專利名稱：基于交指電容的小型化超寬帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域的濾波器，具體涉及一種具有可調(diào)帶內(nèi)發(fā)射零點(diǎn)、具有超寬帶特性、小型化的微帶濾波器結(jié)構(gòu)、并具有網(wǎng)絡(luò)干擾信號抑制功能的基于交指電容的小型化平面濾波器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，全球通信行業(yè)技術(shù)不斷革新進(jìn)步，用戶需求與日俱增，人們對無線通信的要求也越來越高，不斷地提出新的要求。例如，在某一頻段上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量能夠增加，通信質(zhì)量能夠更好，無線終端能夠更小巧，功率損耗能夠更少……這些要求無疑也對現(xiàn)在的射頻前端系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，高性能、多功能、小型化的射頻前端已為大勢所趨。而射頻前端中的濾波器，作為一個至關(guān)重要的元件，無疑促使著全球的科技工作者們對新時代背景下的濾波器的進(jìn)行設(shè)計和研究。對于現(xiàn)代濾波器的研究，首先可以從以下幾個發(fā)展 趨勢來進(jìn)行分析
I.更高頻率的無線電磁波被開發(fā)使用
當(dāng)今通信頻段不斷被開發(fā)，可用頻段資源越來越少，由于高頻率的電磁波能傳輸更多的信息量，因此，現(xiàn)在的許多無線通信應(yīng)用較多地往高頻率端開發(fā)。比如Wi-Fi(5. 725-5. 825GHz (ISM/UNII))、Wi-Max (2-1 IGHz), UWB 超寬帶通信(3. 1-10. 6GHz)以及60GHz短距離保密通信等。相比以往的許多無線通信，例如收音機(jī)等，由于工作頻率較低，濾波器只需要采用集總元件就能很好地實現(xiàn)功能。但是現(xiàn)在的很多通信都處于較高的頻段，用集總元件無法實現(xiàn)較好的濾波功能，因此，必須使用分布參數(shù)元件，例如微帶線，帶狀線、同軸線以及介質(zhì)諧振器等。2.帶寬需要增加以滿足人們的通信要求
現(xiàn)在大部分通信工作的頻段為窄帶通信。一般來說，相對帶寬大于10%以上的，被稱為寬帶。而大于25%的則被稱為超寬帶。由于用戶對于無線終端能夠處理的數(shù)據(jù)量不斷增長，現(xiàn)有的窄帶通信不能很好地滿足需求，因此寬帶通信越來越受到關(guān)注。在2002年2月，美國聯(lián)邦通訊委員會(Federal Communications Commission, FCC)批準(zhǔn)了超寬帶(Ultra-wideBand, UWB)技術(shù)應(yīng)用于短距離無線通信的申請，劃分Indoor UffB的通信系統(tǒng)使用的頻帶為3. Γ10. 6GHz。由此掀起了在全球范圍內(nèi)對UWB濾波器的研究。寬帶濾波器能夠更好地滿足無線終端對傳輸速率與傳輸數(shù)據(jù)量的要求，能夠更好地滿足人們對各種無線應(yīng)用的需求。3.射頻前端所占據(jù)的體積越來越小
從近10年來看，通信行業(yè)與其他電子制造業(yè)一樣飛速發(fā)展，所有的終端幾乎都處于不斷被小型化設(shè)計的趨勢中。手機(jī)越來越小，無線網(wǎng)卡更趨于集成結(jié)構(gòu)，天線也從外置到內(nèi)置，許多電子器件設(shè)計也從立體到平面，從這些現(xiàn)象來看為了能集成更多不同種類的器件，濾波器的小型化也必定是一大趨勢。
對于現(xiàn)在的小型化設(shè)計來說，用微帶線來做傳輸波導(dǎo)是不錯的選擇，首先，平面結(jié)構(gòu)使得微帶線結(jié)構(gòu)的濾波器容易制造和加工。其次，微帶線的介質(zhì)板相對其他介質(zhì)來說價格便宜，利于市場化。最后，微帶結(jié)構(gòu)更利于集成至單片微波集成電路(MonolithicMicrowave Integrated Circuit,MMIC)中，更適合小型化的設(shè)計。微帶線的這些優(yōu)勢也使得近些年來更多的研究偏向了以微帶線為傳輸介質(zhì)的濾波器設(shè)計。寬帶濾波器能夠滿足人們對大容量信息的無線傳輸要求，較寬的通帶能夠加載更多的信息量，提高了傳輸速率，從而滿足日益增長的無線終端應(yīng)用，比如，高清視頻和語音的傳輸，無線終端視頻會議，大容量數(shù)據(jù)的快速無線傳輸?shù)?。從另一方面說，傳輸速率的提高和帶寬的增加也促使了更多的無線應(yīng)用的發(fā)展。自從美國聯(lián)邦電信委員會FCC在2002年批準(zhǔn)了超寬帶民用的許可后，研究者關(guān)于超寬帶的應(yīng)用就一直沒有間斷過，各種針對與UffB系統(tǒng)的超寬帶濾波器設(shè)計的結(jié)構(gòu)也層出不窮，但是大部分都不夠小型化，由于微帶線一般難以實現(xiàn)寬帶特性，所以使用微帶線結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器也非常少見。

發(fā)明內(nèi)容
·
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于交指電容的小型化超寬帶濾波器，這種濾波器在通帶內(nèi)具有三個傳輸極點(diǎn)(或稱為反射零點(diǎn))，通過調(diào)整輸入輸出端微帶線的阻抗比、交指電容的個數(shù)以及交指電容中交指的長度等可以調(diào)整通帶內(nèi)。整體來說，諧振器結(jié)構(gòu)是對稱的；其饋線的輸入輸出端口在同一水平線上。本發(fā)明在通帶內(nèi)有可以實現(xiàn)三個傳輸零點(diǎn)，也可以通過級聯(lián)或者增長交指電容中交指的對數(shù)來實現(xiàn)帶內(nèi)多個諧振點(diǎn)。這種超寬帶濾波器結(jié)構(gòu)簡單，體積非常小，也容易加工。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
I.利用等效的集總參數(shù)模型，階躍阻抗諧振器結(jié)構(gòu)理論等，提供一種小型化超寬帶微帶濾波器。2.在不在占用太多空間的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了超寬帶濾波器的特性，輸入輸出端的階躍阻抗使得帶內(nèi)額外產(chǎn)生兩個諧振點(diǎn)，展寬了帶寬并改進(jìn)了超寬帶通帶的特性。3.為了能夠調(diào)節(jié)通帶的中心頻率點(diǎn)，以便能夠更好地將這種超寬帶濾波器適用于各種不同工作頻段的通信系統(tǒng)中，通過簡單地改變該輸入輸出端的高阻抗傳輸線的長度，就能在不破壞原本特性的基礎(chǔ)上對中心頻率點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。4.為了能夠調(diào)節(jié)通帶內(nèi)諧振點(diǎn)的分布情況，從而可以對帶寬等進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以簡單地通過改變輸入輸出端與高阻抗傳輸線之間的阻抗比，就能在不破壞原本特征的基礎(chǔ)上對分離的2個諧振點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。5.本發(fā)明根據(jù)介質(zhì)基板的介電常數(shù)&，選用合適的介質(zhì)基板的厚度。6.加工后的電路板為一層，其反面是金屬鍍層，正面為該雙頻微帶濾波器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種基于交指電容的小型化超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層和中間層的介質(zhì)板，其特征在于所述基于交指電容的超寬帶微帶濾波器通過高阻抗線與交指電容相連，并且交指電容的一端接地。具體是輸入輸出端的端口阻抗為50歐姆，與其相連的是一段高阻抗線，與高阻抗傳輸線相連的是一個交指電容，在交指電容的末端分別通過打孔接地短路。交指電容的個數(shù)以及交指電容中交指的長度、高阻抗線與輸入輸出端的阻抗比可以根據(jù)實際的超寬帶濾波器的指標(biāo)來決定。整體來說，諧振器結(jié)構(gòu)是對稱的；其饋線的輸入輸出端口在同一水平線上。本發(fā)明在通帶內(nèi)有可以實現(xiàn)三個傳輸零點(diǎn)，也可以通過級聯(lián)或者增長交指電容中交指的對數(shù)來實現(xiàn)帶內(nèi)多個諧振點(diǎn)。作為本發(fā)明的改進(jìn)，可以通過改變輸入輸出端與高阻抗線的阻抗比來調(diào)節(jié)帶通諧振點(diǎn)的分布。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，可以通過改變高阻抗線的長度來調(diào)節(jié)通帶內(nèi)中心頻率點(diǎn)的分布。作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，可以通過交指電容的級聯(lián)以及調(diào)整交指電容的對數(shù)來改變通帶內(nèi)的特性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
I.本發(fā)明超寬帶濾波器結(jié)構(gòu)是非常小型化卻實現(xiàn)了非常大的帶寬，并且加工容易。2.本發(fā)明可以通過非常簡單地改變輸入輸出端與高阻抗傳輸線之間的阻抗比來調(diào)諧通帶內(nèi)的諧振點(diǎn)分布。3.本發(fā)明可以通過非常簡單地改變高阻抗傳輸線的長度來調(diào)諧通帶內(nèi)的中心頻率點(diǎn)位置。4.本發(fā)明的超寬帶濾波器的通帶兩邊各有一個傳輸零點(diǎn)，很大程度上增強(qiáng)了濾波器的帶外抑制特性。5.本發(fā)明有多種變形結(jié)構(gòu)，通過級聯(lián)，增加交指電容的長度等都能很好地改變通帶特性，如通過級聯(lián)方式或者增加交指對數(shù)可以增加通帶內(nèi)的諧振點(diǎn)個數(shù)。


圖I是本發(fā)明實施例一的濾波器立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例一的濾波器結(jié)構(gòu)平面示意圖及尺寸標(biāo)注。圖3是本發(fā)明實施例一、二的濾波器頻率響應(yīng)圖。圖4是本發(fā)明實施例三的濾波器頻率響應(yīng)圖。圖5是本發(fā)明實施例四的濾波器平面結(jié)構(gòu)示意圖及尺寸標(biāo)注。圖6是本發(fā)明實施例四的濾波器頻率響應(yīng)圖。圖7是本發(fā)明實施例五的濾波器平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合

如下
實施例一
參見圖1，本基于交指電容的小型化超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線I、反面部分的金屬鍍層2和中間層的介質(zhì)板10，金屬微帶線I由一個交指電容3分別通過兩條高阻抗傳輸線6、7連接、兩個輸入輸出端口 8、9構(gòu)成。其中交指電容3的一段通過打孔接地4，交指電容中的交指5有13個。結(jié)構(gòu)整體對稱，具體參數(shù)參見圖2，與輸入輸出端8、9相連接的高阻抗傳輸線6、7的寬度為^長度為人在本實例中寬度#為O. 6mm，長度7為3. Imm,整體所占面積為7. H 4. 15_2，非常地小型化。
其頻率響應(yīng)結(jié)果圖參見圖3中#=0. 6mm的情況。可以看出，有三個傳輸零點(diǎn)分別位于2. 3GHz,，10. 75GHz和12. 7GHz，這三個傳輸零點(diǎn)都位于UWB通帶之外，因此給該超寬帶多模濾波器提供了較好的插損曲線。-3dB帶寬從4. 03GHz到9. 97GHz，中心頻率位于7GHz，具有85%的相對帶寬。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于
在本實施例中，通過改變高阻抗 傳輸線的寬度#時，通帶內(nèi)的2個對稱的諧振點(diǎn)會展開或緊縮，從而改變通帶回?fù)p特性。頻率響應(yīng)結(jié)果參見圖3?？梢钥闯?，通過改變輸入輸出口的高阻抗線的寬度I隨著r從O. 4mm到O. 6mm,可以從圖中看出，被分離的兩個諧振模式,第一與第三個諧振點(diǎn)會更加靠近中間的頻率點(diǎn)7. 3GHz，直到#被增加到I. 25mm,也就是說高阻抗線的特性阻抗與輸入輸出端口的50ohm傳輸線相同時,被分離的兩個模式就消失了。我們也能將中間固定不動于7. 3GHz的諧振模式看成是奇模形式，而隨著w的改變而改變的兩個模式看成偶模模式。當(dāng)#=0. 6mm,從5GHz到9. 35GHz,這種濾波器的回波損耗都小于_17dB。當(dāng)w=0. 4mm，從4. 45GHz到9. 8GHz，濾波器的回波損耗小于-10dB。在改變#參數(shù)的同時，我們發(fā)現(xiàn)其S21曲線幾乎不變，因此，如果我們需要一個具有較好回波損耗時，我們可以根據(jù)實際要求增大#值。實施例三
本實施例與實施例一和實施例二基本相同，特別之處在于
在本實施例中，通過改變高阻抗傳輸線的長度7時，通帶內(nèi)的中心頻率點(diǎn)(第2諧振點(diǎn))的位置會左移或者右移，從而改變通帶回?fù)p特性。頻率響應(yīng)結(jié)果參見圖4，從圖4中可以看出這種三模濾波器隨著高阻抗線的長度L的變化也耐人尋味，當(dāng)Z從3. 5mm減小至2. 7mm時，我們可以看出在通帶內(nèi)中間的諧振點(diǎn)，也就是圖4中的奇模諧振點(diǎn)，會逐漸往高頻率段偏移。當(dāng)Z=2. 7mm時，該諧振點(diǎn)位于7. 75GHz ;當(dāng)2=3. 4mm時，該諧振點(diǎn)位于6. 9GHz。同樣的，在改變Z的長度時，其S21參數(shù)曲線圖幾乎不變。實施例四
本實施例與實施例二和實施例三基本相同，特別之處在于
參見圖5，在本實施例中，增加了原本交指電容的個數(shù)，也就是說增加了交指電容的總體長度。從而可以在不使用高阻抗線的情況下，也同樣能使得通帶內(nèi)的諧振點(diǎn)個數(shù)達(dá)到3個。從而可以減少因為高阻抗傳輸線所帶來的面積占用，從而可以在寬度上進(jìn)行小型化。圖6為該本實例濾波器的頻率響應(yīng)結(jié)果圖，從圖6中也能看出，當(dāng)不使用變阻抗輸入輸出端口來形成三模超寬帶濾波器的時，可以通過交指電容自身來實現(xiàn)3個傳輸零點(diǎn)。當(dāng)交指對數(shù)有明顯的增加，有14對，交指長度為O. 55_，此時它的S參數(shù)圖結(jié)果顯示它具有三個諧振點(diǎn)在超寬帶帶內(nèi)，分別為5. 2GHz, 6. 75GHz和8. 6GHz。從4. 2GHz到9. 25GHz的回?fù)p始終小于-10dB。-3dB帶寬從3. 2GHz到10. 5GHz，與之前輸入輸出端口帶變阻抗結(jié)構(gòu)的三模濾波器性能相似，但是從寬度上來說少了三分之二，從而進(jìn)行了小型化處理。實施例五本實施例(在基本的交指電容參數(shù)不變的情況下)與實施例一、二、三、四相同，特別之處在于
參見圖7，為了能在通帶內(nèi)產(chǎn)生更多的諧振點(diǎn)，以此來展寬_3db帶寬，對于大部分諧振器都可以適用級聯(lián)的形式，但是對于頻率覆蓋范圍較廣的超寬帶濾波器來說，也會引入一定的缺點(diǎn)，比如，在原本具有較好回?fù)p的頻帶內(nèi)，回?fù)p性能會變差。圖7所示的為2個交指超寬帶濾波器的級聯(lián)形式，面積約為11. 3 4 25 _2，就所占面積來說，仍然非常小。仿真所使用的介質(zhì)板具有9. 8的介電常數(shù)，高度為I. 27mm。金屬微帶線和反面部分的金屬鍍層可以是導(dǎo)電性能較好的金屬材料，如金、或銀、或銅。中間層的介質(zhì)板的介電常數(shù)可以是各種數(shù)值，因為介電常數(shù)與諧振器的長度的平方成反比，所以介電常數(shù)越高則對應(yīng)濾波器的尺寸越小。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合小型化雙模雙頻微帶濾波器的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造原理，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于交指電容的小型化超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線(I)、反面部分的金屬鍍層(2)和中間層的介質(zhì)板(10)，其特征在于所述金屬微帶線(I)由一個交指電容(3)的兩端分別通過高阻抗傳輸線(6、7)連接兩個輸入輸出端口(8、9)組成；其中交指電容(3)的一段通過打孔接地(4)，交指電容中的交指(5)共有若干個；整體結(jié)構(gòu)對稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于交指電容的小型化超寬帶帶通濾波器，可以通過改變交指電容的交指個數(shù)共有10-15個。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于交指電容的小型化的超寬帶帶通濾波器，其特征在于所述介質(zhì)板層(10)為介電常數(shù)=9. 8的介質(zhì)板,該介質(zhì)板(10)厚度A =1. 27mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于交指電容的小型化超寬帶濾波器，它包括三層結(jié)構(gòu)正面的金屬微帶線、中間的介質(zhì)板層及輸入輸出端口、介質(zhì)板材反面的金屬鍍層，所述的金屬微帶線結(jié)構(gòu)是一個交指電容的兩端分別通過兩條高阻抗傳輸線連接兩個輸入輸出端口構(gòu)成，在交指電容的末端分別通過打孔接地短路，交指電容的交指個數(shù)為若干個，整體來說，結(jié)構(gòu)是對稱的。本發(fā)明在通帶內(nèi)有可以實現(xiàn)三個傳輸零點(diǎn)，也可以通過級聯(lián)或者增長交指電容中交指的對數(shù)來實現(xiàn)帶內(nèi)多個諧振點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的頻率選擇性，實現(xiàn)了小型化的要求。
文檔編號H01P1/203GK102881972SQ20121022823
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者楊在峰, 馬哲旺, 墨晶巖, 薛海皋 申請人:上海大學(xué)