一种基于SLR结构的三通带滤波器

摘要

本发明属于射频传输器件技术领域，特涉及一种微带三通带滤波器。在微带基板正面有两个多枝节不对称加载谐振器单元和两个输入输出馈线。多枝节不对称加载谐振器由一个普通的半波长谐振器、一个开路枝节和一个短路枝节组成，其中开路枝节加载在半波长谐振器对称线处，短路枝节加载在半波长谐振器非对称线处。两个多枝节不对称加载谐振器单元进行折叠后，通过电耦合组成滤波器。滤波器的第一、二、三通带的频率分别受到短路枝节、半波长谐振器、开路枝节三者的长度的影响。本发明解决了基于传统不对称枝节加载谐振器的三通带滤波器的通带频率调节不易、插损大的缺点。

说明书

技术领域

本发明属于射频传输器件技术领域，特涉及一种微带三通带滤波器。

背景技术

随着现代通信技术、互联网技术的飞速发展，越来越多的无线通信技术在人们工作、生活中得到了广泛的应用，如全球微波互联接入(WiMAX)频段、室内无线局域网(WLAN)频段、蓝牙(Bluetooth)频段、全球定位系统(GPS)频段、4G及5G移动通信技术频段等等。由于现代通信的需要，通信终端要经常同时满足多个通信制式，因此对系统电路的设备及其集成、可靠性等要求越来越高。而在无线通信系统中，射频前端中的滤波器作为重要组成组件，其特性对整个通信收发系统而言，起着至关重要的作用。

滤波器是用来最大限度地滤除系统噪声及其他信道信号的干扰，其性能的好坏直接影响整个无线通信系统的稳定和性能指标。如何让高效率的通讯系统在有限的频谱资源中，得以充分利用，并且还能在多种协议模式中工作，已经成为通讯领域要解决的关键问题之一。然而传统单通带滤波器只适用于单个频段，不能满足现代通讯技术的要求。深入研究多通带滤波器，以及滤波器的小型化，利于集成，低成本的等特性，具有重要意义。

滤波器种类繁多，可以通过同轴腔、波导、介质、陶瓷以及微带线等不同方式实现，其他还包括压电基片材料设计的声表面波滤波器和利用石英晶体设计的体声波滤波器。微带滤波器以其结构简单、加工容易、成本低、尺寸小、易集成等优点被广泛应用于微波射频系统中。

而微带三通带带通滤波器的实现方式主要有三种，第一种是多谐振器法，釆用若干个不同谐振频率的谐振器通过合理的排列使其在设计的频率处发生谐振，即得所需要的多通带滤波器，但为了实现单端口输入和输出，需通过公共端口的馈线耦合来实现。这种设计方法的主要优点是插损小、带内波动小、带外抑制度高，但以牺牲尺寸为代价的，其最终结果是尺寸比较大，不便于小型化。

第二种方法是基于多节阶梯阻抗谐振器(SIR)进行多通带滤波器设计的方法。但由于单纯的利用三节SIR造成滤波器尺寸较大且带外抑制度不高，三节SIR设计有些复杂，不利于分析其发生谐振的特性。

第三种设计多通带滤波器的方法是利用枝节加载谐振器(SLR)，此类滤波器的谐振频率由奇偶模共振产生，其优点是加载枝节的电长度仅影响偶模谐振频率，而与奇模谐振频率无关。该方法设计的滤波器与SIR结构相比，优点在于其谐振频率可控，但其缺点是尺寸较大，且利用SLR结构的高次谐波设计三通带滤波器，有设计复杂不易分析、频率调节范围较小的缺点。文献(S.-W.Lan,M.-H.Weng,S.-J.Chang,C.-Y.Hung.and S.-K.Lium,ATri-Band Bandpass Filter With Wide Stopband Using Asymmetric Stub-LoadedResonators,IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.25,no.1,pp.19-21,Jan.2015)中通过不对称枝节加载谐振器获得三通带滤波器，但通带频率不易调节，且电路尺寸较大。

利用枝节加载谐振器或者不对称枝节加载谐振器设计三通带滤波器，都是通过其谐波特性产生的，这样就会导致频率调节不易，有时单独改变某一个参量，三个通带都会随之改变，此外，还有谐波特性分析不易的缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于SLR结构的三通带滤波器，本发明的三通带滤波器的通带频率在有一定范围内灵活可调，且插入损耗低、体积小。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于SLR结构的三通带滤波器，包括微带基板，微带基板正面部分有第一输入/输出馈线、第二输入/输出馈线、第一多枝节不对称加载谐振器单元、第二多枝节不对称加载谐振器单元，第一多枝节不对称加载谐振器单元、第一输入/输出馈线相对于第二多枝节不对称加载谐振器单元和第二输入/输出馈线呈中心对称分布，第二多枝节不对称加载谐振器单元与第一多枝节不对称加载谐振器单元结构相同，其特征在于：第一不对称加载谐振器单元7包括一个第一半波长谐振器、一个第一开路枝节和一个第一短路枝节，其中第一开路枝节加载在第一半波长谐振器对称线处，第一短路枝节加载在第一半波长谐振器非对称线处。

根据如上所述的一种基于SLR结构的三通带滤波器，其特征在于：第一多枝节不对称加载谐振器单元折叠成C形，两头末端折叠成S形，第一开路枝节折叠成L形。

根据如上所述的一种基于SLR结构的三通带滤波器，其特征在于：第一开路枝节、第一短路枝节折叠后加载在C形半波长谐振器内部。

根据如上所述的一种基于SLR结构的三通带滤波器，其特征在于：折叠后第一开路枝节向未加载第一短路枝节的C形半波长谐振器的一侧弯曲。

根据如上所述的一种基于SLR结构的三通带滤波器，其特征在于：第一多枝节不对称加载谐振器单元和第二多枝节不对称加载谐振器单元电耦合成滤波器。

根据如上所述的一种基于SLR结构的三通带滤波器，其特征在于：第一输入/输出馈线、第二输入/输出馈线采用零度馈电的方式放置，第一输入/输出馈线加载位置在第一半波长谐振器的第一短路枝节的另一侧，第二输入/输出馈线加载位置在第二半波长谐振器的第二短路枝节的另一侧。

根据如上所述的一种基于SLR结构的三通带滤波器，其特征在于：微带基板的反面部分为接地金属板。

本发明的有益效果是：利用枝节加载谐振器或者不对称枝节加载谐振器设计三通带滤波器，都是通过其谐波特性产生的，这样就会导致频率调节不易，有时单独改变某一个参量，三个通带都会随之改变，此外，还有谐波特性分析不易的缺点。而多枝节不对称加载谐振器可看成一个短路枝节不对称加载谐振器和一个开路枝节对称加载谐振器的集合，两者共用一个半波长谐振器。将一个三通带滤波器分解成两个双通带滤波器，设计变得更为简单，分析影响滤波器通带频率的因素更加直观。同时将滤波器的某些枝节进行一定的折叠，可以减小滤波器的电路面积，有利于小型化。

本发明与现有技术相比，其显著特点：1)利用SLR结构实现的三通带滤波器具有低插入损耗和良好带内选择性能；2)三通带滤波器的第一、二、三通带的频率分别主要受到短路枝节、半波长谐振器、开路枝节三者的长度的影响，在一定范围内可以灵活调整；3)通带的带宽可以通过改变枝节的物理宽度进行调整；4)三通带滤波器的结构简单实现了小型化，加工容易。

附图说明

图1是本发明中的多枝节不对称加载谐振器单元的结构示意图。

图2是本发明基于SLR结构的三通带滤波器的正面示意图。

图3是本发明基于SLR结构的三通带滤波器的频率响应仿真曲线。

图4是本发明随多枝节不对称加载谐振器开路枝节长度变化的频率响应仿真曲线。

附图标记说明：第一半波长谐振器1、第二半波长谐振器2、第一开路枝节3、第二开路枝节4、第一短路枝节5、第二短路枝节6、第一多枝节不对称加载谐振器单元7、第二多枝节不对称加载谐振器单元8、第一输入/输出馈线9、第二输入/输出馈线10。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明基于SLR结构的三通带滤波器，包括一个微带基板，微带基板的反面部分作为接地金属板，正面部分有第一输入/输出馈线9、第二输入/输出馈线10、第一多枝节不对称加载谐振器单元7、第二多枝节不对称加载谐振器单元8，第一不对称加载谐振器单元7、第一输入/输出馈线9相对于第二多枝节不对称加载谐振器单元8和第二输入/输出馈线10呈中心对称分布。

如图2所示，本发明的第一不对称加载谐振器单元7包括一个第一半波长谐振器1、一个第一开路枝节3和一个第一短路枝节5，其中第一开路枝节3加载在第一半波长谐振器1对称线处，第一短路枝节5加载在第一半波长谐振器1非对称线处。

第一多枝节不对称加载谐振器单元7进行了折叠，折叠成C形，其两头末端折叠成S形，第一开路枝节3折叠成L形。第一开路枝节3、第一短路枝节5都加载在C形半波长谐振器内部。第一开路枝节3向未加载第一短路枝节5的C形半波长谐振器的一侧弯曲。第一多枝节不对称加载谐振器单元7和第二多枝节不对称加载谐振器单元8电耦合成滤波器，呈中心对称分布。

第一输入/输出馈线9、第二输入/输出馈线10采用零度馈电的方式放置，第一输入/输出馈线9加载位置在第一半波长谐振器1的第一短路枝节5的另一侧。

而多枝节不对称加载谐振器可看成一个短路枝节不对称加载谐振器和一个开路枝节对称加载谐振器的集合，两者共用一个半波长谐振器。将一个三通带滤波器分解成两个双通带滤波器，设计变得更为简单，分析影响滤波器通带频率的因素更加直观。同时将滤波器的某些枝节进行一定的折叠，可以减小滤波器的电路面积，有利于小型化。

本发明具体实施例1中，三通带滤波器的第三通带频率在5.25GHz附近，主要由多枝节不对称加载谐振单元中的开路枝节产生，调整开路枝节的物理长度可以移动第三通带位置，减小开路枝节的物理长度使得第三通带频率向大于5.25GHz的方向移动，而第一、二通带的频率没有变化。三通带滤波器的第一通带频率在2.45GHz附近，主要由多枝节不对称加载谐振单元中的短路枝节产生，第二通带频率在3.5GHz附近，主要由多枝节不对称加载谐振单元中的半波长谐振器产生。同理改变短路枝节的物理长度，可以调整第一通带和第二通带的频率，却不会影响第三通带的频率。

滤波器的第一通带主要受到短路枝节长度的影响，第二通带频率主要受到半波长谐振器物理长度的影响，第三通带主要受到开路枝节长度的影响。调整短路枝节的宽度，可以实现对第一、二通带的带宽的改变，改善滤波器的选择性。

根据下面公式可以算出品质因数，f

作为实验方案，所述的微带基板的介电常数为3.66，厚度为0.762mm，损耗角正切为0.0037。

本发明的有益效果可以通过一下仿真实验进一步说明：

实验一：利用高频仿真软件Ansoft HFSS 15.0对基于SLR结构的三通带滤波器进行频率响应特性仿真，频率特性包括：S21(插入损耗)参数和S11(回波损耗)参数。

如图3所示，频率特性包括：S21(插入损耗)参数和S11(回波损耗)参数。

横坐标表示频率分量，单位为GHz，左面纵坐标代表幅度变量，单位是dB。从图3可以看出，在频率2.4GHz、3.5GHz、5.2GHz处有三个通带，插入损耗均小于2dB，回波损耗均大于15dB。在频率2.8GHz、3.9GHz处有两个传输零点，实现该滤波器具有良好的选择性。

实验二：利用高频仿真软件Ansoft HFSS 15.0对具有不同开路枝节长度的三通带滤波器进行频率响应特性仿真，频率特性包括：S21(插入损耗)参数。

如图4所示，频率特性包括：S21(插入损耗)参数。横坐标表示频率分量，单位为GHz，左面纵坐标代表幅度变量，单位是dB。从图4可以看出，调节开路枝节长度，可以改变第三通带的频率。