基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器的制作方法

本发明属于微波无源器件技术领域，具体涉及一种基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器。

背景技术：

近年来，随着移动通信、无线局域网、卫星通信和雷达、遥感技术的快速发展，对通信系统中的射频微波器件提出了小型化的要求。

在微波滤波器产业中，双模滤波器通过引入一个双模谐振器就可以作为一个双调谐的谐振电路，所以对于同一个性能指标的滤波器来说，所需要的谐振器的数目就减半，这样就可以使滤波器的结构更加紧凑，尺寸更加小巧，也正因为如此，其越来越多地被应用于现代无线通信系统的设计中。平衡带通滤波器可以高效抑制环境噪声和系统内部有源器件产生的噪声(共模信号)，同时对差模信号输入具有滤波特性，因而被广泛应用于现代无线通信系统中。

目前，大部分已公开的平衡带通滤波器都只能实现小型化、高频率选择性、差模信号阻带宽、共模信号抑制频带宽等特性中的一个或某几个，这将难以满足日益发展的型化高性能无线通信系统的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种同时具有电路结构紧凑、尺寸小、频率选择性高、差模信号阻带宽、共模信号抑制频带宽等特点的基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，以适用于小型化高性能要求的现代无线通信系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，包括介质基板，介质基板一面的金属板作为金属接地板，介质基板另一面的金属板上刻蚀有第一输入端馈线、第二输入端馈线、第一输出端馈线、第二输出端馈线、电容加载方形谐振环、第一微扰短截线、第二微扰短截线、第一微带耦合线、第二微带耦合线；

所述的第一输入端馈线包括第一输入端微带线导带和第一输入端微带耦合线，第二输入端馈线包括第二输入端微带线导带和第二输入端微带耦合线，第一输出端馈线包括第一输出端微带线导带和第一输出端微带耦合线，第二输出端馈线包括第二输出端微带 线导带和第二输出端微带耦合线；

所述的电容加载方形谐振环包括方形谐振环和四个结构相同的电容加载结构，四个电容加载结构分别位于方形谐振环内部的四个角上，相邻的两个电容加载结构关于方形谐振环的中轴线对称；

所述的第一微扰短截线与第二微扰短截线以关于方形谐振环中心对称的位置分别与在两个电容加载结构的第五微带短截线连接；

所述的第一微带耦合线和第二微带耦合线对称设置于方形谐振环两个对角的内部，第一微扰短截线、第二微扰短截线位于方形谐振环该组对角的对角线上，且第一微扰短截线、第二微扰短截线分别与对应角内的电容加载结构连接；

所述的第一微带耦合线和第二微带耦合线分别由两个相互垂直等长的微带线组成，且第一微带耦合线和第二微带耦合线对称设置于方形谐振环两个对角的外部，构成第一微带耦合线的两条微带线与方形谐振环的两条边平行，构成第二微带耦合线的两条微带线与方形谐振环的另外两条边平行。

进一步地，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一输入端微带线导带在位于第一输入端微带耦合线的中心位置与第一输入端微带耦合线垂直连接构成T型结构；第二输入端微带线导带在位于第二输入端微带耦合线的中心位置与第二输入端微带耦合线垂直连接构成T型结构；第一输出端微带线导带在位于第一输出端微带耦合线的中心位置与第一输出端微带耦合线垂直连接构成T型结构；第二输出端微带线导带在位于第二输出端微带耦合线的中心位置与第二输出端微带耦合线垂直连接构成T型结构；第一输入端微带耦合线和第二输入端微带耦合线对称设置在方形谐振环的两侧、第一输出端微带耦合线和第二输出端微带耦合线对称设置在方形谐振环的另外两侧，且第一输入端微带耦合线、第二输入端微带耦合线、第一输出端微带耦合线、第二输出端微带耦合线分别与方形谐振环的四条边平行。

进一步地，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一输入端微带耦合线、第二输入端微带耦合线、第一输出端微带耦合线和第二输出端微带耦合线的长度均与方形谐振环的边长相同；第一输入端微带线导带、第二输入端微带线导带、第一输出端微带线导带和第二输出端微带线导带的宽度相等；第一输入端微带耦合线、第二输入端微带耦合线、第一输出端微带耦合线和第二输出端微带耦合线的宽度相等。

进一步地，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述电容加载结构包括第一微带短截线、第二微带短截线、第三微带短截线、第四微带短截线以及第五微带短截线；第五微带短截线位于方形谐振环的对角线上，第一微带短截线、第二微带短截线、第三微带短截线、第四微带短截线的一端均与第五微带短截线呈45°夹角连接；其中，第一微带短截线和第二微带短截线对称设置在第五微带短截线的两侧并分别与方形谐振环相邻的两个边平行，第三微带短截线和第四微带短截线对称设置在第五微带短截线的两侧并分别与方形谐振环相邻的两个边平行。

进一步地，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一输入端微带耦合线、第二输入端微带耦合线、第一输出端微带耦合线和第二输出端微带耦合线的宽度小于第一输入端微带线导带、第二输入端微带线导带、第一输出端微带线导带和第二输出端微带线导带宽度的二分之一。

进一步地，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一、第二微扰短截线所在方形谐振环的对角与第一、二微带耦合线所在方形谐振环的对角相同。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)该平衡滤波器的结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工，生产成本低；(2)该平衡滤波器对差分信号具有高频率选择性、宽阻带的特性，对共模信号具有高抑制水平，宽频带的抑制效果；(3)该平衡滤波器的尺寸小、插入损耗小等特性。

附图说明

图1是本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器的结构示意图。

图2是本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器的侧视图。

图3是本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器实施例的具体尺寸示意图。

图4是本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器实施例中差模响应的仿真结果图。

图5是本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器实施例中共模响应的仿真结果图。

具体实施方式

结合图1和图2，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，包 括介质基板10，介质基板10一面的金属板作为金属接地板101，介质基板10另一面的金属板上刻蚀有第一输入端馈线1、第二输入端馈线2、第一输出端馈线3、第二输出端馈线4、电容加载方形谐振环5、第一微扰短截线6、第二微扰短截线7、第一微带耦合线8、第二微带耦合线9；

所述的第一输入端馈线1包括第一输入端微带线导带11和第一输入端微带耦合线12，第二输入端馈线2包括第二输入端微带线导带21和第二输入端微带耦合线22，第一输出端馈线3包括第一输出端微带线导带31和第一输出端微带耦合线32，第二输出端馈线4包括第二输出端微带线导带41和第二输出端微带耦合线42；

所述的电容加载方形谐振环5包括方形谐振环51和四个结构相同的电容加载结构52，四个电容加载结构52分别位于方形谐振环51内部的四个角上，相邻的两个电容加载结构52关于方形谐振环51的中轴线对称；

所述的第一微扰短截线6与第二微扰短截线7对称设置于方形谐振环51两个对角的内部，第一微扰短截线6、第二微扰短截线7位于方形谐振环51该组对角的对角线上，且第一微扰短截线6、第二微扰短截线7分别与对应角内的电容加载结构52连接；

所述的第一微带耦合线8和第二微带耦合线9分别由两个相互垂直等长的微带线组成，且第一微带耦合线8和第二微带耦合线9对称设置于方形谐振环51两个对角的外部，构成第一微带耦合线8的两条微带线与方形谐振环51的两条边平行，构成第二微带耦合线9的两条微带线与方形谐振环51的另外两条边平行。

本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一输入端微带线导带11在位于第一输入端微带耦合线12的中心位置与第一输入端微带耦合线12垂直连接构成T型结构；第二输入端微带线导带21在位于第二输入端微带耦合线22的中心位置与第二输入端微带耦合线22垂直连接构成T型结构；第一输出端微带线导带31在位于第一输出端微带耦合线32的中心位置与第一输出端微带耦合线32垂直连接构成T型结构；第二输出端微带线导带41在位于第二输出端微带耦合线42的中心位置与第二输出端微带耦合线42垂直连接构成T型结构；第一输入端微带耦合线12和第二输入端微带耦合线22对称设置在方形谐振环51的两侧、第一输出端微带耦合线32和第二输出端微带耦合线42对称设置在方形谐振环51的另外两侧，且第一输入端微带耦合线12、第二输入端微带耦合线22、第一输出端微带耦合线32、第二输出端微带耦合线42分别与方形谐振环51的四条边平行。

本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一输入端微带耦合线12、第二输入端微带耦合线22、第一输出端微带耦合线32和第二输出端微带耦合线42的长度均与方形谐振环51的边长相同；第一输入端微带线导带11、第二输入端微带线导带21、第一输出端微带线导带31和第二输出端微带线导带41的宽度相等；第一输入端微带耦合线12、第二输入端微带耦合线22、第一输出端微带耦合线32和第二输出端微带耦合线42的宽度相等。

本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述电容加载结构52包括第一微带短截线521、第二微带短截线522、第三微带短截线523、第四微带短截线524以及第五微带短截线525；第五微带短截线525位于方形谐振环51的对角线上，第一微带短截线521、第二微带短截线522、第三微带短截线523、第四微带短截线524的一端均与第五微带短截线525呈45°夹角连接；其中，第一微带短截线521和第二微带短截线522对称设置在第五微带短截线525的两侧并分别与方形谐振环51相邻的两个边平行，第三微带短截线523和第四微带短截线524对称设置在第五微带短截线525的两侧并分别与方形谐振环51相邻的两个边平行。

本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一输入端微带耦合线12、第二输入端微带耦合线22、第一输出端微带耦合线32和第二输出端微带耦合线42的宽度小于第一输入端微带线导带11、第二输入端微带线导带21、第一输出端微带线导带31和第二输出端微带线导带41宽度的二分之一。

本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，所述第一、第二微扰短截线6、7所在方形谐振环51的对角与第一、二微带耦合线8、9所在方形谐振环51的对角相同。

本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，当两个输入端接共模信号时，信号在两个模式处的电场会发生抵消，因而实现了平衡滤波器的共模抑制，当两个输入端接差模信号时，信号在两个模式处的电场会发生叠加，因而实现了平衡滤波器的差模传输。同时，通过在传统方形谐振器内部引入四个电容加载结构，实现平衡滤波器尺寸的小型化、差模信号的宽阻带、共模信号抑制的宽频带，通过在电容加载结构中引入微扰，实现平衡滤波器的双模传输特性，通过引入两个微带耦合线，实现源载耦合，从而实现平衡滤波器差模传输时的高选择性。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

结合图3～5，以中心频率为2.33GHz的基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器为例，采用的介质基板10相对介电常数为3.38，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。该平衡带通滤波器的各尺寸参数如下：第一、二输入端微带线导带11、21和第一、二输出端微带线导带31、41的特性阻抗均为50欧姆，其宽度均为W₁＝1.05mm，第一、二输入端微带耦合线12、22和第一、二输出端微带耦合线32、42的宽度均为W₂＝0.2mm，第一微带短截线521、第二微带短截线522、第三微带短截线523、第四微带短截线524的宽度、方形谐振环51四条边的宽度均为W₆＝1mm，第五微带短截线525的宽度为W₄＝0.5mm，第一、二输入端微带线导带11、21)、第一、二输出端微带线导带31、41)、方形谐振环51的四条边的长度均为L₂＝14.2mm，第一微带短截线521、第二微带短截线522的长度为L₄＝2.3mm，第三微带短截线523、第四微带短截线524的长度为L₃＝3.45mm，第一微扰短截线6和第二微扰短截线7的长度为L₅＝1.34mm，第一微带耦合线8和第二微带耦合线9的长度均为L₁＝4mm，第一、二输入端微带耦合线12、22、第一、二输出端微带耦合线32、42和方形谐振环51之间的间隙宽度为S₁＝0.1mm，第三微带短截线523、第四微带短截线524与方形谐振环51之间的间隙宽度为S₂＝0.6mm，第一微带短截线521、第二微带短截线522分别与第三微带短截线523、第四微带短截线524之间的间隙宽度为S₄＝0.5mm，第一微带耦合线8与第一输入端微带耦合线11之间的间隙宽度为S₃＝0.1mm。该平衡滤波器的整体面积不包括馈线馈线)为15.4×15.4mm²，对应的导波长尺寸为0.07λ_g×0.07λ_g，其中λ_g为通带中心频率对应的导波波长。

本实施例平衡滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13中建模仿真的。

图4是本实施例中平衡滤波器的差模信号插入损耗曲线S_dd21及回波损耗S_dd11的仿真结果图，从图中可以看出，该平衡滤波器的差模通带中心频率为2.33GHz，相对带宽为3.4％，通带内最小插入损耗为1.5dB，通带内回波损耗低于-18dB，在通带的两侧各有一个传输零点，使得平衡滤波器的频率选择性有效提高，并且上阻带的抑制水平(保持在-29dB以下)一直延伸到5.9GHz。

图5是本实施例中平衡滤波器的共模信号插入损耗曲线S_cc21的仿真结果图。从图中可以看出，该实例平衡滤波器在差模通带内，共模信号抑制水平为-25dB，且在0～5.9GHz频率范围内共模信号抑制水平抑制保持在19dB以下。

综上所述，本发明基于环形谐振器的小型化宽阻带双模平衡带通滤波器，利用在环形谐振器内部引入电容加载结构和微扰单元实现了高性能的平衡滤波器，该巴伦滤波器具有尺寸小、插入损耗低、频率选择性高、差模信号阻带宽、共模信号抑制频带宽等优点。