一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，包括输入输出端口、第一传输主路径、第二传输主路径，第一传输主路径由一段传输线构成，其两端分别与输入输出端口连接；第二传输主路径由并联的第一子路径和第二子路径构成，第一子路径主要由第一传输线、第一耦合线、第二传输线依次级联而成；第二子路径主要由第二耦合线、第三耦合线、第四耦合线依次级联而成，第三耦合线端短路；第二耦合线和第四耦合线经过折叠后与第一耦合线和第三耦合线级联，第一传输线与第二耦合线重叠，第二传输线与第四耦合线重叠。本实用新型使得设计更加灵活，阻带内传输零点通过不同路径实现独立可控，具陡峭的滚降特性和小型化。
【专利说明】一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及微波通信的【技术领域】，尤其是指一种采用三路径信号干扰的双频 带阻滤波器。
【背景技术】
[0002] 无线通信系统的广泛应用，促进了射频微波器件的发展。带阻滤波器作为通信系 统重要的组成部分，能抑制特定频段的杂散信号，消除信号干扰，其性能的优劣对整个通信 系统的性能起着关键作用。另一方面，为了最大效率地利用有限的频谱资源，越来越多的 无线系统都工作在双频段。双频带阻滤波器具有双边带频率抑制、较低通带差损和群时延 的特点，与单频带阻滤波器相比，通信系统的频谱利用率大为提高，系统的功耗、尺寸也大 为降低。
[0003] 双频带阻滤波器当前已经得到了广泛的研究，也提出了一些不同的设计方法，如 下：
[0004] 1、基于频率变换
[0005] 2004年，JiroHirokawa和MakotoAndo等人在IEEETransactionsonMicrowave TheoryandTechniques上发表题为 "Dual-band-rejectionfilterfordistortion reductioninRFtransmitters"的文章中，提出了一种在低通原型的基础上通过频率变换 得到双阻带的方法，图7是它的仿真测量结果。这种结构的性能很大程度上取决于两个耦 合的短路耦合枝节。
[0006] 2、基于多模谐振
[0007] 2〇〇7 年，Kuo-ShengChin等人在IEEEMicrowaveandWirelessComponents Letters上发表的题为"Compactdual-bandbandstopfiltersusingstepped-impedance resonators"的文章中，提出在传统枝节线单频带阻滤波器的基础上，使用两个开路的阶 梯阻抗枝节（SIR)替代均匀阻抗枝节，结构如图8a所示，从而实现双阻带响应。图8b给出 了它的仿真测量结果，可以看到带外回波损耗需要改善。
[0008] 2012 年，国内学者章秀银等人在InternationalConferenceonMicrowaveand MillimeterWaveTechnology上发表的 "Dual-bandbandstopfilterusingopenand shortstub-loadedresonators"文章中，使用了短路枝节加载的谐振器来设计双频带阻 滤波器，如图9a所示。它的偶模谐振模式被用来形成第一阻带，而奇模谐振模式被抑制，同 时使用三次偶模谐波模式形成第二阻带。从图9b中所示仿真测试曲线来看，由于通带仅有 一个传输零点，其阻带选择性有待改善。
[0009] 3、多路径信号干扰
[0010] 多路径信号干扰是利用路径相位差180°来形成带阻响应。2013年国内学者车 文垄等在ElectronicsLetters发表的表题为 "Dual-widebandbandstopfilterusing transversalsignal-interactionconcept"的文章中利用包含枝节和稱合线的双路径设 计了一款宽带双频带阻滤波器，其结构如图10所示。可以看到通带选择性较高，然而阻带 抑制和带外回波损耗仅能达到10dB。
【发明内容】
[0011] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用三路径信号干扰的双 频带阻滤波器，使得设计变得更加灵活，实现了阻带内传输零点独立可控、较高的陡峭性、 良好的带外回波损耗以及小型化。
[0012] 为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种采用三路径信号干扰的 双频带阻滤波器，包括有输入输出端口、第一传输主路径、第二传输主路径，其中，所述第一 传输主路径由一段传输线构成，其两端分别与输入输出端口连接；所述第二传输主路径由 并联的第一子路径和第二子路径构成，所述第二子路径外镶在第一子路径的外部或内嵌在 第一子路径的内部；所述第一子路径由耦合的开路枝节构成，主要由第一传输线、第一耦合 线、第二传输线依次级联而成；所述第二子路径由耦合的短路枝节构成，主要由第二耦合 线、第三耦合线、第四耦合线依次级联而成，且所述第三耦合线端短路；所述第二耦合线和 第四耦合线经过折叠后与第一耦合线和第三耦合线级联，所述第一传输线与第二耦合线重 叠，所述第二传输线与第四耦合线重叠。
[0013] 所述第一传输主路径的传输线电长度为0i，阻抗为Zi;所有短路和开路枝节总电 长度也为^，电长度e:为频率0.5的+4)下四分之波长的奇数倍，4、4为带阻滤波器的 中心频率，短路及开路枝节耦合部分的电长度为0 3，短路和开路枝节折叠耦合部分的电长 度均为9 2，总电长度9i= 9 3+ 9 2。
[0014]所有耦合线均使用等线宽度的双线耦合传输线传输。
[0015] 所述第三耦合线端短路采用金属通孔，加载有带金属过孔的焊盘。
[0016] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0017] 1、传统使用信号干扰设计的双频带阻滤波器多使用双路径，本实用新型创新性地 提出通过在折叠耦合的开路枝节外镶或内嵌耦合的短路枝节实现三条路径，使得设计更加 灵活及小型化；
[0018] 2、本实用新型设计的双频带阻滤波器阻带内的传输零点通过不同路径实现独立 可控，克服了传统双路径信号干扰设计双频带阻滤波器时传输零点不可独立控制的问题；
[0019] 3、本实用新型的双频带阻滤波器带外回波损耗可以改善到20dB，阻带间抑制水平 达到25dB，同时可以实现较高的陡峭性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型所述双频带阻滤波器的原理图。
[0021] 图2为本实用新型所述双频带阻滤波器的结构示意图。
[0022] 图3为双频带阻滤波器的路径相位图。
[0023] 图4为双频带阻滤波器随参数Z。。和0 3的特性曲线图。
[0024] 图5为双频带阻滤波器的随参数Zi的特性曲线图。
[0025] 图6为双频带阻滤波器的仿真测量结果图。
[0026] 图7为【背景技术】中JiroHirokawa和MakotoAndo等人的一种在低通原型的基础 上通过频率变换得到双阻带的方法的仿真测量结果图。
[0027] 图8a为【背景技术】中Kuo-ShengChin等人的双频带阻滤波器的结构示意图。
[0028] 图8b为图8a所示结构的仿真测量结果图。
[0029] 图9a为【背景技术】中国内学者章秀银等人的双频带阻滤波器的结构示意图。
[0030] 图9b为图9a所示结构的仿真测量结果图。
[0031] 图10为【背景技术】中国内学者车文荃等人的双频带阻滤波器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0033] 本实用新型所述的采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，在传统开路枝节单频 带阻滤波器的基础上，通过折叠耦合两个开路枝节并外镶（或内嵌）两个折叠耦合的短路 谐振器，在不增加滤波器尺寸的同时实现了三条路径。本实用新型设计结构可以是微带、同 轴线或其它结构。本实施例选用微带结构，双频带阻滤波器包含上层的微带线结构、中间层 介质基板和下层的接地金属贴片以及通过中间层连接上、下两层的金属通孔。
[0034] 如图1和图2所示，所述的双频带阻滤波器包括有输入输出端口 1、第一传输主路 径pathl、第二传输主路径，其中，所述第一传输主路径pathl由一段传输线2构成，传输线 电长度为9i，阻抗为Zi，其两端分别与输入输出端口 1连接，所述输入输出端口传输线阻抗 为50Q;所述第二传输主路径由并联的第一子路径path21和第二子路径path22构成，所 述第二子路径path22外镶在第一子路径path21的外部或内嵌在第一子路径path21的内 部；所述第一子路径path21由耦合的开路枝节构成，主要由第一传输线3、第一耦合线4、第 二传输线5依次级联而成；所述第二子路径path22由耦合的短路枝节构成，主要由第二耦 合线6、第三耦合线7、第四耦合线8依次级联而成，且所述第三耦合线7端短路；所述第二 耦合线6和第四耦合线8经过折叠后与第一耦合线4和第三耦合线7级联；所有耦合线均 使用等线宽度的双线耦合传输线传输；所述第一传输线3与第二耦合线6重叠，所述第二传 输线5与第四耦合线8重叠；所述第三耦合线7端短路采用金属通孔，加载有带金属过孔9 的焊盘10。所有短路和开路枝节总电长度也为，与第一传输主路径pathl的传输线电 长度一样，电长度ei为频率的〇. 5(f\+f2)下的四分之波长的奇数倍，f\、f2为带阻滤波器 的中心频率，短路及开路枝节耦合部分的电长度为03，短路和开路枝节折叠耦合部分的电 长度均为e2，总电长度ei=e3+e2，在本实施例中所有耦合线部分均具有相同的奇模阻 抗Z。。、偶模阻抗Z%和耦合系数K，K= (2。6-2。。)八2。6+2。。)，当然也可以采用不等参数的耦合 线，这根据实际情况决定。
[0035] 图3给出了不同路径的相位图，从图中可以看到由于第二传输主路径的两条子路 径path21和path22间的信号干扰，在频率ftz2和ftz3处产生两个传输零点。此外，由于第 一传输主路径和第二传输主路径的信号相消，在ftzl和ftz4处产生传输零点。三条传输路 径的引入使得阻带内的两个传输零点得到独立的控制，同时使得滤波器设计更加灵活。从 图4可以看到，通过控制耦合线耦合系数K可以实现对双阻带中心频率比f2/fi的控制；耦 合线奇模阻抗Z。。和电长度03控制着滤波器的带宽。另外，从图5可以看到第一传输主 路径的传输线阻抗4可以用来实现改善通带回波损耗达到20dB以上。
[0036] 下面我们以设计2. 4GHz和3. 7GHz的双频带阻滤波器为例。
[0037] 调节合适的耦合系数K实现中心频率比要求，调节耦合线奇模阻抗Z。。和电长 度e3来满足带宽，最后调节Zi实现带外特性。实施例的电路和电磁仿真软件为Agilent AdvancedDesignSystem(ADS)。双频带阻滤波器选择加工在介电常数2. 55、厚度为0.8mm、 损耗角正切为〇. 0029的介质基板上，具体物理尺寸如下表1所示。本实施例通过Agilent 5230网络分析仪测量，仿真测量结果如图6所示。测量两个频带中心频率分别为2. 42GHz 和3. 73GHz，20dB加工带宽分别为7. 5%和8. 6%。两阻带间回波损耗达25dB。通带插损在 2. 04GHz范围内小于0. 5dB，在4. 2-7. 8GHz范围内小于ldB。该滤波器具有较好的陡峭性， 第一个通带低频边带和第二个通带高频边带的衰减度分别为174dB/GHz和136dB/GHz。 [0038] 表1-双频带阻滤波器尺寸
【权利要求】
1. 一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，其特征在于：包括有输入输出端口 (1)、第一传输主路径（pathl)、第二传输主路径，其中，所述第一传输主路径（pathl)由一 段传输线（2)构成，其两端分别与输入输出端口（1)连接；所述第二传输主路径由并联的第 一子路径（path21)和第二子路径（path22)构成，所述第二子路径（path22)外镶在第一子 路径（path21)的外部或内嵌在第一子路径（path21)的内部；所述第一子路径（path21)由 耦合的开路枝节构成，主要由第一传输线（3)、第一耦合线（4)、第二传输线（5)依次级联而 成；所述第二子路径（path22)由耦合的短路枝节构成，主要由第二耦合线（6)、第三耦合线 (7)、第四耦合线（8)依次级联而成，且所述第三耦合线（7)端短路；所述第二耦合线（6)和 第四耦合线（8)经过折叠后与第一耦合线（4)和第三耦合线（7)级联，所述第一传输线（3) 与第二耦合线（6)重叠，所述第二传输线（5)与第四耦合线（8)重叠。
2. 根据权利要求1所述的一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，其特征在于： 所述第一传输主路径（pathl)的传输线电长度为Θ i，阻抗为Z1 ;所有短路和开路枝节总电 长度也为Q1，电长度Q1为频率0.5(4+?)下四分之波长的奇数倍，f\、f 2S带阻滤波器的 中心频率，短路及开路枝节耦合部分的电长度为θ3，短路和开路枝节折叠耦合部分的电长 度均为Θ 2，总电长度Θ i = θ 3+ Θ 2。
3. 根据权利要求1所述的一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，其特征在于： 所有耦合线均使用等线宽度的双线耦合传输线传输。
4. 根据权利要求1所述的一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，其特征在于： 所述第三耦合线（7)端短路采用金属通孔，加载有带金属过孔（9)的焊盘（10)。
5. 根据权利要求1所述的一种采用三路径信号干扰的双频带阻滤波器，其特征在于： 所述输入输出端口传输线阻抗为50 Ω。
【文档编号】H01P1/203GK204130668SQ201420412633
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】褚庆昕, 邱雷雷 申请人:华南理工大学