專利名稱：一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濾波器，尤其涉及一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器。
背景技術(shù)：
微波濾波器是微波技術(shù)領(lǐng)域中最常用的元件之一，用于以較低的損耗傳輸有用信號(hào)并在阻帶衰減不需要的雜波信號(hào)及噪音等?，F(xiàn)代的雙?；蚨嗄Ｍㄐ畔到y(tǒng)能夠容納多個(gè)通信模式如GSM，GPS，WLAN...。此外，高數(shù)據(jù)率通信系統(tǒng)需要寬通帶元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙頻寬帶濾波器應(yīng)用于這樣的系統(tǒng)，可顯著提高該系統(tǒng)射頻前端的性能。微帶雙頻濾波器由于體積小、重量輕、平面化以及易于集成等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛。階梯阻抗諧振器是設(shè)計(jì)微帶雙頻濾波器的一種常用結(jié)構(gòu)，其利用易于調(diào)節(jié)的基波諧振極點(diǎn)以及第二次諧波諧振極點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)雙頻濾波器的第一通帶和第二通帶。然后，在實(shí)現(xiàn)大雙頻比雙頻濾波器時(shí)，其往往需要額外的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用來(lái)獲得所需的耦合系數(shù)和外部品質(zhì)因數(shù)，這會(huì)增加濾波器的電路尺寸。多模諧振器法是設(shè)計(jì)雙頻濾波器的另外一種常用方法，基于這種方法的濾波器的電路尺寸相當(dāng)緊湊。但是，傳統(tǒng)的多模諧振器雙頻濾波器很難同時(shí)獲得高通帶間隔離度、寬通帶帶寬以及寬阻帶特性。有些基于多模諧振器的雙頻濾波器甚至不具有隔直功能。因此，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化、大雙頻比、高隔離度、寬通帶與寬阻帶等性能的微波微帶帶通濾波器并不多見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器，是適用于高數(shù)據(jù)率雙?；蚨嗄Ｍㄐ畔到y(tǒng)射頻前端的小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器。技術(shù)方案一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器，其特征在于包括SMA連接頭2、50歐姆饋線4、短路枝節(jié)線5、高阻線6、開(kāi)路枝節(jié)線7、外階梯阻抗線8和內(nèi)階梯阻抗線9 ;在開(kāi)路枝節(jié)線7的一端連接于高阻線6的中心，高阻線6的兩端分別連接一根短路枝節(jié)線5 ；高阻線6上對(duì)稱中心連接兩個(gè)外階梯阻抗線8和兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線9，兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線9連接于高阻線6上位于的開(kāi)路枝節(jié)線7的一側(cè)，兩個(gè)外階梯阻抗線8和兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線9對(duì)稱于開(kāi)路枝節(jié)線7 ;兩根短路枝節(jié)線5上分別通過(guò)50歐姆饋線4連接SMA連接頭2 ;所述短路枝節(jié)線5的端頭設(shè)有接地孔10。所述SMA連接頭2、50歐姆饋線4、短路枝節(jié)線5、高阻線6、開(kāi)路枝節(jié)線7、外階梯阻抗線8和內(nèi)階梯阻抗線9固定在介質(zhì)基板(3)上。所述短路枝節(jié)線5與高阻線6的長(zhǎng)度和與濾波器的工作頻率成反比。所述外階梯阻抗線8由高阻抗部分和低阻抗部分組成，外階梯阻抗線8的高低阻抗部分長(zhǎng)度和與外階梯阻抗線8引入的傳輸零點(diǎn)的頻率成反比。所述內(nèi)階梯阻抗線9由高阻抗部分和低阻抗部分組成，內(nèi)階梯阻抗線9的高阻抗部分和低阻抗部分的長(zhǎng)度與內(nèi)階梯阻抗線9引入的傳輸零點(diǎn)的頻率成反比。所述外階梯阻抗線8的低阻抗部分為等于高阻線6長(zhǎng)度的一半。所述內(nèi)階梯阻抗線9的低阻抗部分長(zhǎng)度設(shè)置為高阻線6長(zhǎng)度的四分之一。有益效果本發(fā)明提出的一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器，具有以下優(yōu)點(diǎn):濾波器的尺寸小，雙頻寬帶通帶，且通帶間隔離度高、雙頻比大。本發(fā)明加工精度要求低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，生產(chǎn)方便。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)與有益效果是:1、雙頻濾波器的第一個(gè)通帶可實(shí)現(xiàn)大于50%的相對(duì)帶寬，第二個(gè)通帶可實(shí)現(xiàn)大于15%的相對(duì)帶寬；2、雙頻濾波器的雙頻比可達(dá)到3.6 ；3，雙頻濾波器的兩個(gè)通帶過(guò)渡帶陡峭，通帶間的隔離度優(yōu)于20dB，20dB抑制度的阻帶寬；4、整個(gè)濾波器的尺寸小、插入損耗小。


圖1:本發(fā)明的小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:是實(shí)施例的典型頻率響應(yīng)；1-金屬腔體，2-SMA連接頭，3_介質(zhì)基板，4-50歐姆饋線，5_短路枝節(jié)線，6-高阻線，7-開(kāi)路枝節(jié)線，8-外階梯阻抗線，9-內(nèi)階梯阻抗線，10-接地過(guò)孔，Al、A2-外階梯阻抗線8與高阻線6的連接點(diǎn)，B1、B2-短路枝節(jié)線與的50歐姆饋線的連接點(diǎn)，Cl、C2-內(nèi)階梯阻抗線9與高阻線6的連接點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:參照附圖，金屬腔體I是為介質(zhì)基板3提供安裝載體。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的射頻前端系統(tǒng)特征阻抗是50歐姆，因此本發(fā)明采用50歐姆饋線4連接在由短路枝節(jié)線5與高阻線6組成的接地階梯阻抗諧振器上作為本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)的輸入輸出端口。一般來(lái)說(shuō)，為了獲得所需的濾波器外部品質(zhì)因數(shù)，50歐姆饋線4是連接在短路枝節(jié)線5上B1、B2點(diǎn)的。改變B1、B2點(diǎn)的位置，可以調(diào)節(jié)濾波器外部品質(zhì)因數(shù)。SMA連接頭2上的探針與50歐姆饋線4直接接觸，信號(hào)從金屬腔體上的其中一個(gè)SMA連接頭2輸入，從金屬腔體上的另一個(gè)SMA連接頭輸出。信號(hào)在介質(zhì)基板上表面的電路層中進(jìn)行準(zhǔn)TEM模傳輸。由短路枝節(jié)線5與高阻線6組成的接地階梯阻抗諧振器是本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)的主諧振器，其通過(guò)接地過(guò)孔10與介質(zhì)基板下表面接地金屬相連。在雙頻濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，雙頻濾波器的工作頻率主要由該階梯阻抗諧振器的長(zhǎng)度和決定。一般來(lái)說(shuō)，短路枝節(jié)線5與高阻線6的長(zhǎng)度和越大，濾波器的工作頻率越低。調(diào)節(jié)短路枝節(jié)線5與高阻線6的長(zhǎng)度比和線寬比還可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)諧振模的相對(duì)頻率位置，從而調(diào)節(jié)濾波器的相對(duì)帶寬等。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了獲得緊湊的濾波器尺寸，短路枝節(jié)線5可被折疊起來(lái)。為激發(fā)更多的諧振模來(lái)支持雙通帶設(shè)計(jì)以及引入傳輸零點(diǎn)用于提高雙頻濾波器的通帶隔離度和阻帶抑制性能，本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)還引入了一對(duì)外階梯阻抗線8、一對(duì)內(nèi)階梯阻抗線9以及一個(gè)開(kāi)路枝節(jié)線7。一對(duì)外階梯阻抗線8位于短路枝節(jié)線5與高阻線6的連接點(diǎn)Al、A2處；一對(duì)內(nèi)階梯阻抗線9加載在高阻線6上；一個(gè)開(kāi)路枝節(jié)線7位于高阻線6的正中央D處。這一對(duì)外階梯阻抗線8和這一對(duì)內(nèi)階梯阻抗線9關(guān)于高阻線6的垂直中心線左右對(duì)稱。從Al、A2與Cl、C2看進(jìn)去都是先是外階梯阻抗線8與內(nèi)階梯阻抗線9的高阻抗部分，然后是低阻抗部分。當(dāng)從Al、A2點(diǎn)看進(jìn)去的外階梯阻抗線8的單端口輸入阻抗等于零時(shí)，外階梯阻抗線8就可為本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)提供一個(gè)傳輸零點(diǎn)。該傳輸零點(diǎn)的頻率位置主要由外階梯阻抗線8的高低阻抗部分長(zhǎng)度和確定，外階梯阻抗線8的高低阻抗部分長(zhǎng)度和越大，該由外階梯阻抗線8引入的傳輸零點(diǎn)的頻率越低，反之越高。調(diào)節(jié)外階梯阻抗線8的高低阻抗部分的長(zhǎng)度比和線寬比可以調(diào)節(jié)本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)的諧振模，即調(diào)節(jié)濾波器的通帶特性。一般來(lái)說(shuō)，外階梯阻抗線8的低阻抗部分可以設(shè)置為約等于高阻線6的一半，然后將外階梯阻抗線8折疊以獲得緊湊的濾波器尺寸。當(dāng)從Cl、C2點(diǎn)看進(jìn)去的內(nèi)階梯阻抗線9的單端口輸入阻抗等于零時(shí)，內(nèi)階梯阻抗線9就可為本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)提供另一個(gè)傳輸零點(diǎn)。該傳輸零點(diǎn)的頻率位置主要也由內(nèi)階梯阻抗線9的高低阻抗部分長(zhǎng)度和確定，內(nèi)階梯阻抗線9的高低阻抗部分長(zhǎng)度和越大，該由內(nèi)階梯阻抗線9引入的傳輸零點(diǎn)的頻率越低，反之越高。調(diào)節(jié)內(nèi)階梯阻抗線9的高低阻抗部分的長(zhǎng)度比、線寬比以及Cl、C2的位置也可以調(diào)節(jié)本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)的諧振模，即調(diào)節(jié)濾波器的通帶特性。為了獲得緊湊的濾波器尺寸，內(nèi)階梯阻抗線9的低阻抗部分長(zhǎng)度可以設(shè)置為約等于Cl、C2之間的高阻線6長(zhǎng)度的一半，并將內(nèi)階梯阻抗線9折疊。當(dāng)從D點(diǎn)看進(jìn)去的開(kāi)路枝節(jié)線7的單端口輸入阻抗等于零時(shí)，開(kāi)路枝節(jié)線7也可為本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)提供一個(gè)傳輸零點(diǎn)。該傳輸零點(diǎn)的頻率位置主要也由開(kāi)路枝節(jié)線7的長(zhǎng)度確定，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，由開(kāi)路枝節(jié)線7引入的傳輸零點(diǎn)的頻率位置就越低，反而越高。開(kāi)路枝節(jié)線7的線寬可以單獨(dú)調(diào)節(jié)整個(gè)諧振器的偶模諧振模，從而調(diào)節(jié)濾波器的通帶特性。開(kāi)路枝節(jié)線7也被折疊起來(lái)用于獲得緊湊的濾波器尺寸。此外，本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)采用的這種直接耦合方式也可引入一個(gè)傳輸零點(diǎn)，該傳輸零點(diǎn)的位置由BI或B2與接地孔10之間的短路枝節(jié)線5的長(zhǎng)度確定。但是，BI與B2的位置由所需的外部品質(zhì)因數(shù)決定，因此這個(gè)傳輸零點(diǎn)不是可以自由調(diào)節(jié)的。總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提出結(jié)構(gòu)總共有四個(gè)傳輸零點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，為了獲得理想的帶內(nèi)帶外特性，開(kāi)路枝節(jié)線7與外階梯阻抗線8產(chǎn)生的傳輸零點(diǎn)被設(shè)置在兩個(gè)通帶之間，這兩個(gè)傳輸零點(diǎn)將整個(gè)結(jié)構(gòu)的諧振極點(diǎn)分成了兩組，這兩組極點(diǎn)即可分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波器的第一通帶和第二通帶。這兩個(gè)傳輸零點(diǎn)一方面提高了第一通帶下邊帶與第二通帶上邊帶的陡峭性，另一方面可改善通帶間的隔離度。直接耦合方式引入的傳輸零點(diǎn)和開(kāi)路枝節(jié)線7引入的傳輸零點(diǎn)一般位于濾波器第二通帶的上阻帶內(nèi)。這兩個(gè)傳輸零點(diǎn)一方面提高了第二通帶下邊帶的陡峭性，另一方面可改善濾波器的阻帶寬度與阻帶抑制度。當(dāng)根據(jù)所需雙頻帶濾波器電學(xué)要求確定短路枝節(jié)線5、高阻線6、外階梯阻抗線8、內(nèi)階梯阻抗線9以及開(kāi)路枝節(jié)線7設(shè)計(jì)初值后，可以通過(guò)全波電磁仿真軟件來(lái)優(yōu)化物理尺寸，從而獲得更好的濾波器性倉(cāng)泛。本實(shí)施例的具體尺寸:本結(jié)構(gòu)可用于多模高速率通信系統(tǒng)中。采用厚度0.508mm,相對(duì)介電常數(shù)2.2的國(guó)產(chǎn)Arlon Diclad880介質(zhì)基板，濾波器中心頻率與_3dB相對(duì)帶寬分別選擇為1.57/5.59GHz與53%/16%。50歐姆饋線4的的寬度固定為1.55_。短路枝節(jié)線5與高阻線6組成的接地階梯阻抗諧振器長(zhǎng)度和決定雙頻濾波器的工作頻率。對(duì)于給定的雙頻濾波器中心頻率并考慮到濾波器的性能，最終短路枝節(jié)線5的長(zhǎng)度為17.29mm,寬度為1.2mm ;最終高阻線6的長(zhǎng)度為20mm,寬度為0.5mm。短路枝節(jié)線5與介質(zhì)基板下表面接地金屬層相連的接地過(guò)孔10的直徑被設(shè)置為0.8_。外階梯阻抗線8低阻抗部分的長(zhǎng)度被設(shè)置約等于高阻線6長(zhǎng)度的一半，調(diào)節(jié)外階梯阻抗線8高阻抗部分長(zhǎng)度可使得該傳輸零點(diǎn)靠近第一通帶的下邊帶，調(diào)節(jié)外階梯阻抗線8高低阻抗比可用于微調(diào)傳輸零點(diǎn)位置與濾波器通帶性能。最終，外階梯阻抗線8高阻抗部分的長(zhǎng)度為3.0mm,寬度為0.5mm ;外階梯阻抗線8高阻抗部分的長(zhǎng)度為3.0mm,寬度為0.5_。內(nèi)階梯阻抗線9的長(zhǎng)度和可調(diào)節(jié)由內(nèi)階梯阻抗線9引入的傳輸零點(diǎn)的位置，內(nèi)階梯阻抗線9在高阻線6上的位置會(huì)影響濾波器通帶的性能。選擇Cl、C2之間高阻線6的長(zhǎng)度為9.1mm,內(nèi)階梯阻抗線9低阻抗部分的長(zhǎng)度約等于上述長(zhǎng)度的一半。調(diào)節(jié)外階梯阻抗線8高阻抗部分長(zhǎng)度可使得該傳輸零點(diǎn)位于第二通帶的上阻帶，調(diào)節(jié)外階梯阻抗線8高低阻抗比可用于微調(diào)傳輸零點(diǎn)位置與濾波器通帶性能。最終，外階梯阻抗線8高阻抗部分的長(zhǎng)度為1.1mm,寬度為0.3mm ;外階梯阻抗線8高阻抗部分的長(zhǎng)度為4.25mm,寬度為1.0mm。調(diào)節(jié)開(kāi)路枝節(jié)線7的長(zhǎng)度使得由開(kāi)路枝節(jié)線7引入的傳輸零點(diǎn)位于第二通帶的上邊帶，開(kāi)路枝節(jié)線7的寬度可用于單獨(dú)調(diào)節(jié)濾波器偶模傳輸極點(diǎn)，從而調(diào)節(jié)濾波器通帶性能。最終，開(kāi)路枝節(jié)線7的長(zhǎng)度為12.5mm,寬度為0.35_。B1B2到接地過(guò)孔10之間短路枝節(jié)線5的長(zhǎng)度可用于調(diào)節(jié)兩個(gè)通帶的外部品質(zhì)因數(shù)，最終B1B2到接地過(guò)孔10之間短路枝節(jié)線5的長(zhǎng)度為15.765mm。整個(gè)不包括50歐姆饋線4電路層的尺寸僅為0.16 λ gX 0.1 Ag，這里Ag表示在1.57GHz頻率處50歐姆傳輸線在所用介質(zhì)基板上的導(dǎo)波波長(zhǎng)。圖2給出了本發(fā)明結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器的典型頻率響應(yīng)。從圖中可見(jiàn)，在1.57/5.59GHz濾波器中心頻率處，本發(fā)明結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的小型化超寬阻帶微波微帶帶通濾波器的插入損耗僅為0.3/0.8dB,回波響應(yīng)在絕大部分通帶內(nèi)優(yōu)于17/20dB。在2.3GHz到4.9GHz頻率范圍內(nèi)，小型化超寬阻帶微波微帶帶通濾波器的通帶間隔離度優(yōu)于17 dB;在6.5GHz到8.95GHz頻率范圍內(nèi)，小型化超寬阻帶微波微帶帶通濾波器的上阻帶抑制度優(yōu)于20dB。
權(quán)利要求
1.一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器，其特征在于包括SMA連接頭(2)、50歐姆饋線(4)、短路枝節(jié)線(5)、高阻線(6)、開(kāi)路枝節(jié)線(7)、外階梯阻抗線(8)和內(nèi)階梯阻抗線(9);在開(kāi)路枝節(jié)線(7)的一端連接于高阻線(6)的中心，高阻線(6)的兩端分別連接一根短路枝節(jié)線(5);高阻線(6)上對(duì)稱中心連接兩個(gè)外階梯阻抗線(8)和兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線(9)，兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線(9)連接于高阻線(6)上位于的開(kāi)路枝節(jié)線(7)的一側(cè)，兩個(gè)外階梯阻抗線(8)和兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線(9)對(duì)稱于開(kāi)路枝節(jié)線(7);兩根短路枝節(jié)線(5)上分別通過(guò)50歐姆饋線(4)連接SMA連接頭(2);所述短路枝節(jié)線(5)的端頭設(shè)有接地孔(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器，其特征在于:所述SMA連接頭(2)、50歐姆饋線(4)、短路枝節(jié)線(5)、高阻線(6)、開(kāi)路枝節(jié)線(7)、外階梯阻抗線(8)和內(nèi)階梯阻抗線(9)固定在介質(zhì)基板(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述小型化超寬阻帶微波微帶寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述短路枝節(jié)線(5)與高阻線(6)的長(zhǎng)度和與濾波器的工作頻率成反比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述小型化超寬阻帶微波微帶寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述外階梯阻抗線(8)由高阻抗部分和低阻抗部分組成，外階梯阻抗線(8)的高低阻抗部分長(zhǎng)度和與外階梯阻抗線(8)引入的傳輸零點(diǎn)的頻率成反比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述小型化超寬阻帶微波微帶寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述內(nèi)階梯阻抗線(9)由高阻抗部分和低阻抗部分組成，內(nèi)階梯阻抗線(9)的高阻抗部分和低阻抗部分的長(zhǎng)度與內(nèi)階梯阻抗線(9)引入的傳輸零點(diǎn)的頻率成反比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述小型化超寬阻帶微波微帶寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述外階梯阻抗線(8)的低阻抗部分為等于高阻線(6)的一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述小型化超寬阻帶微波微帶寬帶帶通濾波器，其特征在于:所述內(nèi)階梯阻抗線(9)的低阻抗部分長(zhǎng)度設(shè)置為等于C1、C2之間的高阻線(6)長(zhǎng)度的四分之一 O
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型化大雙頻比寬帶微波微帶帶通濾波器，其特征在于在開(kāi)路枝節(jié)線的一端連接于高阻線的中心，高阻線的兩端分別連接一根短路枝節(jié)線；高阻線上對(duì)稱中心連接兩個(gè)外階梯阻抗線和兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線，兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線連接于高阻線上位于的開(kāi)路枝節(jié)線的一側(cè)，兩個(gè)外階梯阻抗線和兩個(gè)內(nèi)階梯阻抗線對(duì)稱于開(kāi)路枝節(jié)線；兩根短路枝節(jié)線上分別通過(guò)50歐姆饋線連接SMA連接頭；所述短路枝節(jié)線的端頭設(shè)有接地孔。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)濾波器的尺寸小，雙頻寬帶通帶，且通帶間隔離度高、雙頻比大。本發(fā)明加工精度要求低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，生產(chǎn)方便。
文檔編號(hào)H01P1/203GK103151582SQ20131006171
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者紀(jì)玉雪, 許進(jìn) 申請(qǐng)人:西安電子工程研究所