专利名称：一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于滤波器，尤其涉及一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器。
背景技术：
微波滤波器是微波技术领域中最常用的元件之一，用于以较低的损耗传输有用信号并在阻带衰减不需要的杂波信号及噪音等。微带电路由于体积小、重量轻、平面化以及易于集成等优点，因此应用广泛。现代的高数据率通信系统需要宽通带元件来实现。此外，为了进一步提高整个系统的工作性能，还需要宽阻带甚至超宽阻带来抑制高次谐波对射频前端的影响。一般的微波微带滤波器很难同时获得宽通带带宽与宽阻带性能。采用传统耦合线方式来实现宽带特性时，往往需要强耦合效果，这就需要极窄的耦合缝隙，因此不易加工。为了降低极窄缝隙的要求，可在耦合线下方的接地金属面刻蚀缺陷地结构。这种方法虽然可以降低加工工艺的要求，但是刻蚀了电路的接地面不利于整个滤波器与系统的集成。此外，为了拓宽滤波器的阻带带宽，往往在带通滤波器结构内部或者外部级联低通或者带阻结构。这种方法虽然可以改善带通滤波器的阻带带宽与阻带抑制度，但是新的带通滤波器承受两个或者多个结构的损耗与电路尺寸，因此滤波器插入损耗与电路尺寸往往较大。采用多模谐振器法设计微带宽带带通滤波器时，其阻带带宽也受限于高次谐振模产生的寄生通带，因而也得采用级联低通或者带阻结构来改善带通滤波器的阻带性能。传统的级联低通-高通法是设计微带宽带带通滤波器的另一种方法，因为低通滤波器的低通性能，因此该种结构的带通滤波器可以有较宽的阻带。但是，这种结构承受着所用低通滤波器与高通滤波器的插入损耗与电路尺寸总和。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，是适用于高数据率通信系统射频前端的小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器。技术方案一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于包括SMA连接头2、50欧姆馈线4、高阻线5、接地高阻线6、扇形枝节线8和阶梯阻抗线9 ;高阻线5的中心点设有一对扇形枝节线8，且与高阻线的水平中心线上下对称高阻线5两端的端点Al和A2分别连接50欧姆馈线4，SMA连接头2上的探针与50欧姆馈线4连接；在高阻线5两端的端点Al和A2处分别还连接阶梯阻抗线9，还分别连接接地高阻线6 ;所述接地高阻线6的另一端设有接地过孔7。所述SMA连接头2、50欧姆馈线4、高阻线5、接地高阻线6、扇形枝节线8和阶梯阻抗线9固定在介质基板3上。所述阶梯阻抗线9包括高阻抗部分和低阻抗部分，与端点Al和A2连接的为高阻抗部分，然后连接低阻抗部分。所述阶梯阻抗线9的长度与其引入的传输零点的频率成反比。通过调节阶梯阻抗线9高阻抗部分与低阻抗部分的长度比以及宽度比进行调节一次传输零点与高次传输零点的位置。所述扇形枝节线8的半径或弧度与集总电容值成正比。所述高阻线5长度与集总电感值成正比。所述接地高阻线6的长度与其引入的传输零点的频率成反比。所述阶梯阻抗线9折叠成蜿蜒状。所述接地高阻线6折叠成蜿蜒状。有益效果本发明提出的一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，滤波器的尺寸小，对二次直到十五次谐波有20dB谐波抑制功能，具有宽带通带。本发明加工精度要求低，实现简单，造价便宜，生产方便。本发明与现有技术相比，其优点与有益效果是:1、滤波器的通带可实现大于80%的相对带宽；2、滤波器阻带可对二次直至十五次谐波以内的频率都有优于20dB的谐波抑制效果;3、整个滤波器的尺寸小、插入损耗小。
图1:本发明小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器结构示意图；图2:本发明实施例的典型频率响应；1-金属腔体，2-SMA连接头，3_介质基板，4-50欧姆馈线，5-高阻线，6_接地高阻线，7-接地过孔，8-扇形枝节线，9-阶梯阻抗线，Al-高阻线5的一端，A2-高阻线5的一端。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:参照附图，金属腔体I是为介质基板3提供安装载体。因为现在的射频前端系统的标准特征阻抗是50欧姆，因此本发明采用50欧姆馈线4连接在高阻线5的两端Al、A2点作为本发明提出结构的输入输出端口。SMA连接头2上的探针与50欧姆馈线4直接接触，信号从金属腔体上的其中一个SMA连接头2输入，从金属腔体上的另一个SMA连接头输出。信号在介质基板上表面的电路层中进行准TEM模传输。一对扇形枝节线8位于高阻线5的正中央，并且该一对扇形枝节线8关于高阻线的水平中心线上下对称、关于高阻线的垂直中心线左右对称。高阻线5可以被等效为一个集总电感，高阻线5长度越长、线宽越窄所得的集总电感电感值越大；扇形枝节线8可以被等效为一个集总电容,扇形枝节线8半径越大、弧度越大所得的集总电容电容值越大。因此，这种加载扇形枝节线8的高阻线5具有低通特性。根据所需低通滤波器的3dB截止频率以及低通滤波响应类型，可以通过调节高阻线5的长度、宽度以及扇形枝节线8的半径、弧度来调节并得到所需的电感电容值，从而获得一个初始的低通滤波响应。一般来说，电感值越大、电容值越大所得的低通滤波器的3dB截止频率值越低。但是仅采用高阻线5与扇形枝节线8的低通滤波器的过渡带不陡峭，并且高阻线5具有寄生电容、扇形枝节线8具有寄生电感，因此所得低通滤波器的阻带有明显的寄生通带。为了提高滤波器下边带的陡峭性以及拓展滤波器阻带带宽，一对阶梯阻抗线9被添加在高阻线5与50欧姆线4的两个接触点Al、A2处。考虑到整个结构的尺寸紧凑性，阶梯阻抗线9被折叠成蜿蜒状。当从Al、A2点看进去的阶梯阻抗线9的单端口输入阻抗等于零时，阶梯阻抗线9就可为本发明提出的结构提供多个传输零点。阶梯阻抗线9引入的传输零点的频率位置主要由阶梯阻抗线9的整体长度决定，即由阶梯阻抗线9高阻抗部分与低阻抗部分的长度和决定。一般来说，阶梯阻抗线9的长度越长，其引入的传输零点的频率就越低。为了利用其第一个传输零点来提高低通滤波器下边带陡峭性以及利用其高次传输零点来抑制寄生通带，可以通过调节阶梯阻抗线9高阻抗部分与低阻抗部分的长度比以及宽度比来调节一次传输零点与高次传输零点的相对位置。一般来说，调节后从Al、A2点看进去先是阶梯阻抗线9高阻抗部分，然后是低阻抗部分。上述所述的高阻线5、扇形枝节线8以及阶梯阻抗线9可设计出一个过渡带陡峭、宽阻带的低通滤波器。为了获得带通滤波响应，一对蜿蜒接地高阻线6也被添加在高阻线5与50欧姆线4的两个接触点Al、A2处。考虑到整个结构的紧凑性，接地高阻线6也被折叠成蜿蜒状。直流信号与低频信号即可通过蜿蜒接地高阻线6的接地过孔7流入到地，即蜿蜒接地高阻线6具有高通特性，从而实现了本发明提出结构的带通滤波响应。当从A1、A2点看进去的蜿蜓接地高阻线6单端口输入阻抗等于零时，蜿蜒接地高阻线6也可为本发明提出的结构提供多个传输零点。一般来说，蜿蜒接地高阻线6的长度越长，其引入的传输零点的频率就越低。将蜿蜒接地高阻线6引入的传输零点调节在带通滤波器的上阻带内或者寄生通带处，即可明显提高本发明提出结构的带通滤波器上阻带的带宽和阻带的抑制度。当根据所需带通滤波器电学要求确定高阻线5、扇形枝节线8、阶梯阻抗线9以及蜿蜒接地高阻线6的设计初值后，可以通过全波电磁仿真软件来优化物理尺寸，从而获得更好的滤波器性能。此外，选择具有高介电常数的介质基板，可以减小高阻线5、蜿蜒高阻线6、扇形枝节线8以及阶梯阻抗线9的绝对物理长度，因而可获得较小的滤波器绝对物理面积。本发明实施例的具体结构尺寸如下:采用厚度0.508_、相对介电常数2.2的国产Arlon Diclad880介质基板，滤波器中心频率与_3dB相对带宽分别选择为880MHz与85%。50欧姆馈线4的宽度固定为1.55mm。因为带通滤波器的下边带截止频率约为1250MHz，因此基于高阻线5与扇形枝节线8的低通滤波器的截止频率要设置大于1250MHz。高阻线5的宽度尽量细来减小寄生电容效应，长度可以用来调节电感，最终高阻线5的长度为29.5mm,宽度为0.12_。扇形枝节线8的弧度与半径可用来调节电容，半径因尽量小点以减小寄生电感，最扇形枝节线8的弧度为114° ,半径为7.1mm ;阶梯阻抗线9引入的传输零点应该尽量靠近带通滤波器的下边带截止频率约为1250MHz，因此阶梯阻抗线9的高低阻抗部分长度和调节为接近1250MHz以提高低通滤波器下边带的陡峭性，调节阶梯阻抗线9高低阻抗部分长度比和阻抗比可以调节一次传输零点与高次传输零点的相对比值，用来抑制寄生频率响应。最终阶梯阻抗线9高阻抗部分总长度为9.78mm,宽度为0.5mm ;阶梯阻抗线9低阻抗部分总长度为16.1mm,宽度为2.2mm。蜿蜒接地高阻线6引入的传输零点应该设置在带通滤波器的上阻带内以抑制寄生频率响应。最终蜿蜒接地高阻线6的总长度为27.6mm,宽度为0.35_。蜿蜒接地高阻线6与介质基板下表面接地层的接地过孔7的直径设置为1.0_。整个不包括50欧姆馈线4电路层的尺寸仅为0.123 AgX0.073 Ag，这里λ g表示在880MHz频率处50欧姆传输线在所用介质基板上的导波波长。图2给出了本发明结构所设计的小型化超宽阻带微波微带带通滤波器的典型频率响应。从图中可见，在880MHz滤波器中心频率处，本发明结构所设计的小型化超宽阻带微波微带带通滤波器的插入损耗仅为0.5dB,回波响应在绝大部分通带内优于15dB。在1.37GHz到13.2GHz频率范围内，小型化超宽阻带微波微带带通滤波器的阻带抑制均优于20dB。
权利要求
1.一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于包括SMA连接头(2)、50欧姆馈线(4)、高阻线(5)、接地高阻线(6)、扇形枝节线(8)和阶梯阻抗线(9);高阻线(5)的中心点设有一对扇形枝节线(8)，且与高阻线的水平中心线上下对称高阻线(5)两端的端点Al和A2分别连接50欧姆馈线(4)，SMA连接头⑵上的探针与50欧姆馈线(4)连接；在高阻线(5)两端的端点Al和A2处分别还连接阶梯阻抗线(9)，还分别连接接地高阻线(6);所述接地高阻线(6)的另一端设有接地过孔(7)。
2.根据权利要求1所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述SMA连接头(2)、50欧姆馈线(4)、高阻线(5)、接地高阻线(6)、扇形枝节线⑶和阶梯阻抗线(9)固定在介质基板(3)上。
3.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述阶梯阻抗线(9)包括高阻抗部分和低阻抗部分，与端点Al和A2连接的为高阻抗部分，然后连接低阻抗部分。
4.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述阶梯阻抗线(9)的长度与其引入的传输零点的频率成反比。
5.根据权利要求3所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:通过调节阶梯阻抗线(9)高阻抗部分与低阻抗部分的长度比以及宽度比进行调节一次传输零点与高次传输零点的位置。
6.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述扇形枝节线(8)的半径或弧度与集总电容值成正比。
7.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述高阻线(5)长度与集总电感值成正比。
8.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述接地高阻线(6)的长度与其引入的传输零点的频率成反比。
9.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述阶梯阻抗线(9)折叠成蜿蜒状。
10.根据权利要求1或2所述小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于:所述接地高阻线(6)折叠成蜿蜒状。
全文摘要
本发明涉及一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，其特征在于包括SMA连接头、介质基板、50欧姆馈线、高阻线、接地高阻线、扇形枝节线和阶梯阻抗线；高阻线的中心点设有一对扇形枝节线，且与高阻线的水平中心线上下对称高阻线两端的端点A1和A2分别连接50欧姆馈线4，SMA连接头上的探针与50欧姆馈线连接；在高阻线两端的端点A1和A2处分别还连接阶梯阻抗线，还分别连接接地高阻线；所述接地高阻线的另一端设有接地过孔。本发明提出的一种小型化超宽阻带微波微带宽带带通滤波器，滤波器的尺寸小，对二次直到十五次谐波有20dB谐波抑制功能，具有宽带通带。本发明加工精度要求低，实现简单，造价便宜，生产方便。
文档编号H01P1/212GK103151588SQ20131006071
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者纪玉雪, 许进 申请人:西安电子工程研究所