一种E型谐振器与阶梯阻抗谐振器的三通带微带滤波器

摘要

本发明公开了一种E型谐振器与阶梯阻抗谐振器的三通带微带滤波器，它是在基板上有两个开路支节加载的E型双通带滤波器背靠背地对称布置，两个多折线型馈线在E型双通带滤波器的一端耦合布置，在E型双通带滤波器和多折线型馈线之间内嵌两个阶梯阻抗双通带滤波器；输入端口I/P、输出端口O/P设置在两个多折线型馈线的两端。本发明采用开路支节加载的背靠背E型谐振器和短路支节加载的SIR谐振器的内嵌入式交叉耦合结构，既改善了通带的选择性，又减小了滤波器的体积。设计简单，结构紧凑，加工调试方便，成本低廉，通带可调，效果良好。可应用于RFID、Wimax和5G WIFI频段。

说明书

技术领域

本发明涉及的是多通带微带滤波器，特别是一种基于E型谐振器与阶梯阻抗谐振器的三通带微带滤波器。

背景技术

随着多频带和多服务通信系统的快速发展，5G通信时代的到来，对具有多频带响应的滤波器的需求不断增加，因此，多频带滤波器也是近几年无线通信领域研究的热点之一。如今各种类型的谐振器被用于设计双通带滤波器，但由于其频带数限制已不能很好的满足工程上的需求。

随着多模谐振器的发展，谐振器之间的耦合问题在所有通带中变得越来越重要，不仅仅在单个谐振器的多个模式之间，而且在谐振器和谐振器之间以及谐振器和I/O口馈线之间的耦合中采用多频带带通滤波器才能满足通信的要求。

现有文献中的多通带滤波器，往往采用环形谐振器构成多通带滤波器，但不足之处是体积很大。

也有通过阶梯阻抗谐振器(SIR)设计的多通带滤波器，中心频率调节不灵活，由于改变阻抗比是有限的，则使相邻两个通带的间距较小，导致中心频率可调范围也比较小，设计多通带比较复杂。

传统的三通带微带滤波器馈电方式采用抽头式，这样不仅设计复杂，而且使整个滤波器尺寸增大，体积增大，设计调试也不方便。

为了改善滤波器通带的选择性，现有文献中采用了SIR加载DGS产生传输零点，但这种方法对信号的损耗较大，并且也增大了插入损耗。

随着5G时代的到来，频段的多用性也大大提高，如何设计出能满足RFID、Wimax和5G WIFI多频段应用，并要求它具有通带的高选择性、低插入损耗，同时还具有频率可调的灵活性和体积小等优点的三通带微带滤波器是待解决的课题。

参考文献：

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发明内容

本发明的目的是提出一种通带的选择性高、插入损耗低，同时还具有频率可调和体积小的一种基于E型谐振器与阶梯阻抗谐振器的三通带微带滤波器。

本发明是这样实现的。在基板上它主要由E型双通带滤波器、阶梯阻抗双通带滤波器和多折线型馈线组成，其中，两个开路支节加载的E型双通带滤波器背靠背地对称布置，两个多折线型馈线在E型双通带滤波器的一端耦合布置，在E型双通带滤波器和多折线型馈线之间内嵌两个阶梯阻抗双通带滤波器；整个滤波器以背靠背的E型双通带滤波器的对称线为对称布置，输入端口I/P、输出端口O/P设置在两个多折线型馈线的两端，中性点设置在两个阶梯阻抗双通带滤波器的连接点上。

本发明通过采用开路支节加载的背靠背E型双通带滤波器和阶梯阻抗双通带滤波器及多折线型馈线的耦合的方法实现了三通带滤波器,用开路支节加载的背靠背E型谐振器来控制第二通带的特性，通过改变其各部分的微带线长度之和，改变通带频率。

本发明用中间短路支节加载的SIR谐振器控制第一和第三通带，通过改变中间短路支节加载的双模谐振器的微带线长度之和，来改变第一和第三通带的通带频率。

内嵌的中心加载短路支节的SIR谐振器与背靠背E型谐振器形成交叉耦合，通过调节两组谐振器之间的耦合间隙来调节其匹配性能。

多折线型馈线采用的是一段弯折的均匀阻抗线连接在50Ω传输线上构成。两条馈线通过长度为l₈的传输线相互耦合，耦合强度由耦合长度和耦合间隙控制，耦合间隙和l₈能够调节所产生的六个传输零点的位置，并且这两个参数也能控制滤波器的带外抑制能力。因此，通过合理调节耦合间隙和可使得传输零点位于合理的位置上，使滤波器兼顾选择性和带外抑制性。

该发明相对于现有的微带带通滤波器具有以下的特点和优点：

本文本发明提出的了一种基于开路支节加载的E形结构双模谐振器和阶梯阻抗谐振器的三通带微带带通滤波器的设计方法，通过采用开路支节加载的背靠背E型谐振器和短路支节加载的SIR谐振器的内嵌入式交叉耦合结构引入传输零点，既改善了通带的选择性，又减小了滤波器的体积。

本发明不仅保持了通带的高选择性、低插入损耗，同时还具有频率可调的灵活性和体积小的优点，而且设计调试方便。

该滤波器结构紧凑，HFSS仿真结果有效的验证了此种方法的准确性，加工方便、成本低廉、通带可调，并具有广泛的工程应用的意义。

本发明三通带微带带通滤波器所产生的三个通带可分别应用于RFID、Wimax和5GWIFI频段，并且采用了特殊的多折线型馈电结构，产生多个传输零点，大大提高了滤波器的边带抑制性能。

附图说明

图1是本发明的基本结构俯视图，

图2是本发明的基本结构的间隙及尺寸标注示意图，

图3是本发明实施实例的频率响应特性图。

具体实施方式

本发明设计的带宽紧凑型可控三通带滤波器，通带可调且互不干扰。

下面结合附图尺寸对本发明做更详细的描述：

制作此三通带滤波器的板材为相对介电常数为2.2，厚度为0.78mm的RogersRT/duroid5880的介质板，表面镀铜的厚度0.018mm，介质基板下的金属接地板采用铜材料。

从图中看出，在基板上它主要由E型双通带滤波器、阶梯阻抗双通带滤波器和多折线型馈线组成，其中，两个开路支节加载的E型双通带滤波器背靠背地对称布置，两个多折线型馈线在E型双通带滤波器的一端耦合布置，在E型双通带滤波器和多折线型馈线之间内嵌两个阶梯阻抗双通带滤波器；整个滤波器以背靠背的E型双通带滤波器的对称线为对称布置，输入端口I/P、输出端口O/P设置在两个多折线型馈线的两端，中性点设置在两个阶梯阻抗双通带滤波器的连接点上。

所述的开路支节加载的E型双通带滤波器由依次连接的微带线1、微带线2、微带线3、微带线11、微带线12组成；背靠背另一开路支节加载的E型谐振器由依次连接的微带线1_1、微带线2_1、微带线3_1、微带线11_1、微带线12_1组成；调节E型谐振器的微带线总长度即可调节第二通带的特性频率。

所述的内嵌短路支节加载的SIR谐振器由微带线4、微带线5、微带线6、微带线7、微带线8、微带线9、微带线15组成；另一个内嵌短路支节加载的SIR谐振器由微带线4_1、微带线5_1、微带线6_1、微带线7_1、微带线8_1、微带线9_1、微带线15组成；调节SIR型谐振器的微带线总长度即可调节第一、第三通带的特性频率。

调节开路支节加载的E型双通带滤波器和内嵌短路支节加载的SIR谐振器之间的耦合间隙可以调节其匹配性能。

所述的两个多折线型馈线由微带线10、微带线、微带线14、微带线10_1、微带线13_1、微带线14_1组成，用于控制滤波器的带外抑制能力。

本发明实施例三通带带通滤波器详细尺寸如下：(单位：mm)

l₁l₂l₃l₄l₅l₆l₇l₈l₉w₁w₂w₃6.74.635.1352.71.50.69.451.52.60.790.32w₄w₅w₆w₇Wg₁g₂g₃g₄20.60.60.12.150.250.3510.1

多模谐振器的设计：中间加载短路支节的SIR谐振器来控制第一和第三通带的特性，通过调整其与E型谐振器之间的耦合间距来引入源—负载耦合，改善通带的选择性。用内嵌的背靠背E型谐振器来控制第二通带的特性，两组谐振器相邻的微带线之间形成平行耦合，在三通带之间产生传输零点，有效的改善了各通带之间的阻带衰减，提高了选择性。

图2给出本发明实施例滤波器的频率响应特性包括传输特性即|S21|幅度响应，反射响应|S11|幅度响应。由图可知，该滤波器的中心频率分别为2GHz,3.9GHz和6.2GHz，带内插入损耗均小于-2dB,回波损耗大于-14dB,测试结果良好。此滤波器的3dB带宽分别为5.9％，5.5％，4.4％，位于通带内的传输零点的插入损耗低于-26.8dB,使滤波器具有良好的选择性。滤波器总体大小为19.45mm×15.49mm。