一種太極型諧振器、濾波器及其調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太極型諧振器、濾波器及其調(diào)節(jié)方法，其中，所述太極型諧振器包括基片，形成于基片上的諧振器電路圖案，所述諧振器電路圖案形狀為陰陽魚太極圖案中的陽魚或陰魚形狀，其中電路在圖案的陽魚或陰魚頭部魚眼處接地，陽魚或陰魚尾部連接饋電線。本發(fā)明的濾波器采用陰陽極的漸變?chǔ)薵/4的諧振器結(jié)構(gòu)，在末端接地。該結(jié)構(gòu)具有漸變階梯阻抗(SIR)特性，同時(shí)引入接地孔使得諧振器諧振尺寸大約為λg/4，進(jìn)一步縮小濾波器尺寸。此外，濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較也為簡單。
【專利說明】
一種太極型諧振器、濾波器及其調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于微波毫米波無源器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種太極型諧振器、濾波 器及其調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 射頻微波濾波器是通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的好壞 關(guān)系著系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。因此，射頻微波濾波器一直是無線通信領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。隨 著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電磁兼容、抗干擾的要求越來越高。
[0003] 傳統(tǒng)的微波濾波器設(shè)計(jì)多是直接根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，利用低通原型推導(dǎo)設(shè)計(jì)出需 要的濾波器的電抗、電阻值，然后根據(jù)一些變換原理推導(dǎo)出需要的濾波器結(jié)構(gòu)的各部分特 性阻抗值，最后用不同特性阻抗的微帶線實(shí)現(xiàn)濾波器。該方法設(shè)計(jì)較為精確，但是設(shè)計(jì)過程 較為繁瑣，設(shè)計(jì)周期較長，在現(xiàn)有技術(shù)已有利用耦合系數(shù)矩陣設(shè)計(jì)帶通濾波器，該方法簡單 快捷設(shè)計(jì)周期較短，但是濾波器采用的是1 8/2的平行耦合線結(jié)構(gòu)，濾波器結(jié)構(gòu)較大。同時(shí)， 也有進(jìn)一步的采用了Ag/4的交指耦合結(jié)構(gòu)，使得濾波器體積極大縮小，但是由于采用均勻 平行短路線結(jié)構(gòu)，這使得濾波器的體積依舊偏大，不能很好的滿足設(shè)計(jì)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種太極型諧振器、濾波器及其調(diào)節(jié) 方法，太極型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效的縮小了濾波器的體積，同時(shí)，該濾波器在性能上滿足差模插 入損耗小，共模抑制大的特點(diǎn)，在形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上較符合工程美學(xué)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種太極型諧振器，包括基片以及形成于基片 上的諧振器電路圖案，其特征在于，所述諧振器電路圖案形狀為陰陽魚太極圖案中的陽魚 或陰魚形狀，其中電路在圖案的陽魚或陰魚頭部魚眼處接地，陽魚或陰魚尾部連接饋電線。
[0006] 優(yōu)選的，組成所述諧振器太極型圖案的外輪廓包括三段半圓形圓弧線，其中第一 圓弧線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電路陽魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線 的第一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓弧線的第二端與第一圓弧線的第二端相 切，形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部;第一圓弧線的直徑和/或第二圓弧線的直徑設(shè)置為諧 振器的諧振頻率調(diào)整參數(shù)。
[0007] 優(yōu)選的，電路陽魚或陰魚圖案的魚眼處為圓形通孔，用于使電路接地，調(diào)節(jié)所述圓 形通孔的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率。
[0008] 進(jìn)一步的，一種太極型濾波器，包括兩組太極型諧振器，所述兩組太極型諧振器耦 合形成陰陽魚太極圖形狀。
[0009] 優(yōu)選的，組成所述諧振器太極型圖案的外輪廓包括三段半圓形圓弧線，其中第一 圓弧線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電路陽魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線 的第一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓弧線的第二端與第一圓弧線的第二端相 切，形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部;第一圓弧線的直徑和/或第二圓弧線的直徑設(shè)置為 諧振器的諧振頻率調(diào)整參數(shù)。
[0010] 優(yōu)選的，諧振器第二圓弧線和第三圓弧線連接點(diǎn)為諧振器中心點(diǎn)，兩諧振器中心 點(diǎn)的距離設(shè)置為濾波器頻率響應(yīng)及耦合參數(shù)調(diào)整參數(shù)。
[0011]優(yōu)選的，組成諧振器太極型圖案的外輪廓包括三段半圓形圓弧線，其中第一圓弧 線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電路陽魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線的第 一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓弧線的第二端與第一圓弧線的第二端相切， 形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部；調(diào)節(jié)第一圓弧線的直徑和/或第二圓弧線的直徑以調(diào)整 諧振器的諧振頻率。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)選的，調(diào)節(jié)諧振器第一圓弧線的直徑和/或第二圓弧線的直徑以調(diào)整諧 振器的諧振頻率，和/或，調(diào)整兩諧振器中心點(diǎn)的距離以調(diào)整濾波器頻率響應(yīng)及耦合參數(shù)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的濾波器采用陰陽極的漸變Ag/ 4的諧振器結(jié)構(gòu)，在末端接地。該結(jié)構(gòu)具有漸變階梯阻抗(SIR)特性，同時(shí)引入接地孔使得諧 振器諧振尺寸大約為A g/4，進(jìn)一步縮小濾波器尺寸。此外，濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較也為簡單。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還 可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的太極型濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2所示為為本實(shí)施例所述濾波器的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例太極型濾波器的主要耦合示意圖；
[0018] 圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例太極型濾波器的耦合矩陣；
[0019] 圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例太極型濾波器的電場(chǎng)分布；
[0020] 圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例所述諧振器外徑對(duì)諧振頻率的影響曲線；
[0021] 圖7所示為本發(fā)明所述過孔孔徑對(duì)諧振頻率的影響曲線；
[0022] 圖8所示為不同諧振器間間距s與傳輸特性響應(yīng)的關(guān)系曲線；
[0023] 圖9所示為本發(fā)明實(shí)施例所述濾波器的仿真結(jié)果圖；
[0024] 圖10所示為本發(fā)明實(shí)施例所述濾波器仿真與實(shí)測(cè)對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026] -種太極型諧振器，包括基片以及形成于該基片上的諧振器電路圖案，所述諧振 器電路圖案形狀為陰陽魚太極圖案中的陽魚或陰魚形狀，其中電路在圖案的陽魚或陰魚頭 部魚眼處接地，陽魚或陰魚尾部連接饋電線；進(jìn)一步優(yōu)選的，組成諧振器太極型圖案的外 輪廓包括三段半圓形圓弧線，其中第一圓弧線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電 路陽魚或陰魚圖案的尾部；第三圓弧線的第一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓 弧線的第二端與第一圓弧線的第二端相切，形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部;第一圓弧線 的直徑和/或第二圓弧線的直徑設(shè)置為諧振器的諧振頻率調(diào)整參數(shù)。
[0027] 優(yōu)選的，所述電路陽魚或陰魚圖案的魚眼處為圓形通孔，用于使電路接地，調(diào)節(jié)所 述圓形通孔的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率。
[0028] 作為一種優(yōu)選的實(shí)施方案，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的太極型濾波器的立體結(jié) 構(gòu)示意圖，包括兩組太極型濾波器，所述兩組太極型濾波器耦合形成陰陽魚太極圖形狀。進(jìn) 一步的，組成所述諧振器太極型圖案的外輪廓包括三段半圓形圓弧線，其中第一圓弧線1第 一端部與第二圓弧線2第一端部相切形成電路陽魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線3的第一 端部與第二圓弧線2的第二端部相切，第三圓弧線3的第二端與第一圓弧線1的第二端相切， 形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部；第一圓弧線1的直徑和/或第二圓弧線2的直徑設(shè)置為諧 振器的諧振頻率調(diào)整參數(shù);進(jìn)一步的，諧振器第二圓弧線2和第三圓弧線3連接點(diǎn)為諧振器 中心點(diǎn)，兩諧振器中心點(diǎn)的距離設(shè)置為濾波器頻率響應(yīng)及耦合參數(shù)調(diào)整參數(shù)。
[0029] 如圖2所示為本實(shí)施例所述濾波器的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，W為基片的寬度，L表 示基片的長度，Wf表示饋電線的寬度，Lf為饋電線的長度，L3為饋線邊沿距離基片邊沿的距 離，L1、L2分別表示匹配枝節(jié)的線長，Wa為匹配枝節(jié)線寬，D2為所述諧振器的第一圓弧線1 的直徑，Dl為所述諧振器的第二圓弧線或第三圓弧線的直徑，S為兩諧振器中間的間距。在 介質(zhì)層下表面為一整塊金屬地，面積大小與基片相同。
[0030] 優(yōu)選的，上述太極型諧振器的頻率調(diào)整方法，通過調(diào)節(jié)第一圓弧線1的直徑和/或 第二圓弧線2的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率。
[0031] 優(yōu)選的，一種太極型濾波器的頻率調(diào)整方法，通過調(diào)節(jié)諧振器第一圓弧線1的直徑 和/或第二圓弧線2的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率，和/或，調(diào)整兩諧振器中心點(diǎn)的距離以 調(diào)整濾波器頻率響應(yīng)及耦合參數(shù)。
[0032] 傳統(tǒng)濾波器設(shè)計(jì)多利用低通原型通過查表以及相應(yīng)的變換原則來設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過 程較為繁瑣冗長。如圖3所示為本發(fā)明太極型濾波器的主要耦合示意圖，采用耦合矩陣的設(shè) 計(jì)方式，利用三維全波分析軟件HFSS的本征模求解模式，分析得出濾波器的兩個(gè)諧振峰，再 利用式（1)計(jì)算出需要的工作頻段的諧振器間的耦合系數(shù)，然后再在HFSS中根據(jù)弱耦合情 況以及式(2)計(jì)算出該頻段需要的外部Q值，最終得出滿足設(shè)計(jì)需要的如圖4所示的耦合矩 陣，通過物理實(shí)現(xiàn)耦合矩陣中的耦合系數(shù)M L1，M12，ML2可以實(shí)現(xiàn)濾波器的頻率響應(yīng)特性。 [0033]耦合系數(shù)的表達(dá)式為
[0034] (1)
[0035]其中fH為3dB帶寬的高頻處的截止頻率，fL為3dB帶寬的低頻處的截止頻率，K為兩 諧振器的耦合系數(shù)。
[0036]外部品質(zhì)因素的表達(dá)式為
[0037] ,、 (2)
[0038] 其中wo為濾波器中心工作頻率，AW±9Q。為偏離Sn的相位為0處±90°的頻率。需要 注意的是，有時(shí)候Sn的相位在諧振頻率處并不是為0,而是有一定偏移，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該 以這個(gè)偏移點(diǎn)為基準(zhǔn)來確定Δ W±90。。
[0039] 如圖5所示通過電場(chǎng)強(qiáng)度值，給出了本實(shí)施例太極濾波器的電場(chǎng)幅度分布。當(dāng)電磁 波從輸入阻抗線傳導(dǎo)進(jìn)入后，主路信號(hào)通過直接相連的諧振器傳輸，另一部分通過耦合從 另一個(gè)諧振器傳輸。在兩諧振器縫隙間的電場(chǎng)較強(qiáng)，此處為電耦合，通過控制兩諧振器間距 8便可控制耦合量的大小，從而使之滿足圖4所示的耦合量的設(shè)計(jì)需求。
[0040] 在濾波器的等效電路中，通過改變諧振器尺寸Dl與D2的大小即可控制等效電路中 的電容值，通過改變金屬化過孔大小可控制等效電路中的等效電感大小，從而亦能調(diào)節(jié)濾 波器的中心工作頻率。通過控制耦合線線寬Wa的大小，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)使之滿足濾波器的外 部Q值，從而實(shí)現(xiàn)濾波器輸入輸出阻抗的良好匹配。
[0041] 通過HFSS建模仿真，由于諧振器的尺寸主要影響該濾波器的工作頻率，通過理論 計(jì)算，微調(diào)諧振器外部尺寸Dl可得圖6所示的濾波器頻率響應(yīng)曲線圖，橫坐標(biāo)代表信號(hào)的頻 率，單位GHz，縱坐標(biāo)為信號(hào)的響應(yīng)幅度，單位為dB，改變諧振器外徑Dl的大小可以得到不同 的頻率響應(yīng)曲線。由圖可得，當(dāng)Dl的尺寸越大，濾波器的工作頻率便越低，這與理論吻合較 好，通過優(yōu)化微調(diào)使之能夠滿足設(shè)計(jì)需要。圖7為金屬化過孔孔徑對(duì)帶內(nèi)回波損耗Sll的影 響，橫坐標(biāo)代表信號(hào)的頻率，單位GHz，縱坐標(biāo)為信號(hào)的響應(yīng)幅度，單位為dB，通過調(diào)節(jié)過孔 半徑D可以將得到，當(dāng)過孔越大此時(shí)電感值越小，諧振頻率越大。
[0042]如圖8所示為不同諧振器間間距s與傳輸特性響應(yīng)的關(guān)系曲線圖，橫坐標(biāo)代表信號(hào) 的頻率，單位GHz，縱坐標(biāo)為信號(hào)的響應(yīng)幅度，單位為dB，改變諧振器間間距s的大小可以得 到不同的頻率響應(yīng)曲線。當(dāng)S越大親合越弱，濾波器的工作帶寬越小，當(dāng)S值越小親合越強(qiáng)， 濾波器的工作帶寬越大。通過優(yōu)化主要的影響參數(shù)，最終優(yōu)化設(shè)計(jì)出了圖9所示的仿真結(jié) 果，圖中，該濾波器工作在5.5GHz-6. IGHz，帶內(nèi)插入損耗S21小于-1.5dB，帶內(nèi)回波損耗SI 1 小于-20dB，該濾波器基本滿足工程實(shí)際運(yùn)用要求。
[0043]作為一個(gè)具體的實(shí)施例設(shè)計(jì)，基片的寬度W = 15mm，基片的長度L = 29.8mm，饋電線 的寬度W_f = 2mm，饋電線的長度L_f = 5mm，饋線邊沿距離基片邊沿的距離L3 = 5 · 2mm，匹配 枝節(jié)的線長之一 L2 = 3.3謹(jǐn)，匹配枝節(jié)的線長之二Ll = 2.7謹(jǐn)，匹配枝節(jié)線寬胃_& = 0· 3謹(jǐn)，諧 振器的外延圓的直徑D2 = 12.2mm，諧振器內(nèi)部圓的直徑Dl = 6mm，兩諧振器中間的間距S = 0.2_。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)測(cè)得到圖10所示的結(jié)果，該濾波器工作在5.5GHZ-6. IGHz內(nèi)， 帶SMA接頭的最小插入損耗為0.67dB，帶SMA接頭的帶內(nèi)插入損耗S21小于1.6dB，帶內(nèi)回波 損耗Sll小于-17dB，該濾波器結(jié)果與仿真基本符合，滿足工程實(shí)際運(yùn)用要求。
[0044]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本 發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它 各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種太極型諧振器，包括基片以及形成于基片上的諧振器電路圖案，其特征在于，所 述諧振器的電路圖案形狀為陰陽魚太極圖案中的陽魚或陰魚形狀，其中電路在圖案的陽魚 或陰魚頭部魚眼處接地，陽魚或陰魚尾部連接饋電線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太極型諧振器，其特征在于，組成諧振器太極型圖案的外輪廓 包括三段半圓形圓弧線，其中第一圓弧線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電路陽 魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線的第一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓弧線 的第二端與第一圓弧線的第二端相切，形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部;第一圓弧線的直 徑和/或第二圓弧線的直徑設(shè)置為諧振器的諧振頻率調(diào)整參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太極型諧振器，其特征在于，電路陽魚或陰魚圖案的魚眼 處為圓形通孔，用于使電路接地，調(diào)節(jié)所述圓形通孔的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率。4. 一種太極型濾波器，其特征在于，包括兩組太極型諧振器，所述兩組太極型諧振器耦 合形成陰陽魚太極圖形狀。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太極型濾波器，其特征在于，組成諧振器太極型圖案的外輪廓 包括三段半圓形圓弧線，其中第一圓弧線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電路陽 魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線的第一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓弧線 的第二端與第一圓弧線的第二端相切，形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部;第一圓弧線的直 徑和/或第二圓弧線的直徑設(shè)置為諧振器的諧振頻率調(diào)整參數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的太極型濾波器，其特征在于，所述諧振器第二圓弧線和第 三圓弧線連接點(diǎn)為諧振器中心點(diǎn)，兩諧振器中心點(diǎn)的距離設(shè)置為濾波器頻率響應(yīng)及耦合參 數(shù)調(diào)整參數(shù)。7. -種太極型諧振器的頻率調(diào)整方法，其特征在于，組成諧振器太極型圖案的外輪廓 包括三段半圓形圓弧線，其中第一圓弧線第一端部與第二圓弧線第一端部相切形成電路陽 魚或陰魚圖案的尾部;第三圓弧線的第一端部與第二圓弧線的第二端部相切，第三圓弧線 的第二端與第一圓弧線的第二端相切，形成電路陽魚或陰魚圖案的頭部；調(diào)節(jié)第一圓弧線 的直徑和/或第二圓弧線的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率。8. -種太極型濾波器的頻率調(diào)整方法，其特征在于，調(diào)節(jié)諧振器第一圓弧線的直徑和/ 或第二圓弧線的直徑以調(diào)整諧振器的諧振頻率，和/或，調(diào)整兩諧振器中心點(diǎn)的距離以調(diào)整 濾波器頻率響應(yīng)及耦合參數(shù)。
【文檔編號(hào)】H01P1/203GK106058412SQ201610317669
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】羅顯虎, 羊愷, 華克釗, 黃笑庭, 李懷明, 劉波, 楊超偉, 趙浩辰, 任向陽
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)