本實用新型涉及高頻組件的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器。

背景技術(shù)：

隨著信息產(chǎn)業(yè)和無線通信系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，微波頻譜資源日趨緊張，各種微波毫米波電路、組件及系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，頻帶的劃分越來越精細，利用率越來越高，而低通濾波器作為電路系統(tǒng)里重要的組成部分之一，其性能的優(yōu)劣很大程度決定了系統(tǒng)的工作質(zhì)量。低通濾波器是指容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的濾波器，其主要工作于通信系統(tǒng)發(fā)射端的前級以及接收端的后級，用于抑制諧波和雜波信號，低損耗通過有用信號。

近些年來，為了設(shè)計出體積小、帶內(nèi)損耗小、滾降快、超寬阻帶的性能良好的低通濾波器，學(xué)者們提出了許多新型的諧振器結(jié)構(gòu)，其中有些的確展現(xiàn)出良好的性能：阻帶較寬，滾降較快；而有些通過級聯(lián)起來也能展現(xiàn)出較寬的阻帶帶寬，然而體積卻過大，不易于集成。除了從微帶表面結(jié)構(gòu)著手，因具有帶隙特性以及慢波特性，許多學(xué)者也將精力投入到了各種各樣的缺陷地結(jié)構(gòu)，在單一微帶線上加入缺陷地可以引入傳輸零點從而可以產(chǎn)生低通濾波器的效應(yīng)。然而，以上各種措施對于展現(xiàn)超寬阻帶并且較小體積方面上還是欠佳。

2007年，西班牙學(xué)者Israel Arnedo在國際會議“2007International Symposium on Signals,Systems and Electronics”上發(fā)表題為"Low Pass Filter with Wide Rejection Band in Microstrip Technology"的文章。該濾波器通過背面開槽和正弦曲線枝節(jié)技術(shù)實現(xiàn)寬阻帶低通濾波器。該濾波器在技術(shù)上設(shè)計比較復(fù)雜且最高阻帶范圍為7.5f₀，f₀為低通濾波器的截止頻率。而本 專利提出的超寬阻帶濾波器-18dB阻帶最高范圍為13f₀，比該濾波器寬了很多。

2015年9月，中國學(xué)者Fu-Chang Chen等在本技術(shù)領(lǐng)域期刊"IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS,PACKAGING AND MANUFACTURING TECHNOLOGY"發(fā)表了“High-Selectivity Low-Pass Filters With Ultrawide Stopband Based on Defected Ground Structures”。該濾波器利用缺陷地拓寬了阻帶抑制的范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理可靠、選擇性好、低損耗、滾降快、體積小、成本低的基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案為：基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器，包括第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器、第一傳輸線、第二傳輸線、第一輸入輸出端口、第二輸入輸出端口；所述第一傳輸線的一端分別與第一階躍阻抗諧振器和第一輸入輸出端口連接，其另一端分別與第二傳輸線的一端及第二階躍阻抗諧振器連接，所述第二傳輸線的另一端分別與第三階躍阻抗諧振器和第二輸入輸出端口連接，信號從其中一個輸入輸出端口饋入，從另一個輸入輸出端口輸出；所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器間隔并排，每個階躍阻抗諧振器均由兩條寬窄、長度不一的傳輸線串接而成。

所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器的輸入阻抗Z_in通過下面的公式計算出來：

式中，j為虛數(shù)單位，Z_A和Z_B分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的阻抗， B為開路傳輸線，θ_A和θ_B分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的電長度；

通過令輸入阻抗Z_in＝0能夠得到階躍阻抗諧振器的諧振條件為：

所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器在諧振時能夠產(chǎn)生多個可控的傳輸零點，傳輸零點的頻率由上面公式(1)、(2)求得，也就是說，傳輸零點的位置均能夠由階躍阻抗諧振器的阻抗(Z_A，Z_B)和電長度(θ_A，θ_B)完全控制；

而當(dāng)Z_in＝∞時，通過調(diào)節(jié)傳輸零點的位置，讓傳輸零點分別處于不同的寄生通帶上或者附近，抑制對應(yīng)的寄生通帶，能夠達到寬阻帶的效果。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、本實用新型提出的濾波器具有超寬阻帶抑制，18dB抑制的范圍達到13f₀，f₀為低通濾波器的截止頻率。

2、本實用新型提出的濾波器結(jié)構(gòu)簡單，便于設(shè)計與調(diào)試，通過調(diào)整階躍阻抗諧振器的阻抗比和長度，可以很好的控制零點的位置。

3、本實用新型提出的結(jié)構(gòu)相比通用的利用缺陷地的方法，減少了設(shè)計的復(fù)雜性，也避免了缺陷地帶來的輻射問題。

附圖說明

圖1本實用新型的超寬阻帶低通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的超寬阻帶低通濾波器仿真結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，本實施例所述的基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器， 包括第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器、第一傳輸線3、第二傳輸線6、第一輸入輸出端口9、第二輸入輸出端口10；所述第一傳輸線3的一端分別與第一階躍阻抗諧振器和第一輸入輸出端口9連接，其另一端分別與第二傳輸線6的一端及第二階躍阻抗諧振器連接，所述第二傳輸線6的另一端分別與第三階躍阻抗諧振器和第二輸入輸出端口10連接，信號從其中一個輸入輸出端口饋入，從另一個輸入輸出端口輸出；所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器間隔并排，每個階躍阻抗諧振器均由兩條寬窄、長度不一的傳輸線串接而成，具體為第一階躍阻抗諧振器由第三傳輸線1、第四傳輸線2組成，第二階躍阻抗諧振器由第五傳輸線4、第六傳輸線5組成，第三階躍阻抗諧振器由第七傳輸線7、第八傳輸線8組成。

所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器的輸入阻抗Z_in通過下面的公式計算出來：

式中，j為虛數(shù)單位，Z_A和Z_B分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的阻抗，B為開路傳輸線，θ_A和θ_B分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的電長度。

通過令輸入阻抗Z_in＝0能夠得到階躍阻抗諧振器的諧振條件為：

由兩條傳輸線構(gòu)成的階躍阻抗諧振器在諧振時可以產(chǎn)生多個可控的傳輸零點，因此，所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器能夠產(chǎn)生很多可控的傳輸零點，傳輸零點的頻率由上面公式(1)、(2)求得，也就是說，傳輸零點的位置均能夠由階躍阻抗諧振器的阻抗(Z_A，Z_B)和電長度(θ_A，θ_B)完全控制。

而當(dāng)Z_in＝∞時，該結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生寄生通帶。通過調(diào)節(jié)傳輸零點的位置，讓傳輸零點分別處于不同的寄生通帶上或者附近，抑制對應(yīng)的寄生通帶，能夠達到寬阻帶的效果。

使用電路仿真軟件AWR-Microwave Office的仿真結(jié)果如圖2所示。

橫軸表示本實用新型的超寬阻帶低通濾波器的信號頻率，縱軸表示幅值，包括插入損耗(S₂₁)的幅值和回波損耗(S₁₁)的幅值。S₂₁表示通過本實用新型的超寬阻帶低通濾波器的信號的輸入功率與信號的輸出功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)為：輸出功率/輸入功率(dB)＝20×log|S₂₁|。在本實用新型的超寬阻帶低通濾波器的信號傳輸過程中，信號的部分功率被反射回信號源，被反射的功率成為反射功率。S₁₁表示通過本實用新型的超寬阻帶低通濾波器的信號的輸入功率與信號的反射功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)如下：反射功率/入射功率＝20×log|S₁₁|。

從圖中可知，該低通濾波器的-3dB截止頻率為1.14GHz，通帶內(nèi)插入損耗絕對值低于0.1dB，回波損耗絕對值大于20dB，-18dB帶阻抑制從1.38GHz到15GHz。無論從插入損耗、回波損耗、選擇性，還是帶阻寬度方面都具有出色的表現(xiàn)，尤其在帶阻寬度方面?？傊緦嵱眯滦屯ㄟ^控制三個階躍阻抗諧振器的阻抗大小和長度控制零點位置，從而實現(xiàn)超寬阻帶抑制的功能，值得推廣。

以上所述實施例只為本實用新型之較佳實施例，并非以此限制本實用新型的實施范圍，故凡依本實用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。