一种应用于PCS WiMAX频段的双通带六边形滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于PCS & WiMAX频段的双通带六边形滤波器，属于滤波器【技术领域】。该滤波器包括环状六边形谐振器部分、中心枝节加载部分、耦合线部分、馈线部分、六棱柱体介质基板和接地板；所述环状六边形谐振器位于介质基板上表面正中心位置，所述中心枝节加载部分由Y型枝节及矩形金属贴片组成；所述耦合线和馈线均位于介质基板上表面，其中，耦合线与其对应的环状六边形的边平行，馈线一端接耦合线，另一端接50Ω同轴线内导体；所述接地板位于介质基板下表面，接50Ω同轴线外导体。本发明提供的滤波器极大的拓展了有效带宽，完成了基于WiMAX 3.5GHz标准的设计，最终，使只具有单个谐振器的滤波器就完成了工作在PCS的1.85～1.99GHz和WiMAX 3.5GHz的3.3～3.6GHz两个通信系统的设计标准。
【专利说明】-种应用于PCS&WiMAX频段的双通带六边形滤波器
【技术领域】
[0001] 本发明属于滤波器【技术领域】，涉及一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带 六边形滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着现代通信的飞速发展，无线通信系统对电路尺寸和信号质量的要求越来越 高。滤波器作为射频前端提取信号和抑制信号的关键器件，其性能的优劣直接影响通讯系 统的各项指标，这对滤波器的设计提出了非常苛刻的指标要求。
[0003] 设计一款多通带的带通滤波器，使其能够同时满足多个通信系统标准，不仅可以 实现同款滤波器的多种用途，还可以等价实现滤波器的小型化和集成化。另外，各个通信系 统标准不一，各个通信系统标准的中心频点之间不存在倍数关系，同时，各个通信系统标准 需要的相对带宽也不尽相同，这就对多通带滤波器提出了更为苛刻的要求。
[0004] 一方面，鉴于谐振器产生的基模和高次模之间的倍数关系，很难有效利用同一个 谐振器产生的基模和高次模产生多通带滤波器的设计，所以，目前多数多通带滤波器均是 采用多个谐振器分别产生对应的通带进行多通带滤波器设计。然而，多个谐振器的同时运 用又会涉及大量的寄生通带的需要抑制，提高设计难度，同时，多个谐振器的运用也会增大 滤波器的尺寸。另一方面，在实现单个较宽频带带通滤波的设计过程中，也较多采用多个谐 振器耦合的方式拓展频带或者采用结构微扰的方式产生模式分裂，拓展频带。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带 六边形滤波器，该滤波器采用一个谐振器进行双通带滤波器的设计，充分利用环形谐振器 产生的基模和第二高次模完成双通带滤波器的设计，其中第二通带由谐振器的第二高次模 及其简并模和中心枝节引入模式形成，为三模通带，极大的拓展了有效带宽，完成了WiMAX 3. 5GHz标准的设计，最终，使只具有单个谐振器的滤波器就完成了PCS (1. 85?I. 99GHz)和 WiMAX3. 5GHz两个通信系统的设计标准。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器，该滤波器包括环状 六边形谐振器部分、中心枝节加载部分、耦合线部分、馈线部分、六棱柱体介质基板和接地 板；所述环状六边形谐振器位于介质基板上表面正中心位置，所述中心枝节加载部分由Y 型枝节及矩形金属贴片组成；所述耦合线和馈线均位于介质基板上表面，其中，耦合线与其 对应的环状六边形的边平行，馈线一端接耦合线，另一端接50Ω同轴线内导体；所述接地 板位于介质基板下表面，接50Ω同轴线外导体。
[0008] 进一步，所述六边形谐振器为边长为L的正六边环状微带线，边长L为16?18mm， 线宽W为0. 65?0. 75mm，该谐振器产生的基模工作在PCS (1. 85?I. 99GHz)标准下，第二 高次模及其中心枝节协同产生三模通带工作在WiMAX 3. 5GHz标准下。
[0009] 进一步，所述中心枝节加载部分，由两部分组成：一部分是由环状六边形的不相邻 的三边各自的中点引出的微带线交汇于六边形中心，形成的Y型枝节结构，该结构为旋转 对称结构，每个枝节的线宽均为Wl为0. 1?0. 3mm;另一部分是由Y型结构的每个枝节上 均有的大小相同的矩形金属贴片结构组成。
[0010] 进一步，所述中心枝节加载部分上的矩形金属贴片，每个矩形金属贴片的中心 到环状正六边形中心的直线距离L2为9. 5?10. 5mm，每个金属贴片的长度Ll为3. 5? 4. 5臟，宽度W2为0· 5?0· 7臟。
[0011] 进一步，所述介质基板为正六棱柱，上下表面的正六边形边长LO为26?28mm，柱 体高度H为1.524mm，材料为RogersR04350B，相对电介质常数3. 48,相对磁导率为1.0,损 耗正切角值0.0037;其中环状六边形谐振器部分、中心枝节加载部分、耦合线部分、馈线部 分位于该正六棱柱的介质基板的上表面，介质基板的下表面为接地面。
[0012] 进一步，所述耦合线部分位于环形谐振器的左下和右下侧，与谐振器之间的垂直 距离为0. 1?0. 3_，耦合线宽度W3为0. 1?0. 3_，长度和环状六边形谐振器的边长相同， L为 16 ?18mmη
[0013] 进一步，所述馈线部分，长度Length为7· 5?8.5mm，馈线宽度W4为3·2?3.6mm。
[0014] 本发明的有益效果在于：本发明运用于PCS&WiMAX3. 5GHz频段的双通带六边形 滤波器具有如下显著优点：一方面：相比于一般的采用两个谐振器设计双通带滤波器的设 计思路，本设计充分利用一个谐振器及其内部中心枝节加载结构实现双通带滤波，通过减 少谐振器的个数，充分实现的该滤波器的小型化；另一方面：WiMX3. 5GHz频段的相对带 宽为8. 7 %，现有的滤波器在单独实现WiMX3. 5GHz频段滤波的设计中，相当部分的滤波 器依旧常用了多个谐振器耦合的方法拓宽频带或者采用结构微扰的方法产生多模结构拓 宽频带，然而，本设计通过加载的Y型枝节结构引入了介于基模和第二高次模之间的工作 模式，并通过Y型枝节上的矩形金属贴片结构改变该引入模式的工作频率向第二高次模的 频率靠近，采用模式微扰的方法，实现了第二高次模的模式分裂与引入模式和第二高次模 之间的良好耦合，极有效的拓展了第二通带的带宽，从而实现了WiMAX3. 5GHz频段的三模 带通滤波形式，满足了WiMX3. 5GHz频段的设计指标。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0016] 图1为本发明所述的双通带滤波器的整体结构图；
[0017] 图2为本发明所述的双通带滤波器的主视图；
[0018] 图3为本发明所述的双通带滤波器的侧视图；
[0019] 图4为本发明所述的双通带滤波器的HFSS的S参数仿真结果；
[0020] 其中：1、六棱柱体介质基板；2、环状六边形谐振器部分；3、中心枝节加载部分之Y 型枝节结构；4、中心枝节加载部分之矩形金属贴片部分；5、耦合线部分；6、馈线部分。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0022] 本发明所述的一种应用于PCS&WiMAX3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器的整体 结构图如图1所示。该滤波器包括六棱柱体介质基板1 ;环状六边形谐振器部分2 ;中心枝 节加载部分3之Y型枝节结构；中心枝节加载部分之矩形金属贴片部分4 ;稱合线部分5 ;馈 线部分6。六棱柱体介质基板厚度表示为H，采用材料RogersR04350B，其介电常数为3. 48， 相对磁导率1. 0,损耗正切值为0. 0037。谐振器部分、中心枝节加载部分、耦合线部分、馈线 部分厚度均相同。仿真得到滤波器的最优尺寸如表1所示。
[0023] 所述环状六边形谐振器部分2 ;中心枝节加载部分之Y型枝节结构3;中心枝节加 载部分之矩形金属贴片部分4 ;耦合线部分5 ;馈线部分6均位于六棱柱介质基板的上表 面，接地板位于介质基板的下表面。
[0024] 所述环状正六边形谐振器2的外环边长L为16?18mm，线宽W为0. 65?0. 75mm， 位于介质基板上表面的正中心位置，用于产生基模中心频率在1.94GHz的谐振频率，其第 二高次谐波的频率可由3、4组成的中心加载枝节进行加大范围内的调节。在2、环形谐 振器中未加入中心枝节的情况下，基模频率位于I. 94GHz时，第二高次模的中心频率位于 3. 85GHz左右，本设计的一大难点就是如何在保证基模通带覆盖PCS(1. 85?I. 99GHz)标 准的情况下，降低该谐振器产生的第二高次模的中心频率至3. 45GHz，并且形成8. 7%的相 对带宽要求，覆盖WiMX3. 5GHz(3. 3?36.GHz)频段。本设计通过加入3、Y型枝节线引 入基模和第二高次之间的工作模式，通过4、矩形贴片实现该引入工作模式的频率和谐振 器第二高次模的频率的加大范围调节，最后在整个3、4组成的中心枝节加载部分的共同作 用下，实现引入模式和第二高次模之间良好耦合，并产生第二高次模的模式分离，保证了基 模中心频率不变的情况下，实现了滤波器的第二个通带在3. 3?3. 6GHz频率的设计。3、Y 型枝节的线宽Wl为0. 1?0. 3mm，4、矩形贴片的长度Ll为3. 5?4. 5mm，宽度W2为0. 5? 0. 7mm，每个矩形金属贴片的中心到环状正六边形中心的直线距离L2为9. 5?10. 5mm。
[0025] 所述耦合线部分5分别位于谐振器2的左下和右下侧，距离谐振器外环的垂直距 离gap为0· 1?0· 2mm，宽度为W3为0· 2?0· 3mm，长度为L，与环状六边形的边平行等长。
[0026] 所述馈线部分6,一段接耦合线中点位置，另一端接同轴线的内导体部分，馈线的 长度Length为7. 5?8.5mm，馈线宽度W4为3. 4?3.5mm，由通带中心频率、基板参数、贴 片厚度等通过计算得到。
[0027] 使用高频电磁仿真软件HFSS13.0对上述建立的天线结构模型进行仿真实验，得 出电小天线结构尺寸最优值如表1所示。
[0028] 表IHFSS13. 0仿真得双通带滤波器最优尺寸
[0029]
【权利要求】
1. 一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器，其特征在于：该滤波器 包括环状六边形谐振器部分、中心枝节加载部分、耦合线部分、馈线部分、六棱柱体介质基 板和接地板；所述环状六边形谐振器位于介质基板上表面正中心位置，所述中心枝节加载 部分由Y型枝节及矩形金属贴片组成；所述耦合线和馈线均位于介质基板上表面，其中，耦 合线与其对应的环状六边形的边平行，馈线一端接耦合线，另一端接50 Q同轴线内导体； 所述接地板位于介质基板下表面，接50 Q同轴线外导体。
2. 根据权利要求1所述的一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器， 其特征在于：所述六边形谐振器为边长为L的正六边环状微带线，边长L为16?18_，线 宽W为0. 65?0. 75mm，该谐振器产生的基模工作在PCS (1. 85?1. 99GHz)标准下，第二高 次模及其中心枝节协同产生三模通带工作在WiMAX 3. 5GHz (3. 3?3. 6GHz)标准下。
3. 根据权利要求1所述的一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器， 其特征在于：所述中心枝节加载部分，由两部分组成：一部分是由环状六边形的不相邻的 三边各自的中点引出的微带线交汇于六边形中心，形成的Y型枝节结构，该结构为旋转对 称结构，每个枝节的线宽均为W1为0. 1?0. 3mm ;另一部分是由Y型结构的每个枝节上均 有的大小相同的矩形金属贴片结构组成。
4. 根据权利要求3所述的一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器， 其特征在于：所述中心枝节加载部分上的矩形金属贴片，每个矩形金属贴片的中心到环状 正六边形中心的直线距离L2为9. 5?10. 5mm，每个金属贴片的长度L1为3. 5?4. 5mm，宽 度 W2 为 0? 5 ?0? 7mm。
5. 根据权利要求1所述的一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器， 其特征在于：所述介质基板为正六棱柱，上下表面的正六边形边长L0为26?28mm，柱体高 度H为1. 524mm，材料为Rogers R04350B，相对电介质常数3. 48,相对磁导率为1.0,损耗正 切角值0.0037;其中环状六边形谐振器部分、中心枝节加载部分、耦合线部分、馈线部分位 于该正六棱柱的介质基板的上表面，介质基板的下表面为接地面。
6. 根据权利要求1所述的一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器， 其特征在于：所述耦合线部分位于环形谐振器的左下和右下侧，与谐振器之间的垂直距离 为0. 1?0. 3mm，稱合线宽度W3为0. 1?0. 3mm，长度和环状六边形谐振器的边长相同，L为 16 ?18mm〇
7. 根据权利要求1所述的一种应用于PCS&WiMAX 3. 5GHz频段的双通带六边形滤波器， 其特征在于：所述馈线部分，长度Length为7. 5?8. 5mm，馈线宽度W4为3. 2?3. 6mm。
【文档编号】H01P1/203GK104332683SQ201410671970
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】唐明春, 石婷 申请人:重庆大学