一種平衡式介質(zhì)濾波器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平衡式介質(zhì)濾波器及其制作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中平衡式濾波器的相對帶寬無法小于1％、品質(zhì)因數(shù)低、損耗大的技術(shù)問題，所述濾波器包括：電路板(10)；設置在電路板(10)上的兩個介質(zhì)諧振器(21，22)；設置在電路板(10)的第一端(11)上，分別位于介質(zhì)諧振器(21)兩側(cè)的兩條微帶饋線(31，32)；微帶饋線(31，32)分別與介質(zhì)諧振器(21)通過磁場激勵耦合；設置在電路板(10)的第二端(12)上，分別位于介質(zhì)諧振器(22)兩側(cè)的兩條微帶饋線(33，34)；微帶饋線(33，34)分別與介質(zhì)諧振器(22)通過磁場激勵耦合；用于容置電路板(10)、介質(zhì)諧振器(21，22)、微帶饋線(31，32，33，34)的金屬屏蔽腔體(40)。
【專利說明】一種平衡式介質(zhì)濾波器及其制作方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻通信濾波【技術(shù)領域】，尤其涉及一種平衡式介質(zhì)濾波器及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于與單端加載的電路相比，平衡式電路擁有更出色的抗噪聲性能，已經(jīng)獲得了較大關(guān)注和廣泛運用。而平衡式帶通濾波器在現(xiàn)代平衡式通信系統(tǒng)中扮演著重要的角色。
[0003]根據(jù)相關(guān)文獻知，已經(jīng)有許多采用印刷電路板(PCB，Printed Circuit Board)技術(shù)，低溫共燒陶瓷(LTCC，Low Temperature Cofired Ceramics)技術(shù)的平衡式濾波器被設計出來。早期，由于平衡式濾波器所采用的諧振器的品質(zhì)因素較低，使得濾波器的性能受到了限制，即通過PCB、LTCC技術(shù)設計出的平衡式濾波器很難運用到窄帶系統(tǒng)當中。針對這一問題，本領域的專家研制出了基于基片集成波導(SIW，Substrate integrated waveguide)技術(shù)的諧振器，并將其應用到平衡式濾波器的制作中，SIW諧振器的品質(zhì)因數(shù)相對于早期的諧振器有所改善，并且具有低損耗和高集成度等較優(yōu)性能，使得基于SIW技術(shù)的平衡式濾波器得到廣泛關(guān)注。
[0004]目前，雖然現(xiàn)有的基于SIW技術(shù)(或其它技術(shù))的平衡式濾波器的相對帶寬(FBW，F(xiàn)ract1nal Bandwidth)稍小于5%能夠很容易實現(xiàn)，但是，如要進一步減小FBW，濾波器通帶的插入損耗勢必會不可避免的惡化，因此，根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，設計有著良好帶通響應且FBff小于I %的平衡式帶通濾波器是一個很有挑戰(zhàn)性的問題。
[0005]也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中存在平衡式濾波器的FBW無法小于I %、品質(zhì)因數(shù)低、損耗大的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有技術(shù)中存在平衡式濾波器的FBW無法小于I %、品質(zhì)因數(shù)低、損耗大的技術(shù)問題，提供一種平衡式介質(zhì)濾波器及其制作方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在FBW小于1%的同時具有高品質(zhì)因數(shù)、低損耗以及較好的帶通響應，進而能夠滿足某些特定的窄帶無線通信系統(tǒng)的應用需求。
[0007]一方面，本發(fā)明實施例提供了一種平衡式介質(zhì)濾波器，所述濾波器包括:
[0008]電路板；
[0009]對稱且固定設置在所述電路板上的第一矩形介質(zhì)諧振器和第二矩形介質(zhì)諧振器;
[0010]設置在所述電路板的第一端上，分別位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第一微帶饋線和第二微帶饋線；所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；
[0011]設置在所述電路板的第二端上，分別位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第三微帶饋線和第四微帶饋線；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；其中，所述第二端與所述第一端相對；
[0012]用于容置所述電路板、所述第一矩形介質(zhì)諧振器、所述第二矩形介質(zhì)諧振器、所述第一微帶饋線、所述第二微帶饋線、所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線的金屬屏蔽腔體。
[0013]可選的，所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線構(gòu)成一對第一差分端口 ；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線構(gòu)成一對第二差分端口。
[0014]可選的，所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器分別獨立存在TEmnte+s)模和TMmn(s+s)模，其中m、n、s分別是介質(zhì)諧振器沿著x、y、z方向上的半波數(shù)，δ為大于O且小于I的數(shù)。
[0015]可選的，所述TEmn(s+δ)模和所述TM mn(s+ s)模中的最低次模為TE n s模和TM n s模；所述TEns模為所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的主模，用于構(gòu)建所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶；所述TMns模用來實現(xiàn)所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的共模響應?？蛇x的，通過調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的尺寸，使所述TMns模在頻譜上遠離所述TE 11S模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0016]可選的，所述調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的尺寸，具體為:在所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的長度和寬度固定時，調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的高度。
[0017]另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種平衡式介質(zhì)濾波器制作方法，包括步驟:
[0018]S1、提供一個電路板，在所述電路板上對稱且固定設置第一矩形介質(zhì)諧振器和第二矩形介質(zhì)諧振器；
[0019]S2、在所述電路板的第一端上，設置分別位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第一微帶饋線和第二微帶饋線；在所述電路板的第二端上，設置分別位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第三微帶饋線和第四微帶饋線；其中，所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；所述第二端與所述第一端相對；
[0020]S3、將所述電路板、所述第一矩形介質(zhì)諧振器、所述第二矩形介質(zhì)諧振器、所述第一微帶饋線、所述第二微帶饋線、所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線容置于金屬屏蔽腔體。
[0021]可選的，在所述步驟S2中，所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線構(gòu)成一對第一差分端口 ；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線構(gòu)成一對第二差分端口。
[0022]可選的，所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器分別獨立存在TEns模和TMns模，在所述步驟S2之后，所述方法還包括:
[0023]S4、通過調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的尺寸，使所述所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的TMns模在頻譜上遠離TE 11S模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0024]可選的，所述步驟S4，具體為:
[0025]在所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的長度和寬度固定時，調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的高度，使所述所述第一矩形介質(zhì)諧振器和所述第二矩形介質(zhì)諧振器的TMns模在頻譜上遠離TE 11S模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0026]本發(fā)明實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點:
[0027]由于在本發(fā)明實施例中，通過在一電路板上對稱且固定設置第一矩形介質(zhì)諧振器和第二矩形介質(zhì)諧振器；并在該電路板的第一端設置位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第一微帶饋線和第二微帶饋線，在該電路板的與所述第一端相對的第二端設置位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第三微帶饋線和第四微帶饋線，其中，所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；進一步，第一、第二矩形介質(zhì)諧振器，第一、第二、第三、第四微帶饋線，以及電路板均容置于一金屬屏蔽腔體中，最終獲得一平衡式介質(zhì)濾波器；該平衡式介質(zhì)濾波器能夠通過采用高介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)的介質(zhì)諧振器，并通過微帶饋線進行差分激勵，獲得平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶，實現(xiàn)很窄的相對帶寬，解決了現(xiàn)有技術(shù)中平衡式濾波器的FBW無法小于1%、品質(zhì)因數(shù)低、損耗大的技術(shù)問題，能夠?qū)崿F(xiàn)在FBW小于1%的同時具有高品質(zhì)因數(shù)、低損耗以及較好的帶通響應，進而能夠滿足某些特定的窄帶無線通信系統(tǒng)的應用需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種平衡式介質(zhì)濾波器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明實施例提供的當長度和寬度固定時，矩形介質(zhì)諧振器相對于高度變化時的模式諧振頻率曲線圖；
[0031]圖3A-圖3B為本發(fā)明實施例提供的矩形介質(zhì)諧振器的TEns模和TMns模的場分布；
[0032]圖4為本發(fā)明實施例提供的平衡式介質(zhì)濾波器在差分模式下的激勵示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明實施例提供的平衡式介質(zhì)濾波器電路板布局俯視圖；
[0034]圖6為本發(fā)明實施例提供的平衡式介質(zhì)濾波器在差分工作模式下的等效電路圖；
[0035]圖7為本發(fā)明實施例提供的平衡式濾波器的組裝結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖8為本發(fā)明實施例提供的平衡式介質(zhì)濾波器的仿真測試圖；
[0037]圖9為本發(fā)明實施例提供的第一種平衡式介質(zhì)濾波器制作方法流程圖；
[0038]圖10為本發(fā)明實施例提供的第二種平衡式介質(zhì)濾波器制作方法流程圖。

【具體實施方式】
[0039]本發(fā)明實施例通過提供一種平衡式介質(zhì)濾波器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有技術(shù)中存在平衡式濾波器的FBW無法小于1%、品質(zhì)因數(shù)低、損耗大的技術(shù)問題，該平衡式介質(zhì)濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)在FBW小于1%的同時具有高品質(zhì)因數(shù)、低損耗以及較好的帶通響應，進而能夠滿足某些特定的窄帶無線通信系統(tǒng)的應用需求。
[0040]本發(fā)明實施例的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，總體思路如下:
[0041]本發(fā)明實施例提供了一種平衡式介質(zhì)濾波器，包括:電路板；對稱且固定設置在所述電路板上的第一矩形介質(zhì)諧振器和第二矩形介質(zhì)諧振器；設置在所述電路板的第一端上，分別位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第一微帶饋線和第二微帶饋線；所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；設置在所述電路板的第二端上，分別位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第三微帶饋線和第四微帶饋線；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；其中，所述第二端與所述第一端相對；用于容置所述電路板、所述第一矩形介質(zhì)諧振器、所述第二矩形介質(zhì)諧振器、所述第一微帶饋線、所述第二微帶饋線、所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線的金屬屏蔽腔體。
[0042]可見，在本發(fā)明實施例中，通過在一電路板上對稱且固定設置第一矩形介質(zhì)諧振器和第二矩形介質(zhì)諧振器；并在該電路板的第一端設置位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第一微帶饋線和第二微帶饋線，在該電路板的與所述第一端相對的第二端設置位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器兩側(cè)的第三微帶饋線和第四微帶饋線，其中，所述第一微帶饋線和所述第二微帶饋線分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；所述第三微帶饋線和所述第四微帶饋線分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器通過磁場激勵與耦合；進一步，第一、第二矩形介質(zhì)諧振器，第一、第二、第三、第四微帶饋線，以及電路板均容置于一金屬屏蔽腔體中，最終獲得一平衡式介質(zhì)濾波器；該平衡式介質(zhì)濾波器能夠通過采用高介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)的介質(zhì)諧振器，并通過微帶饋線進行差分激勵，獲得平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶，實現(xiàn)很窄的相對帶寬，解決了現(xiàn)有技術(shù)中平衡式濾波器的FBW無法小于1%、品質(zhì)因數(shù)低、損耗大的技術(shù)問題，能夠?qū)崿F(xiàn)在FBW小于1%的同時具有高品質(zhì)因數(shù)、低損耗以及較好的帶通響應，進而能夠滿足某些特定的窄帶無線通信系統(tǒng)的應用需求。
[0043]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細的說明，應當理解本發(fā)明實施例以及實施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實施例以及實施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
[0044]實施例一
[0045]請參考圖1，本發(fā)明實施例提供了一種平衡式介質(zhì)濾波器，包括:
[0046]電路板10，具體可以為印刷電路板；
[0047]對稱且固定設置在電路板10上的第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22;具體的，可以采用膠水將第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22粘貼固定在電路板10上；
[0048]設置在電路板10的第一端11上，分別位于第一矩形介質(zhì)諧振器21兩側(cè)的第一微帶饋線31和第二微帶饋線32 ;第一微帶饋線31和第二微帶饋線32分別與第一矩形介質(zhì)諧振器21通過磁場激勵與耦合；設置在電路板10的第二端12上，分別位于第二矩形介質(zhì)諧振器22兩側(cè)的第三微帶饋線33和第四微帶饋線34 ;第三微帶饋線33和第四微帶饋線34分別與第二矩形介質(zhì)諧振器22通過磁場激勵與耦合；其中，第二端12與第一端11相對；
[0049]用于容置電路板10、第一矩形介質(zhì)諧振器21、第二矩形介質(zhì)諧振器22、第一微帶饋線31、第二微帶饋線32、第三微帶饋線33和第四微帶饋線34的金屬屏蔽腔體40。
[0050]在具體實施過程中，第一微帶饋線31和第二微帶饋線32構(gòu)成一對第一差分端口 ；第三微帶饋線33和第四微帶饋線34構(gòu)成一對第二差分端口；其中，所述第一差分端口和所述第二差分端口均可作為信號輸入/輸出端口 ；具體的，當所述第一差分端口為信號輸入端口時，所述第二差分端口為信號輸出端口 ；或當所述第二差分端口為信號輸入端口時，所述第一差分端口為信號輸出端口。
[0051]在具體實施過程中，矩形介質(zhì)諧振器是本申請平衡式介質(zhì)濾波器的核心器件。根據(jù)矩形介質(zhì)諧振器的電磁場特性可知，當矩形介質(zhì)諧振器被激勵時，矩形介質(zhì)諧振器會諧振在不同頻率的多個模式下，且同時產(chǎn)生TE波(即橫電波)和TM波(即橫磁波)。在本申請實施例中，第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22分別獨立存在TEmn(s+s)模和TMmn(s+s)模，其中m、n、s分別是介質(zhì)諧振器沿著X、y、z方向上的半波數(shù)，δ為大于O且小于I的數(shù)。進一步，所述TE?(S+S)模和所述TM?(S+S)模中的最低次模為TEns模和TMns模；所述TEns模為第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的主模，用于構(gòu)建所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶；所述TMns模用來實現(xiàn)第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的共模響應。
[0052]具體的，通過調(diào)整第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的尺寸，使介質(zhì)諧振器的TMns模在頻譜上遠離TE 11S模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。通常，在具體實施過程中，會將第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的長度和寬度固定，通過調(diào)整第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的高度，來使所述TMns模在頻譜上遠離所述TE 11S模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0053]具體的，請參考圖2，將第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的長度A和寬度B分別固定為20mm和16mm，其中，介質(zhì)諧振器采用損耗角正切為2.5*10~Λ相對介電常數(shù)36.5的材料。在圖2中，橫坐標為介質(zhì)諧振器的高度、縱坐標為模式頻率(包括TEns和TMns兩種模式)；圖2中下方的曲線表示TEns模式下，矩形介質(zhì)諧振器的模式頻率與諧振器高度之間的變化關(guān)系，上方的曲線表示TMns模式下，矩形介質(zhì)諧振器的模式頻率與諧振器高度之間的變化關(guān)系，且兩模式下的頻率間隔確實是隨介質(zhì)諧振器高度的變化而變化的；其中，當L = 5mm時，矩形介質(zhì)諧振器TEns模和TM ns模的模式頻率相差最大，即所述平衡式介質(zhì)濾波器的共模響應在頻譜上離TEns模最遠，所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平最好。
[0054]在具體實施過程中，請參考圖3A和圖3B，當矩形介質(zhì)諧振器被激勵時，其周圍會產(chǎn)生TE11 δ模式的電磁場和TMη δ模式的電磁場，其為空間立體分布，以空間坐標x-y-z為基準，其中，x-y平面為介質(zhì)諧振器長(A)和寬(B)確定的平面，x-z平面為介質(zhì)諧振器長(A)和高(L)確定的平面，y-z平面為介質(zhì)諧振器寬(B)和高(L)確定的平面；具體的，如圖3A所示，為第一、第二矩形介質(zhì)諧振器的TEns模在x-z平面上的場分布；如圖3B所示，為第一、第二矩形介質(zhì)諧振器的TMns模在y-z平面上的場分布。
[0055]根據(jù)如圖3A和圖3B所示的矩形介質(zhì)諧振器的場分布圖，TEns模作為介質(zhì)諧振器的主模，可以被一對微帶饋線差分激勵出來，來構(gòu)建平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶。具體的，請參考圖4，以所述第一差分端口(即圖4中Portl和Portl’)作輸入端且所述第二差分端口(即圖4中Port2和Port2’ )作輸出端為例，當?shù)谝晃ю伨€31和第二微帶饋線32輸入一對由反向的黑色箭頭代表的反向電流(即輸入差分激勵信號)時，根據(jù)安培右手螺旋定則，第一矩形介質(zhì)諧振器21的TEns模被該差分激勵信號激勵起來，同時通過電磁耦合，將第二矩形介質(zhì)諧振器22的TEns模也被激勵起來在差分激勵模式下，被激勵起來的TEns模用來構(gòu)成平衡式介質(zhì)濾波器的基本通帶；與此同時，第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22的TMns模，能夠被一對用于信號輸入的微帶饋線(31和32)激勵起來，用以充當共模響應。結(jié)合圖2，通過調(diào)整優(yōu)化矩形介質(zhì)諧振器的尺寸，尤其是高度L，可以在頻譜上分離TEns模和TMns模的諧振頻率，從而能夠有效提高平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0056]請參考圖5，為圖1所示實施例中的平衡式介質(zhì)濾波器電路板布局俯視圖；進一步，請參考圖6，為第一、第二矩形介質(zhì)諧振器濾波器在差分工作模式下的等效電路圖，是如圖5所示的差分模式的激勵原理的等效，圖6中四根微帶饋線(31?34)完全相同，Ztl和Z。分別為四根微帶饋線(31?34)中每根微帶饋線低阻抗線和高阻抗線的特性阻抗，端口Portl和端口 Portl’為所述第一差分端口，端口 Port2和端口 Port2’為所述第二差分端口，L 分別為第一矩形介質(zhì)諧振器21的等效電容、電阻和電感，C 和L u分別為第二矩形介質(zhì)諧振器22的等效電容、電阻和電感，第一微帶饋線31(對應Portl)與第一矩形介質(zhì)諧振器21之間的耦合通過互感Lml來等效，第二微帶饋線32(對應Portl’)與第一矩形介質(zhì)諧振器21之間的耦合通過互感Lml’來等效，第三微帶饋線33(對應Port2)與第二矩形介質(zhì)諧振器22之間的耦合通過互感Lm2來等效，第四微帶饋線34(對應Port2’ )與第二矩形介質(zhì)諧振器22之間的耦合通過互感Lm2’來等效，第一矩形介質(zhì)諧振器21與第二矩形介質(zhì)諧振器22之間的耦合也是通過互感1^來等效。
[0057]由此可見，在本實施例中，所述平衡式介質(zhì)濾波器的工作原理為:
[0058]—對差分信號從所述第一差分端口輸入，第一矩形介質(zhì)諧振器21的TEns模被該差分信號激勵起來，第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22之間進行電磁耦合，使得第二矩形介質(zhì)諧振器22的TEns模也被激勵起來；同時，兩個矩形介質(zhì)諧振器的TM 115模被用于信號輸入的一對微帶饋線激勵起來；進一步，兩個介質(zhì)諧振器之間分別通過TEns模和TMns模構(gòu)建平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶和共模響應，以將輸入的差分信號從輸入端口(即所述第一差分端口)傳輸?shù)捷敵龆丝?即所述第二差分端口)進行輸出；其中，所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶在傳輸所述差分信號的過程中，便對其進行了濾波處理，即輸出端口輸出的信號為濾波后的信號。當然，所述第二差分端口也可作為信號輸入端口，那么，所述第一差分端口即為信號輸出端口，濾波原理同上。
[0059]接著，請參考圖7，為平衡式濾波器的組裝結(jié)構(gòu)圖，為了防止在進行濾波時受到其它外界信號的干擾，將安裝好矩形介質(zhì)諧振器和微帶饋線的電路板容置于金屬屏蔽腔體40中；金屬屏蔽腔體40包括金屬蓋401和金屬腔室402，在金屬腔室402對應第一、第二、第三、第四微帶饋線的位置一一對應設置有四個通孔，并且為了方便與外界通信設備連接，在金屬腔室402外表面對應所述四個通孔的位置設置有四個同軸接頭(SMA)，四個同軸接頭一一對應與上述四根微帶饋線相連。
[0060]下面結(jié)合圖5，以具體實施過程中所述平衡式介質(zhì)濾波器的設計指標和結(jié)構(gòu)尺寸來進行說明:
[0061]I)設計指標
[0062]在本實施例中，為了使設計出的基于第一、第二矩形介質(zhì)諧振器的平衡式濾波器滿足窄帶系統(tǒng)的使用需求，設定其設計指標設定為:中心頻率fo= 3.966GHz、3dB相對帶寬FBff = 0.5% ;進一步，可得到該濾波器設計時所需的外部品質(zhì)因數(shù)Q/= 207，介質(zhì)諧振器之間耦合系數(shù)kd= 0.0059。
[0063]2)電路板10:采用印刷電路板，型號為Ro4003c，介電常數(shù)ε 3.38，厚度為32mil，長度L1，寬度W1O
[0064]3)介質(zhì)諧振器21、22
[0065]第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22具有相同的體積，長、寬、高分別為A、B、L，固定長度和寬度，兩個介質(zhì)諧振器均采用損耗角正切為2.5*10_4，相對介電常數(shù)ε r= 36.5的材料。
[0066]3)介質(zhì)諧振器在電路板上的安裝布局
[0067]在印刷電路板10的第一端11上分開對稱設置第一微帶饋線31和第二微帶饋線32，在印刷電路板10的與第一端11相對的第二端12上分開對稱設置第三微帶饋線33和第四微帶饋線34，其中，四根微帶饋線(31?34)的型號尺寸相同，微帶饋線粗端的寬度W2、長度L2，微帶饋線細端的寬度W3、長度L3;
[0068]分別在第一微帶饋線31和第二微帶饋線32之間安裝第一矩形介質(zhì)諧振器21，在第三微帶饋線33和第四微帶饋線34之間安裝第二矩形介質(zhì)諧振器22，第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22在印刷電路板10上的位置對稱，且二者之間的距離為S ;第一矩形介質(zhì)諧振器21分別與第一微帶饋線31和第二微帶饋線32之間的距離為gap，同樣第二矩形介質(zhì)諧振器22分別與第三微帶饋線33和第四微帶饋線34之間的距離為gap。
[0069]通過對電路結(jié)構(gòu)的合理布局，該濾波器設計時所需要的Q/可以通過調(diào)節(jié)微帶線與介質(zhì)諧振器耦合的饋線長度L2和耦合間距gap來獲得，所需要的k t^T以通過調(diào)節(jié)兩個諧振器之間的距離S來獲得。
[0070]經(jīng)過不斷的仿真優(yōu)化，在本實施例中，所設計的平衡式介質(zhì)濾波器的部分尺寸被確定如下:A = 20mm，B = 16mm，S = 5mm，gap = 0.4mm, W1= 40.8mm，W 2= 1.86mm，W 3 =
I謹，L1= 62謹，L 2= 10謹，L 3= 10謹；另外，金屬屏蔽腔體40的高度Ii1= 12.3謹。
[0071 ] 進一步，使用三維高頻電磁場仿真軟件HFSS (High Frequency StructureSimulator)以及安捷倫N5230A矢量網(wǎng)絡分析儀對本發(fā)明的基于介質(zhì)諧振器的窄帶平衡式帶通濾波器進行仿真和實際測量；如圖8所示，平衡式介質(zhì)濾波器的仿真測試圖，圖8中，SddIl為平衡式介質(zhì)濾波器的差分信號的Sll參數(shù)，Sdd21為該差分信號的S21參數(shù)，Scc21為平衡式介質(zhì)濾波器的共模信號的S21參數(shù)，最終的測試結(jié)果顯示，中心頻率為3.967GHz，F(xiàn)BW = 0.5%，最小插入損耗為1.3dB，通帶內(nèi)回波損耗大于12.5dB，從而驗證了本申請平衡式介質(zhì)濾波器適用于窄帶系統(tǒng)濾波的性能。
[0072]實施例二
[0073]基于同一發(fā)明構(gòu)思，請參考圖9，本發(fā)明實施例還提供了一種平衡式介質(zhì)濾波器制作方法，包括步驟:
[0074]S1、提供一個電路板10，在所述電路板10上對稱且固定設置第一矩形介質(zhì)諧振器21和第二矩形介質(zhì)諧振器22;
[0075]S2、在所述電路板10的第一端11上，設置分別位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器21兩側(cè)的第一微帶饋線31和第二微帶饋線32 ;在所述電路板10的第二端12上，設置分別位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器22兩側(cè)的第三微帶饋線33和第四微帶饋線34 ;其中，所述第一微帶饋線31和所述第二微帶饋線32分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器21通過磁場激勵與耦合；所述第三微帶饋線33和所述第四微帶饋線34分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器22通過磁場激勵與耦合；所述第二端12與所述第一端11相對；
[0076]S3、將所述電路板10、所述第一矩形介質(zhì)諧振器21、所述第二矩形介質(zhì)諧振器22、所述第一微帶饋線31、所述第二微帶饋線32、所述第三微帶饋線33和所述第四微帶饋線34容置于金屬屏蔽腔體40。
[0077]進一步，在所述步驟S2中，所述第一微帶饋線31和所述第二微帶饋線32構(gòu)成一對第一差分端口 ；所述第三微帶饋線33和所述第四微帶饋線34構(gòu)成一對第二差分端口。
[0078]在具體實施過程中，請參考圖10，所述第一矩形介質(zhì)諧振器21和所述第二矩形介質(zhì)諧振器22分別獨立存在TEns模和TM 11S模，在所述步驟S2之后，所述方法還包括:
[0079]S4、通過調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器21和所述第二矩形介質(zhì)諧振器22的尺寸，使所述所述第一矩形介質(zhì)諧振器21和所述第二矩形介質(zhì)諧振器22的TMns模在頻譜上遠離TEns模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0080]進一步，所述步驟S4，具體為:
[0081]在所述第一矩形介質(zhì)諧振器21和所述第二矩形介質(zhì)諧振器22的長度和寬度固定時，調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器21和所述第二矩形介質(zhì)諧振器22的高度，使所述所述第一矩形介質(zhì)諧振器21和所述第二矩形介質(zhì)諧振器22的TMns模在頻譜上遠離TE 11S模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
[0082]根據(jù)上面的描述，上述平衡式介質(zhì)濾波器制作方法用于制作上述平衡式介質(zhì)濾波器，所以，該制作方法與上述濾波器的一個或多個實施例一致，在此就不再一一贅述了。
[0083]本領域內(nèi)的技術(shù)人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。
[0084]本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0085]這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制作品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0086]這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0087]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0088]顯然，本領域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種平衡式介質(zhì)濾波器，其特征在于，所述濾波器包括: 電路板(10)； 對稱且固定設置在所述電路板(10)上的第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和第二矩形介質(zhì)諧振器(22)； 設置在所述電路板(10)的第一端(11)上，分別位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)兩側(cè)的第一微帶饋線(31)和第二微帶饋線(32)；所述第一微帶饋線(31)和所述第二微帶饋線(32)分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)通過磁場激勵與耦合； 設置在所述電路板(10)的第二端(12)上，分別位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)兩側(cè)的第三微帶饋線(33)和第四微帶饋線(34)；所述第三微帶饋線(33)和所述第四微帶饋線(34)分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)通過磁場激勵與耦合；其中，所述第二端(12)與所述第一端(11)相對； 用于容置所述電路板(10)、所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21^所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22^所述第一微帶饋線(31^所述第二微帶饋線(32^所述第三微帶饋線(33)和所述第四微帶饋線(34)的金屬屏蔽腔體(40)。
2.如權(quán)利要求1所述的平衡式介質(zhì)濾波器，其特征在于，所述第一微帶饋線(31)和所述第二微帶饋線(32)構(gòu)成一對第一差分端口 ；所述第三微帶饋線(33)和所述第四微帶饋線(34)構(gòu)成一對第二差分端口。
3.如權(quán)利要求1所述的平衡式介質(zhì)濾波器，其特征在于，所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)分別獨立存在呢“一)模和II 4+3)模，其中II1、I1、8分別是介質(zhì)諧振器沿著X、1、2方向上的半波數(shù)，8為大于且0小于1的數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的平衡式介質(zhì)濾波器，其特征在于，所述呢“一)模和所述丁模中的最低次模為呢116模和預116模；所述呢116模為所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的主模，用于構(gòu)建所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶；所述11116模用來實現(xiàn)所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的共模響應。
5.如權(quán)利要求4所述的平衡式介質(zhì)濾波器，其特征在于，通過調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的尺寸，使所述11116模在頻譜上遠離所述丁2116模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
6.如權(quán)利要求5所述的平衡式介質(zhì)濾波器，其特征在于，所述調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的尺寸，具體為:在所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的長度和寬度固定時，調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的高度。
7.一種平衡式介質(zhì)濾波器制作方法，其特征在于，所述方法包括步驟: 31、提供一個電路板(10),在所述電路板(10)上對稱且固定設置第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和第二矩形介質(zhì)諧振器(22)； 32、在所述電路板(10)的第一端(11)上，設置分別位于所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)兩側(cè)的第一微帶饋線(31)和第二微帶饋線(32)；在所述電路板(10)的第二端(12)上，設置分別位于所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)兩側(cè)的第三微帶饋線(33)和第四微帶饋線(34)；其中，所述第一微帶饋線(31)和所述第二微帶饋線(32)分別與所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)通過磁場激勵與耦合；所述第三微帶饋線(33)和所述第四微帶饋線(34)分別與所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)通過磁場激勵與耦合；所述第二端(12)與所述第一端(11)相對； 33、將所述電路板(10)、所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21^所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22^所述第一微帶饋線(31^所述第二微帶饋線(32^所述第三微帶饋線(33)和所述第四微帶饋線(34)容置于金屬屏蔽腔體(40)。
8.如權(quán)利要求7所述的平衡式介質(zhì)濾波器制作方法，其特征在于，在所述步驟32中，所述第一微帶饋線(31)和所述第二微帶饋線(32)構(gòu)成一對第一差分端口 ；所述第三微帶饋線(33)和所述第四微帶饋線(34)構(gòu)成一對第二差分端口。
9.如權(quán)利要求7或8所述的平衡式介質(zhì)濾波器制作方法，其特征在于，所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)分別獨立存在呢116模和預116模，在所述步驟52之后，所述方法還包括: 34、通過調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的尺寸，使所述所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的11116模在頻譜上遠離12116模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
10.如權(quán)利要求9所述的平衡式介質(zhì)濾波器制作方法，其特征在于，所述步驟34，具體為: 在所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的長度和寬度固定時，調(diào)整所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的高度，使所述所述第一矩形介質(zhì)諧振器(21)和所述第二矩形介質(zhì)諧振器(22)的11116模在頻譜上遠離丁2116模，以提高所述平衡式介質(zhì)濾波器的差分通帶內(nèi)的共模抑制水平。
【文檔編號】H01P1/20GK104466308SQ201410714055
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】陳建新, 詹揚, 秦偉, 包志華 申請人:南通大學