专利名称：一种双频带阻滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双频带阻滤波器，具体涉及一种可应用在多频带和可重构射频前端系统中的具有双频带和良好的频率选择性的带阻滤波器。
背景技术：
近几年来，双频甚至多频无线系统成为热点，研究人员对其进行大力开发。但这些系统有时候可能会受到寄生响应和互调失真或谐波而造成多种干扰问题。为了克服这些问题，带阻滤波器是抑制位于宽通带内不必要的窄带信号的最佳选择，也是解决这些问题的最优办法。双频带阻滤波器BSFs可以生成两个阻带频段，并保持它们之间的通带，可应用于抑制高功率放大器或混频器中不需要的双边频谱。双频带阻滤波器在许多应用中具有很多优势，与带通相滤波器相比，双频带阻滤波器有更低的插入损耗，更平滑的群延时效果。此外，双波段带阻滤波器具有比传统简单级联的两个带阻滤波器更小的尺寸以及传输损耗。双频带阻滤波器当前已得到了广泛的研究，目前已提出了许多不同的设计方法 (1)在低通原型滤波器的基础上应用频率变换产生阻带特性。(2)是使用复合左/右手材料传输线代替传统的微带传输线，以此来产生双阻带特性。(3)是使用两阶或三阶的阶梯阻抗谐振器来设计双频带阻滤波器。(4)是分别在顶层使用分裂环谐振环和在底层使用互补分裂环谐振环产生两个阻带。(5)是使用特性阻抗可控的两条传输线依据相位差的不同实现双频带阻滤波器。(6)是同时使用包括嵌线，马刺线和常规微带线三种平面结构获得双阻带响应。
发明内容
本发明的目的是利用中间加载谐振器的谐振特性实现一种平面双频带阻滤波器。 本发明的双频带阻滤波器阻带频率可以很容易地实现到所需的值，结构简单，而且具有滚降特性。实现本发明的具体技术方案是
一种双频带阻滤波器，包括上层的微带结构、中间层介质基板和下层的接地金属；上层微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层介质板下表面为接地金属；上层微带结构包括输入端口、输出端口、三个结构相同的具有双频带阻特性的模块单元、两个结构相同的阻抗变换器；输入端、第一模块单元、第一阻抗变换器、第二模块单元、第二阻抗变换器、第三模块单元、输出端依次相连接，整个上层微带结构形成n字型结构。作为上述双频带阻滤波器的优化技术方案，所述模块单元由第一传输线和第一半波长谐振器耦合组成；第一半波长谐振器由第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线和加载到第二微带线和第三微带线相接处的第五微带线组成；第一半波长谐振器的第二微带线和第三微带线与第一传输线组成平行耦合结构；所述第一微带线和第二微带线的长度加和等于第三微带线和第四微带线的长度加和；所述第一阻抗变换器由第六微带线和第七微带线相连接组成；第二阻抗变换器由第八微带线和第九微带线相连接组成；输入端由第十微带线构成；输出端由第十一微带线构成；输入端和输出端的传输线的特性阻抗都为 50Ω。作为上述双频带阻滤波器的优化技术方案，所述三个结构相同的模块单元所包含的三个半波长谐振器排布在上述η字型结构的内部；第一半波长谐振器和第一传输线组成平行耦合结构；第二半波长谐振器和第二传输线组成平行耦合结构；第三半波长谐振器和第三传输线组成平行耦合结构。上述双频带阻滤波器，采用所述中间加载半波长谐振器实现的双频带阻滤波器， 由于中间加载谐振器具有偶模谐振频率改变时奇模谐振频率固定不变的特性，可以方便的进行频率控制和设计，且具有良好的滚降特性和频率选择性。作为上述双频带阻滤波器的优化技术方案，所述双频带阻滤波器的第一微带线长度为4. 4mm,宽度为0. 8mm ；第二微带线长度为15. Imm,宽度为0. 8mm ；第三微带线长度为 8. 6mm,宽度为0. 8mm ；第四微带线长度为10. 3mm,宽度为0. 8mm ；第五微带线长度为9. 7mm, 宽度为0. 8mm ；第六微带线长度为16. Imm,宽度为1. 75mm ；第七微带线长度为4. 95mm,宽度为1. 75mm ；第十微带线宽度为1. 85mm ；第十一微带线宽度为1. 85mm ；第一传输线的长度为 24. 5mm,宽度为1. 75mm ；第一传输线和第一半波长谐振器之间的耦合距离为0. 17mm。本发明相对现有技术具有如下特点
(1)使用中间开路加载谐振器，通过改变中间开路加载的长度可灵活控制偶模谐振频率，而奇模谐振频率保持不变，使所需阻带频率易于控制。(2)本滤波器所采用耦合结构通过优化耦合区间长度使得在两个阻带频率上具有较好的滚降特性和频率选择性。(3)本滤波器使用3级级联的形式，回波损耗在0-5GHZ内超过15dB，抑制水平超过 30dB。
图1为本发明的双频带阻滤波器的结构示意图。图2为本发明的双频带阻滤波器的模块单元。图3a为中间开路加载谐振器的结构示意图。图北为中间开路加载谐振器的奇模激励等效结构图。图3c为中间开路加载谐振器的偶模激励等效结构图。图4为中间开路加载的长度L5取不同值时的对比图。图5为双频带阻滤波器的仿真与测量曲线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施做详细说明，但本发明要求的保护范围不限于下述的实施方式。如图1所示，双频带阻滤波器包括上层的微带结构，中间层介质基板和下层的接地金属；上层微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层介质板下表面为接地金属；上层微带结构包括输入端口、输出端口、三个结构相同的具有双频带阻特性的模块单元、两个结构相同的阻抗变换器；输入端、第一模块单元、第一阻抗变换器、第二模块单元、第二阻抗变换器、第三模块单元、输出端依次相连接，整个上层微带结构形成η字型结构。所述第一模块单元由第一传输线2和第一半波长谐振器15耦合组成；第一半波长谐振器15由第一微带线10、第二微带线11、第三微带线13、第四微带线14和加载到第二微带线11和第三微带线13相接处的第五微带线12组成；第一半波长谐振器15的第二微带线11和第三微带线13与第一传输线2组成平行耦合结构；所述第一微带线10和第二微带线11的长度加和等于第三微带线13和第四微带线14的长度加和；所述第一阻抗变换器由第六微带线3和第七微带线4相连接组成；第二阻抗变换器由第八微带线6和第九微带线 7相连接组成；输入端由第十微带线1构成；输出端由第十一微带线9构成；输入端和输出端的传输线的特性阻抗都为50 Ω。所述三个结构相同的模块单元所包含的三个半波长谐振器排布在上述η字型结构的内部；第一半波长谐振器15和第一传输线2组成平行耦合结构；第二半波长谐振器16 和第二传输线5组成平行耦合结构；第三半波长谐振器17和第三传输线8组成平行耦合结构。图2是所述模块单元的结构图，模块单元具有双频带阻特性。图中内虚线框是中间开路加载谐振器。谐振器和主传输线平行耦合，当谐振器发生谐振时，主传输线的阻抗特性受到谐振器的影响，使得主传输线输入输出不匹配，信号被反射回去，从而实现带阻特性。图3a是所述中间开路加载谐振器。Yl、L9和Y2、L5分别是两条微带线的特征阻抗和长度。中间开路加载谐振器具有两个谐振频率，分别为偶模谐振频率和奇模谐振频率。 在奇模输入
激励情况下，谐振器对称点上的电压为零，等效于短路。此时实际工作等效电路结构如图北所示，谐振器的奇模谐振频率表示成
上式中c是真空中的光速，ε eff是介质的介电常数。
在偶模输入F；.” ;OTe 激励情况下，谐振器对称点上的电流为零，等效于断路。等
效工作电路结构如图3c所示，谐振器的偶模谐振频率表示成从上面两式可以看出，奇模谐振频率只与L9有关，和L5无关，而偶模谐振频率和L9和 L5都相关。由此得出所述中间开路加载谐振器具有两个谐振频率(偶模谐振频率和奇模谐振频率)，而且具有当偶模谐振频率改变时奇模谐振频率固定不变的特性。本发明正是基于这条思路进行设计的。本发明中的双频阻带中的较低频率对应于谐振器的奇模谐振频率， 较高频率对应于偶模谐振频率。当谐振器与主传输线之间的耦合区间调整到最优结构，即改变耦合系数在两个阻带频率上的值，使得两个阻带的抑制水平相当时，整个滤波器具有较好的性能。根据上面所述，本发明双频带阻滤波器的频率易于控制，可以通过改变中间开路加载L5的长度来实现所需要的工作频率。图4所示为当L5的长度分别为8. 2mm、9. 2mm、 9. 7mm、10. 2mm、10. 7mm时整个滤波器的传输特性仿真，当偶模谐振频率从3. 29GHz变为 3. 65GHz时，奇模谐振频率固定不变。在下面实施例中，双频带阻滤波器制作在相对介电常数为3. 38、厚度为0. 81mm、 损耗因子为0. 0027的介质基板上。实施实例2. 43GHz和3. 46GHz双频带阻滤波器
2. 43GHz和3. 46GHz双频带阻滤波器结构如图1所示。具体参数为第一微带线10长度为4. 4mm,宽度为0. 8mm ；第二微带线11长度为15. Imm,宽度为0. 8mm ；第三微带线13长度为8. 6mm,宽度为0. 8mm ；第四微带线14长度为10. 3mm,宽度为0. 8mm ；第五微带线12长度为9. 7mm,宽度为0. 8mm ；第六微带线3长度为16. Imm,宽度为1. 75mm ；第七微带线4长度为4. 95mm,宽度为1. 75mm ；第十微带线1宽度为1. 85mm ；第i^一微带线9宽度为1. 85mm ； 第一传输线2的长度为24. 5mm,宽度为1. 75mm ；第一传输线2和第一半波长谐振器15之间的耦合距离为0. 17mm。图5给出了利用上述参数所设计的滤波器进行仿真和实际测量的结果，其中仿真和实际测量分别是使用Zeland's IE3D和E5071C网络分析仪来完成。如图5 所示，滤波器的两个阻带频率为2. 43GHz和3. 46GHz。在两个阻带频率上抑制水平都超过 30dB。在整个通带内回波损耗也大于15dB，插入损耗为0.6dB，具有良好的性能。滤波器共有4个传输零点，分别在2. 37GHz、2. 63GHz、3. 02GHz、3. 67GHz。都靠近于阻带边缘，极大改善了滤波器滚降特性。本发明基于中间开路加载谐振器的谐振频率特性设计，采用三级级联的结构，使所述滤波器具有频率易于控制，设计简便，滚降特性良好的特点。通过调节设计的参数，可以调节带宽，即这种结构可以用来实现各种带宽规格。以上所述仅为本发明的较佳实例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种双频带阻滤波器，其特征在于包括上层的微带结构、中间层介质基板和下层的接地金属；上层微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层介质板下表面为接地金属； 其特征在于上层微带结构包括输入端口、输出端口、三个结构相同的具有双频带阻特性的模块单元和两个结构相同的阻抗变换器；所述三个结构相同的具有双频带阻特性的模块单元即第一模块单元、第二模块单元和第三模块单元，输入端口、第一模块单元、第一阻抗变换器、第二模块单元、第二阻抗变换器、第三模块单元、输出端口依次相连接，整个上层微带结构形成η字型结构。
2.根据权利要求1所述的双频带阻滤波器，其特征在于第一模块单元由第一传输线和第一半波长谐振器耦合组成；第一半波长谐振器由第一微带线、第二微带线、第三微带线、 第四微带线和加载到第二微带线和第三微带线相接处的第五微带线组成；第一半波长谐振器的第二微带线和第三微带线与第一传输线组成平行耦合结构；所述第一微带线和第二微带线的长度之和等于第三微带线和第四微带线的长度之和；所述第一阻抗变换器由第六微带线和第七微带线相连接组成；第二阻抗变换器由第八微带线和第九微带线相连接组成； 输入端由第十微带线构成；输出端由第十一微带线构成。
3.根据权利要求2所述的双频带阻滤波器，其特征在于所述三个结构相同的模块单元所包含的三个半波长谐振器排布在所述η字型结构的内部；第一半波长谐振器和第一传输线组成平行耦合结构；第二半波长谐振器和第二传输线组成平行耦合结构；第三半波长谐振器和第三传输线组成平行耦合结构。
4.根据权利要求2所述的双频带阻滤波器，其特征在于所述输入端扣和输出端口的传输线的特性阻抗都为50 Ω。
5.根据权利要求2 4任一项所述的双频带阻滤波器，其特征在于所述第一微带线长度为4. 4mm,宽度为0. 8mm ；第二微带线长度为15. Imm,宽度为0. 8mm ；第三微带线长度为 8. 6mm,宽度为0. 8mm ；第四微带线长度为10. 3mm,宽度为0. 8mm ；第五微带线长度为9. 7mm, 宽度为0. 8mm ；第六微带线长度为16. Imm,宽度为1. 75mm ；第七微带线长度为4. 95mm,宽度为1. 75mm ；第十微带线宽度为1. 85mm ；第十一微带线宽度为1. 85mm ；第一传输线的长度为 24. 5mm,宽度为1. 75mm ；第一传输线和第一半波长谐振器之间的耦合距离为0. 17mm。
全文摘要
本发明公开一种双频带阻滤波器。该双频带阻滤波器由上层的微带结构，中间层介质基板和下层的接地金属组成。上层微带结构由三个结构相同的具有双频带阻特性的模块单元级联组成；每个模块单元由一根主传输线和半波长谐振器耦合组成；该半波长谐振器由一根微带线和中间加载的微带线组成；该半波长谐振器具有固定的奇模谐振频率和可灵活控制的偶模谐振频率；三个模块单元通过两根四分之一波长微带传输线依次相连，形成n字形结构；三个半波长谐振器位于n字形结构的内部；本发明具有良好的带阻特性，可用于无线通信的射频前端电路。
文档编号H01P1/203GK102386464SQ20111034349
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者代鑫, 章秀银, 胡斌杰, 黄勋 申请人:华南理工大学