一种结构紧凑的超宽带带通滤波器

摘要

本发明涉及一种结构紧凑的超宽带带通滤波器，包括介质基板和位于介质基板上表面的滤波器、位于介质基板下表面的金属接地板，所述滤波器包括环形谐振器、蜿蜒型线、T型枝节、平行耦合线、馈线，所述环形谐振器为呈四边形结构，所述环形谐振器内加载有蜿蜒型线，所述环形谐振器的前后两边上分别对称的加载有一T型枝节，所述环形谐振器的左右两边上分别对称的加载有一组平行耦合线，所述环形谐振器的左右两侧分别对称的设置有一馈线，所述馈线的高阻抗线置于与其配合的一组平行耦合线的中间位置。本发明通过采用加载的环形谐振器与能实现强耦合的馈线共同作用，不仅能够实现超宽带的通带带宽范围，还具有良好的通带特性和带外抑制特性。

说明书

技术领域

本发明涉及微波滤波器技术领域，特别是涉及一种结构紧凑的超宽带带通滤波器。

背景技术

超宽带技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景。超宽带无线通信的主要特点有：隐蔽性好、处理增益高、多径分辨能力强、传输速率高、空间容量大、穿透能力强、多功能一体化等。随着超宽带无线通信技术的迅猛发展，对超宽带无线通信电子设备提出了更高的要求，高可靠性、小型化已经成为超宽带无线通信系统发展的必然趋势，这就要求电路在满足电气性能的同时，尽可能减少电路占用空间。

滤波器在超宽带无线通信系统中扮演着重要的角色，它起着选择信号的重要作用，是超宽带无线通信系统中必不可少的重要元件，它的工作性能好坏直接影响到超宽带无线通信系统的整体工作性能，它的尺寸大小也直接影响到超宽带无线通信系统的大小。

目前，超宽带滤波器在工作性能以及小型化上还存在着一定的问题，不能够满足超宽带无线通信技术发展的要求，需要从高性能和小型化设计两个方面进行改进。具体表现如下：

1)可实现的通带带宽不够宽；2)滤波器通带内的性能不好，插入损耗大；3)滤波器的阻带特性不好，选择性不高；4)由于加工误差因素的影响，滤波器通带内高频段附近的插损变大(因此，在设计时需要预先将这部分损耗降得更低)；5)滤波器的尺寸不够紧凑、结构复杂、加工成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑的超宽带带通滤波器，具有平面结构，易于集成，在通带内高频段部分插入损耗变得更低，可以有效克服当由于加工误差因素所带来的通带高频段边沿部分的插入损耗会变大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供一种结构紧凑的超宽带带通滤波器，包括介质基板和位于介质基板上表面的滤波器、位于介质基板下表面的金属接地板，滤波器包括环形谐振器、蜿蜒型线、T型枝节、平行耦合线、馈线，环形谐振器为呈四边形结构，环形谐振器内加载有蜿蜒型线，蜿蜒型线的两端均连接至环形谐振器的前后两边的一边上，环形谐振器的前后两边上分别对称的加载有一T型枝节，环形谐振器的左右两边上分别对称的加载有一组平行耦合线，环形谐振器的左右两侧分别对称的设置有一馈线，馈线包括微带线和高阻抗线，高阻抗线置于与其配合的一组平行耦合线的中间位置。

进一步地，高阻抗线与平行耦合线平行，高阻抗线和与其配合的一组平行耦合线构成三线耦合结构。

又进一步地，蜿蜒型线呈方波图形结构，蜿蜒型线关于环形谐振器前后边的一边的中垂线对称。

又进一步地，T型枝节由分别从环形谐振器前后两边中点引出并呈T字形向外延展而成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的一种结构紧凑的超宽带带通滤波器，通过采用加载的环形谐振器与能实现强耦合的馈线共同作用，不仅能够实现超宽带的通带带宽范围，还具有良好的通带特性和带外抑制特性。其整个通带内插入损耗较低，尤其是在通带内的高频段部分插入损耗更低，在高频段的带外还具有一个传输零点，有效保证了良好的带外抑制特性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的实施例的立体结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本发明的实施例的滤波器的示意图；

图4为本发明的实施例的仿真计算得到的|S₁₁|和|S₂₁|参数曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例提供一种结构紧凑的超宽带带通滤波器，包括介质基板12和位于介质基板上表面的滤波器11、位于介质基板下表面的金属接地板13，滤波器11包括环形谐振器2、蜿蜒型线6、T型枝节5、平行耦合线4、馈线，环形谐振器2为呈四边形结构，环形谐振器2内加载有蜿蜒型线6，蜿蜒型线6的两端均连接至环形谐振器2的前后两边(前边22、后边24)的一边上，蜿蜒型线6的两端与环形谐振器2的前边22或后边24的连接点关于该环形谐振器2的边的中垂线对称，环形谐振器2的前后两边上分别加载有一T型枝节5，该两个T型枝节5对称的加载在环形谐振器前后两边上，环形谐振器2的左右两边(左边21、右边23)上分别加载有一组平行耦合线4，该两组平行耦合线4对称的加载在环形谐振器左右两边上，环形谐振器2的左右两侧分别设置有一馈线，该两个馈线对称的设置于环形谐振器2的左右两侧，馈线包括微带线1和高阻抗线3，高阻抗线3置于与其配合的一组平行耦合线4的中间位置。

本实施例选用相对介电常数为9.6，厚度为0.8mm的介质材料作为介质基板。

环形谐振器的线宽为0.1mm，环形谐振器的长宽分别为L1＝2mm，W1＝1.5mm。

在环形谐振器的两边分别对称的加载一组平行耦合线，能将多个谐振点放置在超宽带的通带内，通过弱耦合的方式可以观察通带内谐振点的分布图。通过调节环形谐振器及两边平行耦合线的阻抗比及电尺寸，可以控制通带内谐振点的个数及每个谐振点的位置(将谐振点放置在所需要设计的通带内以形成所需要的通带)。此外，带平行耦合线加载的环形谐振器还自带传输零点，能有效保证该带通滤波器的带外特性。该平行耦合线的线宽为W2＝0.1mm，电长度为0.33λ_g，λ_g为该超宽带带通滤波器中心频率所对应的导波波长，采用本实施例的尺寸，在超宽带的通带内有两个谐振点。

馈线由50Ω微带线，线宽为W6＝0.8mm和线宽为W7＝0.1mm，电长度为0.31λ_g的高阻抗线组合而成。该馈线高阻抗线部分放置在环形谐振器两边加载的平行耦合线的中间位置，且高阻抗线与平行耦合线平行，能够进一步增强馈线与谐振器之间的耦合，从而实现超宽带的带宽。馈线的高阻抗线部分以及加载的平行耦合线部分共同构成了三线耦合结构，能实现更强的耦合，从而获得超宽带的通带带宽。馈线与谐振器之间的距离(即50Ω微带线与平行耦合线的距离)也会影响耦合的强弱，可以通过调节馈线与谐振器之间的距离来控制耦合的程度，在本实施例中，该距离设置在L9＝0.1mm。

在环形谐振器的内部加载蜿蜒型的线，作为一选项，蜿蜒型线呈方波图形结构，且蜿蜒型线的两端均延伸连接至环形谐振器的前后两边的一边上，蜿蜒型线关于环形谐振器前后边的一边的中垂线对称，可以控制通带内第二个谐振点的位置，同时保证第一个谐振点的位置不变，即通过控制蜿蜒线的物理尺寸可以让第二谐振点的位置独立可调。由此可见，通带的带宽可以通过蜿蜒型线的尺寸来灵活控制。此外，通过加载蜿蜒型线还可以改善通带性能。本实施例中，加载的蜿蜒型线的线宽为W5＝0.1mm，电长度为0.49λ_g。

T型枝节由分别从环形谐振器前后两边中点引出并呈T字形向外延展而成，T型枝节与环形谐振器边连接端垂直于该环形谐振器边，通过调节T型枝节的物理尺寸可以进一步调节通带内第二个谐振点的位置(第一个谐振点的位置仍然不变)，增加了第二个谐振点位置的调节范围，即增加了通带带宽可调的范围。此外，此加载方式能进一步改善通带性能，即实现通带内反射系数峰呈递减方式，提高了该滤波器通带内尤其是高频段部分的性能。

该滤波器具有平面结构，不需要采用复杂的介质集成波导SIW等结构；易于集成，不需要通过刻蚀地DGS来增强耦合实现超宽带的带宽；在通带内高频段部分插入损耗变得更低，可以有效克服当由于加工误差因素所带来的通带高频段边沿部分的插入损耗会变大的问题。此外，在通带外还有一个传输零点，有效保证了该滤波器的带外特性，提高了滤波器的选择性。该滤波器结构简单，易于加工。

在仿真软件ADS里面建立本实施例的超宽带带通滤波器的模型，该结构由三层结构组合而成，最上面一层为滤波器11(贴片)，中间层为介质基板12，最下面一层为金属接地板13。整个结构的外面有一个空气盒子。其中，该滤波器由中间的带加载的环形谐振器和两边的馈线组合而成。该谐振器不仅能实现通带内多谐振点的特性，还能实现与馈线之间的强耦合，从而实现超宽带的通带带宽，在本实施例中，两个谐振点分别在5GHz和8.03GHz。

本实施例所用滤波器贴片示意图如图3所示，具体参数取值如下：L1＝2mm，L2＝4.9mm，L3＝0.3mm，L4＝1mm，L5＝1mm，L6＝0.4mm，L7＝0.8mm，L8＝4.6mm，L9＝0.1mm，W1＝1.5mm，W2＝0.1mm，W3＝0.2mm，W4＝0.2mm，W5＝0.1mm，W6＝0.8mm，W7＝0.1mm。

对该结构进行仿真计算，得到的仿真结果如图4所示。从图4上可以看出，该滤波器的中心频率在6.61GHz，3dB带宽范围为3.34-9.88GHz，中心频率处的插入损耗在0.2dB内，高频段的通带内的插入损耗变得更小，通带外12.7GHz处有一个传输零点，有效保证了良好的带外抑制特性。该滤波器的整体尺寸为0.82λ_g×0.17λ_g，结构非常紧凑。

本实施例所述“上下”、“左右”、“前后”是以图1所示的姿势进行表示说明。

应当理解，本发明上述实施例及实例，是出于说明和解释目的，并非因此限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求项定义，而不是由上述实施例及实例定义。