專利名稱：一種具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波/毫米波器件技術領域，涉及微波/毫米波集成電路，具體涉及一
種用于微波/毫米波集成電路中的微帶帶通濾波器。
背景技術：
濾波器具有選頻功能，通過需要的頻率信號，抑制不需要的頻率信號。對于射頻收 發(fā)端系統(tǒng)來說，濾波器更是廣泛使用的無源器件之一，它的性能好壞將直接影響到整個系 統(tǒng)性能的優(yōu)劣。隨著毫米波技術在無線通訊和雷達系統(tǒng)中應用的不斷增多，對電路尺寸小、 制作簡單的毫米波帶通濾波器的需求也日益增加。由于微帶在平面制圖和制版上的方便， 且易于和別的電路集成，所以微帶帶通濾波器在毫米波頻段得到了廣泛的應用。
常見的微帶帶通濾波器結構有平行耦合微帶線濾波器、發(fā)夾型濾波器、交指濾波 器和微帶類橢圓函數(shù)濾波器等，這些結構都是通過耦合線實現(xiàn)的。發(fā)夾式、梳狀型和交指型 等結構對加工工藝要求高，很少在毫米波上使用。傳統(tǒng)的平行耦合結構的微帶帶通濾波器 存在下述不足1、為了改善帶外抑制，只有增加濾波器的級數(shù)，從而使得濾波器的長度大大 增加，不利于在毫米波集成電路中的小型化；2、隨著頻率增大，為了達到一定的濾波效果， 平行耦合濾波器的耦合縫隙可能太小，這樣對加工工藝要求高；3、它的輸入、輸出端不在同 一條直線上，使得它在實際工程應用中受到一定的限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)平行耦合微帶濾波器存在的缺陷進行改進，提出了一種具有扇形 開路結構的微帶帶通濾波器，此種濾波器具有形式簡單、結構緊湊、帶外抑制度高的特點， 不僅可以在微波/毫米波集成電路中使用，還可以用于頻率更高的亞毫米波波段上；同時， 此種濾波器的輸入和輸出微帶線都在同一直線上，便于在實際工程中的應用。
本發(fā)明技術方案如下 —種具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器，如圖1所示，包括位于介質基片4表面 的主傳輸線1、耦合微帶線2和兩段扇形開路支節(jié)3。所述主傳輸線1由主傳輸線輸入端和 主傳輸線輸出端組成。所述耦合微帶線2由主微帶線和副微帶線組成，其中耦合微帶線2的 主微帶線分成兩段其中一段主微帶線與主傳輸線輸入端相連，另一段主微帶線與主傳輸 線輸出端相連，兩段主微帶線之間形成一個缺口。所述主傳輸線1的中心線和耦合微帶線2 的主微帶線的中心線在一條直線上。所述耦合微帶線2的副微帶線與主微帶線相平行。所 述扇形開路支節(jié)3是終端為扇形結構的四分之一波長終端開路線，兩段扇形開路支節(jié)3的 始端均與副微帶線的中心點垂直相連。 圖2(a)所示為一段平行耦合微帶傳輸線，可以證明單個耦合微帶單元能夠等效 成如圖2(b)所示的一個導納倒置轉換器和接在兩邊的兩段電角度為9 、特性導納為Y。的 傳輸線段的組合。<formula>formula see original document page 4</formula>
兩種等效電路之間的參量關系為 1
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，Z^和Z。。分別表示耦合線段的偶模阻抗和奇模阻抗。所以，將耦合單元看作
倒置轉換器，且其兩端各有一段電長度為e ，特性導納為y。的傳輸線是可以的。 本發(fā)明提供的扇形開路支節(jié)微帶帶通濾波器是在平行耦合微帶線的中點處連接 了兩個1/4波長扇形開路支節(jié)，其扇形開路支節(jié)等效于一個電感L和一個電容C串聯(lián)接地 的電路。 整個濾波器的等效網(wǎng)絡如圖3所示。為了簡化電路，把兩個并聯(lián)的1/4波長開路 支節(jié)等效為一個并聯(lián)導納jX，如圖4所示。再把整個濾波器等效為三個A矩陣的級聯(lián)。
扇形開路帶通濾波器等效電路的A矩陣如下
<formula>formula see original document page 4</formula>其中
<formula>formula see original document page 4</formula> 其中，Y。為傳輸線的特性導納，耦合段長度為L = A g/4， e =90° ， A g為帶通濾 波器的中心頻率處的波長。根據(jù)所需帶寬和通帶中心頻率，求出的導納倒置轉換器參量J， 并且通過計算出奇偶模特性阻抗值，可求得耦合微帶線的寬度W以及間距S。通過調整扇形
的半徑、角度以及支節(jié)長度來改變主傳輸線上對地的傳輸零點，這些參數(shù)由上式中等效并
聯(lián)導納jX確定。 本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明提供的微帶帶通濾波器采用了傳統(tǒng)的耦合形式和扇形開路支節(jié)相結合的 結構，對平行耦合濾波器有了很大的改進。首先，本發(fā)明通過將兩個扇形開路支節(jié)連接到耦合微帶線的中點處，使得在傳輸線上方和下方對稱并聯(lián)的兩個支節(jié)會在主傳輸線上出現(xiàn)對 地的傳輸零點，從而提高了整個濾波器的矩形度(即相對于傳統(tǒng)平行耦合濾波器而言，其 通帶到阻帶的變化更為陡峭)，能夠實現(xiàn)很好的帶外抑制；其次，本發(fā)明采用兩個扇形支節(jié) 的形狀來實現(xiàn)不同的頻率響應，使得本發(fā)明不僅可以在微波/毫米波集成電路中使用，還 可以用于頻率更高的亞毫米波波段上；再者，本發(fā)明采用扇形結構的開路支節(jié)，相對于傳統(tǒng) 直線形開路支節(jié)相比，本發(fā)明能在輸入阻抗相同的情況下實現(xiàn)較寬頻帶；還有，本發(fā)明電路 形式簡單、結構更加緊湊；最后，本發(fā)明由于輸入輸出都是微帶傳輸線，便于和任何形式的 電路集成，且其輸入端和輸出端微帶線都在同一直線上，更便于在實際工程中的應用。


圖1為本發(fā)明提供的具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器的結構示意圖。 其中1為主傳輸線，2為耦合微帶線，3為扇形開路支節(jié)，4為介質基片。圖2為平行耦合微帶傳輸線示意圖。其中圖2(a)表示平行耦合微帶傳輸線，圖
2(b)為把耦合單元表示為包含導納倒置轉換器的等效電路圖。 圖3為本發(fā)明提供的具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器的等效電路。 圖4為本發(fā)明提供的具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器經(jīng)簡化后的等效網(wǎng)絡。 圖5為本發(fā)明提供的具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器的測試結構圖。 圖6為本發(fā)明提供的具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器的仿真測試結果。 其中4為介質基片，5為微帶到波導的對極鰭線過渡。
具體實施例方式
設計中心頻率為34GHz，對30GHz有很好抑制的具有扇形開路結構的微帶帶 通濾波器。把整個微帶帶通濾波器結構制作在Rogers公司的聚四氟乙烯介質基片 Duriod5880上，基片相對介電常數(shù)e t = 2. 22，基片厚度d = 0. 254mm，濾波器電路尺寸為 2. 3x3. 67mm2(不包括50歐姆微帶和波導到微帶過渡的尺寸)。為了便于裝配，擴大了基片 的尺寸大小，如圖5所示。為了進行測試，在濾波器的兩個端口采用了微帶到波導的對極鰭 線過渡5，把介質基片及電路裝配到腔體內，信號通過微帶-波導轉換5由波導輸入輸出。 扇形開路帶通濾波器仿真測試結果如圖6所示，扇形開路結構的微帶帶通濾波器在30GHz 處有一個傳輸零點，對30GHz能夠實現(xiàn)很好的抑制，可達32dB，而34GHz的信號則無損耗的 通過。 為了滿足工程應用中的需要，通過改變兩個扇形支節(jié)的半徑和角度、耦合微帶線 的長度和間距可以實現(xiàn)不同的頻率響應，我們在仿真中證實了這種結構的濾波器不僅可以 在毫米波集成電路中使用，還可以用于頻率更高的亞毫米波波段上。在仿真當中，我們還采 用了其他一些低介電常數(shù)和低損耗正切角的介質基片，比如熔融石英，氟晶云母等，通過選 擇基片的最佳厚度能達到理想的濾波效果。
權利要求
一種具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器，包括位于介質基片(4)表面的主傳輸線(1)、耦合微帶線(2)和兩段扇形開路支節(jié)(3)；所述主傳輸線(1)由主傳輸線輸入端和主傳輸線輸出端組成；所述耦合微帶線(2)由主微帶線和副微帶線組成，其中耦合微帶線(2)的主微帶線分成兩段其中一段主微帶線與主傳輸線輸入端相連，另一段主微帶線與主傳輸線輸出端相連，兩段主微帶線之間形成一個缺口；其特征在于，所述主傳輸線(1)的中心線和耦合微帶線(2)的主微帶線的中心線在一條直線上；所述耦合微帶線(2)的副微帶線與主微帶線相平行；所述扇形開路支節(jié)(3)是終端為扇形結構的四分之一波長終端開路線，兩段扇形開路支節(jié)(3)的始端均與副微帶線的中心點垂直相連。
全文摘要
一種具有扇形開路結構的微帶帶通濾波器，屬于微波/毫米波器件技術領域，涉及微波/毫米波集成電路。本發(fā)明是在傳統(tǒng)平行耦合微帶線濾波器的基礎上，增加兩段扇形開路支節(jié)；所述扇形開路支節(jié)是終端為扇形結構的四分之一波長終端開路線，兩段扇形開路支節(jié)的始端均與副微帶線的中心點垂直相連。本發(fā)明具有形式簡單、結構緊湊、帶外抑制度高的特點，不僅可以在微波/毫米波集成電路中使用，還可以用于頻率更高的亞毫米波波段上；同時，本發(fā)明的輸入和輸出微帶線都在同一直線上，便于在實際工程中的應用。
文檔編號H01P1/20GK101694899SQ20091016791
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權日2009年10月16日
發(fā)明者喻夢霞, 徐軍, 李桂萍 申請人:電子科技大學;