專利名稱：一種具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信中的射頻濾波器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對無線通信的要求不僅僅在于簡單的語音交流， 而是追求高清視頻等大數(shù)據(jù)量和高保密性的無線通信系統(tǒng)。超寬帶(UWB)無線通信技術(shù)以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗小、傳輸速率高、保密性好等特點成為目前無線通信領(lǐng)域的一個研究熱點。超寬帶無線通信技術(shù)最初形式為直接利用脈寬為納秒或亞納秒級的脈沖作為信息載體的脈沖無線電技術(shù)，主要用于雷達(dá)和低截獲/低偵查率的無線系統(tǒng)。隨著微電子器件技術(shù)的發(fā)展，UWB技術(shù)開始應(yīng)用于民用領(lǐng)域，在國際上引起了對其研究、開發(fā)和應(yīng)用的熱潮，并被認(rèn)為是下一代無線通信的革命性技術(shù)。2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會 (FCC)批準(zhǔn)了 UWB技術(shù)在短距離無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用，開放了 3. IGHz到10. 6GHz這一頻段作為商用。UWB技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，例如高速無線個域網(wǎng)、無線以太接口鏈路、智能無線局域網(wǎng)等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為UWB通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件之一，超寬帶濾波器得到廣泛研究。超寬帶濾波器目前主要設(shè)計方法包括1、基于短路枝節(jié)加載傳輸線結(jié)構(gòu)。此類通帶帶寬可以通過短路枝節(jié)加載數(shù)目控制，所設(shè)計的超寬帶濾波器尺寸大，通帶選擇性差，阻帶抑制差，插損也隨枝節(jié)數(shù)目增多而增大。2、級聯(lián)高通、低通(帶通、帶阻)濾波器實現(xiàn)超寬帶。此類超寬帶濾波器同樣尺寸比較大，不利于超寬帶系統(tǒng)的小型化應(yīng)用。3、多模諧振器設(shè)計超寬帶濾波器。2005年階梯阻抗諧振器被首次應(yīng)用在超寬帶濾波器設(shè)計中，其后，為了改善其通帶選擇性、帶外抑制等，枝節(jié)加載多模諧振器、微帶/共面波導(dǎo)多模結(jié)構(gòu)被相繼的應(yīng)用在超寬帶濾波器設(shè)計中。但是，如何設(shè)計具有好的通帶特性、高選擇性和高的阻帶抑制特性的超寬帶濾波器依然是目前超寬帶濾波器設(shè)計的研究熱點。超寬帶濾波器的實現(xiàn)在一些專利中已經(jīng)提到一些方法，如專利號為 201020585865. 6的基于階梯阻抗諧振器加載的超寬帶濾波器，該專利是一種利用階梯阻抗諧振器設(shè)計的超寬帶濾波器。該階梯阻抗諧振器為一半波長諧振器中間位置加載階梯阻抗開路枝節(jié)，通過階梯阻抗開路枝節(jié)可以在超寬帶通帶的上下側(cè)各產(chǎn)生一個傳輸零點，極大的提高了通帶的選擇性。但是，該多模諧振器在通帶內(nèi)只有三個諧振模式，通帶內(nèi)的傳輸特性需要進(jìn)一步改善；所設(shè)計的超寬帶濾波器的上阻帶抑制帶寬也很窄，這也是需要改善的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點與不足，提供一種具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，本發(fā)明通過采用新型多枝節(jié)加載多模諧振器，設(shè)計具有好的通帶特性、高的通帶選擇性和超高的阻帶抑制效果特性的超寬帶濾波器，該超寬帶濾波器特別適合于應(yīng)用在短距離無線通信中的超寬帶通信系統(tǒng)中。
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為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，其特征在于由第一輸入/輸出端口、第二輸入/輸出端口、中間層介質(zhì)基板、設(shè)置在中間層介質(zhì)基板上表面的上層微帶結(jié)構(gòu)和設(shè)置在中間層介質(zhì)基板底面的底層金屬地板組成；所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一饋電網(wǎng)絡(luò)、多枝節(jié)加載多模諧振器和第二饋電網(wǎng)絡(luò)；所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)由均勻傳輸線三、均勻傳輸線四和均勻傳輸線五組成，所述均勻傳輸線三的一端與第一輸入/輸出端口相連，另一端與均勻傳輸線四和均勻傳輸線五相連，均勻傳輸線四平行于均勻傳輸線五；第二饋電網(wǎng)絡(luò)由均勻傳輸線六、均勻傳輸線七和均勻傳輸線八組成，所述均勻傳輸線六的一端與第二輸入/輸出端口相連，另一端與均勻傳輸線七和均勻傳輸線八相連，均勻傳輸線七平行于均勻傳輸線八；所述多枝節(jié)加載多模諧振器由均勻傳輸線九、均勻傳輸線十、均勻傳輸線十一、均勻傳輸線十二、均勻傳輸線十三、非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五組成，所述非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五設(shè)置在均勻傳輸線九的中間位置并分別位于均勻傳輸線九的兩側(cè)；非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五均由兩段不等寬的均勻傳輸線依次疊加組合而成，且均通過較窄的一段均勻傳輸線與均勻傳輸線九連接；所述均勻傳輸線十、均勻傳輸線十一、均勻傳輸線十二和均勻傳輸線十三為四段相同的均勻傳輸線并對稱地加載在均勻傳輸線九上， 其中均勻傳輸線十和均勻傳輸線十一位于非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五的一側(cè)， 均勻傳輸線十二和均勻傳輸線十三位于非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五的另一側(cè)； 所述均勻傳輸線九的一端插入第一饋電網(wǎng)絡(luò)的均勻傳輸線四和均勻傳輸線五之間，另一端插入第二饋電網(wǎng)絡(luò)的均勻傳輸線七和均勻傳輸線八之間；上述方案中，非均勻傳輸線十四可以在超寬帶通帶的上、下兩側(cè)各產(chǎn)生一個傳輸零點，極大的提高濾波器的通帶選擇性；另一方面，上述零點的倍頻零點以及由加載的非均勻傳輸線十五與均勻傳輸線十或均勻傳輸線十一或均勻傳輸線十二或均勻傳輸線十三產(chǎn)生的傳輸零點，位于超寬帶通帶的上阻帶，這些傳輸零點拓展了阻帶帶寬，取得了超高的阻帶抑制效果。更具體地說，所述第一輸入/輸出端口與第二輸入/輸出端口處于同一水平線上， 且關(guān)于中間軸線對稱，所述中間軸線位于均勻傳輸線九中間點位置并垂直于均勻傳輸線九。所述的多枝節(jié)加載多模諧振器為五模諧振器。該諧振器在超寬帶頻段內(nèi) (3. lGHz-10. 6GHz)有五個諧振模式，保證了所設(shè)計的超寬帶濾波器具有好的通帶特性。所述底層金屬地板包括第一缺陷地單元十六、第二缺陷地單元十七和金屬單元十八；所述第一缺陷地單元和第二缺陷地單元是在金屬單元上刻蝕形成的空氣單元。所述第一缺陷地單元設(shè)置在由均勻傳輸線四、均勻傳輸線五和均勻傳輸線九組成的平行三線正下方；所述第二缺陷地單元設(shè)置在由均勻傳輸線七、均勻傳輸線八和均勻傳輸線九組成的平行三線正下方。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與有益效果1、本發(fā)明采用多枝節(jié)加載多模諧振器，在超寬帶頻段內(nèi)具有五個諧振模式，使其通帶特性更好。2、本發(fā)明的多枝節(jié)加載多模諧振器的中間為非對稱的階梯阻抗枝節(jié)加載，其中一個階梯阻抗枝節(jié)可以在通帶的上、下側(cè)各產(chǎn)生一個傳輸零點，極大的提高了通帶的選擇性能。3、本發(fā)明由各個加載枝節(jié)產(chǎn)生的傳輸零點及其倍頻零點位于通帶上阻帶，這些傳輸零點抑制了多模諧振器的高次模式，得到了超高的阻帶抑制效果。4、本發(fā)明中的超寬帶濾波器采用平面電路結(jié)構(gòu)，適合于與超寬帶系統(tǒng)中其他器件集成，另外，電路整體尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高。


圖1是本發(fā)明超寬帶濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明超寬帶濾波器的上層微帶結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明超寬帶濾波器的底層金屬地結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明超寬帶濾波器在頻段0-16GHZ的頻率響應(yīng)曲線示意圖；圖5是本發(fā)明超寬帶濾波器在頻段0-39GHZ的頻率響應(yīng)曲線示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實施例本發(fā)明的超寬帶濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，該超寬帶濾波器具有好的通帶特性、高的通帶選擇性以及超高的阻帶抑制效果，該超寬帶濾波器由第一輸入/輸出端口 1、第二輸入/輸出端口 2、上層微帶結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板和底層金屬地板組成，其中上層微帶結(jié)構(gòu)和底層金屬地板分別附著在中間層介質(zhì)基板上、下面。如圖2所示，上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一饋電網(wǎng)絡(luò)、多枝節(jié)加載多模諧振器、第二饋電網(wǎng)絡(luò)。其中第一饋電網(wǎng)絡(luò)由均勻傳輸線三3、均勻傳輸線四4和均勻傳輸線五5組成，其中均勻傳輸線三3的一端與第一輸入/輸出端口 1相連，其另一端分別與均勻傳輸線四4和均勻傳輸線五5相連。第二饋電網(wǎng)絡(luò)由均勻傳輸線六6、均勻傳輸線七7和均勻傳輸線八8組成，其中均勻傳輸線六6的一端與第二輸入/輸出端口 2相連，其另一端分別與均勻傳輸線七7和均勻傳輸線八8相連。多枝節(jié)加載多模諧振器由均勻傳輸線九9、均勻傳輸線十10、 均勻傳輸線十一 11、均勻傳輸線十二 12、均勻傳輸線十三13、非均勻傳輸線十四14和非均勻傳輸線十五15組成，其中非均勻傳輸線十四14和非均勻傳輸線十五15處于均勻傳輸線九9的中間位置，且分別由兩段不等寬的均勻傳輸線組合而成，均通過較窄的一段均勻傳輸線與均勻傳輸線九9連接，并分別位于均勻傳輸線九9的上下兩側(cè)；均勻傳輸線十10、均勻傳輸線十一 11、均勻傳輸線十二 12和均勻傳輸線十三13為四段相同的均勻傳輸線并對稱地加載在均勻傳輸線九9上，其中，均勻傳輸線十10和均勻傳輸線十一 11位于非均勻傳輸線十四14和非均勻傳輸線十五15的一側(cè)，均勻傳輸線十二 12和均勻傳輸線十三13位于非均勻傳輸線十四14和非均勻傳輸線十五15的另一側(cè)。第一輸入/輸出端口 1與第二輸入/輸出端口 2處于同一水平線上，且關(guān)于中間層介質(zhì)基板的中間軸線對稱，中間軸線垂直于均勻傳輸線九9。第一饋電網(wǎng)絡(luò)和第二饋電網(wǎng)絡(luò)關(guān)于中間層介質(zhì)基板的中間軸線對稱， 中間軸線垂直于均勻傳輸線九9。均勻傳輸線九9的一端插入第一饋電網(wǎng)絡(luò)的均勻傳輸線四4和均勻傳輸線五5之間，另一端插入第二饋電網(wǎng)絡(luò)的均勻傳輸線七7和均勻傳輸線八 8之間。
本發(fā)明超寬帶濾波器的底層金屬地結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，底層金屬地板包括第一缺陷地單元16、第二缺陷地單元17和金屬單元18 ；其中，第一缺陷地單元16、第二缺陷地單元17均是在金屬單元18上刻蝕去除相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀，形成空氣單元。如圖1所示，第一缺陷地單元16位于由均勻傳輸線四4、均勻傳輸線五5和均勻傳輸線九9組成的平行三線正下方；第二缺陷地單元17位于由均勻傳輸線七7、均勻傳輸線八8和均勻傳輸線九9組成的平行三線正下方。在本實施例中，中層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2. 55，厚度為0. 8mm。在該超寬帶濾波器中，均勻傳輸線九9的線寬設(shè)為0. 5mm,長度為模式頻率4. 6IGHz下的半個導(dǎo)波波長，即 22. 2mm。多枝節(jié)加載多模諧振器的均勻傳輸線十10、均勻傳輸線十一 11、均勻傳輸線十二 12和均勻傳輸線十三13可以控制該多模諧振器的模式分布，其線寬均設(shè)為1. 0mm，長度均設(shè)為2. 65mm。非均勻傳輸線十四14可以在通帶上側(cè)和下側(cè)各產(chǎn)生一個傳輸零點，極大的提高了超寬帶通帶的選擇性能，并且其倍頻零點位于通帶上阻帶內(nèi)，也拓展了該超寬帶濾波器的阻帶帶寬，非均勻傳輸線十四14的低阻線線寬為1. 1mm，線長為8. 9mm，其高阻線部分線寬為4. 78mm，線寬為4. 23mm。位于均勻傳輸線九9的下側(cè)的非均勻傳輸線15可以在通帶上阻帶產(chǎn)生傳輸零點，提高阻帶抑制效果，其低阻線線寬為0.觀讓，線長為0. 33mm，高阻線部分線寬為1. 4mm,線長為1. 8mm。濾波器的頻率響應(yīng)特性包括傳輸特性即|S21|幅度響應(yīng)，反射特性即Isiil幅度響應(yīng)，另外，對于超寬帶濾波器還要求通帶內(nèi)具有平坦的時延特性。圖4本發(fā)明超寬帶濾波器在頻段0-16GHZ的頻率響應(yīng)曲線示意圖，其3-dB帶寬包含了從3. IGHz到11. IGHz的頻率范圍，具有超寬帶帶通特性，其中3. IGHz到10. 6GHz頻帶內(nèi)的插損小于1. OdB0在通帶的上側(cè)2. 8GHz和下側(cè)11. 5GHz處各有一個傳輸零點，具有很好的通帶選擇性。圖5是本發(fā)明超寬帶濾波器在頻段0-39GHZ的頻率響應(yīng)曲線示意圖。該濾波器的_20dB阻帶帶寬被拓展到29. 7GHz，具有非常高的阻帶抑制效果。同時，該濾波器的通帶時延特性良好。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 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
1.一種具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，其特征在于由第一輸入 /輸出端口、第二輸入/輸出端口、中間層介質(zhì)基板、設(shè)置在中間層介質(zhì)基板上表面的上層微帶結(jié)構(gòu)和設(shè)置在中間層介質(zhì)基板底面的底層金屬地板組成；所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一饋電網(wǎng)絡(luò)、多枝節(jié)加載多模諧振器和第二饋電網(wǎng)絡(luò)；所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)由均勻傳輸線三、均勻傳輸線四和均勻傳輸線五組成，所述均勻傳輸線三的一端與第一輸入/輸出端口相連， 另一端與均勻傳輸線四和均勻傳輸線五相連，均勻傳輸線四平行于均勻傳輸線五；第二饋電網(wǎng)絡(luò)由均勻傳輸線六、均勻傳輸線七和均勻傳輸線八組成，所述均勻傳輸線六的一端與第二輸入/輸出端口相連，另一端與均勻傳輸線七和均勻傳輸線八相連，均勻傳輸線七平行于均勻傳輸線八；所述多枝節(jié)加載多模諧振器由均勻傳輸線九、均勻傳輸線十、均勻傳輸線十一、均勻傳輸線十二、均勻傳輸線十三、非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五組成， 所述非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五設(shè)置在均勻傳輸線九的中間位置并分別位于均勻傳輸線九的兩側(cè)；非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五均由兩段不等寬的均勻傳輸線依次疊加組合而成，且均通過較窄的一段均勻傳輸線與均勻傳輸線九連接；所述均勻傳輸線十、均勻傳輸線十一、均勻傳輸線十二和均勻傳輸線十三為四段相同的均勻傳輸線并對稱地加載在均勻傳輸線九上，其中均勻傳輸線十和均勻傳輸線十一位于非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五的一側(cè)，均勻傳輸線十二和均勻傳輸線十三位于非均勻傳輸線十四和非均勻傳輸線十五的另一側(cè)；所述均勻傳輸線九的一端插入第一饋電網(wǎng)絡(luò)的均勻傳輸線四和均勻傳輸線五之間，另一端插入第二饋電網(wǎng)絡(luò)的均勻傳輸線七和均勻傳輸線八之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，其特征在于所述第一輸入/輸出端口與第二輸入/輸出端口處于同一水平線上，且關(guān)于中間軸線對稱，所述中間軸線位于均勻傳輸線九中間點位置并垂直于均勻傳輸線九。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，其特征在于所述的多枝節(jié)加載多模諧振器為五模諧振器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，其特征在于所述底層金屬地板包括第一缺陷地單元、第二缺陷地單元和金屬單元；所述第一缺陷地單元和第二缺陷地單元是在金屬單元上刻蝕形成的空氣單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，其特征在于所述第一缺陷地單元設(shè)置在由均勻傳輸線四、均勻傳輸線五和均勻傳輸線九組成的平行三線正下方；所述第二缺陷地單元設(shè)置在由均勻傳輸線七、均勻傳輸線八和均勻傳輸線九組成的平行三線正下方。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有高選擇性和超高阻帶抑制效果的超寬帶濾波器，該超寬帶濾波器由第一輸入/輸出端口、第二輸入/輸出端口、中間層介質(zhì)基板和設(shè)置在中間層介質(zhì)基板上的上層微帶結(jié)構(gòu)和底層金屬地板組成；上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一饋電網(wǎng)絡(luò)、多枝節(jié)加載多模諧振器和第二饋電網(wǎng)絡(luò)。該超寬帶濾波器的多枝節(jié)加載多模諧振器在超寬帶頻帶范圍內(nèi)具有五個諧振模式，并且在通帶上、下各產(chǎn)生一個傳輸零點，極大的提高通帶選擇性；另外，產(chǎn)生的零點及其倍頻零點抑制該多模諧振器的高次諧振模式，極大的拓寬了通帶的上阻帶抑制效果。本發(fā)明的超寬帶濾波器具有好的通帶特性、高的通帶選擇性以及超高的阻帶抑制效果，非常適合于高標(biāo)準(zhǔn)通信的超寬帶無線通信系統(tǒng)。
文檔編號H01P1/203GK102544652SQ20121001799
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者吳小虎, 褚慶昕 申請人:華南理工大學(xué)