本發(fā)明涉及一種微帶開環(huán)濾波器。

背景技術(shù)：

微波濾波器在無線信號(hào)處理中起著十分重要的作用，它可以濾除干擾信號(hào)，通過有用的信號(hào)。在微波濾波器領(lǐng)域中通常使用微帶線系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括頂層的信號(hào)層101、中間層的介質(zhì)基板2和底層的接地層103。接地層103通常由金屬材料構(gòu)成，可以是金屬箔或者金屬涂層，信號(hào)層101為微帶線?，F(xiàn)有的微帶濾波器采用開環(huán)諧振器(諧振器即是擁有特定長(zhǎng)度且能夠發(fā)生諧振的微帶線)，諧振器與輸入/輸出端以抽頭方式或耦合方式連接。

目前，具有準(zhǔn)橢圓函數(shù)響應(yīng)的微帶濾波器被廣泛應(yīng)用于各種無線通信系統(tǒng)的電路模塊中。準(zhǔn)橢圓函數(shù)響應(yīng)是具有有限頻率傳輸零點(diǎn)的濾波器響應(yīng)，傳輸零點(diǎn)可以出現(xiàn)在濾波器通帶的一側(cè)或兩側(cè)，以提高帶外抑制并產(chǎn)生對(duì)稱或非對(duì)稱的濾波器響應(yīng)。一種典型的具有準(zhǔn)橢圓函數(shù)濾波響應(yīng)的微帶開環(huán)濾波器如圖2所示，該濾波器包括四個(gè)設(shè)有開口的方形開口環(huán)諧振器、輸入端和輸出端，每個(gè)諧振器的有效長(zhǎng)度為濾波器中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(即信號(hào)在微帶線中的傳輸波長(zhǎng))的二分之一，輸入諧振器到輸出諧振器之間的耦合為交叉耦合，其耦合極性為電耦合，其它耦合均為主耦合，其極性為磁耦合。電磁信號(hào)經(jīng)過不同的耦合路徑產(chǎn)生相差，使濾波器的響應(yīng)呈現(xiàn)出具有傳輸零點(diǎn)的準(zhǔn)橢圓函數(shù)特性。目前大部分準(zhǔn)橢圓函數(shù)濾波特性都是由交叉耦合濾波器實(shí)現(xiàn)的，但傳統(tǒng)的交叉耦合濾波器存在階數(shù)較高、諧振頻率較高、尺寸較大的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的微帶開環(huán)濾波器，其諧振頻率低，體積小。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為，微帶開環(huán)濾波器，包括設(shè)于介質(zhì)基板背面的接地面和設(shè)于介質(zhì)基板正面的輸入端、輸出端和至少一個(gè)諧振器組，所述諧振器組包含n個(gè)方形或矩形的子諧振器，n≥2且為2的倍數(shù)，n個(gè)子諧振器均為開環(huán)結(jié)構(gòu)且大小和結(jié)構(gòu)相同，n個(gè)子諧振器、輸入端和輸出端排成一條直線并以該直線的中垂線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布，其特征在于：所述子諧振器的兩條邊上有各有一個(gè)開口，所述開口將子諧振器分為第一半環(huán)和第二半環(huán)；所述子諧振器內(nèi)設(shè)有連接第一半環(huán)和第二半環(huán)的微帶支線。

首先，在環(huán)內(nèi)增加微帶支線，不會(huì)改變子諧振器的外部結(jié)構(gòu)和尺寸，因此可以直接應(yīng)用于現(xiàn)有的微帶開環(huán)濾波器；其次，環(huán)內(nèi)增加的微帶支線相當(dāng)于增加了子諧振器的長(zhǎng)度，顯著延長(zhǎng)電流路徑，減小濾波器的諧振頻率，有利于微帶開環(huán)濾波器的小型化。再者，子諧振器具有兩個(gè)開口，可以進(jìn)一步延長(zhǎng)電流路徑。經(jīng)驗(yàn)證，對(duì)于同一諧振頻率，本發(fā)明的子諧振器的尺寸比傳統(tǒng)的諧振器的體積小60％左右。

進(jìn)一步，所述微帶開環(huán)濾波器包含至少兩個(gè)諧振器組，諧振器組互相平行且均以所述中垂線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布；組成不同諧振器組的子諧振器的大小和結(jié)構(gòu)相同。采用兩組以上的諧振器組，可以使電磁信號(hào)從濾波器的輸入端到輸出端不僅通過了主耦合路徑，還通過了交叉耦合路徑，從而在濾波器通帶的一側(cè)或兩側(cè)產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，以提高帶外抑制并產(chǎn)生對(duì)稱或非對(duì)稱的濾波器響應(yīng)。

進(jìn)一步，所述兩個(gè)開口分別位于子諧振器的一組相對(duì)的邊上。這樣設(shè)置開口可以使第一半環(huán)和第二半環(huán)的大小更接近，子諧振器的結(jié)構(gòu)更對(duì)稱，有利于調(diào)節(jié)濾波器的諧振頻率。進(jìn)一步，所述兩個(gè)開口以子諧振器的中心對(duì)稱。

進(jìn)一步，所述微帶支線位于子諧振器的對(duì)角線上，或位于相對(duì)的兩條邊的中點(diǎn)連線上。這樣的微帶支線不僅可以顯著延長(zhǎng)電流路徑，而且可以使子諧振器具有更對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，有利于調(diào)節(jié)濾波器的諧振頻率，有利于濾波器的小型化。

進(jìn)一步，所述子諧振器上設(shè)有短路點(diǎn)，短路線連接接地面并穿過介質(zhì)基板與短路點(diǎn)連接。對(duì)于由相同長(zhǎng)度的微帶線組成的諧振器，具有短路點(diǎn)的子諧振器構(gòu)成的微帶開環(huán)濾波器具有更小的諧振頻率。

進(jìn)一步，所述短路點(diǎn)位于兩個(gè)開口之一所在邊的較長(zhǎng)一端。對(duì)于傳統(tǒng)的微帶開環(huán)濾波器而言，諧振器的周長(zhǎng)約為濾波器中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的二分之一。當(dāng)在開口所在的一邊上增設(shè)短路點(diǎn)之后，對(duì)應(yīng)的諧振器的波長(zhǎng)約為濾波器中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的四分之一。因此，對(duì)于同樣邊長(zhǎng)和厚度的諧振器，本發(fā)明的微帶開環(huán)濾波器的諧振頻率約為傳統(tǒng)的微帶開環(huán)濾波器的諧振頻率的一半。

進(jìn)一步，所述微帶支線的寬度與子諧振器的邊的寬度相等，這樣可以使諧振器上的電流密度更均勻。

進(jìn)一步，靠近輸入端的子諧振器與輸入端耦合連接或抽頭連接；靠近輸出端的子諧振器與輸出端耦合連接或抽頭連接。本發(fā)明的濾波器的子諧振器的外部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的開環(huán)諧振器的外部結(jié)構(gòu)相同，因此可以替換現(xiàn)有濾波器中的諧振器，與輸入/輸出端耦合連接或抽頭連接即可。當(dāng)采用耦合連接時(shí)，通帶兩側(cè)還會(huì)各產(chǎn)生一個(gè)衰減極點(diǎn)，從而提高了濾波器的帶外抑制度。為了實(shí)現(xiàn)耦合連接，可以增設(shè)輸入端微帶線和輸出端微帶線。其中，輸出端通過輸入端微帶線與靠近輸入端的子諧振器耦合連接，輸入端微帶線與靠近輸入端的子諧振器的一邊平行并且與所述直線垂直；輸出端通過輸出端微帶線與靠近輸出端的子諧振器耦合連接，輸出端微帶線與靠近輸出端的子諧振器的一邊平行并且與所述直線垂直；所述輸入端微帶線和輸出端微帶線的結(jié)構(gòu)和形狀相同，并對(duì)稱分布在所述對(duì)稱軸的兩邊。

本發(fā)明的微帶開環(huán)濾波器在傳統(tǒng)濾波器的基礎(chǔ)上，在子諧振器的環(huán)內(nèi)增加微帶支線，使得電流路徑顯著延長(zhǎng)，可有效減小子諧振器的諧振頻率，有助于微帶開環(huán)濾波器的小型化。同時(shí)，在子諧振器的環(huán)上開設(shè)有兩個(gè)開口，可以進(jìn)一步延長(zhǎng)電流路徑。

附圖說明

圖1為微帶線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)開環(huán)結(jié)構(gòu)的四階微帶濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為仿真時(shí)的本發(fā)明的子諧振器的示意圖。

圖4為仿真時(shí)的傳統(tǒng)諧振器的示意圖。

圖5為實(shí)施例1的微帶開環(huán)濾波器的示意圖。

圖6為實(shí)施例2的微帶開環(huán)濾波器的示意圖。

圖7為實(shí)施例3的微帶開環(huán)濾波器的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的微帶開環(huán)濾波器與傳統(tǒng)濾波器的主要區(qū)別在于：子諧振器的兩條邊上各有一個(gè)開口，所述開口將子諧振器分為第一半環(huán)和第二半環(huán)；所述子諧振器內(nèi)設(shè)有連接第一半環(huán)和第二半環(huán)的微帶支線。在子諧振器的環(huán)內(nèi)增加微帶支線，使得電流路徑顯著延長(zhǎng)，可有效減小子諧振器的諧振頻率，有助于微帶開環(huán)濾波器的小型化。同時(shí)，在子諧振器的環(huán)上開設(shè)有兩個(gè)開口，可以進(jìn)一步延長(zhǎng)電流路徑。為了驗(yàn)證該子諧振器所帶來的有益效果，采用三維電磁仿真商用軟件HFSS中的模型來進(jìn)行驗(yàn)證，具體如下：

本發(fā)明的子諧振器及其各項(xiàng)尺寸參數(shù)見圖3，在該子諧振器的環(huán)內(nèi)，在一組相對(duì)的邊上各有一個(gè)開口，兩個(gè)開口以子諧振器1的中心對(duì)稱；在子諧振器1的環(huán)內(nèi)設(shè)有微帶支線11，該微帶支線11位于子諧振器1的兩條對(duì)角線上，微帶支線11的寬度等于各邊的寬度。在兩個(gè)開口之一所在邊的較長(zhǎng)一端上設(shè)有一個(gè)短路點(diǎn)12，該短路點(diǎn)12通過短路線與接地面103連接。其中，邊長(zhǎng)d1為10mm，d2為1mm，d3為6mm，d4為2.5mm，短路點(diǎn)的直徑為0.5mm。為了達(dá)到更好的對(duì)比效果，所采用的傳統(tǒng)諧振器及其各項(xiàng)尺寸參數(shù)見圖4，其中，邊長(zhǎng)d1為10mm，d2為1mm，d5為4.5mm。仿真采用的介質(zhì)基板材料均為FR-4，其相對(duì)介電常數(shù)為4.4，損耗角正切值為0.02，厚度為0.8mm，兩個(gè)諧振器的厚度相同。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)諧振器的諧振頻率為2.1GHz，而本發(fā)明的子諧振器的諧振頻率為1.3GHz。

以上仿真結(jié)果說明，相同邊長(zhǎng)和厚度的諧振器，本發(fā)明的子諧振器的諧振頻率更小，通過推理可知，對(duì)于同一諧振頻率，本發(fā)明的子諧振器的尺寸比傳統(tǒng)的諧振器的體積小60％左右。

實(shí)施例1

如圖5所示，微帶開環(huán)濾波器包括設(shè)于介質(zhì)基板2背面的接地面103和設(shè)于介質(zhì)基板2正面的輸入端3、輸入端微帶線5、輸出端4、輸出端微帶線6和兩個(gè)方形諧振器組，每個(gè)諧振器組包括兩個(gè)子諧振器1，四個(gè)子諧振器1均為開環(huán)結(jié)構(gòu)且大小和結(jié)構(gòu)相同。位于第一排的第一諧振器組中的兩個(gè)子諧振器1與輸入端3和輸出端4排成一條直線并以該直線的中垂線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布，兩個(gè)諧振器組互相平行且各個(gè)諧振器組中的子諧振器1均以所述中垂線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布。輸出端3通過輸入端微帶線5與靠近輸入端3的子諧振器1耦合連接，輸入端微帶線5與靠近輸入端3的子諧振器1的一邊平行并且與所述直線垂直；輸出端4通過輸出端微帶線6與靠近輸出端4的子諧振器1耦合連接，輸出端微帶線6與靠近輸出端4的子諧振器1的一邊平行并且與所述直線垂直；輸入端微帶線5和輸出端微帶線6的結(jié)構(gòu)和形狀相同，并對(duì)稱分布在所述對(duì)稱軸的兩邊。

使用時(shí)，信號(hào)經(jīng)過輸入端3通過耦合連接的方式進(jìn)入靠近輸入端3的子諧振器1，當(dāng)輸入信號(hào)頻率等于中心頻率時(shí)，阻抗較大，有用信號(hào)可以通過；當(dāng)輸入信號(hào)頻率偏離中心頻率時(shí)，子諧振器1不諧振，阻抗較小，無用的信號(hào)到地衰減，信號(hào)最終通過輸出端4輸出。

實(shí)施例2

如圖6所示，與實(shí)施例1的微帶開環(huán)濾波器相比，主要區(qū)別在于：本實(shí)施例的微帶開環(huán)濾波器包括兩個(gè)諧振器組，其中，第一諧振器組包含四個(gè)子諧振器1，第二諧振器組包含兩個(gè)子諧振器1。

實(shí)施例3

如圖7所示，與實(shí)施例1的微帶開環(huán)濾波器相比，主要區(qū)別在于：本實(shí)施例的微帶開環(huán)濾波器包括三個(gè)諧振器組，其中，第一諧振器組包含兩個(gè)子諧振器1，第二諧振器組包含四個(gè)子諧振器1，第三諧振器組包含兩個(gè)子諧振器1。