一种宽阻带微带线低通滤波器及设计方法与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其是一种宽阻带微带线低通滤波器及设计方法。

背景技术：

电子对抗和其它宽带微波通信领域，需要宽阻带的微波低通滤波器去除高频杂波信号。微带线由于体积相对较小且便于与其它微波器件进行集成，因此应用的最为广泛，目前常见微带线低通滤波器主要有四种形式：(1)如图1a所示，阶梯阻抗线低通滤波器，即用线宽较宽的线等效并联电容，用线宽较窄的线模拟串联电感，这种滤波器易于设计和制造，一般可以实现3倍频的阻带宽度，但是体积较大，近端带外抑制不好；(2)开路枝节线低通滤波器，这种形式用开路枝节线实现并联电容，整体体积略小，可以实现3倍频的阻带宽度，近端带外抑制同样不好；(3)如图1b所示，半集总低通滤波器，这种低通滤波器用阶梯阻抗线直接实现并联电容，体积更小，并且有比较好的近端带外抑制，但是阻带宽度只有2倍频左右；(4)如图1c所示，折叠型阶梯阻抗线低通滤波器，是将传统的阶梯阻抗低通滤波器的电感进行弯曲，使并联电容靠在一起并较强的相互耦合，这种结构体积非常紧凑，且有较好的近端带外抑制，但是阻带宽度通常只有2倍频左右，经常用在实际工程中，但是由于阻带宽度相对较窄，限制其应用范围。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种宽阻带微带线低通滤波器及设计方法。本发明将折叠阶梯阻抗低通滤波器电感线段按照某些形状排布，使折叠阶梯阻抗低通滤波器阻带中的零点移动至与寄生通带极点相同或者附件的位置，产生抵消效果，从而使原本的寄生通带变成阻带以达到拓展滤波器阻带带宽的目的，合适的形状排布会同时取得缩小体积的效果。

本发明采用的技术方案如下：

一种宽阻带微带线低通滤波器设计方法包括：

步骤1：微带线线宽较宽部位等效并联电容，形成电容单元；用微带线线宽较窄部位模拟串联电感，形成电感单元；宽阻带微带线低通滤波器输入输出端口都通过电感单元实现；电容单元与电感单元间隔设置；第一电感单元、第二电感单元之间设置第一电容单元；第m-1电感单元与第m电感单元之间设置第n电容单元；m＝n+1；电感单元长度初值电容单元长度初值其中为相位常数，R₀为特性阻抗，Z_l、Z_h分别对应电感单元阻抗、电容单元阻抗，C、L为对应阶数低通滤波器原型归一化元件值，μ为磁导率，∈为介电常数；在体积和工艺允许的情况下，电容单元线宽与电感单元线宽比值尽量大，将初值进行微调至宽阻带微带线低通滤波器的截止频率和通带回波损耗；

步骤2：将微带线进行直角折弯；将第2电感单元到第n-1电感单元中至少一个设置保持微带线带外零点与极点抵消的电感抵消结构，电感抵消结构是电感单元折叠而成；电感抵消结构四边同时平行x轴或Y轴，其中x轴与y轴垂直。

进一步的，所述步骤2中电感抵消结构的设计过程具体包括：

步骤21：在步骤1基础上，将微带线进行直角折弯；用阶梯阻抗线直接实现电容单元，形成折叠型阶梯阻抗低通滤波器；

步骤22：对步骤21中形成的折叠型阶梯阻抗低通滤波器与步骤3中的宽阻带微带线低通滤波器分别进行电磁三维仿真；

步骤23：将仿真结果进行对比，在低通滤波器截止频率与折叠型阶梯阻抗相同情况下，若所选用的电感抵消结构使得宽阻带微带线低通滤波器的寄生通带处全部或者一部分频率的带外抑制增大，则这个电感抵消结构就是一种宽阻带微带线低通滤波器零极点抵消时的电感抵消结构。

进一步的，所述第1电感单元及第n电感单元设置直角折弯部件，即第1电感单元及第n电感单元部分微带线与y轴平行，第1电感单元及第n电感单元其余部分微带线x轴平行。

进一步的，当n为偶数时，电容单元中第1个电容单元与第n个电容单元面积相等；电容单元中第2个电容单元与第n-1个电容单元面积相等；第n/2电容单元与第n/2+1电容单元面积相等；当n为奇数时，电容单元中第1个电容单元与第n个电容单元面积相等；电容单元中第2个电容单元与第n-1个电容单元面积相等；第n/2-1电容单元与第n/2+1电容单元面积相等；m为奇数，电感单元中第1个电感单元与第m个电感单元线宽以及线长对应相等；电感单元中第2个电感单元与第m-1个电感单元线宽以及线长对应相等；第m/2-1电容单元与第m/2+1电容单元线宽以及线长对应相等。

进一步的，所述线宽较宽比线宽较窄的宽度大5倍以上；弯折后电感长度与弯折前电感长度误差在正负10％。

一种宽阻带微带线低通滤波器包括：

折叠型阶梯阻抗低通滤波器，用于微带线线宽较宽部位等效并联电容，形成电容单元；用微带线线宽较窄部位模拟串联电感，形成电感单元；宽阻带微带线低通滤波器输入输出端口都通过电感单元实现；电容单元与电感单元间隔设置；第一电感单元、第二电感单元之间设置第一电容单元；第m-1电感单元与第m电感单元之间设置第n电容单元；m＝n+1；电感单元长度初值电容单元长度初值其中为相位常数，R₀为特性阻抗，Z_l、Z_h分别对应电感单元阻抗、电容单元阻抗，C、L为对应阶数低通滤波器原型归一化元件值，μ为磁导率，∈为介电常数；在体积和工艺允许的情况下，电容单元线宽与电感单元线宽比值尽量大，将初值进行微调至宽阻带微带线低通滤波器的截止频率和通带回波损耗；

宽阻带微带线低通滤波器，用于折叠型阶梯阻抗低通滤波器基础上，将微带线进行直角折弯，将第2电感单元到第n-1电感单元中至少一个设置保持微带线带外零点与极点抵消的电感抵消结构，电感抵消结构是电感单元折叠而成；电感抵消结构四边同时平行x轴或Y轴，其中x轴与y轴垂直。

进一步的，所述电感抵消结构的设计过程具体包括：

在折叠型阶梯阻抗低通滤波器基础上，将微带线进行直角折弯，用阶梯阻抗线直接实现电容单元，形成折叠型阶梯阻抗低通滤波器；

对折叠型阶梯阻抗低通滤波器与宽阻带微带线低通滤波器分别进行电磁三维仿真；

将仿真结果进行对比，在低通滤波器截止频率与折叠型阶梯阻抗相同情况下，若所选用的电感抵消结构使得宽阻带微带线低通滤波器的寄生通带处全部或者一部分频率的带外抑制增大，则这个电感抵消结构就是一种宽阻带微带线低通滤波器零极点抵消时的电感抵消结构。

进一步的，所述第1电感单元及第n电感单元设置直角折弯部件，即第1电感单元及第n电感单元部分微带线与y轴平行，第1电感单元及第n电感单元其余部分微带线x轴平行。

进一步的，当n为偶数时，电容单元中第1个电容单元与第n个电容单元面积相等；电容单元中第2个电容单元与第n-1个电容单元面积相等；第n/2电容单元与第n/2+1电容单元面积相等；当n为奇数时，电容单元中第1个电容单元与第n个电容单元面积相等；电容单元中第2个电容单元与第n-1个电容单元面积相等；第n/2-1电容单元与第n/2+1电容单元面积相等；m为奇数，电感单元中第1个电感单元与第m个电感单元线宽以及线长对应相等；电感单元中第2个电感单元与第m-1个电感单元线宽以及线长对应相等；第m/2-1电容单元与第m/2+1电容单元线宽以及线长对应相等。

进一步的，所述线宽较宽比线宽较窄的宽度大5倍以上；弯折后电感长度与弯折前电感长度误差在正负10％。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

找到与折叠型阶梯阻抗低通滤波器截止频率相同情况下，宽阻带微带线低通滤波器零极点抵消时的电感抵消结构，使得宽阻带微带线低通滤波器输出倍频达到4倍以上。

宽阻带低通滤波器采用薄膜工艺制造，薄膜工艺线宽线条精度较高，误差在±2um以内，因此由工艺误差引起的电感形状误差非常小，绝大数情况下成品率可以逼近100％。并且薄膜工艺技术制版成本低、加工周期短、质量可靠。

请详细说明，还有具体哪些结构带来的有益效果？。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1a现有技术中阶梯阻抗线示意图。

图1b是现有技术中半集总低通滤波器示意图

图1c是折叠型阶梯阻抗低通滤波器示意图。

图2a是本发明一种实现结构图。

图2b是本发明中电感单元选择信号图。

图3a是本发明另一种实现结构图。

图3b是宽阻带微带低通滤波器效果图。

图4是本发明中第三种实现结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明相关说明：

沿微带线中点至两端延伸时，电感单元、电容单元长度逐渐变小，与低通原型的归一化元件值趋势相同。

带线的电感单元采用微带印制板工艺；微带线的电感单元采用薄膜工艺加工

该结构之所以可以实现宽阻带特性主要有以下关键点：

1)加工工艺的选择

由于电感的线段的变化会引起阻带谐振零点的位置，加工工艺引入的误差会使谐振零点偏离设置位置，导致实际产品的阻带抑制效果变差。因此设计前应根据实际指标进行评估，允许的情况下尽量采取高精度的工艺实现方式，例如薄膜工艺。

2)电感线段形状的选择方法

先建立图1c中的基本折叠阶梯阻抗低通滤波器模型，并进行电磁三维仿真。然后用用其它形状去替换基本模型中的某个或者某些电感线圈，再进行电磁三维仿真，将仿真结果进行对比，找到保持截止频率基本不变的情况下使得带外零点和极点抵消的电感线段形状(如图2b)，则图2a是本发明的一种具体实施办法。

实施例一：如图3a所示，采用如图3中电感线段形状所形成的低通滤波器可以在非常紧凑的体积下实现4倍频甚至更宽的阻带带宽。图3b是图3a结构仿真效果。

实施例二：一种宽阻带微带线低通滤波器设计方法包括：

步骤1：微带线线宽较宽部位等效并联电容，形成电容单元；用微带线线宽较窄部位模拟串联电感，形成电感单元；宽阻带微带线低通滤波器输入输出端口都通过电感单元实现；电容单元与电感单元间隔设置；第一电感单元、第二电感单元之间设置第一电容单元；第m-1电感单元与第m电感单元之间设置第n电容单元；m＝n+1；

步骤2：将微带线进行直角折弯，将第2电感单元到第n-1电感单元中至少一个设置保持微带线带外零点与极点抵消的电感抵消结构，电感抵消结构是电感单元折叠而成；电感抵消结构四边同时平行x轴与Y轴，其中x轴与y轴垂直。

其中所述步骤2中电感抵消结构的设计过程具体包括：

步骤21：在步骤1基础上，用阶梯阻抗线直接实现电容单元，形成折叠型阶梯阻抗低通滤波器；

步骤22：对步骤21中形成的折叠型阶梯阻抗低通滤波器与步骤3中从的宽阻带微带线低通滤波器分别进行电磁三维仿真；

步骤23：将仿真结果进行对比，在低通滤波器截止频率与折叠型阶梯阻抗相同情况下，若所选用的电感抵消结构使得宽阻带微带线低通滤波器的寄生通带处全部或者一部分频率的带外抑制增大，则这个电感抵消结构就是一种宽阻带微带线低通滤波器零极点抵消时的电感抵消结构。

其中所述第1电感单元及第n电感单元设置直角折弯部件，即第1电感单元及第n电感单元部分微带线与y轴平行，第1电感单元及第n电感单元其余部分微带线x轴平行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。