專利名稱：基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微波雙頻帶通濾波器，尤其涉及一種可用于無線局域網(wǎng)應(yīng) 用的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器。
背景技術(shù)：
近年，隨著各種現(xiàn)代無線通信應(yīng)用的飛速發(fā)展，特別是最近幾年發(fā)展起來的無 線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)，在微波通信系統(tǒng)中使用多頻段設(shè)備的需求也在急劇增加，成為 這些通信系統(tǒng)前端重要器件的雙頻段濾波器便是其中之一。無線局域網(wǎng)(WLAN)有幾 個不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE 802.11b，IEEE 802.Ilg,分別工作在2.4或2.45GHz頻段， 而IEEE 802.11a則工作在5.2_5.8GHz頻段。由于在實(shí)際應(yīng)用中WLAN系統(tǒng)大多同時支 持至少2個標(biāo)準(zhǔn)，例如IEEE 802.11b和IEEE 802.11a,這就要求系統(tǒng)具備雙頻帶的操作 功能.傳統(tǒng)的雙頻帶濾波器，如級聯(lián)一個帶通濾波器和一個帶阻濾波器以實(shí)現(xiàn)一個雙頻帶 通濾波器，但是占據(jù)的體積很大；或一個諧振器嵌入到另外一個半波長的開路環(huán)濾波器 中去得到兩個通帶，但是帶寬相對比較窄。因此，需要提出新型的雙頻帶濾波器，有必 要使濾波器尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，帶寬較寬以覆蓋整個WLAN頻段，以實(shí)現(xiàn)高性能，低損 耗，低成本的目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型采用平面微帶結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出可以覆蓋整個WLAN頻段的 基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，在其頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較低的插入損 耗，進(jìn)一步減小了濾波器的體積，有利于電路的集成化設(shè)計(jì)。技術(shù)方案本實(shí)用新型的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波 器設(shè)置于基板上，包括第一輸入輸出端、第二輸入輸出端，第一開環(huán)階梯阻抗諧振器、 第二開環(huán)階梯阻抗諧振器，第一加載雙分支線、第二加載雙分支線，第一平行耦合微帶 線、第二平行耦合微帶線；其中，第一開環(huán)階梯阻抗諧振器、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器 并排對稱設(shè)置，其開環(huán)的開口相向設(shè)置，在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器內(nèi)開口的對面設(shè)有 第一加載雙分支線，在第二開環(huán)階梯阻抗諧振器內(nèi)開口的對面設(shè)有第二加載雙分支線； 第一輸入輸出端與第一開環(huán)階梯阻抗諧振器相連接，第二輸入輸出端與第二開環(huán)階梯阻 抗諧振器相連接；在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器的上下兩側(cè)分 別設(shè)有第一平行耦合微帶線、第二平行耦合微帶線。所述第一輸入輸出端、第二輸入輸出端分別為所述雙頻濾波器的50歐姆匹配阻 抗。第一開環(huán)階梯阻抗諧振器、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器開口采用第二縫隙來內(nèi)耦合， 兩開環(huán)階梯阻抗諧振器間采用第一縫隙來級間耦合。第一平行耦合微帶線、第二平行耦合微帶線與第一開環(huán)階梯阻抗諧振器、第二 開環(huán)階梯阻抗諧振器相距第三縫隙。第一開環(huán)階梯阻抗諧振器、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器在連接第一輸入輸出端、第二輸入輸出端一側(cè)部分的線寬，窄于其余各邊的線寬。本實(shí)用新型的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，通過在諧 振腔內(nèi)增加雙分支線，偶模諧振頻率可以被靈活的控制然而其奇模諧振頻率保持不變且 使第二通頻帶更加平坦。通過增加兩個平行耦合微帶線，兩諧振腔間的耦合得到了加強(qiáng) 以在第二通頻帶得到更多的帶寬。最終通過優(yōu)化設(shè)計(jì)與加工，可以得到包括兩個頻帶 2.45GHz和5.35GHz的雙頻帶帶通濾波器。從圖1可以看到，此雙頻帶帶同濾波器包含兩個耦合開環(huán)階梯阻抗諧振腔，在 兩諧振腔的內(nèi)部有兩個開路短截線而在諧振腔的上下各有一根與之平行的耦合微帶線。 基頻與諧振腔的總長有關(guān)，我們在得到了第一諧振頻率后可將其固定，而第二諧振頻率 可以通過調(diào)節(jié)雙短截線的相對距離與大小及兩平行耦合線的長短來調(diào)節(jié)。兩平行耦合微 帶線的主要作用是通過增加兩開環(huán)階梯阻抗諧振腔之間的耦合系數(shù)來達(dá)到增加第二通頻 帶的帶寬。由于第二通頻帶不是第一通頻帶的兩倍，因此與傳統(tǒng)的均勻阻抗諧振器和單 分支線加載相比采用階梯阻抗諧振器和雙分支線加載將會有更多的變量且更加靈活。設(shè) 計(jì)過程可以分為兩部分第一步是決定諧振腔的線寬和長度使其在第一通頻帶達(dá)到良好 的性能；第二步是調(diào)節(jié)雙短截線和平行耦合線的相對尺寸使在第二頻段有良好的傳輸。通過上面的分析，我們得到在不增加原來諧振器尺寸的基礎(chǔ)上通過加載雙分支 線、耦合微帶線與階梯阻抗機(jī)構(gòu)即得到了雙頻帶與寬頻特性。通過比較仿真圖與測試圖 我們發(fā)現(xiàn)兩者之間的吻合度比較滿意。有益效果與傳統(tǒng)采用開環(huán)諧振器的雙頻帶濾波器相比，本實(shí)用新型具有以下 優(yōu)點(diǎn)1)基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，結(jié)構(gòu)緊湊，可重復(fù)性 好，易于加工。2)插入損耗小，在高低頻段的損耗基本在IdB左右。3)帶寬較寬。實(shí)測第二頻帶為4.9GHz-5.8GHz，已經(jīng)基本覆蓋WLAN在高頻段 的整個頻段。4)結(jié)構(gòu)簡單。采用兩個開環(huán)階梯阻抗諧振器，內(nèi)部有雙分支線加載，外部有兩 平行耦合和微帶線，為平面微帶線結(jié)構(gòu)極易實(shí)現(xiàn)。

圖1是本實(shí)用新型所述的雙頻帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型全波仿真S參數(shù)與測試S參數(shù)比較曲線圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1，所示為本實(shí)用新型的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通 濾波器10的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，雙頻帶帶通濾波器10設(shè)置于基板20上，雙頻帶帶通濾波器10 包括第一輸入輸出端1、第二輸入輸出端2，第一開環(huán)階梯阻抗諧振器3、第二開環(huán)階梯 阻抗諧振器4，第一加載雙分支線5、第二加載雙分支線6，第一平行耦合微帶線7、第二 平行耦合微帶線8。其中，第一開環(huán)階梯阻抗諧振器3、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器4并排對稱設(shè)置，其開環(huán)的開口相向設(shè)置，在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器3內(nèi)開口的對面設(shè)有 第一加載雙分支線5，在第二開環(huán)階梯阻抗諧振器4內(nèi)開口的對面設(shè)有第二加載雙分支線 6；第一輸入輸出端1與第一開環(huán)階梯阻抗諧振器3相連接，第二輸入輸出端2與第二開 環(huán)階梯阻抗諧振器4相連接；在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器3、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器4 的上下兩側(cè)分別設(shè)有第一平行耦合微帶線7、第二平行耦合微帶線8。第一輸入輸出端1用于饋入電磁波信號，第二輸入輸出端2用于饋出電磁波信 號，第一輸入輸出端1、第二輸入輸出端2平行設(shè)置，且為雙頻帶帶通濾波器10的50歐 姆匹配阻抗，由于輸入與輸出信號在諧振器的基頻時同相，故可稱為0°饋電。第一開環(huán) 階梯阻抗諧振器3、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器4內(nèi)部采用第二縫隙g2來內(nèi)耦合，縫隙間可 等效為一個電容。然后兩開環(huán)階梯阻抗諧振器間采用第一縫隙gl來級間耦合。第一開 環(huán)階梯阻抗諧振器3、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器4在連接第一輸入輸出端1、第二輸入輸 出端2—側(cè)部分的線寬，窄于其余各邊的線寬，其余都等寬。通過第一開環(huán)階梯阻抗諧 振器3、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器4諧振到基頻2.4GHz。第一加載雙分支線5、第二加 載雙分支線6為各開環(huán)階梯阻抗諧振器的左右兩側(cè)的對應(yīng)中間部分，左右對稱。通過改 變其尺寸和相對位置可以對第二頻帶的帶寬、中頻、平坦度進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。兩個平行 的第一平行耦合微帶線7、第二平行耦合微帶線8置于開環(huán)階梯阻抗諧振器的上下兩端， 與開環(huán)階梯阻抗諧振器相距第三縫隙g3，增加級間耦合，展寬第二頻帶的帶寬。請參閱圖2，所示為通過HFSS軟件全波仿真得到的數(shù)據(jù)圖(虛線部分)和通過 安捷倫網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)測得到的數(shù)據(jù)圖(實(shí)線部分)的比較。我們可以看到實(shí)測曲線與仿 真曲線的吻合程度比較理想。圖中橫軸表示本發(fā)明基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器10的 信號的頻率(單位GHz)，縱軸表示幅度(單位dB)，包括透射的散射參數(shù)又稱插入 損耗(S21)的幅度以及反射的散射參數(shù)(S11)的幅度。從圖中我們可以看到本發(fā)明的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾 波器10具有良好的雙頻段特性。從曲線IS21I可以觀察到在各通帶內(nèi)的插入損耗比較小， 基本在IdB左右。雖然在兩通帶之間只有一個傳輸零點(diǎn)，但由于其零點(diǎn)在_40dB以下， 兩通帶之間形成了一個比較滿意的過渡坡。同時從曲線|Sn|可觀察到，在通頻帶內(nèi)信號 的反射系數(shù)絕對值大于14dB，在第一頻段內(nèi)其絕對值甚至達(dá)到了 16dB以上。本實(shí)用新型的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器10不需外加 任何電容、電感等組件，可以通過調(diào)節(jié)濾波器的諧振單元的長度，加載雙分支線和平行 耦合微帶線的尺寸和位置來達(dá)到所需的頻段范圍。由于本發(fā)明饋入與饋出信號線均為50 歐姆傳輸線，所以此濾波器和其它外部組件相連時不需要串接額外的阻抗轉(zhuǎn)換器，實(shí)則 為進(jìn)一步縮小了體積。
權(quán)利要求1.一種基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，其特征是該雙頻帶帶 通濾波器(10)設(shè)置于基板(20)上，包括第一輸入輸出端(1)、第二輸入輸出端(2)，第 一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)，第一加載雙分支線(5)、第 二加載雙分支線(6)，第一平行耦合微帶線(7)、第二平行耦合微帶線(8)；其中，第一 開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)并排對稱設(shè)置，其開環(huán)的開口相 向設(shè)置，在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)內(nèi)開口的對面設(shè)有第一加載雙分支線(5)，在第 二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)內(nèi)開口的對面設(shè)有第二加載雙分支線(6)；第一輸入輸出端 (1)與第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)相連接，第二輸入輸出端(2)與第二開環(huán)階梯阻抗諧 振器(4)相連接；在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)的上下 兩側(cè)分別設(shè)有第一平行耦合微帶線(7)、第二平行耦合微帶線(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，其特 征是所述第一輸入輸出端(1)、第二輸入輸出端(2)分別為所述雙頻濾波器的50歐姆匹配 阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，其特 征是第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)開口采用第二縫隙(g2) 來內(nèi)耦合，兩開環(huán)階梯阻抗諧振器間采用第一縫隙(gl)來級間耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，其 特征是第一平行耦合微帶線(7)、第二平行耦合微帶線(8)與第一開環(huán)階梯阻抗諧振器 (3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)相距第三縫隙(g3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，其特 征是第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)在連接第一輸入輸出端 (1)、第二輸入輸出端(2) —側(cè)部分的線寬，窄于其余各邊的線寬。
專利摘要基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器涉及一種可用于無線局域網(wǎng)應(yīng)用的基于雙分支線加載階梯阻抗諧振器的雙頻帶通濾波器，第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)并排對稱設(shè)置，其開環(huán)的開口相向設(shè)置，在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)內(nèi)開口的對面設(shè)有第一加載雙分支線(5)，在第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)內(nèi)開口的對面設(shè)有第二加載雙分支線(6)；第一輸入輸出端(1)與第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)相連接，第二輸入輸出端(2)與第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)相連接；在第一開環(huán)階梯阻抗諧振器(3)、第二開環(huán)階梯阻抗諧振器(4)的上下兩側(cè)分別設(shè)有第一平行耦合微帶線(7)、第二平行耦合微帶線(8)。
文檔編號H01P1/203GK201804985SQ201020291360
公開日2011年4月20日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者周健義, 朱晨, 洪偉 申請人:東南大學(xué)