專利名稱：小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波微帶濾波器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及平行線耦合濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
濾波器是微波電路中一個非常重要的器件，在頻譜資源日益緊張和電磁干擾越來越嚴(yán)重的情況下，對濾波器的性能和成本提出了更高的要求。理想的濾波器特性應(yīng)當(dāng)是在通帶內(nèi)無衰減，而在禁帶內(nèi)有盡可能大的衰減。對于某些要求具有非常陡峭的過渡帶濾波器，一般可以通過級聯(lián)多節(jié)的濾波器來達(dá)到需要的性能，同時也增加帶外的衰減，但是節(jié)數(shù)的增加將引起較大的插入損耗。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的濾波器，因為其高Q值，低插入損耗等優(yōu)點在一些窄帶濾波中得到了廣泛的應(yīng)用，但是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的濾波器，加工難度高，機(jī)械加工精度差，往往需要后續(xù)的手工調(diào)試，因此導(dǎo)致成本較高。
平行耦合濾波器是由Cohn在1958年首次提出，并且在平面微波電路中得到了廣泛的應(yīng)用。該類型的濾波器具有較寬的通帶性能，平面結(jié)構(gòu)和工藝上上容易實現(xiàn)的優(yōu)點。但是該結(jié)構(gòu)的耦合器濾波器，如果應(yīng)用在低頻段，由于耦合線的長度為中心頻率四分之一波長，所以占用了較大的面積，而且如果需要增加帶外衰減，必須級聯(lián)多節(jié)的耦合器，這樣的缺點限制了該類型的耦合器在濾波器設(shè)計中的應(yīng)用。
圖1顯示了傳統(tǒng)的平行耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看到，耦合線的長度是工作頻率的四分之一波長。該平行線耦合線濾波器，工作中心頻率為5.5GHz，使用F4B材料，相對介電常數(shù)為2.65，厚度為1mm，耦合線的長度為10mm，耦合線寬度為0.2mm，耦合線之間間隙為0.2mm。輸入輸出端口的阻抗均為50Ω，50Ω的線寬為2.7mm。圖2為此濾波器的仿真和測試的頻率響應(yīng)圖。圖中，S21是該濾波器的傳輸特性，從4GHz到7GHz是濾波器的通帶范圍，通帶內(nèi)插入損耗小于2dB(包含兩個SMA連接頭)；S11是該濾波器的駐波特性，在通帶范圍內(nèi)都大于10dB。如果按照該平行耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計頻率較低的濾波器，該濾波器的面積將比較大，不能有效地利用襯底空間，所以該結(jié)構(gòu)的耦合濾波器在低頻應(yīng)用并不十分理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)存在的上述不足，提出一種小型化螺旋耦合的微帶平行線耦合濾波器，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、整體尺寸小可以有效利用襯底空間，而且插入損耗小、帶外抑制大等優(yōu)點。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，包括輸入端和輸出端，輸入輸出耦合線分別與輸入輸出端相連接，輸入輸出耦合線終端均為開路，其特征在于，所述輸入輸出耦合線分別折疊后，相互螺旋耦合，形成耦合線單元。
所述輸入輸出耦合線的折疊次數(shù)相同。
輸入輸出耦合線間的間隙相同，也可以不同。
所述輸入輸出耦合線的寬度可以相同也可以不同。
所述輸入輸出耦合線折疊后的開路線總長為濾波器中心頻率波長的四分之一。
所述輸入端與輸出端之間包括多個相互串連的耦合線單元，相鄰的耦合線單元之間設(shè)有中間微帶線，所述中間微帶線連接前級耦合線單元的輸出耦合線和后級耦合線單元的輸入耦合線。相互級聯(lián)的耦合線單元之間也可以不通過中間微帶線相互連接，而直接將兩相鄰單元的輸入輸出耦合線連接即可。
由以上公開的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明螺旋微帶平行線耦合濾波器，通過將傳統(tǒng)的平行耦合線濾波器耦合線折疊若干次后，兩部分螺旋耦合，這樣可以充分利用襯底材料，節(jié)省面積；耦合線的寬度和耦合線的間隙與原結(jié)構(gòu)的寬度和間隙相同，也可以適當(dāng)調(diào)整該寬度和間隙，達(dá)到通帶內(nèi)阻抗匹配的目的。同傳統(tǒng)的四分之一波長平行線耦合濾波器同樣具有很好的端口駐波和較低通帶插入損耗。與傳統(tǒng)平行線耦合濾波器相比，電路面積大大減小，本發(fā)明可用任何適合微波電路的襯底材料制作。本發(fā)明濾波器的耦合線長度和折疊次數(shù)均可視具體電路工作頻率而定。


圖1為傳統(tǒng)平行線耦合濾波器結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖2為中心頻率為5.5GHz的傳統(tǒng)平行線耦合濾波器頻率響應(yīng)圖。
圖3為本發(fā)明的折疊次數(shù)為1螺旋微帶平行線耦合濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖4為本發(fā)明的中心頻率為2.75GHz的螺旋微帶平行線耦合濾波器頻率響應(yīng)圖。
圖5為本發(fā)明的折疊次數(shù)為2螺旋微帶平行線耦合濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖6為本發(fā)明的中心頻率為1.9GHz的螺旋微帶平行線耦合濾波器頻率響應(yīng)圖。
圖7為本發(fā)明的折疊次數(shù)為3螺旋微帶平行線耦合濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖。
圖8為本發(fā)明的中心頻率為1.375GHz的螺旋微帶平行線耦合濾波器頻率響應(yīng)圖。
圖9為本發(fā)明的折疊次數(shù)為2，包括3個耦合單元串聯(lián)的螺旋微帶平行線耦合濾波器的實物結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10為本發(fā)明的中心頻率為1.95GHz，折疊次數(shù)為2，3個耦合單元串聯(lián)的螺旋微帶平行線耦合濾波器頻率響應(yīng)圖。
以上各頻率響應(yīng)圖中，11表示根據(jù)模擬值繪制的該濾波器的駐波特性曲線S11，11’表示根據(jù)測量值繪制的該濾波器的駐波特性曲線S11；21表示根據(jù)模擬值繪制的該濾波器的傳輸特性曲線S21，21’表示根據(jù)測量值繪制的該濾波器的傳輸特性曲線S21’。
具體實施例方式本發(fā)明設(shè)計的螺旋微帶平行線耦合濾波器實施例及詳細(xì)說明如下，所有實施例均制作在介電常數(shù)為2.65，厚度為1mm的F4B襯底上。本發(fā)明也可以在其它襯底上制作，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，同時本發(fā)明的折疊次數(shù)也不限于附圖中所示的次數(shù)，可以繼續(xù)遞增。
如圖3、圖5和圖7所示，本發(fā)明小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，包括輸入端31和輸出端32，輸入耦合線33與輸入端31連接，輸出耦合線34與輸入端32連接，輸入輸出耦合線33、34終端均為開路，所述輸入輸出耦合線33、34分別折疊后，相互螺旋耦合，形成耦合線單元。
作為對本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，如圖9所示，所述輸入端與輸出端之間包括3個相互串連的級聯(lián)耦合線單元37、38、39，相鄰的耦合線單元之間設(shè)有中間微帶線35、36，所述中間微帶線35分別連接前級耦合線單元37的輸出耦合線和后級耦合線單元38的輸入耦合線；中間微帶線36分別連接前級耦合線單元38的輸出耦合線和后級耦合線單元39的輸入耦合線。當(dāng)然還可以根據(jù)需要適當(dāng)增加中間微帶線的數(shù)量，與輸入輸出耦合線組合從而形成更多相互串連的級聯(lián)單元，以達(dá)到增大帶外衰減的目的。
圖1、圖3、圖5和圖7所示的螺旋微帶平行線耦合濾波器，兩端輸入輸出端口的線寬為2.7mm，為50Ω特征線寬，耦合線的寬度為0.2mm，耦合線間隙為0.2mm，耦合部分的長度均為10mm，便于比較不同折疊次數(shù)的濾波器性能。
圖3顯示了折疊次數(shù)為1的螺旋微帶平行線耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖，因為折疊次數(shù)為1，等效的電路長度為圖1所示傳統(tǒng)平行線耦合濾波器的兩倍，即該耦合濾波器的中心頻率約為圖1所示的傳統(tǒng)平行線耦合濾波器中心頻率的一半。圖4顯示了仿真和測試的圖3結(jié)構(gòu)的濾波器頻率響應(yīng)圖，該濾波器的中頻率為2.75GHz，帶內(nèi)插入損耗小于0.7dB，輸入回波損耗大于20dB。
圖5顯示了折疊次數(shù)為2的螺旋微帶平行線耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖，因為折疊次數(shù)為2，等效的電路長度為圖1所示傳統(tǒng)平行線耦合濾波器的三倍，即該耦合濾波器的中心頻率約為圖1所示的傳統(tǒng)平行線耦合濾波器中心頻率的三分之一。圖6顯示了仿真和測試的圖5結(jié)構(gòu)的濾波器頻率響應(yīng)圖，該濾波器的中頻率為1.9GHz，帶內(nèi)插入損耗小于0.9dB，輸入回波損耗大于10dB。
圖7顯示了折疊次數(shù)為3的螺旋微帶平行線耦合線濾波器的結(jié)構(gòu)布局示意圖，因為折疊次數(shù)為3，等效的電路長度為圖1所示傳統(tǒng)平行線耦合濾波器的四倍，即該耦合濾波器的中心頻率約為圖1所示的傳統(tǒng)平行線耦合濾波器中心頻率的四分之一。圖8顯示了仿真和測試的圖7結(jié)構(gòu)的濾波器頻率響應(yīng)圖，該濾波器的中頻率為1.9GHz，帶內(nèi)插入損耗小于0.9dB，輸入回波損耗大于10dB。
圖9是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的一種三單元串聯(lián)的螺旋微帶平行線耦合濾波器實物結(jié)構(gòu)示意圖，其中的螺旋耦合單元即為圖5所示的折疊次數(shù)為2的螺旋微帶平行線耦合濾波器，通過級聯(lián)三個單元，可以達(dá)到增大帶外衰減的目的。圖10是該濾波器的仿真和測試曲線，測試結(jié)果顯示該濾波器在0-0.95GHz及2.3GHz-3.2GHz的帶外衰減均大于20dB，通帶1.80GHz-2.1GHz內(nèi)，插入損耗小于1.5dB，輸入駐波大于10dB?？梢钥吹皆摓V波器具有很小的電路面積，低插入損耗。
權(quán)利要求
1.一種小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，包括輸入端和輸出端，輸入輸出耦合線分別與輸入輸出端相連接，輸入輸出耦合線終端均為開路，其特征在于，所述輸入輸出耦合線分別折疊后，相互螺旋耦合，形成耦合線單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，其特征在于，所述輸入輸出耦合線的折疊次數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，其特征在于，輸入輸出耦合線間的間隙可以相同也可以不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，其特征在于，所述輸入輸出耦合線的寬度可以相同也可以不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，其特征在于，所述輸入輸出耦合線折疊后的開路線總長為濾波器中心頻率波長的四分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，其特征在于，所述輸入端與輸出端之間包括多個相互串連的耦合線單元，相鄰的耦合線單元之間設(shè)有中間微帶線，所述中間微帶線連接前級耦合線單元的輸出耦合線和后級耦合線單元的輸入耦合線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型化螺旋微帶平行線耦合濾波器，包括輸入端和輸出端，輸入輸出耦合線分別與輸入輸出端相連接，輸入輸出耦合線終端均為開路，所述輸入輸出耦合線分別折疊后，相互螺旋耦合，形成耦合線單元。本發(fā)明通過將傳統(tǒng)的平行耦合線濾波器耦合線折疊若干次后，兩部分螺旋耦合，這樣可以充分利用襯底材料，節(jié)省面積；耦合線的寬度和耦合線的間隙與原結(jié)構(gòu)的寬度和間隙相同，也可以適當(dāng)調(diào)整該寬度和間隙，達(dá)到通帶內(nèi)阻抗匹配的目的。具有結(jié)構(gòu)簡單、整體尺寸小可以有效利用襯底空間，而且插入損耗小、帶外抑制大等優(yōu)點。
文檔編號H01P1/203GK1731622SQ20051002814
公開日2006年2月8日 申請日期2005年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者顧建忠, 孫曉瑋 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所