基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及到微波通信領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)新穎、制作簡(jiǎn)單，并可用于微波電路進(jìn)行濾波的差分帶通濾波器。
【背景技術(shù)】
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[0002]在現(xiàn)代無線通信和微波集成電路的不斷發(fā)展過程中，濾波器在微波集成電路中扮演著至關(guān)重要的角色，濾波器作為射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)必不可少的一部分，在無線通信領(lǐng)域面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中，濾波器都是采用單入單出型的輸入輸出端口，其傳輸非平衡信號(hào)，但隨著片上系統(tǒng)的發(fā)展，單端口濾波器并不能滿足平衡信號(hào)的傳輸?shù)男枨螅罘譃V波器因其兼有平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換和濾波功能，在無線通信領(lǐng)域中得到迅速發(fā)展。
[0003]在現(xiàn)代無線通信和雷達(dá)系統(tǒng)中，差分平衡電路發(fā)揮著重要作用。實(shí)際應(yīng)用中，集成電路向小型化方向不斷發(fā)展，低損耗電路的設(shè)計(jì)面臨著強(qiáng)電磁干擾、無線電頻率干擾、元部件耦合串?dāng)_等嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，差分平衡電路以其有效抑制噪聲、減少電磁耦合干擾的優(yōu)勢(shì)得以廣泛應(yīng)用，差分濾波器作為平衡電路的重要器件，其研究也不斷得到深入和發(fā)展。差分濾波器要求在差模激勵(lì)時(shí)具有良好的濾波特性，相當(dāng)于帶通濾波器，同時(shí)在共模激勵(lì)時(shí)能夠有效抑制共模，相當(dāng)于帶阻濾波器。我們可以把單端口濾波器和巴倫組合成差分濾波器，但其面積過大，不符合小型化需求。因此，把差分濾波器作為單一器件來設(shè)計(jì)，是一個(gè)急需研究的重要問題。目前，差分濾波器的實(shí)現(xiàn)方法可以分為以下幾種:采用枝節(jié)加載結(jié)構(gòu)的差分濾波器;采用兩路徑傳輸理論模型的差分濾波器;采用多模諧振器結(jié)構(gòu)的差分濾波器。
[0004]信號(hào)干擾理論有兩種類型:橫向型、遞歸型，由于遞歸型濾波器實(shí)現(xiàn)起來比較困難，所以，目前基于信號(hào)干擾理論設(shè)計(jì)的濾波器都是基于橫向型。為了滿足小型化要求和降低濾波器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，一般選取兩路徑傳輸模型。輸入端口與輸出端口之間有兩條傳輸路徑，信號(hào)經(jīng)兩不同路徑傳輸后，疊加到輸出端口，導(dǎo)致信號(hào)在某些頻率處幅度增強(qiáng)，在另外一些頻率處幅度則會(huì)減弱，從而使濾波器在差模激勵(lì)時(shí)滿足通帶特性，在共模激勵(lì)時(shí)滿足阻帶特性，因次，采用信號(hào)干擾理論可以使濾波器具有高選擇性和良好的共模抑制特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了滿足現(xiàn)代通信發(fā)展的需求，本發(fā)明的主要目的是，提供一種新型兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微帶差分帶通濾波器。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所使用的技術(shù)方案如下:
[0007]基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器，所述濾波器設(shè)置有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)端口；該濾波器的外形為中間對(duì)稱面?zhèn)鬏斁€連接兩方形諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且任意一對(duì)輸入、輸出端口之間有兩條電長(zhǎng)度不同傳輸路徑，信號(hào)可從輸入端經(jīng)兩路徑傳輸?shù)捷敵龆恕?br>[0008]所述新型濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對(duì)稱面互補(bǔ)對(duì)稱，差模激勵(lì)時(shí)，對(duì)稱面表現(xiàn)為短路，共模激勵(lì)時(shí)，對(duì)稱面表現(xiàn)為開路。
[0009]所述基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對(duì)稱面互補(bǔ)對(duì)稱，并在中間對(duì)稱面上添加中間短截線，使該濾波器為共模帶阻濾波器；
[0010]所述濾波器結(jié)構(gòu)采用平行對(duì)稱的饋線方式，信號(hào)兩對(duì)輸入端口和信號(hào)輸出端口分別設(shè)置在兩方形諧振結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，采用直接饋電的方式與諧振器內(nèi)部相連，并且饋線特性阻抗大于諧振器特性阻抗，構(gòu)成SIR(階躍阻抗諧振器)，與耦合饋電方式相比可減小插入損耗、提尚制作精度。
[0011]在本發(fā)明的具體實(shí)施例子中，所述兩路徑方形諧振結(jié)構(gòu)和饋線材質(zhì)均為銅箔。
[0012]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明提供了一種新型的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于加工，僅采用兩層結(jié)構(gòu)，并且實(shí)現(xiàn)小型化需求。對(duì)所加工處的實(shí)物進(jìn)行測(cè)量表明:該差分帶通濾波器，其性能優(yōu)于其他外形的差分帶通濾波器。
【附圖說明】
[0013]圖1是基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器
[0014]圖2是本新型差分濾波器的電路圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體附圖，對(duì)本新型濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)一步地描述。
[0016]圖1為本發(fā)明提供的基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。該濾波器包括:第一方形諧振器I和第二方形諧振器2通過中間對(duì)稱面A-A’的傳輸線3連接起來，構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使該新型濾波器在差模激勵(lì)時(shí)表現(xiàn)為帶通濾波器，在共模激勵(lì)時(shí)表現(xiàn)為帶阻濾波器；中間加載短截線5構(gòu)成T型分支線結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)短截線特性阻抗和長(zhǎng)度可有效調(diào)節(jié)共模抑制水平;采用平行互補(bǔ)的饋線方式6，并通過直接饋電的方式與諧振結(jié)構(gòu)相連，可減小插入損耗，提高制作精度;饋線6和傳輸線4構(gòu)成SIR(階躍阻抗諧振器)，通過調(diào)節(jié)阻抗比改善頻率響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)小型化的目的。
[0017]圖2為本發(fā)明提供的差分帶通濾波器的電路圖，向任意兩輸入、輸出端口輸入等幅反相的差模信號(hào)時(shí)，對(duì)稱面等效為理想電壁，相當(dāng)于短路;端口輸入等幅同相的共模信號(hào)時(shí)，對(duì)稱面等效為理想磁壁，相當(dāng)于開路。另外，當(dāng)共模激勵(lì)時(shí)，信號(hào)從任一輸入端口到輸出端口都有兩條傳輸路徑:第一線路LI中，信號(hào)直接經(jīng)過微帶傳輸線由輸入端口到輸出端口 ；第二線路L2中，信號(hào)經(jīng)過下面的兩平行傳輸線結(jié)構(gòu)由輸入端口到輸出端口。兩路徑信號(hào)的相位關(guān)系如下:線路 1: Θα=Θι = 90°，線路 2: 08 = 39^270°，滿足 θΑ=θΒ±ηπ(η = 1,3,5...)。因此，該濾波器結(jié)構(gòu)對(duì)共模信號(hào)來說，可以很容易實(shí)現(xiàn)一個(gè)好的阻帶特性，達(dá)到良好的共模抑制效果。
[0018]本發(fā)明提出一種新型兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別采用差模激勵(lì)和共模激勵(lì)電路理論分析此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用傳輸線理論對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，在實(shí)際情況下，由于很難或無法用麥克斯韋方程從理論上來證明此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只能采用數(shù)值方法來證明，學(xué)術(shù)和工程上常采用的方法是利用商用的高頻電磁仿真軟件進(jìn)行電磁仿真來證明、優(yōu)化。
[0019]商用的高頻電磁仿真軟件有多種，我采用的是Ansoftvl0.0對(duì)提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。然后將優(yōu)化的精確模型制成實(shí)物，應(yīng)用矢量分析儀對(duì)實(shí)物測(cè)試，用實(shí)驗(yàn)的方法證實(shí)該濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0020]所發(fā)明濾波器整體性能較好:仿真結(jié)果表明差模通帶中心頻率fο為7.85GHz，最大回波損耗優(yōu)于_25dB，3dB相對(duì)帶寬為61 %(5.5GHZ?10.2GHZ)，通帶內(nèi)插入損耗最小可達(dá)
0.2dB。在差模通帶內(nèi)，共模抑制最小可達(dá)_20dB，其中-20dB抑制共模阻帶帶寬可覆蓋5.5GHZ?10.2GHZ。
[0021]本發(fā)明是一種新型的基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器，在濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上不同于現(xiàn)有的差分帶通濾波器，其結(jié)構(gòu)緊湊，滿足小型化需求。本發(fā)明的差分帶通濾波器，其性能優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的差分帶通濾波器。
[0022]以上顯示和描述的是本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器，所述濾波器有兩對(duì)輸入和輸出信號(hào)端口，其特征在于，該濾波器的外形為中間對(duì)稱面?zhèn)鬏斁€連接兩方形諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該新型濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對(duì)稱面互補(bǔ)對(duì)稱，且任意一對(duì)輸入、輸出端口之間有兩條電長(zhǎng)度不同傳輸路徑，信號(hào)可從輸入端經(jīng)兩路徑傳輸?shù)捷敵龆?所述濾波器結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱互補(bǔ)的饋線方式，信號(hào)兩對(duì)輸入端口和信號(hào)輸出端口分別設(shè)置在兩方形諧振結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，并采用直接饋電的方式與諧振器內(nèi)部相連，并且饋線特性阻抗大于諧振器特性阻抗，構(gòu)成SIR。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器，該新型結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸如下:兩方形諧振結(jié)構(gòu)的第一方形諧振器(I)和第二方形諧振器(2)尺寸分別為15mm*13.67mm和10.12mm*6mm;其中間對(duì)稱面連接傳輸線(3)長(zhǎng)度為1.2mm，中間加載短截線(5)長(zhǎng)度為1.16mm，四條平行對(duì)稱饋線(6)的寬度為2.8mm，長(zhǎng)度為4mm;該新型差分濾波器結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板介電系數(shù)為2.65，厚度為1mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器，其特征在于:所述兩方形諧振結(jié)構(gòu)和饋線材質(zhì)均為銅箔。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即基于信號(hào)干擾理論的差分帶通濾波器。該濾波器的特征在于：所述濾波器外形為兩方形諧振結(jié)構(gòu)通過中間對(duì)稱面?zhèn)鬏斁€相連，保證了該濾波器為差分帶通濾波器；該新型濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對(duì)稱面A-A’互補(bǔ)對(duì)稱，并在中間對(duì)稱面上添加中間短截線，用于改善共模信號(hào)抑制，使該濾波器為共模帶阻濾波器；所設(shè)計(jì)濾波器采用對(duì)稱互補(bǔ)的饋線方式，信號(hào)輸入端口和信號(hào)輸出端口分別設(shè)置在兩方形諧振結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，并采用直接饋電的方式與諧振器內(nèi)部相連，與耦合饋電方式相比可減小插入損耗、提高制作精度。本發(fā)明提供了一種新型的濾波器諧振結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)較為緊湊，性能優(yōu)于其他外形的差分帶通濾波器。
【IPC分類】H01P1/203
【公開號(hào)】CN105680127
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610051596
【發(fā)明人】劉曉元, 張友俊
【申請(qǐng)人】上海海事大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日