一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)的寬頻帶信號抑制和射頻模塊濾波的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬 頻帶抑制的合成植入濾波器的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 均勻阻抗諧振器具有較好的頻譜特性，而階梯阻抗諧振器和環(huán)形諧振器設(shè)計(jì)方法 也非常成熟穩(wěn)定，這些濾波器在各種雷達(dá)、無線通信和測繪等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了達(dá)到多頻 帶或者寬頻帶的濾波或者頻帶抑制，通常采用級聯(lián)或者耦合的方法來設(shè)計(jì)濾波器。這些設(shè) 計(jì)方法可以取得較好的設(shè)計(jì)結(jié)果，方法也相對簡單。其存在的問題在于濾波器尺寸過大，而 多級級聯(lián)或滿足耦合需要的大尺寸造成插入損耗和噪聲系數(shù)的增大(惡化)。同時(shí)，在不同 的應(yīng)用系統(tǒng)中，這些設(shè)計(jì)往往還要有相對應(yīng)的匹配電路，進(jìn)一步增加了電路的尺寸，同時(shí)增 加了設(shè)計(jì)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明公開了一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器，解決了電路匹配和植入問題， 提高了諧波抑制效果，保證了本振輸出信號的純凈，即降低了噪聲，同時(shí)也可以降低成本， 縮小電路尺寸。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器，包 括均勻阻抗諧振器、階梯阻抗諧振器、環(huán)形諧振器，所述均勻阻抗諧振器、階梯阻抗諧振器 經(jīng)彎曲變形嵌套在環(huán)形諧振器中，均勻阻抗諧振器位于階梯阻抗諧振器、環(huán)形諧振器之間， 所述階梯阻抗諧振器等分為六個(gè)單元，每個(gè)單元電長度為0，根據(jù)不同的阻抗值，將六個(gè)單 元分為三組Z1、Z2、Z3,電長度為2 0的Z1位于階梯阻抗諧振器中間，兩段電長度均為0 的Z3分別位于階梯阻抗諧振器的兩端，兩段電長度均為0的Z2分別位于Z3與Z1之間， 所述環(huán)形諧振器上帶有四個(gè)負(fù)載殘端，四個(gè)負(fù)載殘端均勻分布在環(huán)形諧振器上。
[0005] 所述均勻阻抗諧振器以中心頻率為諧振頻率，電長度為二分之一導(dǎo)波波長，阻抗 大小為特征阻抗50Q。
[0006] 所述階梯阻抗諧振器的電長度為二分之一導(dǎo)波波長，阻抗大小為特征阻抗50Q， 所述階梯阻抗諧振器的Z2與Zl、Z3有相同的基頻，在上頻段(大于中心頻率）的諧波或雜 散信號與均勻諧振器的諧波或雜散信號等幅反相。
[0007] 所述環(huán)形諧振器的電長度為二分之一導(dǎo)波波長，四個(gè)負(fù)載殘端均勻分布在環(huán)形諧 振器上，每兩個(gè)相鄰的負(fù)載殘端之間的圓弧長度是環(huán)形諧振器周長的四分之一。
[0008] 所述環(huán)形諧振器對下頻段(小于中心頻率）諧波的抑制通過負(fù)載殘端實(shí)現(xiàn)，四個(gè)負(fù) 載殘端只會(huì)影響環(huán)形諧振器偶模的諧振頻率，負(fù)載殘端的電長度與環(huán)形諧振器的周長成一 定比例的時(shí)候，下頻段就會(huì)生成一個(gè)可控的諧振信號，不同的比例條件下，產(chǎn)生的信號與中 心頻率之間的距離正相關(guān)且可控。
[0009] 本發(fā)明的工作原理是通過均勻阻抗諧振器、階梯阻抗諧振器在頻譜上的同幅反相 疊加來達(dá)到對于上頻段(大于中心頻率）的頻率抑制，保證了本振在多次倍頻程位置的諧波 信號可以得到很好的抑制；帶負(fù)載殘端的環(huán)形諧振器具有簡并模的功能，保證了濾波器在 下頻段(小于中心頻率）的信號抑制，將下頻段的信號抑制頻率范圍向高頻段擴(kuò)展，保證本 振輸出信號的純凈，即降低了噪聲。
[0010] 本發(fā)明的一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器，解決了電路匹配和植入問題，具有 即插即用的功能，提高了諧波抑制效果，保證了本振輸出信號的純凈（即降低了噪聲)，同時(shí) 簡化了設(shè)計(jì)流程，降低了成本，縮小了電路尺寸，具有很好的移植性。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明中階梯阻抗諧振器的原理示意圖， 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 其中：1、均勻阻抗諧振器2、階梯阻抗諧振器 3、環(huán)形諧振器4、負(fù)載殘端。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：本實(shí)施例是針對中心頻率為 8300MHz的雷達(dá)本振模塊的輸出信號進(jìn)行的濾波器設(shè)計(jì)，以微帶線的形式來實(shí)現(xiàn)，其物理參 數(shù)是基于介電常數(shù)為2. 65、厚度為0. 93mm的聚四氟乙烯板，厚度0. 035mm的銅箱進(jìn)行設(shè)計(jì) 的。
[0014] 如圖1所示，一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器，包括均勻阻抗諧振器1、階梯阻 抗諧振器2、環(huán)形諧振器3,所述均勻阻抗諧振器1、階梯阻抗諧振器2經(jīng)彎曲變形嵌套在環(huán) 形諧振器3中，均勻阻抗諧振器1位于階梯阻抗諧振器2、環(huán)形諧振器3之間。
[0015] 本發(fā)明中，均勻阻抗諧振器1和階梯阻抗諧振器2的電長度都是二分之一導(dǎo)波波 長(I)，根據(jù)特征阻抗計(jì)算公式和電長度與物理長度的轉(zhuǎn)換公式來進(jìn)行均勻阻抗諧振器1 和階梯阻抗諧振器2物理參數(shù)的設(shè)計(jì)，特征阻抗&的計(jì)算公式：
其中W是寬度，d是介質(zhì)厚度，％是有效介電常數(shù)。
[0016] 電長度〃與物理長度身專換公式，其中
c是光速，/是頻率： 根據(jù)以上公式可以計(jì)算出一個(gè)諧振頻率（中心頻率)為8300MHz、特征阻抗為50Q的二 分之一導(dǎo)波波長的均勻阻抗諧振器1的物理參數(shù)。
[0017]為了抑制中心頻率之后的每個(gè)倍頻頻率處的諧波信號，階梯阻抗諧振器2可以在 極寬的上頻帶多倍頻程處產(chǎn)生與諧波信號等幅反相的信號，通過與均勻阻抗諧振器1的耦 合實(shí)現(xiàn)與諧波信號的疊加抵消。階梯阻抗諧振器2的結(jié)構(gòu)如圖2所示，為了進(jìn)一步縮小濾波 器的尺寸，階梯阻抗諧振器2等分為六個(gè)單元，每個(gè)單元電長度為0，根據(jù)不同的阻抗值， 將六個(gè)單元分為三組Z1、Z2、Z3,電長度為2 0的Z1位于階梯阻抗諧振器2中間，兩段電長 度均為0的Z3分別位于階梯阻抗諧振器2的兩端，兩段電長度均為0的Z2分別位于Z3 與Z1之間，而Z2的阻抗大小與Z1或者Z3成一定比例，這個(gè)比例的選取遵循如下原則：首 先，Z2與Z1、Z3有相同的基頻，其次，產(chǎn)生的上頻段諧波信號的參數(shù)與均勻阻抗諧振器1的 諧波信號的參數(shù)等幅反相。最后通過矩形系數(shù)來確定最終二者之間的耦合系數(shù)，以確定間 隙的大小。耦合系數(shù)K可以通過如下公式得出：
其中，F(xiàn)BW是所需頻卒帶莧，K是耦合糸數(shù)，gl=0. 9588,g2=l. 2970,jl=_02028，j2=0. 9477,為分離元件低通濾波器的響應(yīng)參數(shù)。
[0018] 如圖1所示，環(huán)形諧振器3上帶有四個(gè)負(fù)載殘端4,環(huán)形諧振器3可以將均勻阻抗 諧振器1下頻帶的諧振信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)的推離中心頻率。環(huán)形諧振器3的直徑為D=V'諧振頻 率為8300MHz。環(huán)形諧振器3的下頻段抑制是通過四個(gè)負(fù)載殘端4實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)擾動(dòng)理論， 四個(gè)負(fù)載殘端4均勻分布在環(huán)形諧振器3上，每兩個(gè)相鄰的負(fù)載殘端4之間的電長度0s 是環(huán)形諧振器3周長0r的四分之一，通過橫向振動(dòng)法可以計(jì)算出環(huán)形諧振器3的奇偶模， 如下公忒所沄，
從上述公式可以看出，四個(gè)負(fù)載殘端4只作用于環(huán)形諧振器3的偶模，也就是說只有偶 模的諧振頻率會(huì)被影響。當(dāng)負(fù)載殘端4的電長度0s與環(huán)形諧振器3的周長0r的成一定的 比例的時(shí)候，下頻段就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可控的諧振信號，在本發(fā)明中這個(gè)比例是0s= 0.4 0r。 此時(shí)，環(huán)形諧振器3產(chǎn)生的信號與均勻阻抗諧振器1產(chǎn)生的雜散信號因反相疊加而互相抵 消，提高了對下頻段雜散鏡像信號的抑制水平。
[0019] 本發(fā)明中運(yùn)用了兩種不同的耦合和嵌套結(jié)構(gòu)，其一為將均勻阻抗諧振器1和階梯 阻抗諧振器2進(jìn)行變形，形成圓環(huán)狀嵌套耦合結(jié)構(gòu)；其二，將環(huán)形濾波器3與均勻阻抗諧振 器1、階梯阻抗諧振器2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嵌套耦合，實(shí)現(xiàn)了對應(yīng)設(shè)計(jì)原理的獨(dú)立設(shè)計(jì)和匹配疊 加，具有即插即用的功能，提高了諧波抑制效果，保證了本振輸出信號的純凈，即降低了噪 聲，同時(shí)簡化了設(shè)計(jì)流程，降低了成本，縮小了電路尺寸，具有很好的移植性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器，其特征在于：包括均勻阻抗諧振器、階梯阻抗 諧振器、環(huán)形諧振器，所述均勻阻抗諧振器、階梯阻抗諧振器經(jīng)彎曲變形嵌套在環(huán)形諧振器 中，均勻阻抗諧振器位于階梯阻抗諧振器、環(huán)形諧振器之間，所述階梯阻抗諧振器等分為六 個(gè)單元，每個(gè)單元電長度為9，根據(jù)不同的阻抗值，將六個(gè)單元分為三組Z1、Z2、Z3,電長度 為2 0的Zl位于階梯阻抗諧振器中間，兩段電長度均為0的Z3分別位于階梯阻抗諧振器 的兩端，兩段電長度均為0的Z2分別位于Z3與Zl之間，所述環(huán)形諧振器上帶有四個(gè)負(fù)載 殘端，四個(gè)負(fù)載殘端均勻分布在環(huán)形諧振器上。2. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶抑制的合成植入濾波器，其特征在于：所述均勻阻抗諧 振器以中心頻率為諧振頻率，電長度為二分之一導(dǎo)波波長，阻抗大小為特征阻抗50Q。3. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶抑制的合成植入濾波器，其特征在于：所述階梯阻抗諧 振器的電長度為二分之一導(dǎo)波波長，阻抗大小為特征阻抗50Q，所述階梯阻抗諧振器的Z2 與Z1、Z3有相同的基頻，在上頻段(大于中心頻率）的諧波或雜散信號與均勻諧振器的諧波 或雜散信號等幅反相。4. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶抑制的合成植入濾波器，其特征在于：所述環(huán)形諧振器 的電長度為二分之一導(dǎo)波波長，四個(gè)負(fù)載殘端均勻分布在環(huán)形諧振器上，每兩個(gè)相鄰的負(fù) 載殘端之間的圓弧長度是環(huán)形諧振器周長的四分之一。5. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶抑制的合成植入濾波器，其特征在于：所述環(huán)形諧振器 對下頻段(小于中心頻率）諧波的抑制通過負(fù)載殘端實(shí)現(xiàn)，四個(gè)負(fù)載殘端只會(huì)影響環(huán)形諧振 器偶模的諧振頻率，當(dāng)負(fù)載殘端的電長度與環(huán)形諧振器的周長成一定比例的時(shí)候，下頻段 就會(huì)生成一個(gè)可控的諧振信號，不同的比例條件下，產(chǎn)生的信號與中心頻率之間的距離正 相關(guān)且可控。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬頻帶抑制的合成植入濾波器，主要涉及雷達(dá)的寬頻帶信號抑制和射頻模塊濾波的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括階梯阻抗諧振器、均勻阻抗諧振器、帶負(fù)載殘端的環(huán)形諧振器，通過均勻阻抗諧振器、階梯阻抗諧振器在頻譜上的同幅反相疊加來達(dá)到對于上頻段（大于中心頻率）的頻率抑制，保證了本振在多次倍頻程位置的諧波信號可以得到很好的抑制；帶負(fù)載殘端的環(huán)形諧振器具有簡并模的功能，保證了濾波器在下頻段（小于中心頻率）的信號抑制，將下頻段的信號抑制頻率范圍向高頻段擴(kuò)展，保證了本振輸出信號的純凈，即降低了噪聲，同時(shí)也可以保護(hù)本振模塊，使其避免因受系統(tǒng)其他模塊的干擾而燒毀，本發(fā)明的濾波器具有即插即用的功能，不會(huì)對整個(gè)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)造成干擾，簡化了設(shè)計(jì)流程，具有很好的移植性。
【IPC分類】H01P1/212
【公開號】CN105186081
【申請?zhí)枴緾N201510486269
【發(fā)明人】高丁寧誠, 謝向前, 周濤, 施春榮, 陳瀚睿, 陸小虎
【申請人】中船重工鵬力（南京）大氣海洋信息系統(tǒng)有限公司, 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所, 中船重工鵬力（南京）智能裝備系統(tǒng)有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月11日