專利名稱：基于階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通訊設(shè)備技術(shù)，涉及一種多模諧振器設(shè)計(jì)，特別涉及超寬帶帶通 濾波器設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
在2002年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)將3. 1 10. 6GHz的頻段自由開(kāi)放用作通 信領(lǐng)域的應(yīng)用之后，超寬帶短距離無(wú)線通信引起了全球通信技術(shù)領(lǐng)域的極大關(guān)注。濾波器 作為通信系統(tǒng)中不可或缺并廣泛運(yùn)用的無(wú)源器件，更是成為了研究的熱點(diǎn)之一。由于超寬 帶濾波器要求工作在3. 1 10. 6GHz這樣一個(gè)較寬的頻段范圍內(nèi)，且要求該濾波器有較小 的尺寸，傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)方法無(wú)法設(shè)計(jì)出如此寬頻帶的濾波器。目前實(shí)現(xiàn)超寬帶濾波器的方法有通過(guò)低通和高通濾波器級(jí)聯(lián)或是利用多模諧振 器結(jié)構(gòu)等。各種傳輸線結(jié)構(gòu)如平行耦合線、共面波導(dǎo)、微帶線、帶狀線等結(jié)構(gòu)和形式都被運(yùn) 用到超寬帶濾波器的設(shè)計(jì)中來(lái)。但是，隨著無(wú)線通訊產(chǎn)品都朝著輕、薄、短、小的方向發(fā)展， 所以要求濾波器尺寸也越來(lái)越小。如何在保證超寬帶濾波器的性能的前提下，減小濾波器 尺寸乃是當(dāng)今濾波器設(shè)計(jì)的一大挑戰(zhàn)。Zhu L.IEEE Microwave and Wireless Components Letters ±胃 ^^"Ultra-wideband(UffB)bandpass filters using multiple-mode resonator"一文中 提出了一種基于多模諧振器結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器。由于該設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)的濾波器通 帶特性較好，故該文被大量引用，然而該結(jié)構(gòu)的電路尺寸較大，而且阻帶衰減慢，帶外抑制 罾胃。Zhu L. ^BMX^t 2007 ^ IEEEMicrowave and Wireless Components Letters ± 發(fā)@“Compact UffB bandpassfilter using stub-loaded multiple-mode resonator"一 文，提出了基于枝節(jié)加載的多模諧振器結(jié)構(gòu)用于改善上述多模結(jié)構(gòu)超寬帶濾波器的帶外特 性，并減小了電路尺寸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)雖然能夠減小電路尺寸，但在帶外抑制和阻帶 衰減特性上仍然沒(méi)有得到大幅改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有基于多模諧振器結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器尺寸大、阻帶衰 減慢、帶外抑制差等缺點(diǎn)，提供一種階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器。它具有 結(jié)構(gòu)緊湊、帶內(nèi)帶外性能更優(yōu)的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的采用的技術(shù)方案一種階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬 帶濾波器，其特征是，由微帶基片(11)、正面部分、反面部分和輸入\輸出端口組成，所述正 面部分和反面部分分別位于所述微帶基片的兩個(gè)面上，反面部分作為所述濾波器的金屬地 板；所述的正面部分包括第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)、第一 平行耦合饋線(3)、第二平行耦合饋線(6)、階梯阻抗諧振器(4)和加載階梯阻抗枝節(jié)；所述 第一平行耦合饋線(3)和第二平行耦合饋線(6)為平行雙線結(jié)構(gòu)；所述第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)分別位于正面的左右兩端且處于同一水平線上，所述第一 輸入\輸出端口(1)和第一均勻傳輸線單元(2)相連接，第二輸入\輸出端口(10)和第二 均勻傳輸線單元(7)相連接；第一平行耦合饋線(3)和第二平行耦合饋線(6)通過(guò)階梯阻 抗諧振器(4)相連接，加載階梯阻抗枝節(jié)(5)并聯(lián)加載在水平的階梯阻抗諧振器(4)上；第 一平行耦合饋線(3)另一端和均勻傳輸線單元(2)相連接，第二平行耦合饋線(6)另一端 和均勻傳輸線單元(7)相連接；其中，第一、第二平行耦合饋線長(zhǎng)度均為中心頻率6. 85GHz 的四分之一波長(zhǎng)；所述的反面部分包括第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)和接地金屬單元 (12)；第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)均是在金屬地板上刻蝕去除相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形 狀，從而形成的空氣單元；第一缺陷地單元(8)位于第一平行耦合饋線(3)下方，第二缺陷 地單元(9)位于第二平行耦合饋線(6)下方；第一輸入\輸出端口(1)、第二輸入\輸出端 口(10)還與接地金屬單元(12)相連接。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述微帶基片(11)相對(duì)介電常數(shù)為1 100，厚度為 0. Imm 5mmο所述第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)，均為50歐姆微帶線。所述反面部分的第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)均為矩形。且兩個(gè)矩形 分別位于正面部分的第一平行耦合饋線(3)、第二平行耦合饋線(6)的下方。所述加載階梯阻抗枝節(jié)為一節(jié)或兩節(jié)以上。所述加載階梯阻抗枝節(jié)每一節(jié)均由兩段阻抗和電長(zhǎng)度不同的第一微帶線和第二 微帶線級(jí)聯(lián)構(gòu)成；其中，第一微帶線垂直連接階梯阻抗諧振器(4)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和效果是1、階梯阻抗枝節(jié)加載諧振器可以為多模諧振器提供更多調(diào)節(jié)自由度控制諧振器 模式，不僅可以實(shí)現(xiàn)該諧振器所需的諧振模式均勻分布在超寬帶通帶內(nèi)，將帶外的所不需 的諧振模式退離通帶達(dá)到實(shí)現(xiàn)帶外抑制的目的。2、并聯(lián)加載階梯阻抗枝節(jié)在通帶兩端各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，并且可以通過(guò)階梯阻 抗枝節(jié)調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了濾波器的選擇性。3、該濾波器為平面結(jié)構(gòu)，尺寸小，容易加工，易于和其他電路集成。


圖1是本發(fā)明的濾波器的一種結(jié)構(gòu)透視圖。圖2為圖1的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1的反面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是實(shí)施例1頻率響應(yīng)的電磁仿真及測(cè)試曲線。圖5是本發(fā)明的濾波器的另一種結(jié)構(gòu)透視圖。圖6為圖5的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖5的反面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例一如圖1所示，一種階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器包括正面部分、 微帶基片11、反面部分和輸入\輸出端口。輸入\輸出端口有兩個(gè)，分別為輸入\輸出端口 1和輸入\輸出端口 10。正面部分和反面部分分別位于微帶基片11的兩個(gè)面上，反面部分 作為濾波器的金屬地板。如圖2所示，所述的正面部分包括第一均勻傳輸線單元2、第二均勻傳輸線單元 7、第一平行耦合饋線3、第二平行耦合饋線6、階梯阻抗諧振器4、加載階梯阻抗枝節(jié)5，第一 平行耦合饋線3和第二平行耦合饋線6為平行雙線結(jié)構(gòu)，第一均勻傳輸線單元2、第二均勻 傳輸線單元7分別位于正面的左右兩端且處于同一水平線上，第一輸入\輸出端口 1和第 一均勻傳輸線單元2相接，第二輸入\輸出端口 10和第二均勻傳輸線單元7相接；第一平 行耦合饋線3和第二平行耦合饋線6通過(guò)階梯阻抗諧振器4相連接，第一平行耦合饋線3另 一端和均勻傳輸線單元2相連，第二平行耦合饋線6另一端和均勻傳輸線單元7相連。其 中，平行耦合饋線長(zhǎng)度為中心頻率6. 85GHz的四分之一波長(zhǎng)。加載階梯阻抗枝節(jié)5并聯(lián)加 載在水平的階梯阻抗諧振器4上，加載階梯阻抗枝節(jié)5僅采用一節(jié)，采用均勻的高低阻抗線 級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，由兩段阻抗和電長(zhǎng)度不同的第一微帶線13和第二微帶線14級(jí)聯(lián)構(gòu)成；其中，第 一微帶線13垂直連接階梯阻抗諧振器4。其中高阻抗部分傳輸線14阻抗為101. 323歐姆， 相對(duì)中心頻率6. 85GHz的電長(zhǎng)度為109. 45°，低阻抗部分傳輸線15阻抗為34. 47歐姆，相 對(duì)中心頻率6. 85GHz的電長(zhǎng)度為42. 05°。微帶基片11介電常數(shù)為2. 55，厚度為0.8mm。如圖3所示，所述的反面部分包括，第一缺陷地單元8、第二缺陷地單元9和接地金 屬單元12組成。第一缺陷地單元8、第二缺陷地單元9均是在金屬地板上刻蝕去除相應(yīng)的 結(jié)構(gòu)形狀，從而形成的空氣單元。第一缺陷地單元8位于第一平行耦合饋線3下方，第二缺 陷地單元9位于第二平行耦合饋線6下方。第二輸入\輸出端口 10還與接地金屬單元12 相連接。第一缺陷地單元8、第二缺陷地單元9均為矩形。如圖4所示，本實(shí)施例的濾波器的頻率特性包括S21 (插入損耗)參數(shù)和Sll (回 波損耗)參數(shù)，群時(shí)延。橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GHz，左縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位 為dB。右縱坐標(biāo)為群時(shí)延，單位為ns。從圖4可見(jiàn)，本發(fā)明的超寬帶濾波器的3dB帶寬為 2. 9 10. 9GHz，，群時(shí)延小于0. 45ns，且濾波器具有非常良好選擇性。實(shí)施例二如圖5-圖7所示，本實(shí)施例和實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)基本相同，唯一不同的是，在實(shí)施例 1中，加載的階梯阻抗枝節(jié)5為一節(jié)，而實(shí)施例2中的加載阻抗枝節(jié)共5和15兩節(jié)。加載的 兩節(jié)階梯阻抗枝節(jié)5和15結(jié)構(gòu)相同，15也由兩段阻抗和電長(zhǎng)度不同的第一微帶線16和第 二微帶線17級(jí)聯(lián)構(gòu)成。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為 等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器，其特征是，由微帶基片(11)、正面部分、反面部分和輸入\輸出端口組成，所述正面部分和反面部分分別位于所述微帶基片的兩個(gè)面上，反面部分作為所述濾波器的金屬地板；所述的正面部分包括第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)、第一平行耦合饋線(3)、第二平行耦合饋線(6)、階梯阻抗諧振器(4)和加載階梯阻抗枝節(jié)；所述第一平行耦合饋線(3)和第二平行耦合饋線(6)為平行雙線結(jié)構(gòu)；所述第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)分別位于正面的左右兩端且處于同一水平線上，所述第一輸入\輸出端口(1)和第一均勻傳輸線單元(2)相連接，第二輸入\輸出端口(10)和第二均勻傳輸線單元(7)相連接；第一平行耦合饋線(3)和第二平行耦合饋線(6)通過(guò)階梯阻抗諧振器(4)相連接，加載階梯阻抗枝節(jié)并聯(lián)加載在水平的階梯阻抗諧振器(4)上；第一平行耦合饋線(3)另一端和均勻傳輸線單元(2)相連接，第二平行耦合饋線(6)另一端和均勻傳輸線單元(7)相連接；其中，第一、第二平行耦合饋線長(zhǎng)度均為中心頻率6.85GHz的四分之一波長(zhǎng)；所述的反面部分包括第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)和接地金屬單元(12)；第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)均是在金屬地板上刻蝕去除相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀，從而形成的空氣單元；第一缺陷地單元(8)位于第一平行耦合饋線(3)下方，第二缺陷地單元(9)位于第二平行耦合饋線(6)下方；第一輸入\輸出端口(1)、第二輸入\輸出端口(10)還與接地金屬單元(12)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器，其特征是， 所述微帶基片(11)相對(duì)介電常數(shù)為1 100，厚度為0. Imm 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器，其特征是， 所述第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)，均為50歐姆微f帶線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器，其特征是， 所述反面部分的第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)均為矩形，分別位于第一平行耦 合饋線(3)和第二平行耦合饋線(6)下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波 器，其特征是，所述加載階梯阻抗枝節(jié)為一節(jié)或兩節(jié)以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器，其特征是， 所述加載階梯阻抗枝節(jié)每一節(jié)均由兩段阻抗和電長(zhǎng)度不同的第一微帶線和第二微帶線級(jí) 聯(lián)構(gòu)成；其中，第一微帶線垂直連接階梯阻抗諧振器(4)。
全文摘要
本發(fā)明為一種階梯阻抗諧振器加載的階梯阻抗超寬帶濾波器，其由微帶基片11、正面部分、反面部分和輸入\輸出端口組成；正面部分包括相互連接的第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(7)、第一平行耦合饋線(3)、第二平行耦合饋線(6)、階梯阻抗諧振器(4)和加載階梯阻抗枝節(jié)；反面部分包括第一缺陷地單元(8)、第二缺陷地單元(9)和接地金屬單元(12)；第一缺陷地單元(8)位于第一平行耦合饋線(3)下方，第二缺陷地單元(9)位于第二平行耦合饋線(6)下方；第二輸入\輸出端口(10)還與接地金屬單元(12)相連接。該濾波器結(jié)構(gòu)緊湊、帶內(nèi)帶外性能更優(yōu)。
文檔編號(hào)H01P1/203GK101986457SQ201010535280
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者田旭坤, 褚慶昕 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)