基于交指耦合谐振器的宽带带通滤波器的制作方法

本发明涉及一种基于交指耦合谐振器的宽带带通滤波器，属于毫米波技术领域。

背景技术：

随着无线通信事业的飞速发展，微波频段通信系统业务日趋繁多，频率资源越来越紧张，通信技术向着更高频段--毫米波方向发展，宽带技术在各种现代微波和毫米波系统的开发中显示出了巨大的潜力。滤波器作为用于分离信号的部分，是无线通信系统中关键部分之一。基于此，对微波领域的专门研究已经带动了宽带带通滤波器的发展。传统的过滤器理论是在窄频带的假设下系统地建立起来的，但它在各通带滤波器的设计过程中作用非常大。

宽带滤波器的技术要求：低插入损耗，平坦的带内群延迟，高带外选择性。如何解决宽带滤波器杂散性能差，减少为了补偿的滤波器间相互干扰而进一步的迭代优化，降低因多层电路板造成的价格昂贵，最终需要实现结构简单、易于加工、电性能良好、工作带宽大，并且拥有较好的带外特性的宽带带通滤波器，成为该领域日益需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于交指耦合谐振器的宽带带通滤波器，解决了宽带带通滤波器所要求的结构简单、易于加工、电性能良好、工作带宽大、有较好的带外特性的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于交指耦合谐振器（MMR）的宽带带通滤波器，包括介质基片；介质基片的下表面设置有底层金属层；介质基片的上表面设置有一个十字交叉结构、两个交指耦合结构和两条微带线；十字交叉结构设置在介质基片上表面的中心，形成低阻抗谐振腔；两个交指耦合结构分别设置在十字交叉结构的两侧，形成高阻抗谐振腔；两条微带线分别通过一个交指耦合结构与十字交叉结构连接，作为输入端和输出端。

作为本发明的进一步优化方案，两条所述微带线的阻抗均为50欧姆。

作为本发明的进一步优化方案，该带通滤波器为镜面对称结构。

作为本发明的进一步优化方案，所述介质基片为矩形。

作为本发明的进一步优化方案，所述介质基片为低损耗介质基片。

作为本发明的进一步优化方案，两个所述交指耦合结构均为利用导线键合的四线交指型电容器。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明利用导线键合的四线交叉指型电容器作为输入/输出耦合结构，这种结构可以形成性能更优良的高阻抗谐振器，输入/输出交指耦合线路部分的耦合度因此大大提高，滤波范围有明显提升，并且通带带宽大；

（2）本发明利用中心十字交叉结构形成低阻抗谐振器与四线交指耦合高阻抗谐振器之间的交叉耦合，在整个通带中实现更低的回波损耗的传输零点，有效抑制了带外损耗，提升了滤波性能；

（3）本发明主要结构就是，中心十字交叉结构形成的低阻抗谐振器、两个分别位于十字结构两侧的四线交交指高阻抗谐振器构成，结构简单紧凑，易于工业加工。

附图说明

图1是本发明设计思想由低阻抗传输线和两侧的两个高阻抗传输线组成的开放式多模谐振器结构示意图，其中，（a）是等效传输线模型相应的特性阻抗和电气尺寸几何图，（b）是等效传输线模型相应的特性阻抗和电气尺寸示意图；

图2是本发明中具有交指耦合的多模式步进阻抗谐振器示意图；

图3是本发明中宽带带通滤波器示意图；

图4是本发明中谐振器的仿真结果和测量数据之间的S参数比较波形图；

图5是本发明中谐振器的仿真结果和测量数据之间的群延迟比较波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明设计一个新型的交指耦合多模式谐振器（MMR），图1即展示了本发明中由低阻抗传输线和两侧的两个高阻抗传输线组成的开放式多模谐振器结构，其中，（a）是等效传输线模型相应的特性阻抗和电气尺寸几何图，（b）是等效传输线模型相应的特性阻抗和电气尺寸示意图。基于传输线理论，图1所示的多模谐振器的特征参数可以分析得到。

通过对谐振频率的分析，可以合理地调整MMR的谐振频率以实现具有良好性能的宽带滤波器。已知可以通过使用紧凑的端耦合来实现宽带滤波器。与平行线耦合相比，叉指式耦合多模谐振器可以更容易地在普通PCB上实现强耦合。另一方面，因为可以更灵活地控制阻抗比，所以步进式阻抗谐振器的低阻抗传输线宽度不需要太宽，因此可以提高插入损耗。图2就是分析得到的具有叉指耦合的多模式步进阻抗谐振器示意图。

本发明提供一种基于交指耦合谐振器（MMR）的宽带带通滤波器，包括介质基片；介质基片的下表面设置有底层金属层；介质基片的上表面设置有一个十字交叉结构、两个交指耦合结构和两条微带线；十字交叉结构设置在介质基片上表面的中心，形成低阻抗谐振腔；两个交指耦合结构分别设置在十字交叉低阻抗结构的两侧，形成高阻抗谐振腔；两条微带线分别通过一个交指耦合结构与十字交叉结构连接，作为输入端和输出端。

在本发明中，介质基片中心的十字交叉结构用于形成低阻抗谐振器；位于十字交叉结构两侧的交指耦合结构用来提高频率-分散耦合度。该MMR的三个谐振频率被适当地调整准等效地设置在通带内，以便重新分配它的三个谐振模式接近目标宽带通带的下端、中心和上端，而这种调整在整个通带中可以实现具有更低回波损耗的传输零点。

在本发明的一实施例中，两条微带线的阻抗均为50欧姆，这两条微带线分别作为谐振器的输入端和输出端，其结构如图3所示，中心十字交叉结构形成高阻抗谐振器与四线交指型低阻抗谐振器之间的交叉耦合产生通带，同时交叉耦会产生传输零点。其中，可选择具有0.508mm厚度的Rogers RT / duroid 6002（tm）介质基片设计滤波器。 图3中所示，L_i= 7.2mm，w_i= 0.15mm，w_o= 1.3mm，w_c = 1.3mm，L_o= 3.4mm。

如图4所示为带通滤波器的S参数仿真波形图，其横坐标为频率（单位：GHz），纵坐标为S参数（单位：dB），实线与虚线分别表示电磁波反射系数与频率的关系、电磁波传输系数与频率的关系。在本实施例中，整个带通滤波器为镜面对称结构。如图5所示是本发明中谐振器的仿真结果和测量数据之间的群延迟比较波形图。由图可得，该带通滤波器的中心频率约为7GHz，相对带宽为8.99%，带内插入损耗为0.6dB左右，回波损耗大于30dB，群时延低于0.3ns，说明该滤波器性能良好。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。