一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，包括介质基片、第一金属条带、第二金属条带、第三金属条带、第四金属条带、第五金属条带、第一弯曲枝节、第二弯曲枝节、第一输入输出条带和第二输入输出条带；介质基片的底面为滤波器的地平面；第四金属条带连接在第三金属条带和第五金属条带之间，形成工字形枝节,构成双模谐振器；第一金属条带和地平面相接，构成第一四分之一波长短路谐振器；第二金属条带和地平面相接，构成第二四分之一波长短路谐振器；第一弯曲枝节分别与第一金属条带、第一输入输出条带连接；第二弯曲枝节分别与第二金属条带、第二输入输出条带相接。该滤波器具有高选择性、高抑制性。
【专利说明】一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，适合应用于小型化的移动通信终端。
【背景技术】
[0002]目前移动通信终端所能实现的功能已越来越多，如一台手持设备集成有两种或以上的语音通话业务工作模式，可以工作于不同的频率、不同制式通信系统中以满足用户在不同运营商、不同频段条件下使用需求。同时移动通信终端早已不限于单一的语音通话业务，图像、视频、音乐、电子商务、网页浏览、电子会议等宽带移动上网业务及定位导航等功能在移动通信终端中越开越普及。丰富的通信模式和通信频段使得收发系统中有源器件的非线性引起的临道干扰越来越严重，这就对滤波器的选择性和带外抑制度提出了更高的要求。同时，移动终端的小型化也驱使着无源器件尺寸的进一步缩小。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，该滤波器具有高选择性、高抑制性的特点。
[0004]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，该滤波器包括介质基片，以及设置在介质基片顶面的第一金属条带、第二金属条带、第三金属条带、第四金属条带、第五金属条带、第一弯曲枝节、第二弯曲枝节、第一输入输出条带和第二输入输出条带；介质基片的底面为滤波器的地平面；第三金属条带和第五金属条带相互平行，第四金属条带连接在第三金属条带和第五金属条带之间，形成工字形枝节，构成双模谐振器；第一金属条带和第二金属条带位于工字形枝节的两侧，第一金属条带和第二金属条带分别与第三金属条带平行设置，第一金属条带和第二金属条带分别与第三金属条带耦合；第一金属条带远离第三金属条带的一端设有第一金属化通孔，第一金属条带通过第一金属化通孔和地平面相接，构成第一四分之一波长短路谐振器；第二金属条带远离第三金属条带的一端设有第二金属化通孔，第二金属条带通过第二金属化通孔和地平面相接，构成第二四分之一波长短路谐振器；第一弯曲枝节的一端与第一金属条带相接，第一弯曲枝节的另一端与第一输入输出条带连接；第二弯曲枝节的一端与第二金属条带相接，第二弯曲枝节的另一端与第二输入输出条带相接。
[0005]进一步，所述的第四金属条带的两端分别连接在第五金属条带的中心和第三金属条带的中心，且第四金属条带垂直于第五金属条带。
[0006]进一步，所述的第一弯曲枝节和第二弯曲枝节均呈L形，且第一弯曲枝节连接在第一金属条带的中部，第二弯曲枝节连接在第二金属条带的中部。
[0007]进一步，所述的第一弯曲枝节和第一金属条带相连的一边与第一金属条带相垂直，第二弯曲枝节和第二金属条带相连的一边与第二金属条带相垂直。[0008]有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(O具有高选择性、高抑制性。本发明以微带形式的工字形双模谐振器同时耦合两个四分之一波长谐振器，构建四阶盒式拓扑结构的微波滤波器，能同时实现高邻带选择性和高带外抑制度。该工字形双模谐振器包含半波长谐振模式和全波长谐振模式，并且两种模式相互没有耦合，适合应用于其他采用高阶盒式拓扑结构。根据该工字形双模谐振器的奇模谐振频率和偶模谐振频率相对大小，能够灵活地调整传输零点的位置，可位于高阻或是低阻带，抑制特定频率。本技术可实现在偏离滤波器通带边缘2.4%处带外抑制度达到18.5dB,在偏离滤波器通带边缘4.8%处带外抑制度达到40dB。
[0009](2)性能稳定。本发明的滤波器中，混合地耦合工字形双模谐振器与四分之一波长谐振器，可增加滤波器的通带带宽。或者，在相同的通带带宽要求下，耦合微带线之间距离可以放宽，降低加工误差对滤波器特性的影响，大大增加了产品的稳定性。
[0010](3)结构紧凑。传统的盒式结构的交叉耦合滤波器多以波导形式实现，虽然这种滤波器插入损耗低、频率选择性好，但其大体积的3维结构限制了在移动终端的使用。本发明的滤波器中，采用工字形双模谐振器实现的盒式结构，工字形双模谐振器等效为两个单模谐振器，混合耦合四分之一波长谐振器，电路尺寸可缩小一半。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明中实施例的正面结构示意图。
[0012]图2为本发明中实施例的反面结构示意图。
[0013]图3为本发明中实施例传输系数的测试结果图。
[0014]图4为本发明中实施例回波系数的测试结果图。
[0015]图中有:第一金属条带1、第二金属条带2、第三金属条带3、第四金属条带4、第五金属条带5、第一弯曲枝节6、第二弯曲枝节7、第一输入输出条带8、第二输入输出条带9、地平面10、第一金属化通孔11、第二金属化通孔12。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
[0017]如图1和图2所示，本发明的一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，包括介质基片，以及设置在介质基片顶面的第一金属条带1、第二金属条带2、第三金属条带3、第四金属条带4、第五金属条带5、第一弯曲枝节6、第二弯曲枝节7、第一输入输出条带8和第二输入输出条带9。介质基片的底面为滤波器的地平面10。第三金属条带3和第五金属条带5相互平行，第四金属条带4连接在第三金属条带3和第五金属条带5之间，形成工字形枝节。第一金属条带I和第二金属条带2位于工字形枝节的两侧，第一金属条带I和第二金属条带2分别与第三金属条带3平行设置，第一金属条带I和第二金属条带2分别与第三金属条带3耦合。第一金属条带I远离第三金属条带3的一端设有第一金属化通孔11，第一金属条带I通过第一金属化通孔11和地平面10相接，构成第一四分之一波长短路谐振器。第二金属条带2远离第三金属条带3的一端设有第二金属化通孔12，第二金属条带2通过第二金属化通孔12和地平面10相接，构成第二四分之一波长短路谐振器。第一弯曲枝节6的一端与第一金属条带I相接，第一弯曲枝节6的另一端与第一输入输出条带8连接。第二弯曲枝节7的一端与第二金属条带2相接，第二弯曲枝节7的另一端与第二输入输出条带9相接。作为优选，第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7均呈L形，且第一弯曲枝节6连接在第一金属条带I的中部，第二弯曲枝节7连接在第二金属条带2的中部。
[0018]进一步，所述的第四金属条带4的两端分别连接在第五金属条带5的中心和第三金属条带3的中心，且第四金属条带4垂直于第五金属条带5。该对称的工字形双模结构易于制造。
[0019]进一步，所述的第一弯曲枝节6和第一金属条带I相连的一边与第一金属条带I相垂直，第二弯曲枝节7和第二金属条带2相连的一边与第二金属条带2相垂直。
[0020]上述结构的滤波器中，第一金属条带I和第二金属条带2均与工字形枝节中的第三金属条带3平行，并且分别在第三金属条带3的一侧与第三金属条带3平行耦合。第一金属条带I和第二金属条带2分别在远离第三金属条带3的一端通过第一金属化通孔11和第二金属化通孔12与地平面10相接，构成两个四分之一波长谐振器。第五金属条带5与第三金属条带3平行放置，第四金属条带4垂直连接在第五金属条带5的中心与第三金属条带3的中心，构成工字形双模谐振器。该工字形双模谐振器视为由半波长谐振器和全波长谐振组成。根据该工字形双模谐振器的奇模谐振频率和偶模谐振频率相对大小，在高阻带或是低阻带处产生一个传输零点，抑制特殊频率，提高滤波器选择性。该传输零点可以放置在低阻带，也可以放置在高阻带。通过第三金属条带3和第四金属条带4的长度而改变，增强通带某一侧的选择性。此外，工字形双模谐振器的两种谐振频率可以灵活地调节。两种谐振模式间互相没有耦合，适合用于某些特殊的交叉耦合拓扑结构，例如盒式结构，实现高选择性、高抑制度的带通滤波器。工字形双模谐振器的奇模谐振和偶模谐振，以及第一金属条带I和第二金属条带2的两个四分之一波长谐振模式，共同组成了四阶盒式拓扑结构的滤波器的四个极点，不仅缩小电路尺寸，而且两个谐振模式不存在耦合，因此特别适合用来构造盒式拓扑结构的交叉耦合滤波器。由于两个四分之一波长谐振器本身电导纳斜率比二分之一波长和全波长谐振器的电导纳斜率都小，在相同的耦合量要求下，两个四分之一波长谐振器与工字形双模谐振器可以实现更宽的通带带宽。第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7 —端分别与第一金属条带I和第二金属条带2宽边垂直相交，构成输入输出耦合结构，其电长度约为四分之一波长。输入输出的耦合量可通过第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7的长度和宽度进行调节。第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7的另一端分别与第一输入输出条带8、第二输入输出条带9连接，第一输入输出条带8、第二输入输出条带9为源阻抗和负载阻抗。
[0021]下面例举一实施例。
[0022]如图1和图2所示，一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，在介质基片的顶面，第一金属条带I和第二金属条带2在同一轴线上平行放置。第一金属条带I和第二金属条带2的宽度相等，记为Wl。Wl根据介质基片参数(板材厚度H及板材相对介电常数Er)选取，使得第一金属条带I和第二金属条带2在四分之一波长处谐振品质因数最大。第一金属条带I和第二金属条带2的长度相等,记为LI。调节LI,使得第一金属条带I和第二金属条带2的谐振频率为滤波器的中心频率。建立坐标系，其中轴线Oy与轴线Ox垂直。第一金属化通孔11、第二金属化通孔12置于轴线Ox上，并放在第一金属条带I和第二金属条带2的远端，用于与地平面10相连。第四金属条带4置于与轴Ox垂直的轴线Oy上。第三金属条带3的中心点和第五金属条带5的中心点与第四金属条带4两端相连。第三金属条带3和第五金属条带5平行于轴线Ox。与第一金属条带1、第二金属条带2的物理尺寸选取相似，第三金属条带3的宽度W2决定了其谐振品质因数，第三金属条带3的长度L2选取取决于双模谐振器奇模的谐振频率。第一金属条带I和第三金属条带3的耦合系数由两者耦合距离L13和耦合宽度S决定。进一步，调整第四金属条带4的长度L3和宽度W3，以及第五金属条带5的长度(2*L4+W3)和宽度W4，以获得滤波器综合所需的偶模谐振频率。L4表示第五金属条带5的端部到第四金属条带4的距离。此外，第四金属条带4和第五金属条带5的物理尺寸的选取还要考虑第一金属条带I谐振模式与偶模谐振模式之间的耦合系数。第一弯曲枝节6的一端与第一金属条带I垂直相连，第二弯曲枝节7的一端与第二金属条带2垂直相连。第一弯曲枝节6的宽度和第二弯曲枝节7的宽度相等，记为W5。第一弯曲枝节6到第一金属化通孔11的距离与第二弯曲枝节7到第二金属化通孔12的距离相等，记为L7。调整W5和L7，获得所需的输入输出耦合系数。第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7的弯折结构能进一步减小电路尺寸。
[0023]第一弯曲枝节6的总长度和第二弯曲枝节7的总长度均为L5+L6，且等于滤波器中心频率处满足电长度为四分之一波长，等效于理想的导纳变换器。第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7优选为L形，且第一弯曲枝节6的总长度和第二弯曲枝节7的形状相同。L5表示第一弯曲枝节6 —边的长度，L6表示第一弯曲枝节6另一边的长度。该变换器的值等于第一弯曲枝节6和第二弯曲枝节7的特征导纳值。
[0024]实施例中所用介质基片为Rogers5880，厚度H=0.254mm，相对介电常数Er=2.2，按图1和图2所示的结构制作的实施例的结构参数尺寸列于表I。
[0025]表I实施例的示例性设计参数尺寸表
【权利要求】
1.一种基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，其特征在于，该滤波器包括介质基片，以及设置在介质基片顶面的第一金属条带(I)、第二金属条带(2)、第三金属条带(3)、第四金属条带(4)、第五金属条带(5)、第一弯曲枝节(6)、第二弯曲枝节(7)、第一输入输出条带(8)和第二输入输出条带(9);介质基片的底面为滤波器的地平面(10);第三金属条带(3)和第五金属条带(5)相互平行，第四金属条带(4)连接在第三金属条带(3)和第五金属条带(5)之间，形成工字形枝节,构成双模谐振器；第一金属条带(I)和第二金属条带(2)位于工字形枝节的两侧，第一金属条带(I)和第二金属条带(2)分别与第三金属条带(3)平行设置，第一金属条带(I)和第二金属条带(2)分别与第三金属条带(3)耦合；第一金属条带(I)远离第三金属条带(3 )的一端设有第一金属化通孔(11 )，第一金属条带(I)通过第一金属化通孔(11)和地平面(10)相接，构成第一四分之一波长短路谐振器；第二金属条带(2)远离第三金属条带(3)的一端设有第二金属化通孔(12)，第二金属条带(2)通过第二金属化通孔(12)和地平面(10)相接，构成第二四分之一波长短路谐振器；第一弯曲枝节(6)的一端与第一金属条带(I)相接，第一弯曲枝节(6)的另一端与第一输入输出条带(8)连接；第二弯曲枝节(7)的一端与第二金属条带(2)相接，第二弯曲枝节(7)的另一端与第二输入输出条带(9)相接。
2.按照权利要求1所述的基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，其特征在于，所述的第四金属条带(4)的两端分别连接在第五金属条带(5)的中心和第三金属条带(3)的中心，且第四金属条带(4)垂直于第五金属条带(5)。
3.按照权利要求1或2所述的基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，其特征在于，所述的第一弯曲枝节(6)和第二弯曲枝节(7)均呈L形，且第一弯曲枝节(6)连接在第一金属条带(I)的中部，第二弯曲枝节(7)连接在第二金属条带(2)的中部。
4.按照权利要求3所述的基于工字形双模谐振器的高选择性带通滤波器，其特征在于，所述的第一弯曲枝节(6)和第一金属条带(I)相连的一边与第一金属条带(I)相垂直，第二弯曲枝节(7)和第二金属条带(2)相连的一边与第二金属条带(2)相垂直。
【文档编号】H01P1/203GK103579723SQ201310552948
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】朱晓维, 盖川 申请人:东南大学