專利名稱：一種雙頻帶阻濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙頻帶阻濾波器，具體涉及一種可應(yīng)用在多頻帶和可重構(gòu)射頻前端系統(tǒng)中的具有雙頻帶和良好的頻率選擇性的帶阻濾波器。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，雙頻甚至多頻無(wú)線系統(tǒng)成為熱點(diǎn)，研究人員對(duì)其進(jìn)行大力開(kāi)發(fā)。但這些系統(tǒng)有時(shí)候可能會(huì)受到寄生響應(yīng)和互調(diào)失真或諧波而造成多種干擾問(wèn)題。為了克服這些問(wèn)題，帶阻濾波器是抑制位于寬通帶內(nèi)不必要的窄帶信號(hào)的最佳選擇，也是解決這些問(wèn)題的最優(yōu)辦法。雙頻帶阻濾波器BSFs可以生成兩個(gè)阻帶頻段，并保持它們之間的通帶，可應(yīng)用于抑制高功率放大器或混頻器中不需要的雙邊頻譜。雙頻帶阻濾波器在許多應(yīng)用中具有很多優(yōu)勢(shì)，與帶通相濾波器相比，雙頻帶阻濾波器有更低的插入損耗，更平滑的群延時(shí)效果。此外，雙波段帶阻濾波器具有比傳統(tǒng)簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)的兩個(gè)帶阻濾波器更小的尺寸以及傳輸損耗。雙頻帶阻濾波器當(dāng)前已得到了廣泛的研究，目前已提出了許多不同的設(shè)計(jì)方法
(I)在低通原型濾波器的基礎(chǔ)上應(yīng)用頻率變換產(chǎn)生阻帶特性。(2)是使用復(fù)合左/右手材料傳輸線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的微帶傳輸線，以此來(lái)產(chǎn)生雙阻帶特性。(3)是使用兩階或三階的階梯阻抗諧振器來(lái)設(shè)計(jì)雙頻帶阻濾波器。(4)是分別在頂層使用分裂環(huán)諧振環(huán)和在底層使用互補(bǔ)分裂環(huán)諧振環(huán)產(chǎn)生兩個(gè)阻帶。(5)是使用特性阻抗可控的兩條傳輸線依據(jù)相位差的不同實(shí)現(xiàn)雙頻帶阻濾波器。(6)是同時(shí)使用包括嵌線，馬刺線和常規(guī)微帶線三種平面結(jié)構(gòu)獲得雙阻帶響應(yīng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是利用中間加載諧振器的諧振特性實(shí)現(xiàn)一種平面雙頻帶阻濾波器。本實(shí)用新型的雙頻帶阻濾波器阻帶頻率可以很容易地實(shí)現(xiàn)到所需的值，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有滾降特性。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案是一種雙頻帶阻濾波器，包括上層的微帶結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)板上表面，中間層介質(zhì)板下表面為接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)包括輸入端口、輸出端口、三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的具有雙頻帶阻特性的模塊單元、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的阻抗變換器；輸入端、第一模塊單元、第一阻抗變換器、第二模塊單元、第二阻抗變換器、第三模塊單元、輸出端依次相連接，整個(gè)上層微帶結(jié)構(gòu)形成n字型結(jié)構(gòu)。作為上述雙頻帶阻濾波器的優(yōu)化技術(shù)方案，所述模塊單元由第一傳輸線和第一半波長(zhǎng)諧振器耦合組成；第一半波長(zhǎng)諧振器由第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線和加載到第二微帶線和第三微帶線相接處的第五微帶線組成；第一半波長(zhǎng)諧振器的第二微帶線和第三微帶線與第一傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)；所述第一微帶線和第二微帶線的長(zhǎng)度加和等于第三微帶線和第四微帶線的長(zhǎng)度加和；所述第一阻抗變換器由第六微帶線和第七微帶線相連接組成；第二阻抗變換器由第八微帶線和第九微帶線相連接組成；輸入端由第十微帶線構(gòu)成；輸出端由第十一微帶線構(gòu)成；輸入端和輸出端的傳輸線的特性阻抗都為 50Ω。作為上述雙頻帶阻濾波器的優(yōu)化技術(shù)方案，所述三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的模塊單元所包含的三個(gè)半波長(zhǎng)諧振器排布在上述η字型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；第一半波長(zhǎng)諧振器和第一傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)；第二半波長(zhǎng)諧振器和第二傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)；第三半波長(zhǎng)諧振器和第三傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)。 上述雙頻帶阻濾波器，采用所述中間加載半波長(zhǎng)諧振器實(shí)現(xiàn)的雙頻帶阻濾波器，由于中間加載諧振器具有偶模諧振頻率改變時(shí)奇模諧振頻率固定不變的特性，可以方便的進(jìn)行頻率控制和設(shè)計(jì)，且具有良好的滾降特性和頻率選擇性。作為上述雙頻帶阻濾波器的優(yōu)化技術(shù)方案，所述雙頻帶阻濾波器的第一微帶線長(zhǎng)度為4. 4mm,寬度為O. 8mm ;第二微帶線長(zhǎng)度為15. Imm,寬度為O. 8mm ;第三微帶線長(zhǎng)度為
8.6mm,寬度為O. 8mm ;第四微帶線長(zhǎng)度為10. 3mm,寬度為O. 8mm ;第五微帶線長(zhǎng)度為9. 7mm,寬度為O. 8mm ;第六微帶線長(zhǎng)度為16. Imm,寬度為I. 75mm ;第七微帶線長(zhǎng)度為4. 95mm,寬度為I. 75mm ;第十微帶線寬度為I. 85mm ;第^ 微帶線寬度為I. 85mm ;第一傳輸線的長(zhǎng)度為24. 5mm,寬度為I. 75mm ;第一傳輸線和第一半波長(zhǎng)諧振器之間的稱合距離為O. 17mm。本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下特點(diǎn)(I)使用中間開(kāi)路加載諧振器，通過(guò)改變中間開(kāi)路加載的長(zhǎng)度可靈活控制偶模諧振頻率，而奇模諧振頻率保持不變，使所需阻帶頻率易于控制。(2)本濾波器所采用耦合結(jié)構(gòu)通過(guò)優(yōu)化耦合區(qū)間長(zhǎng)度使得在兩個(gè)阻帶頻率上具有較好的滾降特性和頻率選擇性。(3)本濾波器使用3級(jí)級(jí)聯(lián)的形式，回波損耗在0-5GHz內(nèi)超過(guò)15dB，抑制水平超過(guò) 30dB。

圖I為本實(shí)用新型的雙頻帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的雙頻帶阻濾波器的模塊單元。圖3a為中間開(kāi)路加載諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3b為中間開(kāi)路加載諧振器的奇模激勵(lì)等效結(jié)構(gòu)圖。圖3c為中間開(kāi)路加載諧振器的偶模激勵(lì)等效結(jié)構(gòu)圖。圖4為中間開(kāi)路加載的長(zhǎng)度L5取不同值時(shí)的對(duì)比圖。圖5為雙頻帶阻濾波器的仿真與測(cè)量曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施做詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施方式。如圖I所示，雙頻帶阻濾波器包括上層的微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)板上表面，中間層介質(zhì)板下表面為接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)包括輸入端口、輸出端口、三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的具有雙頻帶阻特性的模塊單元、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的阻抗變換器；輸入端、第一模塊單元、第一阻抗變換器、第二模塊單元、第二阻抗變換器、第三模塊單元、輸出端依次相連接，整個(gè)上層微帶結(jié)構(gòu)形成n字型結(jié)構(gòu)。所述第一模塊單兀由第一傳輸線2和第一半波長(zhǎng)諧振器15稱合組成；第一半波長(zhǎng)諧振器15由第一微帶線10、第二微帶線11、第三微帶線13、第四微帶線14和加載到第二微帶線11和第三微帶線13相接處的第五微帶線12組成；第一半波長(zhǎng)諧振器15的第二微帶線11和第三微帶線13與第一傳輸線2組成平行耦合結(jié)構(gòu)；所述第一微帶線10和第二微帶線11的長(zhǎng)度加和等于第三微帶線13和第四微帶線14的長(zhǎng)度加和；所述第一阻抗變換器由第六微帶線3和第七微帶線4相連接組成；第二阻抗變換器由第八微帶線6和第九微帶線7相連接組成；輸入端由第十微帶線I構(gòu)成；輸出端由第i 微帶線9構(gòu)成；輸入端和輸出端的傳輸線的特性阻抗都為50 Q。 所述三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的模塊單元所包含的三個(gè)半波長(zhǎng)諧振器排布在上述n字型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；第一半波長(zhǎng)諧振器15和第一傳輸線2組成平行稱合結(jié)構(gòu)；第二半波長(zhǎng)諧振器16和第二傳輸線5組成平行耦合結(jié)構(gòu)；第三半波長(zhǎng)諧振器17和第三傳輸線8組成平行耦合結(jié)構(gòu)。圖2是所述模塊單元的結(jié)構(gòu)圖，模塊單元具有雙頻帶阻特性。圖中內(nèi)虛線框是中間開(kāi)路加載諧振器。諧振器和主傳輸線平行耦合，當(dāng)諧振器發(fā)生諧振時(shí)，主傳輸線的阻抗特性受到諧振器的影響，使得主傳輸線輸入輸出不匹配，信號(hào)被反射回去，從而實(shí)現(xiàn)帶阻特性。圖3a是所述中間開(kāi)路加載諧振器。Yl、L9和Y2、L5分別是兩條微帶線的特征阻抗和長(zhǎng)度。中間開(kāi)路加載諧振器具有兩個(gè)諧振頻率，分別為偶模諧振頻率和奇模諧振頻率。
在奇模輸入Y^n odd激勵(lì)情況下，諧振器對(duì)稱點(diǎn)上的電壓為零，等效于短路。此時(shí)實(shí)際
工作等效電路結(jié)構(gòu)如圖3b所示，諧振器的奇模諧振頻率表示成
—(2w - l)cJ odd —1= n=l，2，3……上式中c是真空中的光速，e eff是介質(zhì)的介電常數(shù)。在偶模輸入y;. 激勵(lì)情況下，諧振器對(duì)稱點(diǎn)上的電流為零，等效于斷路。等效工作電路結(jié)構(gòu)如圖3c所示，諧振器的偶模諧振頻率表示成
廣—nCJ even — / _x \ /n=l, 2，3......
9+ L5 ￡ eg從上面兩式可以看出，奇模諧振頻率只與L9有關(guān)，和L5無(wú)關(guān)，而偶模諧振頻率和L9和L5都相關(guān)。[0033]由此得出所述中間開(kāi)路加載諧振器具有兩個(gè)諧振頻率(偶模諧振頻率和奇模諧振頻率)，而且具有當(dāng)偶模諧振頻率改變時(shí)奇模諧振頻率固定不變的特性。本實(shí)用新型正是基于這條思路進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本實(shí)用新型中的雙頻阻帶中的較低頻率對(duì)應(yīng)于諧振器的奇模諧振頻率，較高頻率對(duì)應(yīng)于偶模諧振頻率。當(dāng)諧振器與主傳輸線之間的耦合區(qū)間調(diào)整到最優(yōu)結(jié)構(gòu)，即改變耦合系數(shù)在兩個(gè)阻帶頻率上的值，使得兩個(gè)阻帶的抑制水平相當(dāng)時(shí)，整個(gè)濾波器具有較好的性能。根據(jù)上面所述，本實(shí)用新型雙頻帶阻濾波器的頻率易于控制，可以通過(guò)改變中間開(kāi)路加載L5的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的工作頻率。圖4所示為當(dāng)L5的長(zhǎng)度分別為8. 2mm、
9.2mm、9. 7mm、1 0. 2mm、10. 7mm時(shí)整個(gè)濾波器的傳輸特性仿真，當(dāng)偶模諧振頻率從3. 29GHz變?yōu)?. 65GHz時(shí)，奇模諧振頻率固定不變。在下面實(shí)施例中，雙頻帶阻濾波器制作在相對(duì)介電常數(shù)為3. 38、厚度為0. 81mm、損耗因子為0. 0027的介質(zhì)基板上。實(shí)施實(shí)例2. 43GHz和3. 46GHz雙頻帶阻濾波器2. 43GHz和3. 46GHz雙頻帶阻濾波器結(jié)構(gòu)如圖I所示。具體參數(shù)為第一微帶線10長(zhǎng)度為4. 4mm,寬度為0. 8mm ;第二微帶線11長(zhǎng)度為15. Imm,寬度為0. 8mm ;第三微帶線13長(zhǎng)度為8. 6mm,寬度為0. 8mm ;第四微帶線14長(zhǎng)度為10. 3mm,寬度為0. 8mm ;第五微帶線12長(zhǎng)度為9. 7mm,寬度為0. 8mm ;第六微帶線3長(zhǎng)度為16. Imm,寬度為I. 75mm ;第七微帶線4長(zhǎng)度為4. 95mm,寬度為I. 75mm ;第十微帶線I寬度為I. 85mm ;第^ 微帶線9寬度為I. 85mm ；第一傳輸線2的長(zhǎng)度為24. 5mm,寬度為I. 75mm ;第一傳輸線2和第一半波長(zhǎng)諧振器15之間的耦合距離為0. 17mm。圖5給出了利用上述參數(shù)所設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行仿真和實(shí)際測(cè)量的結(jié)果，其中仿真和實(shí)際測(cè)量分別是使用Zeland’s IE3D和E5071C網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)完成。如圖5所示，濾波器的兩個(gè)阻帶頻率為2. 43GHz和3. 46GHz。在兩個(gè)阻帶頻率上抑制水平都超過(guò)30dB。在整個(gè)通帶內(nèi)回波損耗也大于15dB，插入損耗為0. 6dB，具有良好的性能。濾波器共有4個(gè)傳輸零點(diǎn)，分別在2. 37GHz、2. 63GHz、3. 02GHz、3. 67GHz。都靠近于阻帶邊緣，極大改善了濾波器滾降特性。本實(shí)用新型基于中間開(kāi)路加載諧振器的諧振頻率特性設(shè)計(jì)，采用三級(jí)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，使所述濾波器具有頻率易于控制，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，滾降特性良好的特點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的參數(shù)，可以調(diào)節(jié)帶寬，即這種結(jié)構(gòu)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種帶寬規(guī)格。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙頻帶阻濾波器，其特征在于包括上層的微帶結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)板上表面，中間層介質(zhì)板下表面為接地金屬；其特征在于上層微帶結(jié)構(gòu)包括輸入端口、輸出端口、三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的具有雙頻帶阻特性的模塊單元和兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的阻抗變換器；所述三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的具有雙頻帶阻特性的模塊單元即第一模塊單元、第二模塊單元和第三模塊單元，輸入端口、第一模塊單元、第一阻抗變換器、第二模塊單元、第二阻抗變換器、第三模塊單元、輸出端口依次相連接，整個(gè)上層微帶結(jié)構(gòu)形成η字型結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙頻帶阻濾波器，其特征在于第一模塊單元由第一傳輸線和第一半波長(zhǎng)諧振器耦合組成；第一半波長(zhǎng)諧振器由第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線和加載到第二微帶線和第三微帶線相接處的第五微帶線組成；第一半波長(zhǎng)諧振器的第二微帶線和第三微帶線與第一傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)；所述第一微帶線和第二微帶線的長(zhǎng)度之和等于第三微帶線和第四微帶線的長(zhǎng)度之和；所述第一阻抗變換器由第六微帶線和第七微帶線相連接組成；第二阻抗變換器由第八微帶線和第九微帶線相連接組成；輸入端由第十微帶線構(gòu)成；輸出端由第十一微帶線構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙頻帶阻濾波器，其特征在于所述三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的模塊單元所包含的三個(gè)半波長(zhǎng)諧振器排布在所述η字型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；第一半波長(zhǎng)諧振器和第一傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)；第二半波長(zhǎng)諧振器和第二傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)；第三半波長(zhǎng)諧振器和第三傳輸線組成平行耦合結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙頻帶阻濾波器，其特征在于所述輸入端扣和輸出端口的傳輸線的特性阻抗都為50 Ω。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項(xiàng)所述的雙頻帶阻濾波器，其特征在于所述第一微帶線長(zhǎng)度為4. 4mm,寬度為O. 8mm ;第二微帶線長(zhǎng)度為15. Imm,寬度為O. 8mm ;第三微帶線長(zhǎng)度為.8. 6mm,寬度為O. 8mm ;第四微帶線長(zhǎng)度為10. 3mm,寬度為O. 8mm ;第五微帶線長(zhǎng)度為9. 7mm,寬度為O. 8mm ;第六微帶線長(zhǎng)度為16. Imm,寬度為I. 75mm ;第七微帶線長(zhǎng)度為4. 95mm,寬度為I. 75mm ;第十微帶線寬度為I. 85mm ;第^ 微帶線寬度為I. 85mm ;第一傳輸線的長(zhǎng)度為.24. 5mm,寬度為I. 75mm ;第一傳輸線和第一半波長(zhǎng)諧振器之間的稱合距離為O. 17mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種雙頻帶阻濾波器。該雙頻帶阻濾波器由上層的微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬組成。上層微帶結(jié)構(gòu)由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的具有雙頻帶阻特性的模塊單元級(jí)聯(lián)組成；每個(gè)模塊單元由一根主傳輸線和半波長(zhǎng)諧振器耦合組成；該半波長(zhǎng)諧振器由一根微帶線和中間加載的微帶線組成；該半波長(zhǎng)諧振器具有固定的奇模諧振頻率和可靈活控制的偶模諧振頻率；三個(gè)模塊單元通過(guò)兩根四分之一波長(zhǎng)微帶傳輸線依次相連，形成n字形結(jié)構(gòu)；三個(gè)半波長(zhǎng)諧振器位于n字形結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；本實(shí)用新型具有良好的帶阻特性，可用于無(wú)線通信的射頻前端電路。
文檔編號(hào)H01P1/203GK202363564SQ20112043086
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者代鑫, 章秀銀, 胡斌杰, 黃勛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)