本發(fā)明涉及微波通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于左右手零階電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器。

背景技術(shù)：

陷波濾波器作為射頻前端中集帶通和帶阻于一體的一個重要器件，隨著射頻前端簡化帶阻濾波器的必要性，對陷波濾波器的研究也越來越重要。

目前陷波濾波器的設(shè)計主要有兩種：其一，在設(shè)計濾波器時，通過增加接地枝節(jié)，此時，該接地枝節(jié)在特定頻率下串聯(lián)諧振時，相當(dāng)于短路節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)在該特定頻率下的陷波濾波特性；其二，通過一個帶通濾波器和一個帶阻濾波器的級聯(lián)。但是，上述第一種設(shè)計中，接地枝節(jié)改變了濾波器的諧振電路，匹配調(diào)試?yán)щy，進(jìn)而對原濾波器性能產(chǎn)生影響；而上述第二種設(shè)計中，帶通濾波器和帶阻濾波器之間的級聯(lián)，使得設(shè)計出來的陷波濾波器的整體體積較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

因此，如何設(shè)計具有良好的濾波器性能且結(jié)構(gòu)簡單而體積小的陷波濾波器已經(jīng)成為亟待要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供基于左右手零階電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是提供了一種基于左右手零階諧振電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器，包括：左右對稱設(shè)置的第一零階諧振單元和第四零階諧振單元、左右對稱設(shè)置的第二零階諧振單元和第三零階諧振單元、左右對稱設(shè)置的第一傳輸線和第三傳輸線、第二傳輸線、第一交趾結(jié)構(gòu)以及左右對稱設(shè)置的信號輸入端和信號輸出端，其中，所述第一傳輸線分別與所述第一零階諧振單元的第二端和所述第二零階諧振單元的第一端連接，所述第二傳輸線分別與所述第二零階諧振單元的第二端和所述第三零階諧振單元的第二端連接，所述第三傳輸線分別與所述第三零階諧振單元的第一端和所述第四零階諧振單元的第二端連接，所述信號輸入端與所述第一零階諧振單元的第一端連接，所述信號輸出端與所述第四零階諧振單元的第二端連接，所述第一交趾結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第一傳輸線和所述第三傳輸線之間以使所述信號輸入端和所述信號輸出端產(chǎn)生源負(fù)載耦合；

所述第一零階諧振單元、第二零階諧振單元、第三零階諧振單元和第四零階諧振單元分別用于產(chǎn)生一單模陷波；

所述第一零階諧振單元與所述第二零階諧振單元相互耦合于所述第一傳輸線，所述第二零階諧振單元與所述第三零階諧振單元相互耦合于所述第二傳輸線，所述第三零階諧振單元與所述第四零階諧振單元相互耦合于所述第三傳輸線。

其中，所述第一傳輸線與所述第三傳輸線為彎折的微帶線，所述第二傳輸線為彎折的微帶線。

其中，所述第一傳輸線與所述第三傳輸線均呈L形，且所述第一傳輸線包括相互電連接的第一耦合部和第二耦合部，所述第三傳輸線包括相互電連接的第三耦合部和第四耦合部；

所述第二耦合部與所述第四耦合部相互平行，所述第一交趾結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述第二耦合部與所述第四耦合部的一端；

所述第二傳輸線包括第五耦合部、用于將所述第五耦合部與所述第二零階諧振單元的第二端電連接的第一連接部以及用于將所述第五耦合部與所述第三零階諧振單元的第二端電連接的第二連接部，其中，第五耦合部的形狀為U形。

其中，所述第一交趾結(jié)構(gòu)包括相互平行設(shè)置且相互耦合的9根帶狀線，兩兩帶狀線之間的間隙為0.05mm。

其中，所述第一零階諧振單元、第二零階諧振單元、第三零階諧振單元和第四零階諧振單元的形狀均相同，且均包括：一均勻阻抗諧振器和一與所述均勻阻抗諧振器相互耦合的左右手電路、以及設(shè)置在所述均勻阻抗諧振器兩端且與所述左右手電路耦合的第一邊饋線和第二邊饋線；

所述左右手電路包括相互電連接的饋電耦合端和第二交趾結(jié)構(gòu)、以及與所述饋電耦合端電連接的且依次相互電連接的電感線和貼片，所述電感線從與所述饋電耦合端連接處繞著所述貼片的外圍一周而與所述貼片電連接。

其中，所述第二交趾結(jié)構(gòu)包括相互耦合的4根帶狀線，其中，所述4根帶狀線的一端與所述饋電耦合端電連接。

其中，所述高溫超導(dǎo)陷波濾波器設(shè)置在一高溫超導(dǎo)介質(zhì)基板的上表面上，且所述高溫超導(dǎo)介質(zhì)基板的下表面上設(shè)置有接地金屬層。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的高溫超導(dǎo)陷波濾波器結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，體積小。同時，采用高溫超導(dǎo)材料制作，且零階諧振單元采用左右手電路，進(jìn)而高溫超導(dǎo)陷波濾波器品質(zhì)因素高。此外，零階諧振單元采用左右手電路，可以有效避免阻帶諧波對通帶處的干擾產(chǎn)生達(dá)到只濾除指定頻率雜波干擾的陷波效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的基于左右手零階電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器的側(cè)視圖。

圖2是本發(fā)明實施例的基于左右手零階電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器的俯視圖。

圖3是圖1所示實施例中的零階諧振單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖1所示的基于左右手零階電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器的仿真圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，是本發(fā)明實施例的基于左右手零階電路的高溫超導(dǎo)陷波濾波器的側(cè)視圖，該高溫超導(dǎo)陷波濾波器1設(shè)置在一高溫超導(dǎo)介質(zhì)基板3的上表面，而高溫超導(dǎo)介質(zhì)基板3的下表面設(shè)置一金屬接地層2，該高溫超導(dǎo)介質(zhì)基板3的厚度為0.5mm。

同時參考圖2，該高溫超導(dǎo)陷波濾波器1大致呈左右對稱設(shè)置，包括第一零階諧振單元11、第二零階諧振單元12、第三零階諧振單元22、第四零階諧振單元21、第一傳輸線13、第二傳輸線30、第三傳輸線23、第一交趾結(jié)構(gòu)40和信號輸入端PIN和信號輸出端POUT，其中，第一零階諧振單元11與第四零階諧振單元21呈左右對稱設(shè)置，第二零階諧振單元12和第三零階諧振單元22呈左右對稱設(shè)置，第一傳輸線13和第三傳輸線23呈左右對稱設(shè)置。第一傳輸線13分別與第一零階諧振單元11的第二端和第二零階諧振單元12的第一端連接，所述第二傳輸線30分別與所述第二零階諧振單元12的第二端和所述第三零階諧振單元22的第二端連接，所述第三傳輸線23分別與所述第三零階諧振單元22的第一端和所述第四零階諧振單元21的第二端連接，所述信號輸入端PIN與所述第一零階諧振單元11的第一端連接，所述信號輸出端POUT與所述第四零階諧振單元21的第二端連接，所述第一交趾結(jié)構(gòu)40設(shè)置在所述第一傳輸線13和所述第三傳輸線23之間以使所述信號輸入端PIN和所述信號輸出端POUT產(chǎn)生源負(fù)載耦合。

所述第一零階諧振單元11與所述第二零階諧振單元12相互耦合于所述第一傳輸線13，所述第二零階諧振單元12與所述第三零階諧振單元22相互耦合于所述第二傳輸線30，所述第三零階諧振單元22與所述第四零階諧振單元21相互耦合于所述第三傳輸線23。

第一零階諧振單元11、第二零階諧振單元12、第三零階諧振單元22和第四零階諧振單元21的形狀相同，均為零階諧振單元，每個零階諧振單元產(chǎn)生一單模陷波，其中心頻率為一特定值，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)尺寸來確定，具體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原理將在下面進(jìn)行詳細(xì)說明。在分別給信號輸入端PIN和信號輸出端POUT一激勵源時，第一零階諧振單元11、第二零階諧振單元12、第三零階諧振單元22和第四零階諧振單元21通過第一傳輸線13、第二傳輸線30和第三傳輸23依次耦合，形成四個零階諧振單元級聯(lián)，進(jìn)而實現(xiàn)通帶陷波的濾波特性。

為使該高溫超導(dǎo)陷波濾波器的尺寸小型化，第一傳輸線13和第三傳輸線23為彎折的微帶線，第二傳輸線30也為彎折的微帶線，具體地，第一傳輸線13和第三傳輸線23的形狀相同，在本實施例中，均呈L形，第一傳輸線13包括相互電連接的第一耦合部13a和第二耦合部13b，第三傳輸線23包括相互電連接的第三耦合部23a和第四耦合部23b，其中，第二耦合部13b與第四耦合部23b相互平行設(shè)置，第一交趾結(jié)構(gòu)40設(shè)置在第二耦合部13b與第四耦合部23b的一端。調(diào)節(jié)第一耦合部13a與第二耦合部13b的物理長度之和，可調(diào)節(jié)所述第一零階諧振單元11與所述第二零階諧振單元12之間的耦合系數(shù)；調(diào)節(jié)第三耦合部23a與第四耦合部23b的物理長度之和，可調(diào)節(jié)第三零階諧振單元22與第四零階諧振單元21之間的耦合系數(shù)。

在本實施例中，第一交趾結(jié)構(gòu)40包括9根帶狀線，9根帶狀線相互平行設(shè)置，且相互耦合，兩兩帶狀線之間的間隙為0.05mm，與第二耦合部13b的一端連接的帶狀線有5根，與第四耦合部23b的一端連接的帶狀線有4根。

第二傳輸線30為一對稱結(jié)構(gòu)，呈左右對稱設(shè)置，包括第五耦合部30a、第一連接部30b和第二連接部30c，其中，第一連接部30b用于將第五耦合部30a與第二零階諧振單元12的第二端電連接，第二連接部30c用于將第五耦合部30a與第三零階諧振單元22的第二端電連接。第五耦合部30a的形狀呈U形，調(diào)節(jié)第五耦合部30a的物理長度，可調(diào)節(jié)第二零階諧振單元12與第三零階諧振單元22之間的耦合系數(shù)。

下面將對零階諧振單元的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原理進(jìn)行說明。

第一零階諧振單元11、第二零階諧振單元12、第三零階諧振單元22和第四零階諧振單元21的形狀相同，均為零階諧振單元10，在分別給該零階諧振單元10的第一端和第二端饋入信號，該零階諧振單元10產(chǎn)生一中心頻率為一特定值的單模陷波。

具體地，同時參考圖3，該零階諧振單元10包括一均勻阻抗諧振器200和一左右手電路100，其中該均勻阻抗諧振器200與該左右手電路100平行設(shè)置，在本實施例中，兩者之間的間隙為0.1mm。左右手電路100包括電感線102、貼片101、饋電耦合端103和第二交趾結(jié)構(gòu)104，其中，饋電耦合端103與第二交趾結(jié)構(gòu)104相互電連接，電感線102和貼片101相互電連接，且該電感線102還與饋電耦合端103電連接，均勻阻抗諧振器200的兩端分別作為該零階諧振單元10的第一端P1和第二端P2。在本實施例中，為了減小零階諧振單元的尺寸，電感線102從與饋電耦合端103的連接處繞著貼片101外圍一周而與貼片101電連接。均勻阻抗諧振器200與相互電連接的饋電耦合端103和第二交趾結(jié)構(gòu)104相互平行，且間隙為0.1mm。

在該零階諧振單元10的第一端P1和第二端P2被饋入激勵源時，左右手電路100開始工作，此時，貼片101與電感線102串聯(lián)，相當(dāng)于形成串聯(lián)諧振電路，進(jìn)而，對應(yīng)的諧振頻率和3dB帶寬通過貼片101的物理長度Lc和寬度Wc和電感線的物理長度L4來控制，饋電耦合端103用于與該零階諧振單元10的第一端P1和第二端P2耦合，且饋電耦合端103和第二交趾結(jié)構(gòu)104用于平衡該左右手電路100，即使該左右手電路100達(dá)到零階諧振。

第二交趾結(jié)構(gòu)104包括相互平行設(shè)置的四根帶狀線，其中，兩根帶狀線與饋電耦合端103連接，其他兩根帶狀線與一豎直設(shè)置的帶狀線連接，豎直設(shè)置的帶狀線與所述其他兩根帶狀線相互垂直，在本實施例中，相互平行設(shè)置的四根帶狀線之間的間隙d3為0.1mm。

該零階諧振單元10還包括第一邊饋線51和第二邊饋線52，其中第一邊饋線51和第二邊饋線52分別與均勻阻抗諧振器200的兩端連接，即與第一端P1和第二端P2連接，且與左右手電路100耦合，用于增強(qiáng)均勻阻抗諧振器200與左右手電路100之間的耦合強(qiáng)度，在本實施例中，第一邊饋線51和第二邊饋線52與左右手電路100之間的耦合間隙為0.05mm。在零階諧振單元10的第一端P1和第二端P2被饋入激勵源時，第一邊饋線51和第二邊饋線52使得左右手電路100的諧振特性更好。

在本實施例中，根據(jù)上述零階諧振單元設(shè)計高溫超導(dǎo)陷波濾波器，中心頻率為1.8GHz，采用的高溫超導(dǎo)介質(zhì)基板的介電常數(shù)為9.78，且厚度為0.5mm，材質(zhì)為MgO，其上下表面是YBCO薄膜，經(jīng)過仿真優(yōu)化，同時參考圖2和圖3，該高溫超導(dǎo)陷波濾波器的具體尺寸如下(單位：mm)：L_1a＝2.4,L_1b＝4.35,L_2a＝32.0,L_2b＝0.3,d＝1.0,L1＝5.9,W1＝0.5,L2＝3.1,W2＝0.7,L3＝2.9,W3＝d3＝0.1,L4＝13.1,W4＝0.1,Lc＝3.6,Wc＝1.8。整體尺寸為25.6mm*16.85mm。使用FEKO軟件進(jìn)行對該高溫超導(dǎo)陷波濾波器進(jìn)行模擬，如圖4所示，該高溫超導(dǎo)陷波濾波器的中心頻率是1.8GHz，帶寬為40MHz。本實施例的高溫超導(dǎo)陷波濾波器結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，體積小。同時，采用高溫超導(dǎo)材料制作，且零階諧振單元采用左右手電路，進(jìn)而高溫超導(dǎo)陷波濾波器品質(zhì)因素高。此外，零階諧振單元采用左右手電路，可以有效避免阻帶諧波對通帶處的干擾產(chǎn)生達(dá)到只濾除指定頻率雜波干擾的陷波效果。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。