專(zhuān)利名稱(chēng)：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(jì)。
背景技術(shù)：
濾波器是微波電路中一個(gè)非常重要的器件，在頻譜資源日益緊張和電磁干擾越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，對(duì)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(wú)衰減，而在禁帶內(nèi)有盡可能大的衰減。對(duì)于某些要求具有非常陡峭的過(guò)渡帶濾波器，一般可以通過(guò)級(jí)聯(lián)多節(jié)的濾波器來(lái)達(dá)到需要的性能，同時(shí)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?yàn)槠涓逹值，低插入損耗等優(yōu)點(diǎn)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(lèi)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(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。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(zhǎng)度為中心頻率四分之一波長(zhǎng)，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(jí)聯(lián)多節(jié)的耦合器，這樣的缺點(diǎn)限制了該類(lèi)型的耦合器在濾波器設(shè)計(jì)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(zhǎng)度是工作頻率的四分之一波長(zhǎng)。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(duì)介電常數(shù)為2.65，厚度為1mm，耦合線的長(zhǎng)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(cè)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(gè)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(jì)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(jiǎn)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(diǎn)。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)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(kāi)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(kāi)路線總長(zhǎng)為濾波器中心頻率波長(zhǎng)的四分之一。
所述輸入端與輸出端之間包括多個(gè)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(jí)耦合線單元的輸出耦合線和后級(jí)耦合線單元的輸入耦合線。相互級(jí)聯(lián)的耦合線單元之間也可以不通過(guò)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(kāi)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)耦合單元串聯(lián)的螺旋微帶平行線耦合濾波器的實(shí)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(gè)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(cè)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(cè)量值繪制的該濾波器的傳輸特性曲線S21’。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明設(shè)計(jì)的螺旋微帶平行線耦合濾波器實(shí)施例及詳細(xì)說(shuō)明如下，所有實(shí)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(shí)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(kāi)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(duì)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(gè)相互串連的級(jí)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(jí)耦合線單元37的輸出耦合線和后級(jí)耦合線單元38的輸入耦合線；中間微帶線36分別連接前級(jí)耦合線單元38的輸出耦合線和后級(jí)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(jí)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(zhǎng)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?yàn)檎郫B次數(shù)為1，等效的電路長(zhǎng)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(cè)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?yàn)檎郫B次數(shù)為2，等效的電路長(zhǎng)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(cè)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?yàn)檎郫B次數(shù)為3，等效的電路長(zhǎng)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(cè)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(jì)的一種三單元串聯(lián)的螺旋微帶平行線耦合濾波器實(shí)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(guò)級(jí)聯(lián)三個(gè)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(cè)試曲線，測(cè)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(kāi)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(kāi)路線總長(zhǎng)為濾波器中心頻率波長(zhǎng)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(gè)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(jí)耦合線單元的輸出耦合線和后級(jí)耦合線單元的輸入耦合線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)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(kāi)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(guò)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(jiǎn)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(diǎn)。
文檔編號(hào)H01P1/203GK1731622SQ20051002814
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所