一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，其工作于无线局域网系统(WLAN)，涵盖了5.2GHz、5.5GHz和5.8GHz频段。它由一个阶跃阻抗圆环连接两对短截线，并且耦合上一对非完全对称的耦合节构成的微带线带通滤波器。本实用新型在通带内有四个传输极点，在阻带有四个传输零点，具有较高通带带内信号的传输性及阻带内噪声的抑制能力，此外，通带内插入损耗低，相对带宽大，结构紧凑，易于集成。
【专利说明】
一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器
技术领域
[0001]本实用新型涉及滤波器领域，尤其涉及一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，运用于无线局域网系统(WLAN)5GHz频段。
【背景技术】
[0002]在多频带多标准多服务的现代射频无线通信系统中，带通滤波器电路起着至关重要的作用。它在射频前端发挥着高效地抑制环境噪声以及来自内部有源器件产生的噪声的作用。带通滤波器一方面要求带宽足够宽，以便满足当前的无线通信系统;另一方面需要在通带内对信号损耗尽量小，而在阻带内对噪声尽最大限度地抑制。传统宽带滤波器除了通过耦合模式结构实现，还可以使用多个谐振器并联来实现，不过这样可以使电路面积巨大，而且阻带内抑制能力相对较差。
[0003]当前也有一些学者采用阶跃阻抗型结构设计多频带通滤波器，一方面通带数量少，两个或三个，且集中在2.4GHz、2.5GHz、3.5GHz等频段;另一方面采用90度输入输出馈线结构，不利于滤波器与其它电路的集成，且集成后电路板整体面积巨大。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是针对【背景技术】所涉及到的缺陷，提供一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，工作在射频无线通信系统中5GHz频段，在通带内有四个传输极点，减少信号反射，而且具有很低的插入损耗，有利于信号的无损耗地传输，保证信号的完整性;且相对带宽比较宽，涵盖了5.2GHz、5.5GHz和5.8GHz频段;输入输出馈线处在同一直线上但方向相反，易于电路集成。
[0005]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006]—种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，包含形成于印制电路板上的阶跃阻抗圆环、短截线模块、親合节模块、输入端口和输出端口；
[0007]所述阶跃阻抗圆环包含第一至第四高阻抗分支线、以及第一至第四低阻抗分支线，其中，所述第一至第四高阻抗分支线、第一至第四低阻抗分支线均呈圆弧状，第一高阻抗分支线、第一低阻抗分支线、第二高阻抗分支线、第二低阻抗分支线、第三高阻抗分支线、第三低阻抗分支线、第四高阻抗分支线、第四低阻抗分支线依次相连，且第一高阻抗分支线和第四低阻抗分支线首尾相连，组成圆环；
[0008]所述短截线模块包含第一至第二短路短截线、以及第一至第二开路短截线，其中，所述第一短路短截线、第一开路短截线、第二短路短截线、第二开路短截线的一端依次分别设置在第一至第四高阻抗分支线的中点上，另一端均指向所述阶跃阻抗圆环的圆心；
[0009]所述第一短路短截线、第二短路短截线靠近阶跃阻抗圆环圆心的一端上均设有过孔，且均通过过孔与所述印制电路板上的地相连；
[0010]所述耦合节模块包含第一至第二耦合节，所述第一耦合节、第二耦合节呈圆弧状，分别设置在第二低阻抗分支线、第四低阻抗分支线的外侧，且圆心均和所述阶跃阻抗圆环的圆心重合；
[0011]所述输入端口、输出端口均采用微带线结构，其中，输入端口和第一耦合节的非中点处相连，输出端口和第二耦合节的非中点处相连，且输入端口、输出端口、第一开路短截线、第二开路短截线处于同一直线上；
[0012]所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器关于阶跃阻抗圆环的圆心对称。
[0013]作为本实用新型一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器进一步的优化方案，所述输入端口、输出端口均采用50欧姆的微带线。
[0014]作为本实用新型一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器进一步的优化方案，所述印制电路板上采用相对介电常数为3.66、厚度为0.508 mm的Rogers R04350材料或属性相似的介质材料作为电路板的介质基片。
[0015]作为本实用新型一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器进一步的优化方案，所述印制电路板是双层的。
[0016]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0017]1.通带外对噪声抑制能力高:当信号通过输入端口 PI到达输出端口 P2时，耦合节模块与阶跃阻抗圆环的耦合产生传输零点，通过调整耦合节模块的长度可以改变传输零点的位置；
[0018]2.频率选择性高:有三个传输零点位于低阻带，而一个传输零点位于高阻带，紧邻通带，一方面使通带边缘变得陡峭，另一方面使阻带变深，提高了频率选择性，选择性地使有用信号最大限度通过，而噪声尽可能被抑制掉；
[0019]3.180度馈线结构:输入端口和输出端口处在同一直线上，但方向相反，这样易于与其它电路进行集成，此外，所采用的是微带线结构，重量轻，结构紧凑，从而降低制作成本。
【附图说明】
[0020]图1是双层印制电路板的不意图；
[0021 ]图2是圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器正面示意图；
[0022]图3是信号从输入端口到输出端口的路径示意图；
[0023]图4是多模式阶跃阻抗圆环微带传输线等效电路；
[0024]图5是圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器的插入损耗曲线S21及回波损耗曲线Sll的仿真和测量结果(仿真采用的是HFSS软件，测试采用的是安捷伦N5230C矢量网络分析仪)。
[0025]图中，1-介质基片，2-上金属贴片，3-下金属贴片，A1_第一高阻抗分支线，A2-第二高阻抗分支线，A3-第三高阻抗分支线，A4-第四高阻抗分支线，B1-第一低阻抗分支线，B2-第二低阻抗分支线，B3-第三低阻抗分支线，B4-第四低阻抗分支线，Cl-第一短路短截线，C2-第二短路短截线，Dl-第一开路短截线，D2-第二开路短截线，El-第一耦合节，E2-第二耦合节，Hl-第一过孔，H2-第二过孔，Pl-输入端口，P2-输出端口，S1-第一信号路径，S2-第二信号路径，Zl-第一 50欧姆阻抗，Z2-第二 50欧姆阻抗。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0027]本实用新型公开了一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，输入端口Pl和输出端口 P2分别用常用SMA接头焊接，以便接入测试设备或者连接其它器件。
[0028]本实用新型所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器采用相对介电常数为3.66、厚度为0.508 mm的Rogers R04350 (tm)材料作为电路板的介质基片I，如图1所示，除此也可以采用其它类似规格的介质材料。在双层印制电路板的介质基片I的上表面、下表面分别覆盖有上金属贴片2和下金属贴片3，其中，上金属贴片2形成了所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器的正面结构，如图2所示，而下金属贴片3形成了所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器的地。
[0029]如图2所示，本实用新型所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，形成于双层印制电路板上，由阶跃阻抗圆环、短截线模块、親合节模块、输入端口 PI和输出端口 P2构成。所述阶跃阻抗圆环包含第一至第四高阻抗分支线(A1-A4)、以及第一至第四低阻抗分支线(B1-B4)，其中，所述第一至第四高阻抗分支线(A1-A4)、第一至第四低阻抗分支线(B1-B4)均呈圆弧状，第一高阻抗分支线Al、第一低阻抗分支线B1、第二高阻抗分支线A2、第二低阻抗分支线B2、第三高阻抗分支线A3、第三低阻抗分支线B3、第四高阻抗分支线A4、第四低阻抗分支线B4依次相连，且第一高阻抗分支线Al和第四低阻抗分支线B4首尾相连，组成圆环；所述短截线模块包含第一至第二短路短截线(Cl和C2)、以及第一至第二开路短截线(Dl和D2)，其中，所述第一短路短截线Cl、第一开路短截线Dl、第二短路短截线C2、第二开路短截线D2的一端依次分别设置在第一至第四高阻抗分支线(A1-A4)的中点上，另一端均指向所述阶跃阻抗圆环的圆心;所述第一短路短截线Cl、第二短路短截线C2靠近阶跃阻抗圆环圆心的一端上分别设有第一过孔Hl和第二过孔H2，且均通过过孔与所述印制电路板上的下金属贴片3相连;所述耦合节模块包含第一至第二耦合节(El和E2)，所述第一耦合节E1、第二耦合节E2呈圆弧状，分别设置在第二低阻抗分支线A2、第四低阻抗分支线A4的外侧，且圆心均和所述阶跃阻抗圆环的圆心重合;所述输入端口P1、输出端口P2均采用微带线结构，其中，输入端口Pl和第一耦合节El的非中点处相连，输出端口P2和第二耦合节E2的非中点处相连，且输入端口 P1、输出端口 P2、第一开路短截线D1、第二开路短截线D2处于同一直线上；所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器关于阶跃阻抗圆环的圆心对称。所述的圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，其特征在于，所述输入端口 Pl、输出端口 P2均采用50欧姆的微带线。
[0030]信号通过输入端口Pl进入所述的圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器时，被分成两路，分别沿着第一信号路径SI和第二信号路径S2传播，如图3所示。当信号沿着第一信号路径SI时，信号通过第一耦合节El耦合到所述阶跃阻抗圆环的第二高阻抗分支线A2和第一低阻抗分支线BI;当信号沿着第二信号路径S2时，信号通过第一耦合节El耦合到所述阶跃阻抗圆环的第二高阻抗分支线A2和第二低阻抗分支线B2。此时，第一耦合节El耦合在第一低阻抗分支线BI上的长度小于第一耦合节El耦合在第二低阻抗分支线B2上的长度，这将引起信号通过第一耦合节El流入所述阶跃阻抗圆环的能量不对称。所述阶跃阻抗圆环和所述短截线模块组成的结构关于阶跃阻抗圆环的圆心对称，利用微波传输线理论，它等效于此结构的四分之一，1/2长度的第一高阻抗分支线Al、第一低阻抗分支线B1、1/2长度的第二高阻抗分支线A2依次相连，如图4所示。这是一个多模式谐振器，根据偶模-奇模的不同模式组合，产生不同的谐振频率。
[0031]当第一50欧姆阻抗Zl和第二50欧姆阻抗Z2同时开路，偶模-偶模式发生；当第一50欧姆阻抗Zl开路，而第二50欧姆阻抗Z2短路，偶模-奇模式发生；当第一50欧姆阻抗Zl短路，而第二50欧姆阻抗Z2开路，奇模-偶模式发生；当第一50欧姆阻抗Zl和第二50欧姆阻抗Z2都短路，奇模-奇模式发生。不同谐振模式，产生不同的谐振频率，形成了通带，同时产生四个传输极点，减少回波损耗。分别来自第一信号路径SI和第二信号路径S2的两路信号在输出端口 2处汇合，输出端口P2与输入端口Pl处在同一条直线上，形成了 180度输入输出馈线结构。输入端口 Pl和第一耦合节El的非中点处相连，输出端口 P2和第二耦合节E2的非中点处相连，第一耦合节E1、第二耦合节E2分别加载于所述阶跃阻抗圆环的耦合度不同，形成了四个传输零点，其中三个传输零点位于低阻带，而另一个传输零点位于高阻带。
[0032]图5是圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器的插入损耗曲线S21及回波损耗曲线Sll的仿真和测试结果。从图5中可见，仿真结果与测试结果基本一致，中心频率的略微偏移和误差可能源于制造工艺的精度。插入损耗的3dB宽度是从5.09GHz到6.69GHz，相对带宽为27.16%，且在通带内回波损耗值均小于-12.3dB。在高阻带产生的一个传输零点，而在低阻带产生三个传输零点，使得频率选择性提高，而且拓宽和加深了阻带。
[0033]本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0034]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，其特征在于，包含形成于印制电路板上的阶跃阻抗圆环、短截线模块、耦合节模块、输入端口和输出端口； 所述阶跃阻抗圆环包含第一至第四高阻抗分支线、以及第一至第四低阻抗分支线，其中，所述第一至第四高阻抗分支线、第一至第四低阻抗分支线均呈圆弧状，第一高阻抗分支线、第一低阻抗分支线、第二高阻抗分支线、第二低阻抗分支线、第三高阻抗分支线、第三低阻抗分支线、第四高阻抗分支线、第四低阻抗分支线依次相连，且第一高阻抗分支线和第四低阻抗分支线首尾相连，组成圆环； 所述短截线模块包含第一至第二短路短截线、以及第一至第二开路短截线，其中，所述第一短路短截线、第一开路短截线、第二短路短截线、第二开路短截线的一端依次分别设置在第一至第四高阻抗分支线的中点上，另一端均指向所述阶跃阻抗圆环的圆心； 所述第一短路短截线、第二短路短截线靠近阶跃阻抗圆环圆心的一端上均设有过孔，且均通过过孔与所述印制电路板上的地相连； 所述耦合节模块包含第一至第二耦合节，所述第一耦合节、第二耦合节呈圆弧状，分别设置在第二低阻抗分支线、第四低阻抗分支线的外侧，且圆心均和所述阶跃阻抗圆环的圆心重合； 所述输入端口、输出端口均采用微带线结构，其中，输入端口和第一耦合节的非中点处相连，输出端口和第二耦合节的非中点处相连，且输入端口、输出端口、第一开路短截线、第二开路短截线处于同一直线上； 所述圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器关于阶跃阻抗圆环的圆心对称。2.根据权利要求1所述的圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，其特征在于，所述输入端口、输出端口均采用50欧姆的微带线。3.根据权利要求1所述的圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，其特征在于，所述印制电路板上采用相对介电常数为3.66、厚度为0.508 mm的Rogers R04350材料作为电路板的介质基片。4.根据权利要求1所述的圆环多模式耦合超宽带微带带通滤波器，其特征在于，所述印制电路板是双层的。
【文档编号】H01P1/203GK205488436SQ201620034757
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】王文松, 曹群生, 李由, 王毅
【申请人】南京航空航天大学