基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器的製作方法
2023-08-05 16:44:36 2
本實用新型涉及一種差分帶通濾波器，尤其涉及一種基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器。
背景技術：
：平行耦合線結構由於其簡單的設計流程，容易加工等優點，廣泛地應用到濾波器設計中。在平行耦合線帶通濾波器的基礎上,引伸和發展了多種變型結構：髮夾型帶通濾波器、抽頭線型帶通濾波器、分裂環諧振器式帶通濾波器等。在這些耦合濾波器中，耦合線分為全部耦合和部分耦合。全部耦合包括終端開路的平行耦合線、終端短路的平行耦合線。部分耦合，一般耦合部分為兩端，中間部分沒有耦合。崔冬暖通過不同電長度和不同特徵阻抗的並聯微帶線設計了寬帶帶阻濾波器；祝雷等人通過終端開路的耦合階梯阻抗諧振器設計了雙通帶濾波器。差分濾波器由於能夠減小系統中的電磁幹擾、噪聲等，而廣泛地應用到微波系統中。毛金榮提出了部分對稱平行耦合階梯阻抗諧振器，耦合部分是階梯阻抗諧振器的兩端，中間沒有耦合，並基於該結構設計了一個差分濾波器；鄧宏偉提出了微帶饋電線和接地縫隙的耦合結構，並基於該結構設計了寬帶差分濾波器；王輝基於終端短路的耦合環形結構設計了差分帶通濾波器，同時通過相同電長度，不同特徵阻抗的並聯微帶線設計了差分寬帶帶通濾波器；王曉華將四分之一波長耦合微帶線應用到差分濾波器設計中，通過簡單的結構實現了寬帶差分濾波器的設計。現有的簡單結構濾波器，易於設計和實現，但是其不能實現對高次諧波的抑制，因而仍需繼續進行研究。技術實現要素：本實用新型的目的在於，提供一種基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，該濾波器的結構不僅簡單，而且還可以實現對高次諧波的抑制，以及同時實現較好的共模抑制。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下的技術方案：基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，包括介質基板、設於介質基板底面的接地板以及設於介質基板表面的金屬微帶線，還包括：設於介質基板的接地金屬；所述的金屬微帶線形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬分別與接地板及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線的中點連接。優選的，所述的開路枝節結構的一側包括A微帶線、B微帶線、D微帶線、E微帶線，另一側包括H微帶線、I微帶線、K微帶線、L微帶線；所述的耦合微帶線結構包括C微帶線和J微帶線，所述的C微帶線和J微帶線平行，B微帶線的兩端分別與A微帶線和C微帶線的上端連接，D微帶線的兩端分別與E微帶線和C微帶線的下端連接，所述的A微帶線、E微帶線分別與C微帶線平行，B微帶線與D微帶線平行並且B微帶線分別與A微帶線和C微帶線垂直，D微帶線分別與E微帶線和C微帶線垂直；所述的I微帶線的兩端分別與H微帶線和J微帶線的上端連接，K微帶線的兩端分別與L微帶線和J微帶線的下端連接，所述的H微帶線、L微帶線分別與J微帶線平行，I微帶線與K微帶線平行，並且I微帶線分別與H微帶線和J微帶線垂直，K微帶線分別與J微帶線和L微帶線垂直，通過採用該結構的差分濾波器，從而可以更精確的實現共模抑制，同時實現對高次諧波的抑制。更優選的，所述的A微帶線、E微帶線、H微帶線、L微帶線、B微帶線、D微帶線、I微帶線、K微帶線、C微帶線和J微帶線的線寬均相等，並且所述的A微帶線、E微帶線、H微帶線和L微帶線的長度相等；所述的B微帶線、D微帶線、I微帶線和K微帶線的長度相等；所述的C微帶線和J微帶線長度相等，從而可以使得形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線的總長度的四分之一為四分之一波長，並且利用該條件所製備得到的差分濾波器的高次諧波的抑制效果和共模抑制效果比較好；另外，所述的線寬取不同數值時，第一次諧波出現的位置也不一樣。前述的基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器中，還包括：F微帶線、G微帶線、M微帶線和N微帶線，所述的F微帶線和G微帶線的右端與C微帶線連接，設於接地金屬的兩側並且均與C微帶線垂直；M微帶線和N微帶線的左端與J微帶線連接，設於J微帶線中點的兩側並且均與J微帶線垂直；所述的F微帶線、G微帶線、M微帶線、和N微帶線長度及線寬相等；所述的F微帶線和G微帶線之間的距離與M微帶線和N微帶線之間的距離相等，並且F微帶線與M微帶線處於同一水平面上，G微帶線與N微帶線處於同一水平面上，通過設置濾波器的饋電端，從而可以方便濾波器與其他元件進行連接。優選的，所述的G微帶線與C微帶線的連接處到接地金屬之間的微帶線的電長度、G微帶線與C微帶線的連接處到B微帶線與C微帶線的連接處之間的微帶線的電長度及A微帶線與B微帶線的微帶線之和的電長度成倍數關係，根據三角函數倍角公式，可以使得設計參數減小，實現利用簡單的設計方法驗證了本實用新型的差分濾波器的高次諧波抑制效果及共模抑制效果。上述的基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器中，形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線的總長度的四分之一為四分之一波長，從而可以使得參數少一些，便於設計相應的差分濾波器。優選的，本實用新型中所述的差分濾波器的差模通帶帶寬通過C微帶線和J微帶線之間的縫隙寬度g實現調控。本實用新型中，所述差分帶通濾波器的差模諧振中心頻率其中，f為差模諧振中心頻率，θ為微帶線的電長度，v為電磁波的傳播速度，l為微帶線的物理長度，由於在設計濾波器的時候中心頻率是其中的一個設計指標，根據以上公式，從而可以根據中心頻率得到微帶線的電長度，進而由電長度確定微帶線的實際長度。優選的，所述的介質基板的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質基板的厚度為0.508mm，金屬微帶線的厚度為0.018mm；D微帶線到F微帶線的垂直距離為21mm，F微帶線到G微帶線的垂直距離為14mm，J微帶線的寬度為1mm，H微帶線的長度為11mm，C微帶線與J微帶線的之間的垂直距離為0.6mm，C微帶線與A微帶線之間的垂直距離為3mm，N微帶線的寬度為1.54mm，利用上述參數獲得的差分濾波器的差模濾波性能較好(即具有較好的高次諧波抑制效果，該濾波器的中心頻率f0為1.345GHz，在2f0、3f0、4f0、5f0的諧波都得到了抑制)，3dB帶寬為0.21GHz，從1.24GHz到1.45Ghz，在0～6.5GHz實現了較好的共模抑制。或者優選的，所述的介質基板的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質基板的厚度為0.508mm，金屬微帶線厚度為0.018mm；D微帶線到F微帶線的垂直距離為21mm，F微帶線到G微帶線的垂直距離為14mm，J微帶線的寬度為1mm，H微帶線的長度為18mm，C微帶線與J微帶線之間的垂直距離為0.8mm，C微帶線與A微帶線之間的垂直距離為3mm，N微帶線的寬度為1.54mm，利用上述參數獲得的差分濾波器的差模濾波性能較好(即具有較好的高次諧波抑制效果，該濾波器的中心頻率f0為1.155GHz，在2f0、3f0、4f0、5f0的諧波都得到了抑制)，3dB帶寬為0.15GHz，從1.08GHz到1.23Ghz，在0～6GHz實現了較好的共模抑制。本實用新型中，所述的接地金屬可為一個半徑為0.3mm的導體圓柱，從而可以形成一個非對稱結構，實現差分濾波器較好的共模抑制效果，且共模抑制的帶寬更寬。如果是對稱結構，則共模S參數的結果就會在差模的2f0(f0為中心頻率)處形成通帶，使得共模抑制的帶寬較小。優選的，當中心頻率和帶寬保持不變時，通過開路枝節結構的阻抗值Z1調節差分濾波器的差模性能；具體的，Z1從小到大取值，根據相應的差分濾波器差模的反射係數和傳輸係數，確定最優的Z1，從而使得差分濾波器的差模性能最優，從而可以指導實際濾波器設計。與現有技術相比，本實用新型中提出的基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，包括介質基板、設於介質基板底面的接地板以及設於介質基板表面的金屬微帶線，還包括：設於介質基板的接地金屬；所述的金屬微帶線形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬分別與接地板及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線的中點連接。本實用新型中所提出的新的差分濾波器結構(一端和中間耦合，另一端沒有耦合)，設計原理簡單，結構也非常簡單，而且尺寸較小，但是它卻可以實現良好的差模濾波性能，實現對高次諧波的抑制；同時通過在微帶線中間加載接地金屬，形成一個非對稱結構，從而可以實現差分濾波器較好的共模抑制效果，且共模抑制的帶寬更寬(如果是對稱結構，則共模S參數的結果就會在差模的2f0(f0為中心頻率)處形成通帶，使得共模抑制的帶寬較小)。此外，所述的介質基板的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質基板的厚度為0.508mm，金屬微帶線的厚度為0.018mm；D微帶線到F微帶線的垂直距離為21mm，F微帶線到G微帶線的垂直距離為14mm，J微帶線的寬度為1mm，H微帶線的長度為11mm，C微帶線與J微帶線的之間的垂直距離為0.6mm，C微帶線與A微帶線之間的垂直距離為3mm，N微帶線的寬度為1.54mm，利用上述參數獲得的差分濾波器的差模濾波性能較好(即具有較好的高次諧波抑制效果，該濾波器的中心頻率f0為1.345GHz，在2f0、3f0、4f0、5f0的諧波都得到了抑制)，3dB帶寬為0.21GHz，從1.24GHz到1.45Ghz，在0～6.5GHz實現了較好的共模抑制。或者，所述的介質基板的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質基板的厚度為0.508mm，金屬微帶線厚度為0.018mm；D微帶線到F微帶線的垂直距離為21mm，F微帶線到G微帶線的垂直距離為14mm，J微帶線的寬度為1mm，H微帶線的長度為18mm，C微帶線與J微帶線之間的垂直距離為0.8mm，C微帶線與A微帶線之間的垂直距離為3mm，N微帶線的寬度為1.54mm，利用上述參數獲得的差分濾波器的差模濾波性能較好(即具有較好的高次諧波抑制效果，該濾波器的中心頻率f0為1.155GHz，在2f0、3f0、4f0、5f0的諧波都得到了抑制)，3dB帶寬為0.15GHz，從1.08GHz到1.23Ghz，在0～6GHz實現了較好的共模抑制。最後，發明人還進行了HFSS仿真和實際測試，仿真結果和測試結果基本上一致，驗證了上述效果的真實性。附圖說明圖1是本實用新型的差分濾波器的整體結構示意圖；圖2是本實用新型中所述的金屬微帶線形成的耦合微帶線結構與開路枝節結構示意圖；圖3為基於平行耦合線的差分帶通濾波器的理想電路圖；圖4為圖3的差模等效電路圖；圖5為圖3的共模等效電路圖；圖6為Zeo隨著不同的Z1和theta的變化示意圖；圖7為不同的Z1值對應的差分帶通濾波器的Sdd11理論計算結果示意圖；圖8為不同的Z1值對應的差分帶通濾波器的Sdd21理論計算結果示意圖；圖9為不同θe-θo對應的差分帶通濾波器的Sdd11理論計算結果示意圖；圖10為不同θe-θo對應的差分帶通濾波器的Sdd21理論計算結果示意圖；圖11為不同θ0對應的差分帶通濾波器的Sdd11理論計算結果示意圖；圖12為不同θ0對應的差分帶通濾波器的Sdd21理論計算結果示意圖；圖13為Zeo隨著不同的Z1和theta的變化示意圖；圖14為不同的Z1對應的差分帶通濾波器的差模Sdd11理論計算結果示意圖；圖15為不同的Z1對應的差分帶通濾波器的Sdd21理論計算結果示意圖；圖16為不同θe-θo對應的差分帶通濾波器的差模Sdd11理論計算結果示意圖；圖17為不同θe-θo對應的差分帶通濾波器的Sdd21理論計算結果示意圖；圖18為不同θ0對應的差分帶通濾波器的Sdd11理論計算結果示意圖；圖19為不同θ0對應的差分帶通濾波器的Sdd21理論計算結果示意圖；圖20是Filter2差分帶通濾的波器的結構圖；圖21是Filter7差分帶通濾的波器的結構圖；圖22為Filter2的不同縫隙g1對應的兩個濾波器的諧振特性仿真結果示意圖；圖23為Filter7的不同縫隙g2對應的兩個濾波器的諧振特性仿真結果示意圖；圖24為Filter2的差模諧振特性的仿真和測試結果示意圖；圖25為Filter2的共模諧振特性的仿真和測試結果示意圖；圖26為Filter7的差模諧振特性的仿真和測試結果示意圖；圖27為Filter7的共模諧振特性的仿真和測試結果示意圖；圖28為介質基板與接地板的設置結構示意圖。附圖標記：1-介質基板，2-接地板，3-金屬微帶線，4-接地金屬，101-A微帶線、102-B微帶線、103-C微帶線、104-D微帶線、105-E微帶線、106-F微帶線、107-G微帶線，201-H微帶線、202-I微帶線、203-J微帶線、204-K微帶線、205-L微帶線、206-M微帶線、207-N微帶線。下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。具體實施方式本實用新型的實施例1：基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，如圖1、圖2、圖28所示，包括介質基板1、設於介質基板1底面的接地板2以及設於介質基板1表面的金屬微帶線3，還包括：設於介質基板1的接地金屬4；所述的金屬微帶線3形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬4分別與接地板2及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線3的中點連接。所述的開路枝節結構的一側包括A微帶線101、B微帶線102、D微帶線104、E微帶線105，另一側包括H微帶線201、I微帶線202、K微帶線204、L微帶線205；所述的耦合微帶線結構包括C微帶線103和J微帶線203，所述的C微帶線103和J微帶線203平行，B微帶線102的兩端分別與A微帶線101和C微帶線103的上端連接，D微帶線104的兩端分別與E微帶線105和C微帶線103的下端連接，所述的A微帶線101、E微帶線105分別與C微帶線103平行，B微帶線102與D微帶線104平行並且B微帶線102分別與A微帶線101和C微帶線103垂直，D微帶線104分別與E微帶線105和C微帶線103垂直；所述的I微帶線202的兩端分別與H微帶線201和J微帶線203的上端連接，K微帶線204的兩端分別與L微帶線205和J微帶線203的下端連接，所述的H微帶線201、L微帶線205分別與J微帶線203平行，I微帶線202與K微帶線204平行，並且I微帶線202分別與H微帶線201和J微帶線203垂直，K微帶線204分別與J微帶線203和L微帶線205垂直。所述的A微帶線101、E微帶線105、H微帶線201、L微帶線205、B微帶線102、D微帶線104、I微帶線202、K微帶線204、C微帶線103和J微帶線203的線寬均相等，並且所述的A微帶線101、E微帶線105、H微帶線201和L微帶線205的長度相等；所述的B微帶線102、D微帶線104、I微帶線202和K微帶線204的長度相等；所述的C微帶線103和J微帶線203長度相等。還包括：F微帶線106、G微帶線107、M微帶線206和N微帶線207，所述的F微帶線106和G微帶線107的右端與C微帶線103連接，設於接地金屬4的兩側並且均與C微帶線103垂直；M微帶線206和N微帶線207的左端與J微帶線203連接，設於J微帶線203中點的兩側並且均與J微帶線203垂直；所述的F微帶線106、G微帶線107、M微帶線206、和N微帶線207長度及線寬相等；所述的F微帶線106和G微帶線107之間的距離與M微帶線206和N微帶線207之間的距離相等，並且F微帶線106與M微帶線206處於同一水平面上，G微帶線107與N微帶線207處於同一水平面上。所述的G微帶線107與C微帶線103的連接處到接地金屬4之間的微帶線的電長度、G微帶線107與C微帶線103的連接處到B微帶線102與C微帶線103的連接處之間的微帶線的電長度及A微帶線101與B微帶線102的微帶線之和的電長度成倍數關係。形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線3的總長度的四分之一為四分之一波長(也即(A微帶線101+B微帶線102+C微帶線103+D微帶線104+E微帶線105+H微帶線201+I微帶線202+J微帶線203+K微帶線204+L微帶線205)/4)。所述的差分濾波器的差模通帶帶寬通過C微帶線103和J微帶線203之間的縫隙寬度g實現調控。所述差分帶通濾波器的差模諧振中心頻率其中，f為差模諧振中心頻率，θ為微帶線的電長度，v為電磁波的傳播速度，l為微帶線的物理長度。所述的介質基板1的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質基板1的厚度為0.508mm，金屬微帶線3的厚度為0.018mm；D微帶線104到F微帶線106的垂直距離為21mm，F微帶線106到G微帶線107的垂直距離為14mm，J微帶線203的寬度為1mm，H微帶線201的長度為11mm，C微帶線103與J微帶線203的之間的垂直距離為0.6mm，C微帶線103與A微帶線101之間的垂直距離為3mm，N微帶線207的寬度為1.54mm。所述的接地金屬4為一個半徑為0.3mm的導體圓柱。當中心頻率和帶寬保持不變時，通過開路枝節結構的阻抗值Z1調節差分濾波器的差模性能；具體的，Z1從小到大取值，根據相應的差分濾波器差模的反射係數和傳輸係數，確定最優的Z1，從而使得差分濾波器的差模性能最優。實施例2：基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，包括介質基板1、設於介質基板1底面的接地板2以及設於介質基板1表面的金屬微帶線3，還包括：設於介質基板1的接地金屬4；所述的金屬微帶線3形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬4分別與接地板2及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線3的中點連接。所述的開路枝節結構的一側包括A微帶線101、B微帶線102、D微帶線104、E微帶線105，另一側包括H微帶線201、I微帶線202、K微帶線204、L微帶線205；所述的耦合微帶線結構包括C微帶線103和J微帶線203，所述的C微帶線103和J微帶線203平行，B微帶線102的兩端分別與A微帶線101和C微帶線103的上端連接，D微帶線104的兩端分別與E微帶線105和C微帶線103的下端連接，所述的A微帶線101、E微帶線105分別與C微帶線103平行，B微帶線102與D微帶線104平行並且B微帶線102分別與A微帶線101和C微帶線103垂直，D微帶線104分別與E微帶線105和C微帶線103垂直；所述的I微帶線202的兩端分別與H微帶線201和J微帶線203的上端連接，K微帶線204的兩端分別與L微帶線205和J微帶線203的下端連接，所述的H微帶線201、L微帶線205分別與J微帶線203平行，I微帶線202與K微帶線204平行，並且I微帶線202分別與H微帶線201和J微帶線203垂直，K微帶線204分別與J微帶線203和L微帶線205垂直。所述的A微帶線101、E微帶線105、H微帶線201、L微帶線205、B微帶線102、D微帶線104、I微帶線202、K微帶線204、C微帶線103和J微帶線203的線寬均相等，並且所述的A微帶線101、E微帶線105、H微帶線201和L微帶線205的長度相等；所述的B微帶線102、D微帶線104、I微帶線202和K微帶線204的長度相等；所述的C微帶線103和J微帶線203長度相等。還包括：F微帶線106、G微帶線107、M微帶線206和N微帶線207，所述的F微帶線106和G微帶線107的右端與C微帶線103連接，設於接地金屬4的兩側並且均與C微帶線103垂直；M微帶線206和N微帶線207的左端與J微帶線203連接，設於J微帶線203中點的兩側並且均與J微帶線203垂直；所述的F微帶線106、G微帶線107、M微帶線206、和N微帶線207長度及線寬相等；所述的F微帶線106和G微帶線107之間的距離與M微帶線206和N微帶線207之間的距離相等，並且F微帶線106與M微帶線206處於同一水平面上，G微帶線107與N微帶線207處於同一水平面上。形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線3的總長度的四分之一為四分之一波長。所述的差分濾波器的差模通帶帶寬通過C微帶線103和J微帶線203之間的縫隙寬度g實現調控。所述的介質基板1的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質基板1的厚度為0.508mm，金屬微帶線3厚度為0.018mm；D微帶線104到F微帶線106的垂直距離為21mm，F微帶線106到G微帶線107的垂直距離14mm，J微帶線203的寬度為1mm，H微帶線201的長度為18mm，C微帶線103與J微帶線203之間的垂直距離為0.8mm，C微帶線103與A微帶線101之間的垂直距離為3mm，N微帶線207的寬度為1.54mm。所述的接地金屬4為一個半徑為0.3mm的導體圓柱。實施例3：基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，包括介質基板1、設於介質基板1底面的接地板2以及設於介質基板1表面的金屬微帶線3，還包括：設於介質基板1的接地金屬4；所述的金屬微帶線3形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬4分別與接地板2及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線3的中點連接。所述的開路枝節結構的一側包括A微帶線101、B微帶線102、D微帶線104、E微帶線105，另一側包括H微帶線201、I微帶線202、K微帶線204、L微帶線205；所述的耦合微帶線結構包括C微帶線103和J微帶線203，所述的C微帶線103和J微帶線203平行，B微帶線102的兩端分別與A微帶線101和C微帶線103的上端連接，D微帶線104的兩端分別與E微帶線105和C微帶線103的下端連接，所述的A微帶線101、E微帶線105分別與C微帶線103平行，B微帶線102與D微帶線104平行並且B微帶線102分別與A微帶線101和C微帶線103垂直，D微帶線104分別與E微帶線105和C微帶線103垂直；所述的I微帶線202的兩端分別與H微帶線201和J微帶線203的上端連接，K微帶線204的兩端分別與L微帶線205和J微帶線203的下端連接，所述的H微帶線201、L微帶線205分別與J微帶線203平行，I微帶線202與K微帶線204平行，並且I微帶線202分別與H微帶線201和J微帶線203垂直，K微帶線204分別與J微帶線203和L微帶線205垂直。所述的A微帶線101、E微帶線105、H微帶線201、L微帶線205、B微帶線102、D微帶線104、I微帶線202、K微帶線204、C微帶線103和J微帶線203的線寬均相等，並且所述的A微帶線101、E微帶線105、H微帶線201和L微帶線205的長度相等；所述的B微帶線102、D微帶線104、I微帶線202和K微帶線204的長度相等；所述的C微帶線103和J微帶線203長度相等。形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線3的總長度的四分之一為四分之一波長。所述的差分濾波器的差模通帶帶寬通過C微帶線103和J微帶線203之間的縫隙寬度g實現調控。實施例4：基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，如圖1、圖2、圖28所示，包括介質基板1、設於介質基板1底面的接地板2以及設於介質基板1表面的金屬微帶線3，還包括：設於介質基板1的接地金屬4；所述的金屬微帶線3形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬4分別與接地板2及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線3的中點連接。所述的開路枝節結構的一側包括A微帶101、B微帶線102、D微帶線104、E微帶線105，另一側包括H微帶線201、I微帶線202、K微帶線204、L微帶線205；所述的耦合微帶線結構包括C微帶線103和J微帶線203，所述的C微帶線103和J微帶線203平行，B微帶線102的兩端分別與A微帶線101和C微帶線103的上端連接，D微帶線104的兩端分別與E微帶線105和C微帶線103的下端連接，所述的A微帶線101、E微帶線105分別與C微帶線103平行，B微帶線102與D微帶線104平行並且B微帶線102分別與A微帶線101和C微帶線103垂直，D微帶線104分別與E微帶線105和C微帶線103垂直；所述的I微帶線202的兩端分別與H微帶201和J微帶線203的上端連接，K微帶線204的兩端分別與L微帶線205和J微帶線203的下端連接，所述的H微帶線201、L微帶線205分別與J微帶線203平行，I微帶線202與K微帶線204平行，並且I微帶線202分別與H微帶線201和J微帶線203垂直，K微帶線204分別與J微帶線203和L微帶線205垂直。實施例5：基於平行耦合線和開路枝節的差分濾波器，包括介質基板1、設於介質基板1底面的接地板2以及設於介質基板1表面的金屬微帶線3，還包括：設於介質基板1的接地金屬4；所述的金屬微帶線3形成耦合微帶線結構與開路枝節結構，並且所述的開路枝節結構左右對稱；所述的接地金屬4分別與接地板2及耦合微帶線結構的其中一側的金屬微帶線3的中點連接。實驗例1：本實用新型的差分帶通濾波器的電路結構分析：圖3為本實用新型差分濾波器的基本電路結構，差分濾波器由耦合線和開路枝節組成；圖4是濾波器差模的等效電路，圖5是濾波器共模的等效電路。在圖中，矩形框及圓形部分是微帶線，黑色交叉線表示耦合；a1、a2、a3是每一節微帶線的電長度，Ze和Zo是耦合微帶線的偶模阻抗和奇模阻抗，Z1是開路枝節的阻抗值。由於濾波器差模的等效電路具有對稱特性，故採用奇偶模原理進行分析。這裡假設奇模相速度和偶模相速度是一樣的。濾波器的設計方程如公式(1)所示：Zine(o)=jZe(o)tana1(Ze(o)tana2tana3-Z1)Ze(o)tana1tana3+Z1tana2tana1+Ze(o)tana2tana3-Z1---(1)]]>其中，奇模輸入阻抗表達式和偶模輸入阻抗表達式形式是一樣的，但是對應的阻抗值不同。當奇模輸入阻抗和偶模輸入阻抗為無窮大的時候，對應的就是奇模諧振頻率和偶模諧振頻率。假設第一個差分濾波器：a1＝θ，a2＝3θ，a3＝2θ；Zine(o)=jZe(o)tanθ(2Ze(o)+3Z1)tan4θ-(6Ze(o)+4Z1)tan2θ+Z1-Z1tan6θ+(8Ze(o)+7Z1)tan4θ-(8Ze(o)+7Z1)tan2θ+Z1---(2)]]>當表達式(2)的分母等於零，對應的就是奇模諧振頻率和偶模諧振頻率。-Z1tan6θ+(8Ze(o)+7Z1)tan4θ-(8Ze(o)+7Z1)tan2θ+Z1＝0(3)如果本實用新型中的是四分之一波長諧振器差分濾波器，故a1+a2+a3＝90°，也就是說若為132結構，那麼θ＝15°。將公式θ＝15°代入方程(3)得到：Z1＝Ze(o)，那麼濾波器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率對應的θ應該一個大於θ＝15°，一個小於θ＝15°。圖6為奇模(或者偶模)諧振頻率對應的θ隨奇偶模阻抗和Z1變化的示意圖，如果把、Z1作為自變量，Ze(o)作為因變量，則當Z1保持不變時，Ze(o)會隨著θ增加而減小；當θ保持不變時，Ze(o)會隨著Z1增加而增加。本實用新型中的差分濾波器的差模諧振頻率由θ決定，濾波器的其他性能參數取決於Z1、Ze、Zo。假定偶模諧振頻率對應的theta為14.5度，奇模諧振頻率對應的theta為15.5度，表1給出了3組Z1、Ze、Zo，基於這3組數據，從理論上得到3個濾波器的S參數理論結果，如圖7、圖8所示。表1濾波器的參數值(θ0＝15°，θe＝14.5°，θo＝15.5°)Z1ZeZoFilter11.11.240.97Filter21.31.471.15Filter31.51.691.33Sdd21=Sdd12=ZineZc-ZinoZo(Zine+Zc)(Zino+Zc)---(5)]]>其中，Sdd11是差模的反射係數；Sdd21是差模的傳輸係數。基於上述參數，差分濾波器的差模諧振特性如圖7、圖8所示。在圖7、圖8中，當Z1取較小值時，本實用新型的耦合線濾波器的性能較好；當θe-θo的值不變時(相對帶寬保持不變)，可以通過調節Z1的值來實現調節濾波器性能(因為在圖6中，Z1是自變量，而且在具體工程實現的過程中Z1比較好調節)。具體的，如圖7、圖8所示，隨著Z1的減小，濾波器的差模通帶性能也會改善，具體的說，如圖7中，隨著Z1的減小Sdd11值變的越來越小，圖8中，隨著Z1的減小Sdd21值在通帶內越接近於零。同時，在阻帶內，Sdd11和Sdd21保持不變。圖7、圖8的結果顯示本實用新型的差分濾波器差模通帶性能隨著Z1的減小得到改善。當然，當Z1減小到某一個特定值時，濾波器的差模通帶性能將變差。而且在圖8中，兩個傳輸零點的位置不隨著Z1的變化而變化(圖7、圖8顯示的是中心頻率保持不變、帶寬保持不變的情況下，差分濾波器的差模性能隨Z1的變化情況。可以根據要求選擇合適的Z1，使得濾波器性能最優。在具體實踐中，通過簡單的優化就可以得到，比如Z1從小到大取值，同時查看相應的差分濾波器的差模S參數結果，從而即可確定最優的Z1)。與此同時，固定阻抗Z1的值，分析不同奇模諧振頻率和偶模諧振頻率對應的不同相對帶寬時的奇模阻抗和偶模阻抗的值，如表2所示。表2濾波器的參數值(Z1＝1.3)θe(deg)θo(deg)Ze(Ω)Zo(Ω)Filter414.2515.751.551.08Filter214.515.51.471.15Filter514.7515.251.381.22基於上述參數，當Z1取值不變的時候，通過改變θe-θo的值，例如1.5deg、1deg、0.5deg時，給出相應的S參數結果。差分濾波器的差模諧振特性如圖9、圖10所示。具體的，如圖9、圖10所示，隨著θe-θo的增加，濾波器的差模通帶性能也會改善，如圖9中，隨著θe-θo的減小，Sdd11的值變的越來越小，圖10中隨著θe-θo的減小，Sdd21在通帶內越接近於零，濾波器的性能越好。圖9、圖10的結果顯示：本實用新型中的差分濾波器的差模通帶性能隨著θe-θo的增加得到改善。當然，當θe-θo增加到某一個特定值時，濾波器的差模通帶性能將變差。而且在圖10中，兩個傳輸零點的位置基本上不隨著θe-θo的變化而變化(圖9、圖10顯示的是中心頻率保持不變、開路枝節阻抗Z1不變，但是帶寬發生改變的情況下，濾波器性能隨θe-θo的變化的情況)。當(θe-θo)/θ0(相對帶寬)和Z1固定時，針對不同的θ0，對差分濾波器的差模性能進行研究。表3給出了電長度和歸一化阻抗參數值。圖11、圖12為相應的差分濾波器的差模S參數的計算結果示意圖。表3差分濾波器的歸一化阻抗和電長度參數(Z1＝1.3,(θe-θo)/θ0＝0.1)由圖11、圖12可知：隨著θ0的增加，差分濾波器的差模性能得到了改進。同樣，當θ0增加到某一個值的時候，差分濾波器的差模性能將變差。另外，隨著θ0的增加，第一個傳輸零點的位置向高頻移動，第二個傳輸零點的位置保持不變。當然如果θ0發生改變，這個時候濾波器差模等效電路的耦合線和開路枝節的總長度的一半不再是四分之一波長了。Filter6的差模等效電路的耦合線和開路枝節的總長度的一半小於四分之一波長，Filter7的差模等效電路的耦合線和開路枝節的總長度的一半大於四分之一波長。為了抑制共模信號，本實用新型在濾波器中加載了接地結構，其為一小圓柱，連接微帶線和地結構。通過加載小圓柱，使得濾波器共模等效電路為非對稱結構，進而在較寬的頻率範圍內實現了共模抑制。實驗例2：假設第二個差分濾波器：a1＝θ，a2＝3θ，a3＝3θ；Zine(o)=jZe(o)tanθZe(o)tan6θ-(6Ze(o)+9Z1)tan4θ+(9Ze(o)+6Z1)tan2θ-Z1(4Ze(o)+3Z1)tan6θ-(16Ze(o)+19Z1)tan4θ+(12Ze(o)+9Z1)tan2θ-Z1---(6)]]>當表達式(6)的分母等於零，對應的就是奇模諧振頻率和偶模諧振頻率。(4Ze(o)+3Z1)tan6θ-(16Ze(o)+19Z1)tan4θ+(12Ze(o)+9Z1)tan2θ-Z1＝0(7)如果本實用新型中的是四分之一波長諧振器差分濾波器，故在本實用新型中a1+a2+a3＝90°，也就是說如果是133結構，那麼θ≈12.86°。將θ≈12.86°代入(7)得到：Ze(o)＝Z1。那麼濾波器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率對應的θ應該一個大於θ≈12.86°，一個小於θ≈12.86°。對應的奇模阻抗應該小於Z1，偶模阻抗應該大於Z1。圖13給出了奇模(或者偶模)諧振頻率對應的θ隨奇偶模阻抗和Z1變化的結果。如果把θ，Z1作為自變量，Ze(o)作為因變量的話，當Z1保持不變的時候，Ze(o)會隨著θ增加而減小。當θ保持不變的時候，Ze(o)會隨著Z1增加而增加。本實用新型中的差分濾波器的差模諧振頻率由θ決定，濾波器的其他性能參數取決於Z1、Ze、Zo。假定偶模諧振頻率對應的θ為12.46度，奇模諧振頻率對應的θ為13.26度，表4給出了3組Z1、Ze、Zo。基於這3組數據，從理論上得到3個濾波器的S參數理論結果，如圖14、圖15所示。表4濾波器的參數值(θ0＝12.86°，θe＝12.46°，θo＝13.26°)Z1(Ω)Ze(Ω)Zo(Ω)Filter61.11.220.99Filter71.31.441.17Filter81.51.661.36基於上述參數，差分濾波器的差模諧振特性如圖14、圖15所示。在圖14、圖15中，當Z1取較小值的時候，其濾波器的差模性能較好。如圖14、圖15所示，通帶內，Sdd11隨著Z1的減小而變好，Sdd21同樣是隨著Z1的減小接近於零(等效於差分濾波器的差模性能隨著Z1的減小而變好)。當然，當Z1減小到某一個值的時候，濾波器的性能會再次變差。在圖15中，傳輸零點的位置不隨Z1的變化而變化(圖14、圖15描述的是中心頻率和帶寬保持不變的情況下，差分濾波器的差模性能隨Z1的變化情況。可以根據要求選擇合適的Z1，使得濾波器性能最優。在具體實踐中，通過簡單的優化就可以得到，比如Z1從小往大選取，然後根據差分濾波器的差模S參數結果選擇最優的Z1)。同時保持Z1的值和濾波器的中心頻率對應的θ不變，分析不同的θe-θo值，例如θe-θo為1.2deg、0.8deg、0.4deg時，如表5所示。基於表5的參數值，可以得到相應的S參數結果，如圖16、圖17所示。在圖16、圖17中，隨著θe-θo減小(相對帶寬變窄)，所設計的耦合線濾波器的濾波性能會改變。因此，可以根據所設計的濾波器指標需求選擇合適的Z1值。在圖16、圖17中，隨著θe-θo的增加，濾波器差模通帶性能會改善，如圖16中，隨著θe-θo減小，Sdd11的值變的越來越小，圖17中，隨著θe-θo的減小，Sdd21在通帶內越接近於零。圖16、圖17的結果顯示濾波器差模通帶性能隨著θe-θo的增加得到改善。當然由圖16、圖17也可得知，當θe-θo增加到某一個特定值時，濾波器的差模通帶性能將變差。而且在圖17中，兩個傳輸零點的位置基本上不隨著θe-θo的變化而變化(圖16、圖17說的是中心頻率保持不變，開路枝節阻抗Z1不變，但是帶寬發生改變的情況下，濾波器性能隨θe-θo的變化情況)。表5濾波器的參數值(Z1＝1.3)θe(deg)θo(deg)Ze(Ω)Zo(Ω)Filter912.2613.461.511.12Filter712.4613.261.441.17Filter1012.6613.061.371.24當(θe-θo)/θ0(相對帶寬)和Z1固定時，針對不同的θ0，對差分濾波器的差模性能進行研究。表6給出了電長度和歸一化阻抗參數值。圖18、圖19給出了差分濾波器的差模S參數的計算結果。表6差分濾波器的歸一化阻抗和電長度參數(Z1＝1.3,(θe-θo)/θ0＝0.1)隨著θ0的增加，差分濾波器的差模性能得到了改進。同樣，當θ0增加到某一個值的時候，差分濾波器的差模性能將變差。隨著θ0的增加，兩個傳輸零點的位置向低頻移動。當然如果θ0發生改變，這個時候濾波器差模等效電路的耦合線和開路枝節的總長度的一半不再是四分之一波長了。Filter13的差模等效電路的耦合線和開路枝節的總長度的一半小於四分之一波長，Filter14的差模等效電路的耦合線和開路枝節的總長度的一半大於四分之一波長。同第一個濾波器一樣，為了抑制共模信號，本實用新型在濾波器中加載了接地結構，其為一小圓柱，連接微帶線和地結構。通過加載小圓柱，使得濾波器共模等效電路為非對稱結構，進而在較寬的頻率範圍內實現了共模抑制。為了驗證本實用新型實驗例1和實驗例2中上述內容的正確性，發明人基於理論結果設計並且分別製作了兩個濾波器Filter2和Filter7。圖20、圖21給出了兩個差分帶通濾波器的結構圖，彎曲開路枝節是為了減小濾波器的大小。在圖20、圖21中，黑色點狀物部分是接地金屬(其他部分為金屬微帶線)，其為一個半徑為0.3mm的導體圓柱，連接微帶線和地結構。加入接地金屬以後可以使得差分濾波器共模等效電路形成非對稱結構，實現共模抑制。在仿真中介質的介電常數為2.2，損耗正切值為0.0009，介質板的厚度為0.508毫米，金屬微帶線厚度為0.018毫米。基於上面所給出的阻抗值和θ值，通過ADSLineCalctool可以獲得濾波器初步的物理尺寸。然後基於hfss仿真軟體進行優化仿真，考慮到彎曲、開路端等影響，得到優化後的Filter2物理尺寸為a1＝7mm,b1＝1mm,c1＝1mm,d1＝11mm,g1＝0.6mm,t1＝3mm,w＝1.54mm。Filter7的物理尺寸為a2＝7mm,b2＝1mm,c2＝1mm,d2＝18mm,g2＝0.8mm,t2＝3mm,w＝1.54mm。通過HFSS14.0仿真可以得到差分帶通濾波器的差模諧振特性仿真結果，仿真結果如圖22(圖22中，折線是g1＝0.5mm，直線是g1＝0.6mm，點線是g1＝0.7mm)、圖23(圖23中，折線是g2＝0.7mm，直線是g2＝0.8mm，點線是g3＝0.9mm)所示。由圖22、圖23可知，差分濾波器的差模通帶帶寬可以通過調節縫隙寬度g實現調控，並且差模阻帶越寬，高次諧波的抑制效果越好。圖22、圖23顯示的濾波器差模性能比較好。為了證明濾波器設計理論，基於RogersRT/duroid5880(tm)製作了差分帶通濾波器實物。圖24～圖27為發明人所製作的差分帶通濾波器實物Filter2和Filter7的仿真結果和測試結果。由圖24、圖25(其中，實線是測試結果，虛線是仿真結果)可知，Filter2的差模濾波性能較好，3dB帶寬為0.21GHz，從1.24GHz到1.45GHz；在0～7GHz實現了較好的共模抑制；具體的說，由圖24可知，該濾波器的中心頻率f0為1.345GHz，仿真結果和測試結果都說明其可以抑制2f0、3f0、4f0、5f0的諧波，因此具有較好的高次諧波抑制效果；由圖25可知，該濾波器的共模抑制效果較好，即在差模情況下是通帶的時候，對應的共模是阻帶，且共模的阻帶範圍遠大於差模的通帶範圍。由圖26、圖27(其中，實線是測試結果，虛線是仿真結果)可知，Filter7的差模性能同樣也很好，3dB帶寬為0.15GHz，從1.08GHz到1.23GHz；在0～6GHz實現了較好的共模抑制；具體的說，由圖26可知，該濾波器的中心頻率f0為1.155GHz，仿真結果和測試結果都說明其可以抑制2f0、3f0、4f0、5f0的諧波，因此具有較好的高次諧波抑制效果；由圖27可知，該濾波器的共模抑制效果較好，即在差模情況下是通帶的時候，對應的共模是阻帶，且共模的阻帶大於差模的通帶。由此可知，本實用新型的測試結果和仿真結果基本上一致，從而驗證了本實用新型的差分濾波器結構設計的合理性和正確性。至於仿真結果和測試結果的微小差別來源於製作工藝誤差、介質板損耗、sma連接器、焊接等。另外，測試結果與理論結果在中心頻率上存在誤差，誤差的來源還由於理論計算時候沒有考慮開路枝節開路端的影響和彎曲的影響。可以通過優化，調節枝節線和耦合線的長度實現濾波器設計要求中的中心頻率。結論：本實用新型中提出了一端和中間耦合、另外一端沒有耦合的結構，同時給出了該結構的傳輸線模型，且形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線的總長度的四分之一為四分之一波長。基於該結構，發明人設計了兩個差分濾波器，給出了濾波器差模響應和共模響應的等效電路，通過奇偶模原理給出了差分濾波器的設計方程和諧振頻率求解方法，並且分析了差模諧振頻率和濾波器中微帶線電長度之間的關係，同時也分析了相對帶寬和阻抗之間的關係。通過仿真和測試驗證了理論的正確性。仿真結果和測試結果顯示本實用新型中的差分濾波器具有良好的差模濾波性能(可以實現對高次諧波的抑制)，同時可以實現較寬頻帶的共模抑制。本實用新型如何根據實際需求設計得到相應尺寸的差分濾波器產品呢？首先，根據濾波器的設計指標，中心頻率、帶寬要求，選擇相應的θ值，若形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線3的總長度的四分之一為四分之一波長，且採用132結構時，則θ＝15°，然後根據相對帶寬得到θe和θo；其次，選擇一個Z1值，通過選擇的Z1值計算得到Ze和Zo，通過公式(2)、公式(4)和公式(5)計算得到濾波器的Sdd11和Sdd21值，通過對Z1值的優化，獲得較好的濾波性能。根據較好的濾波器性能對應的電長度和阻抗值，選擇介質板，基於ADSLineCalctool工具得到對應的物理尺寸，考慮到彎曲效應和開路端的影響，然後基於hfss仿真和優化得到仿真結果，滿足設計指標要求。同時製作實物進行測試，驗證仿真結果。若形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線3的總長度的四分之一為四分之一波長，且採用採用133結構時，則θ≈12.86°，然後根據相對帶寬得到θe和θo；然後選擇一個Z1值，通過選擇的Z1值計算得到Ze和Zo，通過公式(2)、公式(4)和公式(5)計算得到濾波器的Sdd11和Sdd21值，通過對Z1值的優化，獲得較好的濾波性能。根據較好的濾波器性能對應的電長度和阻抗值，選擇介質板，基於ADSLineCalctool工具得到對應的物理尺寸，考慮到彎曲效應和開路端的影響，然後基於hfss仿真和優化得到仿真結果，滿足設計指標要求。同時製作實物進行測試，驗證仿真結果。若形成耦合微帶線結構與開路枝節結構的金屬微帶線3的總長度的四分之一不是四分之一波長，採用132結構時，則θ可以選取比15度小的值，這樣濾波器的尺寸會變小，但是也不能夠選擇特別小的值，當然也可以根據需要選取大於15度的值。總之，θ值的選取應該在15度左右，這樣對應的阻抗才能夠在物理上實現；採用133結構時，θ可以選取比12.86度小的值，這樣濾波器的尺寸會變小，但是也不能夠選擇特別小的值，當然也可以根據需要選取大於12.86度的值。總之，θ值的選取應該在12.86度左右，這樣對應的阻抗才能夠在物理上實現。當前第1頁1 2 3