專利名稱：一種雙頻帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種高選擇性雙頻微帶帶通濾波器，屬于微波與毫米波器件的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著無線通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，具有雙頻特性的射頻器件具有廣泛的應(yīng)用前景。在傳統(tǒng)的雙頻通信系統(tǒng)中，每ー個(gè)通信系統(tǒng)都有其獨(dú)立的天線、濾波器、L N A等器件，造成整個(gè)系統(tǒng)體積和損耗都比較大。若將以上射頻元件都設(shè)計(jì)成雙頻制式的，那么整個(gè)雙頻通信系統(tǒng)的體積將縮小一半，功耗也大大降低，便于系統(tǒng)集成。作為射頻前端關(guān)鍵部件的雙通帶帶通濾波器，它性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)通信系統(tǒng)性能的好壞，因此，研究新型高性能的雙頻濾波器具有十分重要的意義。目前有三種典型的設(shè)計(jì)方法[1]。第一種是級聯(lián)ー個(gè)帶通濾波器和ー個(gè)帶阻濾波器，所帯來的問題是尺寸較大[氣第二種是利用階梯阻抗諧振器[3_5]，可以通過調(diào)節(jié)兩部分的阻抗比和電長度來控制諧振器的兩個(gè)諧振頻率，但是兩個(gè)通帶的帶寬很難獨(dú)立可調(diào)，并且濾波器的頻率選擇性能較差。第三種是采用相同的輸入輸出饋線將兩個(gè)獨(dú)立的諧振器組合起來構(gòu)成雙頻帶帶通濾波器[6_7]。最近出現(xiàn)了很多具有尺寸小、良好帶內(nèi)外性能和高選擇性的雙頻帶通濾波器，例如微帶貼片和加載微擾的方形環(huán)等。以上所提到的很多雙頻濾波器設(shè)計(jì)方法都基本上是適用于窄帶設(shè)計(jì)(帶寬小于10%)，并且兩通帶的頻率比調(diào)節(jié)有限。但目前對雙頻濾波器的小型化、寬帶寬、任意頻比的需求越來越高。參考文獻(xiàn)[8]中利用短截線加載的階梯阻抗諧振器設(shè)計(jì)了一種寬帶帶通濾波器，實(shí)現(xiàn)了雙通帶和小型化的特性，但是頻率選擇性還是有待提聞。參考文獻(xiàn)[I] Xiu Yin Zhang and Quan Xue: ‘Novel dual-mode dual-band filtersusing coplanar-waveguide-fed ring resonators’ , IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques, 2007, 55(10)， pp: 2183-2190.[2] Lin-Chuan Tsai and Ching-ffen Hsue: ^Dual-band bandpass filtersusing equal-length coupled-serial-shunted lines and Z-transform technique’ ,IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2004, 52(4)，pp:1111-1117.[3] X. Y. Zhang, J. -X. Chen, J. Shi and Q. Xue: ‘High-selectivitydual-band bandpass Iter using asymmetric stepped-impedance resonators’ ,Electronics Letters, 2009, 45(1)， pp. 63-64.[4] H. -ff. Liu, Y. -F. Lv and ff. Zheng: ‘Compact dual-band bandpass Iter using trisection hairpin resonator for GPS and WLAN applications’ ,
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實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題針對背景技術(shù)的不足，提供一種涉及毫米波與微波器件的雙頻微帶微帶帶通濾波器，該濾波器具有結(jié)構(gòu)新穎、頻率選擇性能高、帶內(nèi)外性能好、通帶帶寬大的特點(diǎn)。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題釆用如下技術(shù)方案一種雙頻帶通濾波器，包括第一金屬貼片、第二金屬貼片和介質(zhì)基片，所述兩個(gè)金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的上、下表面，其特征在于第一金屬貼片由輸入饋線、輸出饋線，以及分別位于輸入饋線和輸出饋線的兩側(cè)的兩個(gè)階梯阻抗諧振器組成，兩個(gè)階梯阻抗諧振器均為三模階梯阻抗諧振器，其中第一階梯阻抗諧振器由第一階梯阻抗線、加載于第一階梯阻抗線中心位置外側(cè)的第二階梯阻抗線，以及加載于第一階梯阻抗線中心位置內(nèi)側(cè)的第一均勻阻抗短路線組成；第二階梯阻抗諧振器由第三階梯阻抗線、加載于第三階梯阻抗線中心位置的第四階梯阻抗線、以及對稱加載于第四階梯阻抗線中軸線兩側(cè)的第二、第三均勻阻抗短路線組成；在所述第一至第三均勻阻抗短路線的末端分別設(shè)置金屬化通孔，金屬化通孔的孔徑大小分別與其所屬短路線的線寬一致；所述第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的三個(gè)金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過金屬化通孔相連接。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的雙頻帶通濾波器，在第一階梯阻抗諧振器中，所述第一階梯阻抗線為倒U形、第二階梯阻抗線為倒UJ形；其中所述第一階梯阻抗線由兩段低阻線加載在一段倒U形高阻線的兩端構(gòu)成；所述第二階梯阻抗線由一段倒U形低阻線加載在一段高阻線上構(gòu)成；在第二階梯阻抗諧振器中，所述第三階梯阻抗線為倒U形、第四階梯阻抗線為倒T形；其中所述第三階梯阻抗線由兩段低阻線加載在一段倒U形高阻線的兩端構(gòu)成；所述第四階梯阻抗線由一段高阻線加載在一段低阻線上組成。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的雙頻帶通濾波器，所述第一階梯阻抗諧振器的整體尺寸大于第二階梯阻抗諧振器的整體尺寸。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果I、頻率選擇性能高；由于階梯阻抗諧振器的固有特性，該雙頻濾波器能夠在每個(gè)通帶的上、下截止頻率附近各產(chǎn)生ー個(gè)傳輸零點(diǎn)，從而獲得陡峭的裙邊帶，提高了濾波器的頻率選擇性。2、尺寸??；由于該雙頻濾波器所采用的是組合兩個(gè)諧振器的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼郫B，替代了原有的級聯(lián)ー個(gè)帶通濾波器和一個(gè)帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)，因而所實(shí)現(xiàn)的雙頻濾波器具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的特點(diǎn)。3、各通帶獨(dú)立控制；由于該雙頻濾波器采用相同的輸入、輸出饋線對兩個(gè)獨(dú)立的三模諧振器同時(shí)進(jìn)行饋電，因而每個(gè)諧振器可以分別產(chǎn)生并控制ー個(gè)通帶，從而可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通帶獨(dú)立可調(diào)。 4、通帶帶寬寬；由于該雙頻濾波器采用兩個(gè)諧振器為三模階梯阻抗諧振器，每個(gè)通帶分別由三個(gè)諧振模式構(gòu)成，該濾波器的相對帶寬能夠達(dá)到15. 4%和10. 2%。因而，與現(xiàn)有的一些微帶雙頻濾波器相比，本實(shí)驗(yàn)新型所提出的雙頻濾波器實(shí)現(xiàn)了更寬的通帯。5、通帶帶寬可調(diào)；由于每個(gè)諧振器產(chǎn)生的三個(gè)諧振模式可以被該諧振器的不同尺寸參數(shù)控制，從而構(gòu)成的兩個(gè)通帶帶寬可以被簡便地調(diào)節(jié)。6、成本低；由于該雙頻濾波器結(jié)構(gòu)僅由單層介質(zhì)板外加上、下兩層金屬敷層構(gòu)成，所以可以采用目前非常成熟的單層印刷電路板(PCB)生產(chǎn)エ藝來生產(chǎn)，再加上其小型化的特點(diǎn)，使得整個(gè)板材尺寸更小，加工成本十分低廉。7、易于集成；由于該雙頻濾波器采用的是微帶線結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕，因此易于與其他電路結(jié)構(gòu)集成。
圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)仰視圖。圖4是本實(shí)用新型的傳輸性能仿真和實(shí)測對比曲線圖。圖中標(biāo)號說明1_第一金屬貼片；2_第二金屬貼片；3_介質(zhì)基片；4_第一階梯阻抗諧振器；5_第二階梯阻抗諧振器；6_輸入饋線；7_輸出饋線；8、9、10_金屬化通孔。
具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述如圖I所示，為本實(shí)用新型的雙頻帶通濾波器的第一金屬貼片，由第一階梯阻抗諧振器4、第二階梯阻抗諧振器5、輸入饋線6和輸出饋線7組成。第一階梯阻抗諧振器4、第二階梯阻抗諧振器5分別為兩個(gè)短截線加載的三模階梯阻抗諧振器。第一階梯阻抗諧振器4由一段倒U形的階梯阻抗線中間加載倒m形階梯阻抗線和一段均勻阻抗短路線組成。而第二階梯阻抗諧振器5由另一段尺寸較小的倒U形的階梯阻抗線中間加載倒T形階梯阻抗線，并在倒T形階梯阻抗線中軸線兩側(cè)的對稱位置各加載一段均勻阻抗短路線。[0039]三段短路線的末端分別設(shè)置的金屬化通孔8、9和10，孔徑大小與短路線線寬一致。第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的三個(gè)金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過金屬化通孔相連接。本實(shí)用新型在使用時(shí)，信號通過輸入饋線6端口同時(shí)對第一階梯阻抗諧振器4、第二階梯阻抗諧振器5進(jìn)行饋電，最后由輸出饋線7端口輸出。該濾波器在輸入、輸出之間提供了兩條不同的信號通路，并且第一階梯阻抗諧振器4、第二階梯阻抗諧振器5之間沒有耦合，因此可產(chǎn)生兩個(gè)三模的通帶，構(gòu)成雙頻三模帶通濾波器。第一階梯阻抗諧振器4、第二階梯阻抗諧振器5可分別產(chǎn)生一個(gè)奇模和兩個(gè)偶模，構(gòu)成兩個(gè)通帶，并且奇模諧振頻率位于兩個(gè)偶模頻率之間。第二階梯阻抗諧振器5的整體尺寸參數(shù)都小于第一階梯阻抗諧振器4，因此第二階梯阻抗諧振器5產(chǎn)生的通帶頻率高于第一階梯阻抗諧振器4。調(diào)節(jié)倒m形和倒T形階梯阻抗線的尺寸參數(shù)可以用來控制偶模的諧振頻率，而對奇模沒有任何影響。而改變其他參數(shù)對奇、偶模諧振頻率都能進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖2所示，本實(shí)用新型的雙頻帶通濾波器的結(jié)構(gòu)包括第一金屬貼片I、第二金屬貼片2和介質(zhì)基片3，兩個(gè)金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的兩面。金屬貼片厚度為0. 017mm, 介質(zhì)基片這里米用Rogers RT/duroid 5880,厚度為0. 508mm。如圖3所示，第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的三個(gè)金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過金屬化通孔相連接。如圖4所示，為仿真和實(shí)測的Sn、S21頻率響應(yīng)曲線在工作頻帶內(nèi)的對比圖。兩個(gè)通帶的3分貝相對帶寬分別為15. 4%和10. 2%,帶內(nèi)插入損耗小于-3分貝，回波損耗都在-10分貝以下。該濾波器共產(chǎn)生四個(gè)傳輸零點(diǎn)，分別位于兩個(gè)通帶上、下截止頻率附近，位于兩個(gè)通帶的下邊帶的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)由加載的三段短路線產(chǎn)生，而兩通帶上邊帶的零點(diǎn)由加載的倒Ui形和倒T形階梯阻抗線產(chǎn)生，從而獲得高的頻率選擇性和良好的通帶隔離。插入損耗低于-45分貝，兩通帶之間的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的插入損耗達(dá)到-50分貝以下，可提高通帶的帶間抑制。上阻帶延伸到14GHz，差損低于-24. 9分貝。仿真和實(shí)測結(jié)果吻合很好。該濾波器采用兩個(gè)短截線加載的三模階梯阻抗諧振器。每個(gè)階梯阻抗諧振器可以分別產(chǎn)生一個(gè)通帶，并可獨(dú)立控制。并且由于階梯阻抗諧振器的固有特性，能夠產(chǎn)生四個(gè)傳輸零點(diǎn)來提高濾波器的頻率選擇性能。
權(quán)利要求1.一種雙頻帶通濾波器，包括第一金屬貼片(I)、第二金屬貼片(2)和介質(zhì)基片(3)，所述兩個(gè)金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的上、下表面，其特征在于第一金屬貼片由輸入饋線(6)、輸出饋線(7)，以及分別位于輸入饋線(6)和輸出饋線(7)的兩側(cè)的兩個(gè)階梯阻抗諧振器組成，兩個(gè)階梯阻抗諧振器均為三模階梯阻抗諧振器，其中 第一階梯阻抗諧振器(4)由第一階梯阻抗線、加載于第一階梯阻抗線中心位置外側(cè)的第二階梯阻抗線，以及加載于第一階梯阻抗線中心位置內(nèi)側(cè)的第一均勻阻抗短路線組成； 第二階梯阻抗諧振器(5)由第三階梯阻抗線、加載于第三階梯阻抗線中心位置的第四階梯阻抗線、以及對稱加載于第四階梯阻抗線中軸線兩側(cè)的第二、第三均勻阻抗短路線組成； 在所述第一至第三均勻阻抗短路線的末端分別設(shè)置金屬化通孔，金屬化通孔的孔徑大小分別與其所屬短路線的線寬一致；所述第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的三個(gè)金屬化通孔，第一金屬貼片與第二金屬貼片通過金屬化通孔相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙頻帶通濾波器，其特征在于在第一階梯阻抗諧振器(4)中，所述第一階梯阻抗線為倒U形、第二階梯阻抗線為倒m形；其中所述第一階梯阻抗線由兩段低阻線加載在一段倒U形高阻線的兩端構(gòu)成；所述第二階梯阻抗線由一段倒U形低阻線加載在一段高阻線上構(gòu)成； 在第二階梯阻抗諧振器(5)中，所述第三階梯阻抗線為倒U形、第四階梯阻抗線為倒T形；其中所述第三階梯阻抗線由兩段低阻線加載在一段倒U形高阻線的兩端構(gòu)成；所述第四階梯阻抗線由一段高阻線加載在一段低阻線上組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙頻帶通濾波器，其特征在于所述第一階梯阻抗諧振器(4)的整體尺寸大于第二階梯阻抗諧振器(5)的整體尺寸。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種雙頻帶通濾波器，屬于微波與毫米波器件的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該濾波器包括第一金屬貼片、第二金屬貼片和介質(zhì)基片，所述兩個(gè)金屬貼片分別包覆在介質(zhì)基片的上、下表面，第一金屬貼片由輸入饋線、輸出饋線、兩個(gè)三模階梯阻抗諧振器組成，在兩個(gè)諧振器上分別設(shè)置了三個(gè)金屬化通孔，第二金屬貼片上設(shè)置有與第一金屬貼片相對應(yīng)的三個(gè)金屬化通孔。本實(shí)用新型采用兩個(gè)短截線加載的三模階梯阻抗諧振器來設(shè)計(jì)一種雙頻微帶帶通濾波器，每個(gè)諧振器可分別產(chǎn)生并獨(dú)立控制一個(gè)通帶，兩個(gè)通帶帶寬分別為15.4%和10.2%，共產(chǎn)生四個(gè)傳輸零點(diǎn)，具有頻率選擇性能高、各通帶獨(dú)立控制、成本低、性能優(yōu)、尺寸小、通帶帶寬可調(diào)的特點(diǎn)。
文檔編號H01P1/203GK202523822SQ20122007016
公開日2012年11月7日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者謝中山, 趙永久, 鄧宏偉, 陳雯 申請人:南京航空航天大學(xué)