一种多通带带通滤波器的制作方法

本发明属于带通滤波器领域，更具体地，涉及一种多通带带通滤波器。

背景技术：

近年来，无线通信作为信息传播的媒介，可以说涵盖了各个领域。然而各个领域，例如gsm,wlan,3g/4g/5g通信等，分别工作在不同的频段。同时小型化和集成化的发展更是要求射频器件能够同时支持多个频段，在这种背景下，多频通信系统的研究便尤为重要。微波滤波器作为通信系统的重要组件，在信道选择、抑制干扰、衰减噪声等方面发挥着至关重要的作用。因此，更多频段的带通滤波器更应该是将来的一个发展方向。近年来对于多通带滤波器的设计，主要采用的方法有两类，一是用多个谐振器拼凑出多个谐振点，从而形成多通带；二是设计多模谐振器，直接形成多通带。然而自从五通带开始，相关论文更多采用的是第一种方案，这种方案虽然设计上比较容易，但是由于结构容易被受限制，很难将通带设计到可用频段，而且插入损耗往往较大。因而在设计七通带带通滤波器的同时，还得兼顾损耗和频带的调制，这是一个很有意义的挑战。如图1所示是传统的多通带滤波器设计方案，采用多个谐振器组成滤波器，并且源与谐振器之间是耦合关系。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多通带带通滤波器，其目的在于解决当通带数超过5个时，现有多通带带通滤波器采用多个谐振器集成导致通带频率无法设计到可用频率的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多通带带通滤波器，包括：

一个t型谐振器和m个上枝节；m个上枝节记为第1个上枝节、……、第i个上枝节、……、第m个上枝节；

当m＝1时，上枝节的前后端与t型谐振器的前后端并联；当m＝2时，第1个上枝节的前后端均通过微带与t型谐振器的前后端并联，第2个上枝节的前后端均通过微带与第1个上枝节的前后端并联；当m≥3时，第i个上枝节的前后端均通过微带与第i-1个上枝节的前后端并联，第m个上枝节的前后端与第m-1个上枝节的前后端并联，其中，2≤i≤m-1；

t型谐振器包括第一微带、第二微带、第三微带、第四微带以及第五微带，前后端依次相连的第二微带、第三微带，第一微带的前端与第二微带的前端相连，第一微带的后端接地，第四微带的前端与第三微带的后端相连，第四微带的后端接地，第五微带前端与第二微带和第三微带之间的连接点连接，第五微带的后端接地，第二微带与第一微带的连接点作为t型谐振器的前端，第三微带与第四微带的连接点作为t型谐振器的后端；

上枝节包括第六微带、第七微带、第八微带以及第九微带，第六微带与第七微带耦合连接，第六微带的前端与第八微带的后端连接，第七微带的后端与第九微带的前端连接，第八微带的前端为上枝节的前端，第九微带的后端为上枝节的后端。

优选地，m个上枝节、n个下枝节以及t型谐振器可以形成2×(m+n+1)个谐振点，实现m+n+1通带带通滤波器。

优选地，多通带带通滤波器还包括n个下枝节；

当n＝1时，下枝节的前后端与t型谐振器的前后端并联；当n＝2时，第1个下枝节的前后端均通过微带与t型谐振器的前后端并联，第2个下枝节的前后端与第1个下枝节的前后端并联；当n≥3时，第i个下枝节的前后端均通过微带与t型谐振器的前后端并联，第j个下枝节的前后端均通过微带与第j-1个下枝节的前后端并联，第n个下枝节的前后端与第n-1个下枝节的前后端并联，其中，2≤j≤n-1；

下枝节包括第十微带、第十一微带、第十二微带以及第十三微带，第十微带与第十一微带耦合连接，第十微带的前端与第十二微带的后端连接，第十一微带的后端与第十三微带的前端连接，第十二微带的前端为下枝节的前端，第十三微带的后端为下枝节的后端。

优选地，任意的一个或任意多个上枝节中第六微带(w6)后端接地或者开路，同一上枝节中第七微带(w7)的前端连接状态与第六微带(w6)后端连接状态相同。

优选地，任意的一个或任意多个下枝节中第十微带(w10)后端接地或者开路，同一下枝节中第十一微带(w11)的前端连接状态与第十微带(w10)后端连接状态相同。

优选地，多通带带通滤波器为左右对称结构。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提供的多通带带通滤波器采用t型谐振器和枝节通过微带线并联的结构，实现仅用单个多模谐振器实现多通带滤波器，通过调节t型谐振器和枝节的微带线电长度和耦合微带间距来调节谐振器的谐振频率，从而调整滤波器的通带频率，相较于现有的采用多个谐振器耦合的结构，更容易将通带频率调节至可用频段。

2、本发明提供的多通带带通滤波器，仅通过单个谐振器来实现多通带，能够有助于通带的调谐以及电路的小型化，又同时省去源-负载耦合的结构，减少耦合，能够有效的降低插入损耗。将多个枝节合理的并用起来，能够有效的节省电路面积，并降低电路的复杂度。

3、本滤波器是首个通过单个多模谐振器实现七通带的带通滤波器。同时该滤波器还具备频率受结构可控、插入损耗小的特点。并且这种谐振器的结构还可以应用到更多通带的滤波器设计中，其应用将能够大幅优化通信系统的小型化和集成化。

附图说明

图1为现有技术中滤波器的拓扑图；

图2为本发明提供的多通带带通滤波器的结构示意图；

图3为本发明提供的t型谐振器的奇偶模等效电路；图3(a)为t型谐振器的偶模等效电路，图3(b)为t型谐振器的奇模等效电路；

图4为本发明提供的第1个上枝节的奇偶模等效电路；图4(a)为第1个上枝节的偶模等效电路，图4(b)为第1个上枝节的奇模等效电路；

图5位本发明提供的多通带带通滤波器的拓扑图；

图6为本发明提供的四通带滤波器的结构示意图；

图7为本发明提供的四通带滤波器的奇偶模等效电路；图7(a)为四通带滤波器的偶模等效电路，图7(b)为四通带滤波器的奇模等效电路；

图8为本发明提供的七通带滤波器的结构示意图；

图9是七通带滤波器的仿真结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图2为本发明提供的多通带带通滤波器的结构示意图，多通带带通滤波器包括一个t型谐振器、m个上枝节和n个下枝节；m个上枝节记为第1个上枝节、第2个上枝节、……、第m个上枝节，n个下枝节记为第1个下枝节、第2个下枝节、……、第n个下枝节；当m＝1时，上枝节的前后端与t型谐振器的前后端并联；当m＝2时，第1个上枝节的前后端均通过微带与t型谐振器的前后端并联，第2个上枝节的前后端均通过微带与第1个上枝节的前后端并联；当m≥3时，第i个上枝节的前后端均通过微带与第i-1个上枝节的前后端并联，第m个上枝节的前后端与第m-1个上枝节的前后端并联，其中，2≤i≤m-1。

当n＝1时，下枝节的前后端与t型谐振器的前后端并联；当n＝2时，第1个下枝节的前后端均通过微带与t型谐振器的前后端并联，第2个下枝节的前后端与第1个下枝节的前后端并联；当n≥3时，第j个下枝节的前后端均通过微带与第j-1个下枝节的前后端并联，第n个下枝节的前后端与第n-1个下枝节的前后端并联，其中，2≤j≤n-1；

其中，t型谐振器包括第一微带w1、第二微带w2、第三微带w3、第四微带w4以及第五微带w5，前后端依次相连的第二微带w2、第三微带w3，第一微带w1的前端与第二微带w2的前端相连，第一微带w1的后端接地，第四微带w4的前端与第三微带w3的后端相连，第四微带w4的后端接地，第五微带w5的前端与第二微带w2和第三微带w3之间的连接点连接，第五微带w5的后端接地，第二微带w2与第一微带w1的连接点作为t型谐振器的前端1，第三微带w3与第四微带w4的连接点作为t型谐振器的后端2。由于多通带带通滤波器为左右对称结构，多通带带通滤波器的输入端可以为t型谐振器的前端1，也可以为t型谐振器的前端2。

上枝节包括第六微带w6、第七微带w7、第八微带w8以及第九微带w9，第六微带w6与第七微带w7耦合连接，第六微带w6的前端与第八微带w8的后端连接，第七微带w7的后端与第九微带w9的前端连接，第八微带w8的前端为上枝节的前端，第九微带w9的后端为上枝节的后端。

下枝节包括第十微带w10、第十一微带w11、第十二微带w12以及第十三微带w13，第十微带w10与第十一微带w11耦合连接，第十微带w10的前端与第十二微带w12的后端连接，第十一微带w11的后端与第十三微带w13的前端连接，第十二微带w12的前端为下枝节的前端，第十三微带w13的后端为下枝节的后端。

图3为本发明提供的t型谐振器的奇偶模等效电路；图3(a)为t型谐振器的偶模等效电路，其中，y表示特征导纳，θ表示微带的电长度。由于t型谐振器为对称结构，仅分析左半边电路，在偶模信号的激励下，第一微带w1、第二微带w2以及第五微带w5构成谐振电路。图3(b)为t型谐振器的奇模等效电路，在奇模信号的激励下，第二微带w2前端电势为零，第一微带w1和第二微带w2构成谐振电路。通过控制第五微带电长度θ5可以控制偶模信号和奇模信号的谐振频率。

图4为本发明提供的第1个上枝节的工作原理图；图4(a)为第1个上枝节的偶模等效电路，由于谐振器为对称结构，仅分析左半边电路，在偶模信号的激励下，耦合线的两端电势相同，因此可忽略耦合的影响。第一微带w1、第二微带w2、第五微带w5、第八微带w8、上枝节与t型谐振器之间微带ws1以及第六微带w6构成谐振电路。图4(b)为第1个上枝节的奇模等效电路，在奇模信号的激励下，耦合线的两端电势不相同，因此耦合的影响不能忽略，耦合线等效为电容。第二微带前端电势为零，第一微带w1、第二微带w2、第八微带w8、上枝节与t型谐振器之间微带ws1以及耦合等效微带构成谐振电路。通过控制第六微带和第七微带耦合间距可以控制偶模信号和奇模信号的谐振频率。

本发明中其他上枝节的工作原理以及下枝节的工作原理同第1个上枝节的工作原理相同，故m个上枝节、n个下枝节以及t型谐振器可以形成2×(m+n+1)个谐振点，从而实现m+n+1个通带。

由于本发明提供的多通带带通滤波器采用多个上枝节、多个下枝节以及t型谐振器通过微带线并联的方式，实现仅用单个多模谐振器实现多通带滤波器，通过调节t型谐振器和枝节的微带线电长度和耦合微带间距来调节谐振器的谐振频率，从而调整滤波器的通带频率，相较于现有的采用多个谐振器耦合的结构，更容易将通带频率调节至可用频段。

图5位本发明提供的多通带带通滤波器的拓扑图。其中，s表示源，r表示谐振器，l表示负载。由此可见，只需采用单个谐振器，并且源和谐振器之间是非耦合关系，即直接用微带相连。

图6为本发明提供的四通带滤波器的结构示意图。四通带滤波器包括t型滤波器和一个上枝节。下面对该谐振器进行分析，图7(a)为四通带滤波器的偶模等效电路，在偶模信号的激励下，耦合线的两端电势相同，因此可忽略耦合的影响。第一微带w1、第二微带w2、第五微带w5、第八微带w8以及第六微带w6构成谐振电路。图7(b)为四通带滤波器的奇模等效电路；在奇模信号的激励下，耦合线的两端电势不相同，耦合线等效为电容，因此耦合的影响不能忽略。第二微带前端电势为零，第一微带w1、第二微带w2、第八微带w8以及耦合等效微带构成谐振电路。通过控制第五微带电长度θ5以及第六微带和第七微带耦合间距可以控制偶模信号和奇模信号的谐振频率。

图8为本发明提供的七通带滤波器的结构示意图；couplingsection1至couplingsection5分别代表各个枝节相互耦合的部分。可以看出，此结构在图5结构的基础上，又添加了三个开路枝节和一个短路枝节，由上面的分析可以推断出，这个结构有12个谐振模式，此外，利用couplingsection2所产生的二次谐波产生2个谐振模式，从而一共可以得到14个极点，构成7个通带。七通带是目前业内所能达到的最多通带数。本发明仅仅通过单个谐振器就能设计出七通带带通滤波器。

本发明提供的多通带带通滤波，改变谐振器上各个枝节中微带线电长度、耦合线间距或者改变耦合微带终端连接方式，即让耦合微带终端接地或者不接地，可以改变每个枝节的谐振频率，能够有效的将通带调到有用的频段。

图9是七通带滤波器的仿真结果。s11能够表示七通带滤波器的回波损耗的大小，s21能够表示插入损耗，当一个频带处s11为-20以下，s21为0，则该频带处为一个通带，由图9可以得知，该七通带带通滤波器中心频率设计到1ghz、1.6ghz、2.4ghz、2.8ghz、3.5ghz、4.2ghz、以及5.2ghz。这些频率有一部分可以应用到gsm、wifi、4g/5g通讯。

本发明提供的多通带带通滤波基于单个多模谐振器，然后通过改变谐振器上各个枝节的长度，采用多个开路或者短路枝节相互耦合的结构实现多通带，省去了常规的源-负载耦合结构，能够减小插入损耗。相比多个谐振器的滤波器，单谐振器的通带频率更容易被设计，且本发明提供的单个谐振器结构会产生多种谐振模式，合理的调制这些谐振点的频率，使其相互接近，可以设计出宽带滤波器，并且所设计出来的宽带滤波器依然具有频率受结构可控、插入损耗小的特点。此外，本发明还可以应用至不同的滤波器类型上，如宽带滤波器。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。