具有良好频率选择特性的微带超宽带带通滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，具体设及一种微带超宽带带通滤波器。
【背景技术】
[000引在2002年，美国联邦通信委员会（FCC)将3.IGHz~10. 6GHz之间的频段开放为通 信领域的应用。因为其高传输速率和低传输损耗等优点，超宽带通信受到了广泛的重视并 得到了迅猛的发展。作为超宽带通信系统中的关键器件，超宽带带通滤波器的性能决定了 系统的整体性能。然而，设计小型化、高性能和低成本的超宽带带通滤波器仍是一大挑战。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服现有的超宽带带通滤波器不足，提供了一种微带超宽带 带通滤波器。该滤波器具有良好的通带频率选择性、尺寸较小、容易调试等优点。
[0004] 典型微带线的结构如图1所示，主要包括S层。第I层是金属上覆层，第II层是 介质基片，第III层是金属下覆层。本发明所述的微带超宽带带通滤波器的结构如图2所 示。滤波器的正面如图3所示，所采用的技术方案是：在微带线的金属上覆层（即第I层） 里刻蚀如图3所示的图案。其特征在于；开路传输线节31和开路传输线节36分别连接到 一个闭合外圆环32两端；闭合外圆环32通过一个传输线节33与闭合内圆环34连接，闭合 外圆环32和闭合内圆环34具有相同的圆屯、，只是半径不同；枝节33向圆屯、进行延伸，即为 开路传输线节35。该些部分构成一个多模谐振器。输入馈线1通过一个渐变阻抗传输线节 10,再由所连接的传输线节11和传输线节12与该个多模谐振器进行输入能量禪合。输出 馈线2通过一个渐变阻抗传输线节20,再由所连接的传输线节21和传输线节22与该个多 模谐振器进行能量禪合。为了改善输入阻抗匹配，在输入馈线1处连接了一个短路传输线 节13(短路由金属化通孔14来实现）和一个开路传输线节15。为了改善输出阻抗匹配，在 输出馈线2处连接了一个短路传输线节23 (短路由金属化通孔24来实现）和一个开路传 输线节25。
[0005] 本发明的有益效果是；与现有的滤波器相比，本发明的滤波器所含的谐振器是一 个多模谐振器。所构成的滤波器的带宽可W覆盖超宽带频率范围，通带的频率选择性较好， 带外抑制性能较好、尺寸较小等优点。
【附图说明】
[0006] 图1是本发明用于加工微带滤波器的复合材料层。
[0007] 图2是本发明所述超宽带带通滤波器的结构示意图。
[0008] 图3是本发明所述超宽带带通滤波器的正面视图。
[0009] 图4是一个具有=个主要谐振模式的谐振器（简称；=模谐振器）的结构示意图。
[0010] 图5(a)是S模谐振器的奇模等效电路。
[0011] 图5化）是；模谐振器的偶模等效电路。
[0012] 图6是针对=模谐振器的弱禪合电磁仿真结果。
[0013] 图7是基于=模谐振器的一个微带超宽带带通滤波器的结构示意图。
[0014] 图8是针对基于S模谐振器的微带超宽带带通滤波器的电磁仿真结果。
[0015] 图9是一个具有五个主要谐振模式的谐振器（简称；五模谐振器）的结构示意图。
[0016] 图10(a)是五模谐振器的奇模等效电路。
[0017] 图10(b)是五模谐振器的偶模等效电路。
[0018] 图11是针对五模谐振器的弱禪合电磁仿真结果。
[0019] 图12是对图9中五模谐振器进行变形后得到的一个谐振器结构（简称：变形谐振 器）。
[0020] 图13是基于变形谐振器的一个微带超宽带带通滤波器的结构示意图。
[0021] 图14是针对基于五模谐振器的微带超宽带滤波器的电磁仿真结果。
[0022] 图15是一个具有多个谐振模式的谐振器（简称；多模谐振器）的结构示意图。
[0023] 图16是基于多模谐振器的一个微带超宽带带通滤波器的结构示意图。
[0024]图17是针对基于多模谐振器的微带超宽带带通滤波器的S参数测试和仿真结果。
[0025] 图18是针对基于多模谐振器的微带超宽带带通滤波器的群时延测试和仿真结 果。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限 于此。实施例的示意图如图2所示，实施例的正面视图如图3所示，在微带的金属上覆层I 内包括如下图案；50欧姆输入馈线1、渐变阻抗传输线节10、传输线节11、传输线节12、短 路传输线节13 (短路由金属化通孔14来实现）、开路传输线节15、开路传输线节31、闭合外 圆环32、传输线节33、闭合内圆环34、开路传输线节35、开路传输线节36、传输线节21、传 输线节22、渐变阻抗传输线节20、短路传输线节23 (短路由金属化通孔24来实现）、开路传 输线节25及50欧姆的输出馈线2。其特征在于；开路传输线节31和开路传输线节36分 别连接到闭合外圆环32的两端，闭合外圆环32通过传输线节33与闭合内圆环34连接，传 输线节33延伸至开路传输线节35,构成一个具有多个谐振模式的谐振器（简称：多模谐振 器）。基于该个多模谐振器可W构造超宽带带通滤波器，即输入馈线1通过一个渐变阻抗 传输线节10,再由所连接的传输线节11和传输线节12与该个多模谐振器进行能量输入禪 合。输出馈线2通过一个渐变阻抗传输线节20,再由所连接的传输线节21和传输线节22 与该个多模谐振器进行能量输出禪合。为了改善输入阻抗匹配，在输入馈线1处连接了一 个短路传输线节13 (短路由金属化通孔14来实现）和一个开路传输线节15。为了改善输 出阻抗匹配，在输出馈线2处连接了一个短路传输线节23 (短路由金属化通孔24来实现） 和一个开路传输线节25。
[0027] 为了进一步的证明本发明结构的非显而易见性，下面针对实施例进行深入分析。 先考虑如图4所示的一个谐振器结构，其连接关系如下；开路传输线节31和开路传输线节 33分别连接到闭合圆环32的两端。该个结构是关于中屯、平面P是左右对称的，因此可W 采用对称网络的奇偶模分析方法来进行分析。如果在图4所示的中屯、平面P放置短路面， 则得到奇模等效电路，如图5(a)所示。其中，Yi和Y2是各自对应传输线的特征导纳，01和 e2是各自对应传输线的电长度。于是，可W求得奇模等效电路的输入导纳Yi。。为[002引
（.1)
[0029] 当谐振器处于奇模谐振时，奇模输入导纳￥1。。= 0。由上式可W得到奇模谐振方 程：
[0030]
巧
[0031] 为方便讨论，不失一般性，该里考虑一种特殊情况，即Yi=Y2和0 1= 0 2,式子（2) 可简化为
[003引tan]日1=2做
[0033] 其在通带范围内的解有两个：日1= 54. 73。，0 1= 125. 27。。对应的谐振频率 为
[0034]foddi= 4. 2IGHz，f〇dd2= 9. 6IGHz
[0035] 如果在图4所示的中屯、平面P放置开路面，则得到偶模等效电路，如图5 (b)所示。 偶模等效电路的输入导纳Yhe;
[0036]
(4)
[0037] 当谐振器处于偶模谐振时，偶模输入导纳Yh,=0。由公式（4)可W得到偶模谐振 条件：
[0038] tan日1= tan日2二0 (5)
[0039] 对应的解为；0i=k3T，其中k=l，2,…为自然数，然而该些解所对应的频率在通 带之外，故不予考虑。由公式（4)还可W得到另外一个偶模谐振条件，即
[0040] tan白2=°°
[0041]可得lan6>:=y，解得谐振频率；feven= 6.gi細Z。
[0042] 为了验证上述理论分析结果，对如图4所示的谐振器结构进行弱禪合电磁仿真， 对应的频率响应仿真结果如图6所示。可W清楚地得到该谐振器在通带范围内的=个谐振 模式，分别为4. 21GHz，6. 84GHz，9. 58GHz。可见，谐振频率的计算值和电磁仿真值吻合度较 好，表明了奇偶模等效电路的正确性。在本发明中，将如图4所示的谐振器称为=模谐振 器。通过W上计算和分析可知，在使用该谐振器设计滤波器时，根据=模谐振器的奇偶模等 效电路导出的谐振器条件，选择恰当的结构参数使其=个主要谐振频率近似均匀分布在所 要求的频带内，然后通过平行禪合结构对其进行馈电，最后结合电磁仿真软件进行优化即 可得到通带滤波特性。例如，在图7中给出了一个基于=模谐振器的超宽带带通滤波器的 实施例。输入馈线1通过所连接的传输线节11和传输线节12与该个多模谐振器进行能量 输入禪合。输出馈线2通过所连接的传输线节21和传输线节22与该个多模谐振器进行能 量输出禪合。通过电磁仿真，在图8中给出了该个超宽带带通滤波器的频率响应仿真结果， 可见它的通带能够覆盖所需的频率范围3.IGHz~10. 6GHz。
[0043] 然而，基于前述的=模谐振器的超宽带带通滤波器的通带频率选择性不是很好。 为了进一步改善其频率选择性，构造了另外一个谐振器结构，如图9所示，其连接关系如 下；开路传输线节31和开路传输线节35分别连接到闭合圆环32的两端；闭合圆环32再通 过传输线节33与闭合圆环34连接。该个谐振器也是关于中屯、平面P是左右对称的，因此 可W采用对称网络的奇偶模分析方法来进行分析。如果在图9所示的中屯、平面P放置短路 面，则得到奇模等效电路，如图10(a)所示。其中，Yi和Y2是各自对应传输线的特征