一种平面紧凑螺旋型三模滤波器的制造方法
【专利摘要】一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，涉及微波滤波器。设有介质基板、两个端点接地的螺旋型谐振器、接地过孔、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线、谐振器中心向底部延伸的T型枝节微带线、耦合线、馈线和接地板；两个端点接地的螺旋型谐振器、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线、谐振器中心向底部延伸的T型枝节微带线、耦合线、馈线设在介质基板上表面，介质基板的下表面紧贴接地板，接地板完全覆盖介质基板的下表面，两个端点接地的螺旋型谐振器的两个端点通过接地过孔与接地板连接，接地板外接同轴线缆外导体，馈线的一端接耦合线的端点，馈线的另一端外接同轴线缆内导体。设计简单，结构紧凑，中心频率及其通带都可调，易于制作和推广。
【专利说明】
一种平面紧凑螺旋型三模滤波器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及微波滤波器，尤其是涉及基于双T型枝节中心加载两端接地的一 种平面紧凑螺旋型三模滤波器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着无线通信系统和微波网络技术的迅猛发展，现代通信技术对高质量 信号传输和集成化小型化电路设计提出了越来越高的要求。滤波器作为射频前端的重要滤 波元件，对不同频率微波信号的选择特性和抑制特性直接决定了通信系统的优劣。电磁波 的频谱是有限的，需要按照实际应用加以分配;而滤波器既可用来限定大功率发射机在规 定频带内辐射，反过来又可防止接收机受到工作频带以外的影响。因此如何设计一个具有 高性能的滤波器，对微波电路系统具有十分重要的意义。微带电路具有体积小、重量轻、频 带宽、易于设计和制造等诸多有点，在微波电路系统应用广泛，其中微带滤波器是其主要应 用之一。
[0003] 近年来，为了在满足高性能设计的基础上适应电路更加小型化的发展趋势，许多 学者做出了大量的研究工作，并在许多领域取得重要成果。一种行之有效的方法就是改进 传统的谐振器使其在物理空间基本不变的情况下能够产生多模谐振，从而大大地节约了物 理空间。在这个理论基础上设计出的双模或多模滤波器也是滤波器实现小型化的重要方 式。在小型化的过程中产生了诸如中间加载枝节型滤波器、环形以及多边形滤波器、阶跃阻 抗滤波器、螺旋型滤波器以及在单个谐振器中通过加入一些微扰来改变原正交简并模的电 场分布的滤波器等。但是由于高次模的存在，使得三模以及多模滤波器的设计和小型化尤 为困难，滤波器的低插损，高品质因数，通带平坦度，以及阻带的抑制性能成为巨大挑战。 [000 4]中国专利CN104269588A公开一种基于中心枝节加载的小型化六边形三模滤波器， 该滤波器包括谐振部分、介质基板、接地板、耦合线和馈线;所述谐振部分包括环状六边形 谐振器金属贴片，所述环状六边形中任意不相邻三边为曲折式交指线结构，剩下的另外三 边为直线型结构，且分别从直线型结构三边的各自中点引出中心枝节交汇于六边形中心， 并继续延伸，且分别端接相同尺寸的圆形金属贴片;所述介质基板的上表面紧贴环状六边 谐振器金属贴片、耦合线、馈线;环状六边谐振器金属贴片位于介质基板的上表面中心;耦 合线位于曲折式交指线结构的任意两边，与环形六边形谐振器贴片存在间隙，顺着六边形 的结构分别延展出长为L1、L2的枝节;馈线一端接耦合线，与耦合线相连为T型结构，另一 端接同轴线缆内导体;介质基板下表面紧贴与基板表面积相等的接地板，接地板完全覆盖 介质基板，接地板接同轴线缆外导体。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供应用于2.4GHz无线技术的基于双T型枝节中心加载两 端接地的一种平面紧凑螺旋型三模滤波器。
[0006] 本实用新型设有介质基板、两个端点接地的螺旋型谐振器、接地过孔、谐振器中心 向顶部延伸的T型枝节微带线、谐振器中心向底部延伸的T型枝节微带线、耦合线、馈线和接 地板；
[0007] 两个端点接地的螺旋型谐振器、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线、谐振器 中心向底部延伸的T型枝节微带线、耦合线、馈线设在介质基板上表面，介质基板的下表面 紧贴接地板，接地板完全覆盖介质基板的下表面，两个端点接地的螺旋型谐振器的两个端 点通过接地过孔与接地板连接，接地板外接同轴线缆外导体，馈线的一端接耦合线的端点， 馈线的另一端外接同轴线缆内导体。
[0008] 所述谐振器包括末端接金属化过孔螺旋型谐振器和中心加载的上下两个T型枝节 微带线;所述末端接金属化过孔螺旋型谐振器两端分别由金属化过孔接地，上下两个T型加 载枝节分别从螺旋型谐振器的对称中心引出，分别接不同尺寸的T型枝节微带线。
[0009] 所述介质基板的上表面紧贴中心加载的上下两个T型枝节微带线、耦合线、馈线； 谐振器的对称面与介质基板的一个对称面重合;耦合线位于谐振器螺旋结构的两边，与螺 旋型谐振器微带线之间存在间隙，顺着螺旋型谐振器的结构延长;馈线一端接耦合线的端 点，另一端接同轴线缆内导体;介质基板下表面紧贴与基板表面积相等的接地板，接地板完 全覆盖介质基板，接地板接同轴线缆外导体。
[0010] 所述末端接金属化过孔螺旋型谐振器微带传输线，螺旋的线长度Ll为28~32mm， 线宽Wl为0.4~0.6mm，螺旋型谐振器的螺旋间距G为0.9~1.3mm。
[0011] 所述接地过孔位于螺旋型谐振器的末端，过孔直径d为0.6mm，过孔的中心位于边 长a为1mm的正方形微带线中，所述正方形微带线旁接在螺旋型谐振器的末端。
[0012] 所述介质基板为长方体，该长方体的长边L为21~23mm，宽边W为14~16mm，高度H 为1mm，材料为Rogers TMMlO，介质基板的相对介电常数为9.2,相对磁导率为1，损耗正切角 为0.0022。
[0013] 所述谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线，T型枝节中与螺旋型谐振器相连接 的纵向延伸部分长度L2为1.9~2 .lmm，宽度W2为0.8~lmm; T型枝节中与螺旋型谐振器不相 连接的横向延伸部分长度L3为16.8~17.2mm，宽度W3为0.3~0.5mm。
[0014] 所述谐振器中心向底部延伸的T型枝节传输线，T型枝节中与螺旋型谐振器相连接 的纵向延伸部分长度L4为6.3~6.7mm，宽度W4为0.8~1.2mm; T型枝节中与螺旋型谐振器不 相连接的横向延伸部分长度L5为12.8~13.2mm，宽度W5为0.4~0.6mm。
[0015] 所述親合线宽度W6为0 · 2~0 · 4mm，与谐振器最近边的垂直距离g为0 · 1~0 · 3mm，親 合线在螺旋型谐振器一直角顶点处外围纵向延伸成Γ型微带线，总长度L6为12~13_。
[0016] 所述馈线为50 Ω微带馈线，馈线宽度W7由通带中心频率、基板参数、微带线厚度等 通过计算得到，长度L7为3~5mm;所述接同轴线缆的内导体和同轴线缆的外导体均为50Ω。
[0017] 本实用新型通过中心加载T型枝节，模式微扰，改进螺旋形谐振器结构等方法，在 不增加谐振器个数的基础上，实现一种新型的可调节的紧凑型三模滤波器，极大的拓宽了 滤波器相对带宽，完成了 2.4GHz无线技术标准的设计。
[0018] 本实用新型的有益效果在于:本实用新型提供一种基于中心加载双T型枝节另外 端点接地的螺旋型三模滤波器符合2.4GHz无线技术标准设计要求，具有明显的工程使用价 值，本实用新型通过螺旋型结构和T型枝节的应用，有效的减少了该滤波器的物理尺寸。该 滤波器通过中心加载两个不同尺寸的T型枝节，使谐振器的偶模谐振频率点分裂成两个不 同的谐振点。通过改变螺旋型谐振器微带线的长度来调节奇模谐振频率作为滤波器的中心 频率点，同时调节两个T型枝节的尺寸来调节两个分裂的谐振点分别位于中心频率点的两 侧一定距离，来完成三模滤波器的设计，极有效地拓展了通带带宽。除此之外，本实用新型 还具有设计简单，结构紧凑，中心频率及其通带都可调，易于制作和推广的优点。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型基于中心加载双T型枝节另外端点接地的螺旋型三模滤波器结 构示意图；
[0020] 图2为本实用新型基于中心加载双T型枝节另外端点接地的螺旋型三模滤波器俯 视图；
[0021 ]图3为仿真得到的本实用新型SI 1和S21参数随频率变化曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 下面实施例将结合附图对本实用新型进行详细的描述。
[0023] 参见图1和2,本实用新型实施例设有介质基板1、两个端点接地的螺旋型谐振器2、 接地过孔3、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线4、谐振器中心向底部延伸的T型枝节 微带线5、耦合线6、馈线7和接地板;两个端点接地的螺旋型谐振器2、谐振器中心向顶部延 伸的T型枝节微带线4、谐振器中心向底部延伸的T型枝节微带线5、耦合线6、馈线7设在介质 基板1上表面，介质基板1的下表面紧贴接地板，接地板完全覆盖介质基板1的下表面，两个 端点接地的螺旋型谐振器2的两个端点通过接地过孔3与接地板连接，接地板外接同轴线缆 外导体，馈线7的一端接耦合线6的端点，馈线7的另一端外接同轴线缆内导体。
[0024] 谐振器包括终端接过孔螺旋型谐振器和中心加载的上下两个T型枝节微带传输 线。所述终端接过孔螺旋型谐振器两端分别有过孔接地，结构呈中心对称的螺旋型微带线。 两个T型加载枝节分别从螺旋型谐振器的对称中心引出，分别接不同尺寸的T型微带线。
[0025] 介质基板的上表面紧贴中间加载双T型螺旋型另外端点过孔接地的微带线、耦合 线、馈线;谐振器微带线的对称面与介质基板的一个对称面重合;耦合线位于谐振器螺旋结 构的两边，与螺旋型谐振器微带线之间存在间隙，顺着螺旋型谐振器的结构延长;馈线一端 接耦合线的端点，另一端接50 Ω同轴线缆内导体;介质基板下表面紧贴与基板表面积相等 的接地板，接地板完全覆盖介质基板，接地板接同轴线缆外导体。
[0026]终端接过孔螺旋型结构微带线，螺旋的线长度L1为28~3 2mm，线宽W1为0.4~ 0.6mm，螺旋型谐振器的螺旋间距G为0.9~1.3mm。接地过孔位于螺旋型结构的终端，即螺旋 型微带线的最中心处末端，过孔直径d为0.6mm，过孔的中心位于边长a为1mm的正方形微带 线中，所述正方形微带线旁接在螺旋型谐振器的末端。在不加载任何枝节的情况下，该螺旋 型结构是一个谐振器。由于该谐振器的谐振频率与螺旋型结构的线长度直接相关，设计中 将该谐振器的奇模激励下的谐振频率作为中心频率点设计，所以本实用新型将改变螺旋间 距来保证周长不变的情况下，实现滤波器的紧凑型结构。
[0027]位于谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线，T型枝节中与螺旋型谐振器相连接 的纵向延伸部分长度L2为1.9~2 .lmm，宽度W2为0.8~lmm; T型枝节中与螺旋型谐振器不相 连接的横向延伸部分长度L3为16.8~17.2_，宽度W3为0.3~0.5_。该部分T型枝节增加了 偶模激励下的谐振频率的电长度，从而使偶模频率点从原来的位置向左移动到中心频率右 侧附近;位于谐振器中心向底部延伸的T型枝节微带线，T型枝节中与螺旋型谐振器相连接 的纵向延伸部分长度L4为6.3~6.7mm，宽度W4为0.8~1.2mm; T型枝节中与螺旋型谐振器不 相连接的横向延伸部分长度L5为12.8~13.2mm，宽度W5为0.4~0.6mm。该部分T型枝节增加 了偶模激励下的谐振频率的电长度，从而使偶模频率点从原来的位置向左移动到中心频率 左侧附近。两个不同尺寸的T型枝节可以使偶模频率点分裂成两个频率点且分布在中心频 率的两侧。调节两个T型枝节的L2、L3和L4、L5长度可以分别调整两个谐振点的谐振点位置， 所以具有很大的灵活性。
[0028]耦合线与谐振器之间存在间隙，耦合线宽度W6为0.2~0.4mm，与谐振器最近边的 垂直距离g为0.1~0.3mm，耦合线在螺旋型谐振器一直角顶点处外围纵向延伸成Γ型微带 线，耦合线总长度L6为12~13mm。适当调节耦合线的总长度L6以及宽度W6可以使三个模式 在相邻频点具有良好的耦合度，确保滤波器在整个频段内具有良好的通带平坦度。
[0029]馈线为50 Ω微带馈线，馈线宽度W7为1mm，长度L7为3~5mm;介质基板为长方体，该 长方体的长为21~23mm，宽为14~16mm，高为1mm，材料为Rogers TMMlO，介质基板的相对介 电常数为9.2，相对磁导率为1，损耗正切角为0.0022。
[0030] 介质基板1为长方体，该长方体的长边L为21~23mm，宽边W为14~16mm，高度H为 1mm，材料为Rogers TMMlO，介质基板的相对介电常数为9.2，相对磁导率为1，损耗正切角为 0.0022。介质基板上下两表面设置的铜的接地板、微带线、金属馈线的厚度相同。
[0031]两个端点接地的螺旋型谐振器2、接地过孔3、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微 带线4、谐振器中心向底部延伸的T型枝节微带线5构成谐振器部分，部分2的螺旋的线长度 Ll为28~32mm，线宽Wl为0.4~0.6mm，螺旋型谐振器的螺旋间距G为0.9~1.3mm。部分3的过 孔直径d为0.6mm，过孔中心位于一边长a为1mm的正方形且旁接在螺旋型结构的终端的微带 线的对称中心。部分4的纵向延伸部分长度L2为1.9~2 .lmm，宽度W2为0.8~Imm;横向延伸 部分长度L3为16.8~17.2mm，宽度W3为0.3~0.5mm。部分5的纵向延伸部分长度L4为6.3~ 6 · 7mm，宽度W4为0 · 8~1 · 2mm;横向延伸部分长度L5为12 · 8~13 · 2mm，宽度W5为0 · 4~0 · 6mm。 [0032] 親合线6宽度W6为0.2~0.4mm，与谐振器最近边的垂直距离g为0.1~0.3mm，总长 度L6为12~13mm。
[0033] 馈线7为50 Ω微带馈线，馈线宽度W7为1mm，长度L7为3~5mm。
[0034] 本实用新型各参数最佳尺寸参见表1。
[0035] 表 1
[0037]表1中:h不仅代表微带线的厚度，还代表了接地板的厚度。
[0038]依照上述参数，使用HFSS对所设计的三模滤波器的各项特性参数进行S参数仿真 分析。
[0039]图3所示为本实用新型S11和S21参数仿真曲线图。如图3所示，在S21>-3dB条件下， 通带覆盖范围为2.219GHz~2.641GHz，中心频率为2.40GHz，带内回波损耗SI 1〈-21.4dB，滤 波器的相对带宽为17.58 %，完全覆盖了 802. Ilb标准的要求的WLAN频段（2.4GHz-2.4825GHz)，并在通带左右各有一个传输零点，使滤波器具有非常好的阻带衰减特性。 [0040]本实用新型在利用螺旋型谐振器作为基本的滤波器结构的基础上，对螺旋结构的 两个端点进行了过孔接地处理，改变了奇偶模传输特性;并利用中心加载T型枝节在谐振器 中心加载改变偶模激励下的谐振频率点位置，通过调节两个T型枝节尺寸的大小可以快速 实现对该偶模谐振点分裂成的两个谐振频率点的调节，通过调节两个中心加载T型枝节的 宽度可以产生和调节传输零点靠近传输极点，从而获得较好的阻带衰减特性。考虑到螺旋 型谐振器中由于平行传输线之间相互耦合造成频点漂移的影响，需要调节螺旋间距以较好 地浮动中心频率的位置，从而在滤波器中能获得良好的通带。调节耦合线长度、宽度，以及 与谐振器的距离大小可以实现三个工作模之间的良好的耦合，通过以上几个方面的调谐， 从而达到滤波器的结构深度紧凑化和工作带宽的大幅度扩展。基于该优点，可以在实现结 构紧凑化和宽频带的情况下对同一个滤波器的螺旋型谐振器的线长、中心加载的两个不同 尺寸T型枝节的尺寸等进行参数调谐，实现所需频段的滤波要求，无需重新设计新的滤波 器，缩短了滤波器的设计时间，使得该滤波器在实际工程设计中具有普适性。
【主权项】
1. 一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于设有介质基板、两个端点接地的螺旋 型谐振器、接地过孔、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线、谐振器中心向底部延伸的T 型枝节微带线、耦合线、馈线和接地板； 两个端点接地的螺旋型谐振器、谐振器中心向顶部延伸的T型枝节微带线、谐振器中心 向底部延伸的T型枝节微带线、耦合线、馈线设在介质基板上表面，介质基板的下表面紧贴 接地板，接地板完全覆盖介质基板的下表面，两个端点接地的螺旋型谐振器的两个端点通 过接地过孔与接地板连接，接地板外接同轴线缆外导体，馈线的一端接耦合线的端点，馈线 的另一端外接同轴线缆内导体。2. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述谐振器包括末 端接金属化过孔螺旋型谐振器和中心加载的上下两个T型枝节微带线;所述末端接金属化 过孔螺旋型谐振器两端分别由金属化过孔接地，上下两个T型加载枝节分别从螺旋型谐振 器的对称中心引出，分别接不同尺寸的T型枝节微带线。3. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述介质基板的上 表面紧贴中心加载的上下两个T型枝节微带线、耦合线、馈线；谐振器的对称面与介质基板 的一个对称面重合;耦合线位于谐振器螺旋结构的两边，与螺旋型谐振器微带线之间存在 间隙，顺着螺旋型谐振器的结构延长;馈线一端接耦合线的端点，另一端接同轴线缆内导 体;介质基板下表面紧贴与基板表面积相等的接地板，接地板完全覆盖介质基板，接地板接 同轴线缆外导体。4. 如权利要求2所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述末端接金属化 过孔螺旋型谐振器，螺旋的线长度为28~32_，线宽为0.4~0.6mm，螺旋型谐振器的螺旋间 距为0 · 9~1 · 3mm。5. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述接地过孔位于 螺旋型谐振器的末端，过孔直径为0.6mm，过孔的中心位于边长为1mm的正方形微带线中，所 述正方形微带线旁接在螺旋型谐振器的末端。6. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述介质基板为长 方体，该长方体的长边为21~23mm，宽边为14~16mm，高度为1mm，介质基板的相对介电常数 为9.2，相对磁导率为1，损耗正切角为0.0022。7. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述谐振器中心向 顶部延伸的T型枝节微带线，T型枝节中与螺旋型谐振器相连接的纵向延伸部分长度为1.9 ~2.1mm，宽度为0.8~lmm; T型枝节中与螺旋型谐振器不相连接的横向延伸部分长度为 16.8~17.2mm，宽度为 0.3~0.5mm。8. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述谐振器中心向 底部延伸的T型枝节传输线，T型枝节中与螺旋型谐振器相连接的纵向延伸部分长度为6.3 ~6.7mm，宽度为0.8~1.2mm;T型枝节中与螺旋型谐振器不相连接的横向延伸部分长度为 12 · 8~13 · 2mm，宽度为0 · 4~0 · 6mm。9. 如权利要求1所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述耦合线宽度为 0.2~0.4mm，与谐振器最近边的垂直距离为0.1~0.3_，耦合线在螺旋型谐振器一直角顶 点处外围纵向延伸成Γ型微带线，总长度为12~13mm。10. 如权利要求3所述一种平面紧凑螺旋型三模滤波器，其特征在于所述馈线为50 Ω微 带馈线，馈线宽度由通带中心频率、基板参数、微带线厚度通过计算得到，长度为3~5mm;所 述同轴线缆内导体和同轴线缆外导体均为50Ω。
【文档编号】H01P1/20GK205543160SQ201620047793
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月19日
【发明人】徐开达, 柏叶成, 刘颜回, 柳清伙
【申请人】厦门大学