隔離度，電路結構簡單，性能良好。
【專利說明】—種微帶雙通帶濾波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通信【技術領域】，尤其涉及一種微帶雙通帶濾波器。
【背景技術】
[0002]隨著現代無線通信技術的迅猛發展，同時工作在兩個或多個頻段的通信系統成為目前研究的一個重點方向，其中應用較多的是雙通帶系統。濾波元件作為通信系統中至關重要的組成，雙通帶濾波器的研究也備受關注，微帶結構在小型化低成本方面有著很大的優勢，因而微帶雙通帶濾波器在業界有著廣泛的研究。
[0003]在眾多的雙通帶濾波器的設計方法中，有兩種被廣泛採用，一種是採用具有可調諧頻率的單個諧振器，如階梯阻抗諧振器(SIR)等，這樣得到的濾波器可以很方便的控制其各個通帶的中心頻率，但是其帶寬卻很難獨立的調節；第二種方法諧振器組合法，即將不同的諧振器按照一定的方式組合，使每組諧振器產生一個通帶，通過調節不同的諧振器參數來控制其對應帶寬的中心頻率和通帶，這樣得到的濾波器往往結構複雜，尺寸較大。
[0004]在已有的技術中，雙通帶濾波器一般存在著通帶參數不能獨立調節、帶寬較窄和插入損耗大等問題。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的缺陷，提供一種結構簡單、頻率選擇性好、通帶間的隔離度較高、具有寬帶通帶的微帶雙通帶濾波器。
[0006]本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案:
一種微帶雙通帶濾波器，包含第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器、第四諧振器、第一饋線、第二饋線、第一短路枝節以及第二短路枝節；
所述第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器採用平行耦合線結構；
所述第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器形成三階交指型濾波器，產生寬帶通帶，其中第二諧振器位於第一諧振器和第三諧振器中間，且終端短路；
所述第一饋線一端與第一諧振器相連，所述第二饋線一端與第三諧振器相連；
所述第一短路枝節、第二短路枝節加載在第四諧振器上，形成雙模諧振器；
所述第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第三諧振器和第四諧振器形成雙模濾波器，產生窄帶通帶。
[0007]作為本發明一種微帶雙通帶濾波器進一步的優化方案，還包括第三短路枝節、第四短路枝節、第五諧振器以及第六諧振器，所述第三短路枝節加載於第一饋線上，且與第五諧振器耦合，所述第四短路枝節加載於第二饋線上，且與第六諧振器耦合。
[0008]作為本發明一種微帶雙通帶濾波器進一步的優化方案，所述第一至第三諧振器尺寸相等，長度為寬帶通帶中心頻率對應波長的四分之一，所述第一諧振器和第三諧振器交叉率禹合。
[0009]作為本發明一種微帶雙通帶濾波器進一步的優化方案，所述第一饋線一端與第一諧振器垂直相連，所述第二饋線一端與第三諧振器垂直相連，所述第五諧振器採用反轉的L型結構，所述第六諧振器採用正向L型結構。
[0010]作為本發明一種微帶雙通帶濾波器進一步的優化方案，所述第一饋線和第二饋線的阻抗為50歐姆，且第一饋線和第二饋線靠近處形成源-負載耦合結構。
[0011]本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
1.兩個通帶的參數可以被獨立控制；
2.寬帶通帶滿足了現代通信系統向著寬頻帶發展的需求；窄帶通帶，可以通過合理的選擇使其工作於無線區域網(WLAN)等系統；
3.通帶的頻率選擇性和通帶間隔離度高，性能良好，且結構簡單，易於加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明微帶雙通帶濾波器的印刷電路板切面示意圖；
圖2為本發明微帶雙通帶濾波器位於介質基板上層的結構示意圖；
圖3為本發明微帶雙通帶濾波器中三階交指型濾波器的結構示意圖；
圖4為本發明微帶雙通帶濾波器中雙模濾波器的結構示意圖；
圖5為本發明微帶雙通帶濾波器位於介質基板下層的接地通孔示意圖；
圖6為本發明微帶雙通帶濾波器的散射參數仿真與測試結果；
圖7為本發明微帶雙通帶濾波器的群時延仿真和測試結果。
[0013]圖中:1、第一饋線；2、第二饋線；3、第一諧振器；4、第二諧振器；5、第三諧振器；
6、第四諧振器；7、第一短路枝節；8、第二短路枝節；9、第三短路枝節；10、第五諧振器；11、第四短路枝節；12、第六諧振器；13、第一接地通孔；14、第二接地通孔；15、第三接地通孔；16、第四接地通孔；17、第五接地通孔；18、第六接地通孔；19、第七接地通孔；S1、介質基板；S2、上層金屬；S3、下層金屬；P1、輸入埠 ；P2、輸出埠 ；Sn、埠 2匹配時埠 I的反射係數；S21、埠 2匹配時埠 I到埠 2的正向傳輸係數。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
本發明公開了一種微帶雙通帶濾波器，包含第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器、第四諧振器、第一饋線、第二饋線、第一短路枝節以及第二短路枝節；
所述第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器採用平行耦合線結構；
所述第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器形成三階交指型濾波器，產生寬帶通帶，其中第二諧振器位於第一諧振器和第三諧振器中間，且終端短路；
所述第一饋線一端與第一諧振器相連，所述第二饋線一端與第三諧振器相連；
所述第一短路枝節、第二短路枝節加載在第四諧振器上，形成雙模諧振器；
所述第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第三諧振器和第四諧振器形成雙模濾波器，產生窄帶通帶。
[0015]本發明公開的微帶雙通帶濾波器還可以包括第三短路枝節、第四短路枝節、第五諧振器以及第六諧振器，所述第三短路枝節加載於第一饋線上，且與第五諧振器耦合，所述第四短路枝節加載於第二饋線上，且與第六諧振器耦合。[0016]所述第一至第三諧振器尺寸相等，長度為寬帶通帶中心頻率對應波長的四分之一，所述第一諧振器和第三諧振器交叉耦合。
[0017]所述第一饋線一端與第一諧振器垂直相連，所述第二饋線一端與第三諧振器垂直相連，所述第五諧振器採用反轉的L型結構，所述第六諧振器採用正向L型結構。
[0018]所述第一饋線和第二饋線的阻抗為50歐姆，且第一饋線和第二饋線靠近處形成源-負載耦合結構。
[0019]以寬帶通帶選擇中心頻率為3.2GHz，相對帶寬為78%為例，窄帶通帶選擇中心頻率為5.8GHz，相對帶寬為6%的WLAN頻段為例說明。
[0020]圖1為本發明所採用的介質基板，其相對介電常數為2.2，厚度為0.508mm，損耗角正切為0.0009。當然也可以選擇其他規格的介質板。在介質基片SI的上下表面分別包覆有上金屬層S2和下金屬層S3，其中本發明所述雙通帶濾波器形成於上金屬層S2，下金屬層S3作為接地面。
[0021]如圖2所示，本發明所述微帶雙通帶濾波器包括第一饋線1、第二饋線2、第一埠P1、第二埠 P2、第一諧振器3、第二諧振器4、第三諧振器5、第四諧振器6、第一短路枝節
7、第二短路枝節8、第三短路枝節9、第五諧振器10、第四短路枝節11、第六諧振器12以及用於形成短路結構的第一至七接地通孔13-19。如圖3所示第一饋線1、第二饋線2、第一諧振器3、第二諧振器4和第三諧振器5，形成三階交指型濾波器，產生寬帶通帶；第一至三諧振器(3-5)尺寸相等，為終端短路的四分之一波長諧振器(QWR)，其長度為第一通帶中心頻率對應波長的四分之一；第二諧振器的終端與第一接地通孔13相連，形成短路；第一諧振器3和第三諧振器5的短路一端分別與第一饋線I和第二饋線2相靠近處的一端垂直相連，第一饋線I和第二饋線2的另一端分別作為濾波器的輸入/輸出埠(Pl和P2);第一通帶的中心頻率和帶寬可以通過第一至三諧振器(3-5)的長度和間距進行調節。如圖5所示，第一饋線1、第二饋線2、第一諧振器3、第三諧振器5、第四諧振器6、第一短路枝節7和第二短路枝節8，形成雙模濾波器，產生窄帶通帶；第一諧振器3和第三諧振器5作為高阻抗饋線提供強耦合；第一短路枝節7和第二短路枝節8加載於第四諧振器6上，形成對稱結構的雙模諧振器，根據其奇偶模在主路徑的抵消效應可以在兩個通帶之間產生一個傳輸零點Tz4 ;第一短路枝節7和第二短路枝節8尺寸相等，分別通過第二接地通孔14和第三接地通孔15實現短路；第二通帶的帶寬可以通過第四諧振器6和第一短路枝節7的長度控制，其帶寬可以通過第一短路枝節7和第二短路枝節8的間距進行調整。如圖2所示，第一濾波器和第二濾波器具有共同的輸入/輸出埠(Ρ1/Ρ2)和饋線，即第一饋線I和第二饋線2 ;第一饋線I和第二饋線2的靠近處形成源-負載耦合結構，在第一通帶的下邊緣處產生一個傳輸零點Tzl和第二通帶的上邊緣處產生一個傳輸零點Τζ7 ;第一諧振器3和第三諧振器5之間存在交叉耦合，在第二通帶的上邊緣處產生一個傳輸零點Τζ6。第三短路枝節9加載於第一饋線I上，可以在第二通帶的上邊緣產生一個傳輸零點Τζ8，加深了阻帶；第五諧振器10採用反轉的L型結構，位於第三短路枝節旁邊，與第三短路枝節之間存在耦合，產生傳輸零點Τζ3。第四短路枝節11加載於第二饋線2上，可以在第一通帶的下邊緣處產生一個傳輸零點Τζ2，提高通帶的頻率選擇性；第六諧振器12採用正向的L型結構，位於第四短路枝節11旁邊，與第四短路枝節11之間存在耦合，可以在兩個通帶之間產生一個傳輸零點Τζ5，提高通帶的頻率選擇性和通帶之間的隔離度；第五諧振器10和第六諧振器12均為終端短路的四分之一波長諧振器，其長度為別為傳輸零點Tz3和Tz5對應波長的四分之一。第一濾波器和第二濾波器的相互加載效應可以增強源-負載耦合，提高兩個通帶之間的隔罔度。
[0022]如圖5所示，本發明微帶雙通帶濾波器介質基板下層，第一接地通孔13為第二諧振器4的短路終端；第二接地通孔14為第一短路枝節7的短路終端；第三接地通孔15為第二短路枝節8的短路終端；第四接地通孔16為第三短路枝節9的短路終端；第五接地通孔17為第五諧振器10的短路終端；第六接地通孔18為第四短路枝節11的短路終端；第七接地通孔19為第六諧振器12的短路終端。
[0023]如圖6所示，本發明微帶雙通帶濾波器的散射參數仿真與實測結果，從圖中可以看出仿真與實測結果吻合良好，且具有良好的工作性能。寬帶通帶中心頻率為3.2GHz，相對帶寬為78% ;窄帶通帶中心頻率為5.8GHz，相對帶寬為6% ;所產生的多個傳輸零點使得兩個通帶都具有很高的頻率選擇性和很高的通帶間的隔離度，隔離度均大於30dB。
[0024]如圖7所示，本發明微帶雙通帶濾波器的群時延仿真和測試結果，對於寬帶和超寬帶濾波器，群時延是表徵其對信號造成的時延特性的參數。從圖中可以看出，在第一通帶內，其群時延具有很平坦的性能。
[0025]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種微帶雙通帶濾波器，其特徵在於，包含第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器、第四諧振器、第一饋線、第二饋線、第一短路枝節以及第二短路枝節； 所述第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器採用平行耦合線結構； 所述第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第二諧振器和第三諧振器形成三階交指型濾波器，產生寬帶通帶，其中第二諧振器位於第一諧振器和第三諧振器中間，且終端短路； 所述第一饋線一端與第一諧振器相連，所述第二饋線一端與第三諧振器相連； 所述第一短路枝節、第二短路枝節加載在第四諧振器上，形成雙模諧振器； 所述第一饋線、第二饋線、第一諧振器、第三諧振器和第四諧振器形成雙模濾波器，產生窄帶通帶。
2.根據權利要求1所述的微帶雙通帶濾波器，其特徵在於，還包括第三短路枝節、第四短路枝節、第五諧振器以及第六諧振器，所述第三短路枝節加載於第一饋線上，且與第五諧振器耦合，所述第四短路枝節加載於第二饋線上，且與第六諧振器耦合。
3.根據權利要求1所述的微帶雙通帶濾波器，其特徵在於，所述第一至第三諧振器尺寸相等，長度為寬帶通帶中心頻率對應波長的四分之一，所述第一諧振器和第三諧振器交叉奉禹合。
4.根據權利要求2所述的微帶雙通帶濾波器，其特徵在於，所述第一饋線一端與第一諧振器垂直相連，所述第二饋線一端與第三諧振器垂直相連，所述第五諧振器採用反轉的L型結構，所述第六諧振器採用正向L型結構。
5.根據權利要求1所述的微帶雙通帶濾波器，其特徵在於，所述第一饋線和第二饋線的阻抗為50歐姆，且第一饋線和第二饋線靠近處形成源-負載耦合結構。
【文檔編號】H01P1/203GK103915666SQ201410121216
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】賀瑩, 趙永久, 劉浩, 王洪李 申請人:南京航空航天大學