一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，采用微帶形式實(shí)現(xiàn)，包括微帶基片、底層地和頂層微帶電路，其中，微帶基片形成于底層地之上，頂層微帶電路形成于微帶基片之上；其中，頂層微帶電路包括輸入抽頭、輸出抽頭和諧振器列，該諧振器列連接于輸入抽頭與輸出抽頭之間。本發(fā)明采用嵌套耦合大大增加了諧振器間的耦合強(qiáng)度，配合抽頭式饋電方式，易于實(shí)現(xiàn)寬帶帶通濾波器。本發(fā)明提出諧振器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于加工制作，適用于微波集成電路。
【專利說明】—種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微帶濾波器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002]濾波器是無線通信系統(tǒng)中用于抑制干擾信號不可或缺的重要無源器件。隨著無線通信的快速發(fā)展，對于通信信道容量的要求與日俱增，需要使用寬帶信號處理的寬帶濾波器來提高整個(gè)系統(tǒng)的信道容量。
[0003]在通信的微波/射頻設(shè)備中，頻寬通常以赫茲(Hz)來表示。從帶寬角度，相對帶寬大于20%或絕對帶寬大于IGHz屬于寬帶濾波器。其中，相對帶寬BW=&和f:分別為通帶的上下截止頻率，f0為中心頻率。
[0004]微帶實(shí)現(xiàn)的寬帶濾波器大多采用交叉指或者梳狀線結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，但這類濾波器均需要接地，在系統(tǒng)集成時(shí)為面臨不可避免的其他電路的干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，以解決傳統(tǒng)寬帶濾波器難以避免接地的問題，增加諧振器間耦合強(qiáng)度，減小濾波器尺寸。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，該小型化寬帶帶通濾波器采用微帶形式實(shí)現(xiàn)，包括微帶基片、底層地和頂層微帶電路，其中，微帶基片形成于底層地之上，頂層微帶電路形成于微帶基片之上；其中，頂層微帶電路包括輸入抽頭5、輸出抽頭6和諧振器列,該諧振器列連接于輸入抽頭5與輸出抽頭6之間。
[0009]上述方案中，所述輸入抽頭5或輸出抽頭6為特征阻抗50歐姆的傳輸線。
[0010]上述方案中，所述輸入抽頭5或輸出抽頭6與該諧振器列之間米用漸變的傳輸線。
[0011]上述方案中，所述諧振器列包括多個(gè)平行耦合結(jié)構(gòu)的諧振器單元，每個(gè)諧振器單元包括兩個(gè)相互嵌套耦合的螺旋諧振器。所述螺旋諧振器采用均勻阻抗傳輸線或階梯阻抗傳輸線，其電長度在中心頻率處為1/2波長。所述多個(gè)平行耦合結(jié)構(gòu)的諧振器單元在空間上上下錯(cuò)開一定位置，使所有諧振器單元中的第一個(gè)螺旋諧振器處于同一水平位置。
[0012]上述方案中，所述微帶基片的相對介電常數(shù)1-100，厚度為0.05_5mm。
[0013]上述方案中，該小型化寬帶帶通濾波器采用直連饋電方式或耦合饋電方式。
[0014](三)有益效果
[0015]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]1、本發(fā)明提供的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，由于采用螺旋結(jié)構(gòu)，和傳統(tǒng)的1/2波長發(fā)夾式諧振器相比，尺寸大大減小。
[0017]2、本發(fā)明提供的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，螺旋結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)嵌套耦合，大大增強(qiáng)了諧振器間的耦合強(qiáng)度，易于實(shí)現(xiàn)寬帶特性。
[0018]3、本發(fā)明提供的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，由于每兩個(gè)諧振器嵌套耦合，當(dāng)濾波器階數(shù)每增加兩階只大約增加一個(gè)諧振器面積，提高阻帶抑制的同時(shí)增加了較小尺寸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器的示意圖。
[0020]圖2是圖1所示的小型化寬帶帶通濾波器中諧振器單元的示意圖。
[0021]圖3是圖2所示的諧振器單元中螺旋諧振器的示意圖。
[0022]圖4是圖1所示的小型化寬帶帶通濾波器中兩個(gè)諧振器單元平行耦合的示意圖。
[0023]圖5是對圖1所示的小型化寬帶帶通濾波器進(jìn)行仿真測試的結(jié)果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，采用微帶形式實(shí)現(xiàn)，包括微帶基片、底層地和頂層微帶電路，其中，微帶基片形成于底層地之上，頂層微帶電路形成于微帶基片之上；其中，頂層微帶電路包括輸入抽頭5、輸出抽頭6和諧振器列，該諧振器列連接于輸入抽頭5與輸出抽頭6之間。微帶基片的相對介電常數(shù)1-100，厚度為0.05-5_。該小型化寬帶帶通濾波器采用直連饋電方式或耦合饋電方式。
[0026]其中，該諧振器列包括多個(gè)平行耦合結(jié)構(gòu)的諧振器單元，每個(gè)諧振器單元包括兩個(gè)相互嵌套耦合的螺旋諧振器，如圖2所示。所述螺旋諧振器采用均勻阻抗傳輸線或階梯阻抗傳輸線，其電長度在中心頻率處為1/2波長。所述多個(gè)平行耦合結(jié)構(gòu)的諧振器單元在空間上上下錯(cuò)開一定位置，使所有諧振器單元中的第一個(gè)螺旋諧振器處于同一水平位置。
[0027]對該諧振器列而言，螺旋諧振器從左至右，第(2N+1)個(gè)諧振器和第(2N+2)個(gè)諧振器相嵌套(N = 0，1，2...)，濾波器階數(shù)每增加兩階約增加I個(gè)諧振器的面積，大大減小了濾波器的尺寸。第(2N+1) (N = 0，1，2...)個(gè)諧振器和第(2N+2)個(gè)諧振器相嵌套，一方面實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的耦合，另一方面較大地減小了濾波器面積。采用嵌套耦合大大增加了諧振器間的耦合強(qiáng)度，配合抽頭式饋電方式，易于實(shí)現(xiàn)寬帶帶通濾波器。螺旋諧振器的個(gè)數(shù)根據(jù)所選濾波器階數(shù)而定。螺旋諧振器的折疊圈數(shù)由工藝精度、頻段等確定。
[0028]輸入抽頭5或輸出抽頭6為特征阻抗50歐姆的傳輸線。輸入抽頭5或輸出抽頭6與該諧振器列之間采用漸變的傳輸線。輸入抽頭和輸出抽頭的位置由所選定帶寬、階數(shù)和回波損耗決定。
[0029]本實(shí)施例中，基片相對介電常數(shù)3.55，厚度0.508mm。
[0030]如圖1所示，圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器的示意圖，本實(shí)施例為利用螺旋諧振器實(shí)現(xiàn)的6階帶通濾波器，中心頻率6.6GHz，相對帶寬25%，初始設(shè)計(jì)回?fù)軗p耗-20dB。根據(jù)查表計(jì)算得到耦合系數(shù)K12 = K56 = 0.215，K23=K45 = 0.154，K34 = 0.146。其中，數(shù)字代表從左至右諧振器順序。如K12表示第一個(gè)諧振器和第二個(gè)諧振器的耦合系數(shù)，其他以此類推。有載品質(zhì)因子Qex = 3.85，其決定抽頭位置T。
[0031]圖1中，6階帶通濾波器由輸入抽頭5、輸出抽頭6、第一諧振器7、第二諧振器8、第三諧振器9、第四諧振器10、第五諧振器11和第六諧振器12構(gòu)成。第一諧振器7和第二諧振器8的耦合間距0.375mm,第二諧振器8和第三諧振器9的耦合間距0.15mm,第三諧振器9和第四諧振器10的耦合間距0.225mm，第四諧振器10和第五諧振器11的耦合間距
0.15mm，第五諧振器11和第六諧振器12的耦合間距0.375mm。
[0032]圖2是圖1所示的小型化寬帶帶通濾波器中諧振器單元的示意圖。如圖2所示，在諧振器單元中兩個(gè)螺旋諧振器采用嵌套式耦合結(jié)構(gòu)。諧振器I和諧振器2關(guān)于中心奇對稱，改變間距SI可以調(diào)節(jié)耦合系數(shù)。在以下敘述中嵌套式耦合結(jié)構(gòu)的耦合間距指SI。
[0033]圖3是圖2所示的諧振器單元中螺旋諧振器的示意圖。螺旋諧振器電長度在中心頻率處為1/2波長，傳輸線寬度為W為0.3mm。在實(shí)際應(yīng)用中，螺旋諧振器的初始設(shè)計(jì)長度為中心頻率處1/2波長。由于相鄰諧振器的影響，在最終實(shí)現(xiàn)上諧振器長度略長于初始設(shè)計(jì)長度。對于螺旋諧振器的折疊準(zhǔn)則，H1、H2、W1和W2大于W兩倍的最小加工精度，本實(shí)例取不小于0.8mm。在本實(shí)施例中，螺旋諧振器在6.6GHz處諧振。
[0034]圖4是圖1所示的小型化寬帶帶通濾波器中兩個(gè)諧振器單元平行耦合的示意圖。諧振器3和諧振器4關(guān)于中心奇對稱，改變間距S2可以調(diào)節(jié)耦合系數(shù)。在以下敘述中平行耦合結(jié)構(gòu)的耦合間距指S2。
[0035]如圖5所示，圖5是對圖1所示的小型化寬帶帶通濾波器進(jìn)行仿真測試的結(jié)果圖。本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例的仿真和測試結(jié)果頻率特性包括:S11和S21，橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GHz;縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dB。虛線代表仿真結(jié)果，實(shí)現(xiàn)代表測試結(jié)果。由圖5可以看出，本發(fā)明的帶通濾波器中心頻率6.6GHz，絕對帶寬大于1.5GHzο
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，該小型化寬帶帶通濾波器采用微帶形式實(shí)現(xiàn)，包括微帶基片、底層地和頂層微帶電路，其中，微帶基片形成于底層地之上，頂層微帶電路形成于微帶基片之上；其中，頂層微帶電路包括輸入抽頭(5)、輸出抽頭(6)和諧振器列，該諧振器列連接于輸入抽頭(5)與輸出抽頭(6)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，所述輸入抽頭(5)或輸出抽頭(6)為特征阻抗50歐姆的傳輸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，所述輸入抽頭(5)或輸出抽頭(6)與該諧振器列之間采用漸變的傳輸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，所述諧振器列包括多個(gè)平行耦合結(jié)構(gòu)的諧振器單元，每個(gè)諧振器單元包括兩個(gè)相互嵌套耦合的螺旋諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，所述螺旋諧振器采用均勻阻抗傳輸線或階梯阻抗傳輸線，其電長度在中心頻率處為1/2波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，所述多個(gè)平行耦合結(jié)構(gòu)的諧振器單元在空間上上下錯(cuò)開一定位置，使所有諧振器單元中的第一個(gè)螺旋諧振器處于同一水平位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，所述微帶基片的相對介電常數(shù)1-100，厚度為0.05-5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于螺旋諧振器的小型化寬帶帶通濾波器，其特征在于，該小型化寬帶帶通濾波器采用直連饋電方式或耦合饋電方式。
【文檔編號】H01P7/00GK104051832SQ201410287082
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】杜澤保, 楊浩, 張海英 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所