CN106169635B - 一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，整个滤波器利用微带线制作。该微带结构包括三层，分别为上层微带结构、中层介质基片和下层接地金属。上层微带结构包括输入馈线、输出馈线、平行耦合微带线、金属过孔、开路枝节线以及两个短路枝节线；两个短路枝节线分别连接在平行耦合微带线的两端，用以在滤波器通带两端产生传输零点，增强超宽带滤波器的选择性，调节短路枝节线的长度可以改变传输零点的位置。调节开路枝节的线宽和长度等参量，可以灵活的改变陷波的频段及带宽。本发明的滤波器不仅能够确保通带范围覆盖整个超宽带频段，而且能够有针对性地抑制频段内的干扰频率分量，该滤波器具有结构简单紧凑和性能优良的特性。

Description

一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，特别是一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器。

背景技术

2002年美国联邦通信委员会对位于3.1～10.6GHz的超宽带(UWB)相关频带解禁。随着超宽带无线通信技术的迅猛发展，对超宽带无线通信电子设备提出了更高的要求，高性能、小型化已经成为超宽带无线通信系统发展的必然趋势。近十几年来，由于结构简单、小型化等优点，微带线结构的超宽带滤波器，成为了研究的主要方向，并涌现出多种形式的超宽带滤波器。

利用高通滤波器和低通滤波器级联来实现滤波器的超宽带特性，这种滤波器容易实现，但由于高低通级联使得滤波器尺寸较大，不够紧凑；传统的四分之一波长短路枝节带通滤波器具有工作带宽宽、结构简单的优点，但是这种滤波器带外抑制能力较差，要提高这种滤波器的选择性，必须增加短路枝节数目，或者用两个枝节的开路截线替换短路截线以在通带两端产生两个衰减极点,该方法使滤波器的尺寸大大增加，不利于滤波器的小型化。因此，提高超宽带滤波器的选择项以及缩小滤波器的尺寸仍是一大挑战，现有技术中尚无一种结构简单，尺寸小的选择性高的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，尺寸小，选择性高的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，该结构包括三层结构：上层微带结构、中层介质基片和下层接地金属。上层微带结构附着在中间层介质基片的上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面。上层微带结构包括输入输出馈线、一段平行耦合微带线、两个短路枝节线和一条开路枝节线。平行耦合微带线的输入输出端连接有两个等长等宽的短路枝节线，短路枝节的末端均设置有金属化通孔，金属化通孔从金属上层通过中层介质基片与下层接地金属层连接。平行耦合微带线与短路枝节线具有相同的电长度，均为中心频率对应波长的四分之一。两条50欧姆输入/输出馈线分别连接至平行耦合线的两端，一条开路枝节连接至50欧姆的输入输出微带线。为了进一 步缩小滤波器的尺寸，开路枝节的形状被弯曲为“L”形。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明基于传统的四分之一波长短路枝节超宽带带通滤波器，将短路枝节线中间的传输线用一段平行耦合线代替，仅通过一级结构就可实现超宽带功能，大大缩小了滤波器的尺寸；(2)本发明通过短路枝节与平行耦合线的连接，在通带两端各产生一个传输零点，提高了滤波器的选择性；(3)本发明利用一段“L”形开路枝节，在通带内产生陷波，并且可以灵活的改变陷波的频率及带宽。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

附图说明

图1为本发明一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器的平面结构示意图。

图2为本发明一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器随短路枝节长度变化，带外传输零点变化的仿真曲线图。

图3为本发明一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器陷波频率与带宽随开路枝节线长度变化的仿真曲线图。

图4为本发明一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器频率响应仿真曲线图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，该微带结构包括三层，分别为上层微带结构、中层介质基片和下层接地金属，上层微带结构附着在中间层介质基片的上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面；上层微带结构包括平行耦合微带线4，该平行耦合微带线4的两端分别与第一短路枝节2和第二短路枝节5相连，所述第一短路枝节2和第二短路枝节5等长等宽，上述两个短路枝节的末端均设置短路金属化通孔，所述短路金属化通孔通过介质基片与下层接地金属层连接，上述平行耦合微带线4的两端同时还与第一50欧姆的微带线1和第二50欧姆微带线6相连，所述第一50欧姆的微带线1上还设置开路枝节3。

所述平行耦合微带线4与开路枝节3的电长度相等，均为中心频率对应波长的四分之一。

所述介质基板的相对介电常数为10.9，厚度为1.27mm。

所述平行耦合微带线4的长度为3.4mm，宽度为0.2mm，耦合间距为0.1mm。

所述开路枝节3的长度为5.5mm，宽度W为0.2mm。

所述滤波器的尺寸为9mm×8mm。

所述开路枝节3可以进行适当的弯曲，为了进一步缩小滤波器的尺寸，开路枝节的形状被弯曲为“L”形。通过调节两个短路枝节线的长度可以改变滤波器带外传输零点的位置，调节开路枝节线的长度与宽度参数可以灵活改变陷波的频率和带宽。

下面结合实施例对本发明进行进一步详细说明。

实施例

本发明一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，采用四分之一短路枝节与平行耦合微带级联的方法设计出一种结构紧凑且高选择性的超宽带带通滤波器，增加开路枝节，使滤波器具有陷波特性，能滤除无线网络的干扰。本发明所选的带通滤波器的中心频率为6.85GHz，通带频率范围为3.1GHz-10.6GHz，相对带宽达到110％。金属上层的50欧姆微带线(1)、(6)作为能量的输入输出端口，该微带线的宽度由滤波器的中心频率决定为1.2mm，长度根据实际需要进行调节，本发明选用2mm。平行耦合微带线的长度为3.4mm，宽度为0.2mm，耦合间距为0.1mm。为了说明短路枝节的长度与带外传输零点的变化关系，对不同的短路枝节长度进行仿真，从图2中可看出，上边带的传输零点的位置随着短路枝节长度的增大，衰减极点向中心频率处移动。经过最终优化后，短路枝节的长度为3.9mm，宽度为0.4mm。两个短路枝节末端的金属化接通孔的直径均为0.3mm。通过改变开路枝节的长度说明本发明一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器的陷波频段和带宽的可调性。从图3中可以看出，随着开路短截线长度的增大，陷波的频段会向低频段移动，因此通过调整开路枝节的长度可以方便地调整陷波频带。本发明对5.8～5.9GHz频段进行陷波，其对应的开路短截线的长度为5.5mm，宽度W为0.2mm。

结合图4，频率特性包括：S21(插入损耗)，S11(回波损耗)。横坐标为频率分量，单位为GHz，纵坐标为频率特性包括插入损耗和回波损耗，单位为dB。仿真结果表明：该滤波器的通带范围为3.1～10.6GHz，陷波频段为5.7～5.8GHz，陷波的最大抑制达到了-49dB。在3.1～4.9GHz和6.4～10.6GHz内，插入损耗小于 1dB。边带抑制能力较强，在11.9GHz处达到-40dB的衰减。在两个通带范围内回波损耗较为理想，满足了超宽带带通滤波器的设计要求。同时，整个滤波器的尺寸仅为9mm×8mm。

本发明提出的一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，仅通过两个短路枝节与一段平行耦合线连接，一方面利用简单的结构实现超宽带特性，另一方面也在通带外产生两个传输零点，增强了滤波器的带外抑制能力；此外，通过添加开路枝节在通带内产生陷波频段，并可通过调节开路枝节线的长度灵活改变陷波的频段和带宽，滤除无线网络的干扰。本发明结构简单紧凑，性能优良，易于制造与生产。

Claims (6)

1.一种具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，其特征在于，小型超宽带带通滤波器包括三层，分别为上层微带结构、中层介质基片和下层接地金属，上层微带结构附着在中间层介质基片的上表面，接地金属附着在中间层介质基板的下表面；上层微带结构包括平行耦合微带线(4)，该平行耦合微带线(4)的两端分别与第一短路枝节(2)和第二短路枝节(5)相连，所述第一短路枝节(2)和第二短路枝节(5)等长等宽，上述第一短路枝节(2)和第二短路枝节(5)的末端均设置短路金属化通孔，所述短路金属化通孔通过介质基片与下层接地金属层连接，上述平行耦合微带线(4)的两端同时还与第一50欧姆的微带线(1)和第二50欧姆微带线(6)相连，所述第一50欧姆的微带线(1)上还设置开路枝节(3)。

2.根据权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，其特征在于，平行耦合微带线(4)与开路枝节(3)的电长度相等，均为中心频率对应波长的四分之一。

3.根据权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，其特征在于，介质基板的相对介电常数为10.9，厚度为1.27mm。

4.根据权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，其特征在于，平行耦合微带线(4)的长度为3.4mm，宽度为0.2mm，耦合间距为0.1mm。

5.根据权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，其特征在于，开路枝节(3)的长度为5.5mm，宽度W为0.2mm。

6.根据权利要求1所述的具有陷波特性的小型超宽带带通滤波器，其特征在于，滤波器的尺寸为9mm×8mm。