微带双通带滤波器的制作方法

本发明属于微带滤波器领域，具体涉及一种微带双通带滤波器。

背景技术：

在科技日新月异发展的今天，微波技术日益成熟，人们越来越依赖于无线通信。微波主要指频率在300mhz到300ghz的电磁波，这些范围的频谱在通信、制导、电子对抗、探测、导航，甚至医疗方面都有广泛应用。滤波器在微波发射和接收器件中都扮演了重要的作用。目前，频率资源越来越短缺，常用的频段更加拥挤，对滤波器的选频性能提出了越来越高的要求。以wifi应用技术为例，根据ieee802.11n标准，其工作频率在2.4-2.4835ghz和5.15-5.85ghz之间，在其工作频率范围内，包含15个非重叠信道。由此可见，更多的无线电收发系统已经需要两个或者更多的工作频带。与此同时，宽带甚至是超宽带滤波器的应用也越来越多，根据fcc规定，超宽带滤波器是指相对带宽超过20％或带宽大于500mhz。微带线是由在介质基片上的单一导体带构成微波传输线。微波低损耗介质材料的发展使微带线得到广泛应用。用这种分布参数元件代替集总参数元件的滤波器具有更加优异的高频性能。近年，结合通信应用的多通带滤波器取得了快速的发展，主要存在有以下几种设计方法：以频率变换为代表的综合法，这种方法理论分析较为复杂，优化过程繁琐；利用多模谐振器的不同谐振频率来实现多通带响应，这种滤波器的结构比较复杂，带宽有限；通过并联两个或多个中心频率不同的带通滤波器来是实现多通带响应，这种方法需要外加匹配电路，而且由于同一滤波器包含两个谐振结构，所以整个滤波器体积较大；也可以利用一个宽带带通滤波器串联一个窄带带阻滤波器的方法来实现双通带响应，但宽带滤波器本身设计就是一个难题，其次串联会带来较大的插入损耗。以往在利用耦合谐振器结构实现单一频带滤波器时，往往遇到高频寄生通带影响滤波器阻带特性的问题。单频带滤波器设计需要考虑的一个重要问题就是如何抑制寄生通带，目前已有大量应用缺陷结构来抑制寄生通带的研究。现有技术在设计滤波器时往往考虑的是如何抑制寄生通带，关于如何利用寄生通带设计双频带滤波器的研究还很匮乏。分析其原因，主要是因为寄生通带内的滤波特性很差，传统耦合结构无法兼顾两个通带滤波特性；其次，基频通带和寄生通带的工作频率存在严格的数学关系，以半波长或全波长谐振器为例，其第一杂散频率为基频二倍，大大限制了其实际应用的范围。

技术实现要素：

针对现有双通带滤波器结构复杂，通常需要两个谐振器来实现双通带响应等问题，提出一种利用一个谐振结构的基频通带和寄生通带设计双通带滤波器的方法。与此同时，针对寄生通带内滤波特性差，单纯通过对滤波器尺寸调节无法兼顾基频和寄生通带滤波特性，以及两个通带中心频率关系无法调节等问题，提供一种新的耦合谐振结构。

本发明解决上述技术问题基本思路：在传统发卡型滤波器基础上构造一种新的耦合结构，包括一块非导体材料电介质基板，两块金属板，和微带线。两块金属板以同一块电介质基板为衬底，分别附着在介质基板的上下表面上。在发卡型谐振器的开口处添加交指型耦合结构，由该耦合结构制作的微带滤波器，可以实现在两个通带内都具有良好的滤波特性，在一定范围内实现对两个通带中心频率之间关系的调节，通过改变耦合结构数量，可以进一步实现对两个通带工作频率在更大范围内的调节。

具体技术方案如下：

一种微带双通带滤波器，包括非导电材料制成的介质基板，以及附着在所述介质基板上、下表面的金属箔层。下表面的金属箔层接地。在上表面的金属箔层上刻蚀出三个发卡型谐振器，所述三个发卡型谐振器从左往右依次排列，所述每个发卡型谐振器的臂长、臂宽和两臂之间的距离都相同；左右两端的发卡型谐振器各带一个抽头，抽头的线宽相同；左右两端的发卡型谐振器的开口方向相同，中间的发卡型谐振器开口方向与左右两端的谐振器相反。在所述发卡型谐振器的开口处刻蚀出偶数个、数量不等的交指型耦合枝节。所述左端、中间的交指型耦合枝节从上到下排序，其中序号为奇数的枝节连接在发卡型谐振器的左臂，序号为偶数的枝节连接在发卡型谐振器的右臂。右端发卡型谐振器开口处的交指型耦合枝节的设置与所述左端发卡型谐振器呈镜像对称。位于同一发卡型谐振器上的交指型耦合枝节的线宽、长度，以及相邻枝节的间距相同。

进一步地，所述发卡型谐振器臂长为10～14mm，臂宽为1～1.5mm，两臂之间距离为4～5mm；所述抽头的线宽为1～1.5mm，抽头距离所述发卡型谐振器底端的距离为3～5mm。

进一步地，交指型耦合枝节的线宽为3～5mm，长度为3～4mm，相邻枝节的间距为0.2～1mm。

进一步地，所述介质基板采用高频微波板材制得，所述金属箔层为金箔或银箔或铜箔。

进一步地，所述介质基板可以采用玻璃纤维环氧树脂fr-4、聚四氟乙烯ptfe、abs。

进一步地，所述介质基板选择不同的高频微波板材时，发卡型谐振器臂长、臂宽、两臂之间的距离，所述抽头的线宽、抽头距离发卡型谐振器底端的距离，以及交指型耦合枝节的线宽、长度、相邻枝节的间距都需做调整。

进一步的，只对所述微带双通带滤波器的寄生通带进行调节，可实现超宽带滤波。

采用本发明具有以下有益效果：本发明中的双通带滤波器结构简单，仅仅通过一个三阶耦合谐振器就可以在两个通带内实现很好的滤波特性，其通带平坦，通带内回波损耗很高；滤波器阶数低，通过加载交指型耦合枝节，滤波器尺寸进一步减小，对于器件小型化有重大意义；同时，通过对发卡型谐振器开口处交指型耦合枝节尺寸和位置的调整，可以在一定程度上调整两个通带之间的距离；进一步研究发现，通过改变发卡型谐振器开口处交指型耦合枝节的数量，可以在更大的范围内调整两个通带之间的距离，使得本发明的应用范围更广，例如耦合枝节6×8与4×4对比，可以控制第二个通带的中心频率在5g到6g的范围内变化。最后，理论上寄生通带的带宽是基频带宽的两倍，本发明使得寄生通带可用、可调，并且只利用寄生通带可以显著提高滤波器带宽，这对于制作宽带甚至超宽带滤波器的设计也有重大意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中耦合枝节数量为4×6的s/c波段双通带滤波器结构示意图；

图2是本发明实施例一中耦合枝节数量为4×6的s/c波段双通带滤波器仿真与测试结果对比图；

图3是本发明实施例二中s/c波段双通带滤波器用4×6耦合枝节的不同尺寸调节第二个通带中心频率仿真结果图；

图4是本发明实施例三中耦合枝节数量为4×4的s/c波段双通带滤波器结构示意图；

图5是本发明实施例四中耦合枝节数量为6×8的s/c波段双通带滤波器结构示意图；

图6是本发明实施例五中耦合枝节数量为6×6的c波段超宽带滤波器结构示意图；

图7是本发明实施例三中4×4耦合枝节和实施例四中6×8耦合枝节的s/c波段双通带滤波器仿真结果对比图；

图8是本发明实施例一中4×6耦合枝节和实施例五中6×6耦合枝节的s/c波段双通带滤波器仿真结果对比图；

图9是本发明实施例六中耦合枝节数量为6×6的c波段超宽带滤波器仿真结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种耦合枝节数量为4×6的s/c波段双通带微带滤波器，其结构图如图1所示，包括非导电材料制成的介质基板，和附着在所述介质基板上、下表面的金属箔层。所述介质基板下表面附着的金属箔层接地，所述介质基板上表面附着微带线，所述介质基板为高频介质基板。所述微带线为三个发卡型谐振器01，在左端发卡型谐振器02开口处增加四个交指型耦合枝节05，在中间发卡型谐振器03开口处增加六个交指型耦合枝节06，在左端发卡型谐振器04开口处增加四个交指型耦合枝节07。三个发卡型谐振器01两端存在两个抽头08、09。

非导电材料可以有多种选择，可以采用如玻璃纤维环氧树脂fr-4，聚四氟乙烯ptfe，abs(acrylonitrilebutadienestyrene)，rogers公司的ro4350和ro4003系列板材，arlon公司的clte及clte-xt等介质基板。当选择不同的高频介质基板时，微带线的结构尺寸参数需做适当的调整，以使滤波器在通带内表现出更好的性能。

本实施例中，三个发卡型谐振器02、03、04的臂长为12.87mm，臂宽为1.13mm，两臂之间距离为4mm,相邻的发卡型谐振器之间间距为0.36mm。位于左右两端的发卡型谐振器02、04上各设计有一个抽头08、09，抽头的线宽为1.13mm，抽头与发卡型谐振器底端距离为3.17mm。左端发卡型谐振器02开口处存在4个交指型耦合枝节，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3个交指型枝节连接在发卡型谐振器02的左臂，第2、4个交指型枝节连接在发卡型谐振器02的右臂。所述4个交指型枝节尺寸相同，交指型枝节的线宽为0.2mm，长度为3.25mm，相邻枝节的间距为0.31mm。右端发卡型谐振器04开口处的交指型耦合枝节的设置与所述左端发卡型谐振器呈镜像对称。位于中间的发卡型谐振器03的开口方向与左右两端的谐振器相反，开口处存在6个交指型耦合枝节，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3、5个交指型枝节连接在发卡型谐振器03的左臂，第2、4、6个交指型枝节连接在发卡型谐振器03的右臂。所述6个交指型枝节尺寸相同，第1个交指型枝节距离发卡线开口处距离为1.47mm，交指型枝节的线宽为0.23mm，长度为3.4mm，相邻枝节的间距为0.68mm。

介质基板采用相对介电常数为3.66，介电损耗为0.004的高频微波板材ro4350制得，厚度为0.508mm。

如图2所示，s/c波段双通带滤波器仿真与测试结果对比图，本实施例中双通带滤波器的第一个通带中心频率2.46ghz，3db带宽为230mhz，回波损耗(s11)在通带内低于20db，第二个通带中心频率5.475ghz，3db带宽为550mhz，回波损耗(s11)在通带内低于19db。测试结果与仿真结果基本一致，两个通带中心频率一致，带宽，回波损耗，带外抑制达到了设计要求。在第一个通带内，回波损耗(s11)略高于仿真结果。

实施例二

本实施例为通过调节耦合枝节的尺寸来调节第二个通带中心频率。

如图3所示，s/c波段双通带滤波器用4×6耦合枝节的不同尺寸调节第二个通带中心频率仿真结果图。

图3中4×6耦合枝节1表示的是实施例一中的结构，图3中4×6耦合枝节2的结构描述如下：每个发卡型谐振器臂长为11.5mm，两臂之间距离为4mm，发卡型谐振器的臂宽为0.86mm，三个发卡型谐振器之间间距为0.39mm。左端发卡型谐振器开口处存在四个交指型耦合枝节，第一个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第二个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂，所述交指型枝节从上到下按周期结构排列。所述交指型枝节尺寸相同，交指型枝节的线宽为0.32mm，长度为3.14mm，间距为0.32mm。中间发卡型谐振器开口处存在6个交指型耦合枝节，第一个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂，第二个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，所述交指型枝节从上到下按周期结构排列。所述交指型枝节尺寸相同，第一个交指型枝节距离发卡型谐振器开口处距离为1.06mm，交指型枝节的线宽为0.24mm，长度为3.27mm，间距为0.46mm。右端发卡型谐振器开口的四个交指型耦合枝节与左端发卡型谐振器呈镜像对称。

介质基板采用相对介电常数为3.66，介电损耗为0.004的高频微波板材ro4350制得，厚度为0.508mm。

从仿真结果图可以看到，4×6耦合枝节1和4×6耦合枝节2的第一个通带中心频率在2.45ghz左右。4×6耦合枝节1第二个通带中心频率5.475ghz，3db带宽为550mhz，回波损耗(s11)在通带内低于19db。4×6耦合枝节2第二个通带中心频率5.915ghz，3db带宽为610mhz，回波损耗(s11)在通带内低于20db。

由以上的对比分析可以看到，通过对耦合枝节尺寸和位置的调整，对线宽和发卡线长度进行微调，在同一结构下，可以在一定范围内调整两个通带之间的距离。

实施例三

图4所示为耦合枝节数量为4×4的s/c波段双通带滤波器结构示意图，发卡型谐振器11、12、13的臂长为13.55mm，臂宽为1.4mm，两臂之间距离为4mm,相邻发卡型谐振器之间间距为0.43mm。位于左右两端的发卡型谐振器11、13上各设计有一个抽头17、18，抽头的线宽为1.4mm,抽头与发卡型谐振器底端距离为3.53mm。左端发卡型谐振器11开口处存在4个交指型耦合枝节14，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，交指型枝节的线宽为0.3mm，长度为3.15mm，相邻枝节的间距为0.84mm。右端发卡型谐振器13开口处的交指型耦合枝节16的设置与所述左端发卡型谐振器呈镜像对称。中间发卡型谐振器12开口方向与左右两端的谐振器相反，开口处存在4个交指型耦合枝节15，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，第1个交指型枝节距离发卡型谐振器开口处距离为1mm，交指型枝节的线宽为0.24mm，长度为2.81mm，相邻枝节的间距为0.68mm。

介质基板采用rogers公司的ro4350，其相对介电常数为3.66，介电损耗为0.004。

第一个通带中心频率2.5ghz，3db带宽为200mhz，回波损耗(s11)在通带内低于23db，第二个通带中心频率5.13ghz，3db带宽为440mhz，回波损耗(s11)在通带内低于17db。

实施例四

图5所示为耦合枝节数量为6×8的s/c波段双通带滤波器结构示意图，三个发卡型谐振器21、22、23臂长为10.79mm，臂宽为1.2mm，两臂之间距离为4mm,相邻发卡型谐振器之间间距为0.44mm。位于左右两端的发卡型谐振器21、23上各设计有一个抽头27、28，抽头的线宽为1.2mm，抽头与发卡型谐振器底端距离为3.05mm。左端发卡型谐振器21开口处存在6个交指型耦合枝节24，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3、5个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4、6个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，交指型枝节的线宽为0.43mm，长度为2.96mm，相邻枝节的间距为0.36mm。右端发卡型谐振器23开口处的交指型耦合枝节的设置与所述左端发卡型谐振器21呈镜像对称。中间发卡型谐振器22开口方向与左右两端的谐振器相反，开口处存在八个交指型耦合枝节25，所述交指型枝节25从上到下排序；第1、3、5、7个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4、6、8个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，第一个交指型枝节距离发卡线开口处距离为0.58mm，交指型枝节的线宽为0.23mm，长度为3.14mm，相邻枝节的间距为0.43mm。

本实施例中第一个通带中心频率2.52ghz，3db带宽为130mhz，回波损耗(s11)在通带内低于20db，第二个通带中心频率6.12mhz，3db带宽为540mhz，回波损耗(s11)在通带内低于13db。

介质基板采用rogers公司的ro4350，其相对介电常数为3.66，介电损耗为0.004。

实施例五

图6所示为耦合枝节数量为6×6的s/c波段双通带滤波器，发卡型谐振器31、32、33臂长为12.25mm，臂宽为1.27mm，两臂之间距离为4.5mm相邻发卡型谐振器之间间距为0.32mm。位于左右两端的发卡型谐振器31、33上各设计有一个抽头37、38，抽头的线宽为1.27mm，抽头与发卡型谐振器底端距离为3.00mm。左端发卡型谐振器31开口处存在6个交指型耦合枝节34，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3、5个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4、6个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，交指型枝节的线宽为0.2mm，长度为3.19mm，相邻枝节的间距为0.48mm。右端发卡型谐振器33开口处的交指型耦合枝节36的设置与所述左端发卡型谐振器呈镜像对称。中间发卡型谐振器32开口处存在6个交指型耦合枝节35，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3、5个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4、6个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，第一个交指型枝节距离发卡型谐振器开口处距离为0.68mm，交指型枝节的线宽为0.3mm，长度为4mm，相邻枝节的间距为0.97mm。

介质基板采用rogers公司的ro4350，其相对介电常数为3.66，介电损耗为0.004。

本实施例所述6×6耦合枝节的微带双通带滤波器，第一个通带中心频率2.47ghz，3db带宽为230mhz，回波损耗(s11)在通带内低于25db，第二个通带中心频率5.47ghz，3db带宽为440mhz，回波损耗(s11)在通带内低于20db。

图7和图8是通过高频仿真软件hfss对不同耦合枝节数量的s/c波段双通带滤波器进行仿真实验后得到的图形数据，用于对本发明的有益效果进行说明。

如图7所示，s/c波段双通带滤波器分别用4×4耦合枝节和6×8耦合枝节仿真结果对比图。当采用不同的交指型耦合枝节数量时，固定第一个通带的中心频率为2.45ghz，通过对交指型枝节尺寸和置的调整，对抽头位置和发卡线臂长进行微调，具体尺寸在实施例三、四中做了说明。从仿真结果中看到，采用4×4耦合枝节的滤波器第二个通带中心频率5.13ghz，3db带宽达到440mhz。采用6×8耦合枝节的滤波器第二个通带中心频率6.12mhz，3db带宽为540mhz，对比4×4耦合枝节的双通带滤波器，说明通过调整耦合枝节数量，可以调整两个通带之间的距离，使得第二个通带的中心频率在5ghz到6.1ghz的范围内变化，使本发明具有更大的实用价值。

如图8所示，s/c波段双通带滤波器分别用4×6耦合枝节和6×6耦合枝节仿真结果对比图。从仿真结果可以看到6×6耦合枝节的通带情况与4×6耦合枝节一致。说明通过采用不同的耦合枝节数量可实现相同通带的设计。

实施例六

如图9所示，耦合枝节数量为6×6的c波段超宽带滤波器结构示意图，如果在基频通带带宽为bn，理论上讲，寄生通带带宽应为2×bn。根据这一理论，本实施例的结构如下：

每个发卡型谐振器臂长为12mm，臂宽为0.86mm，两臂之间距离为4.5mm,相邻发卡型谐振器之间间距为0.44mm。位于左右两端的发卡型谐振器上各设计有一个抽头，抽头的线宽为0.86mm，抽头与发卡型谐振器端距离为3.45mm。左端发卡型谐振器开口处存在6个交指型耦合枝节，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3、5个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4、6个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，交指型枝节的线宽为0.2mm，长度为3.12mm，相邻枝节的间距为0.36mm。右端发卡型谐振器开口处的交指型耦合枝节的设置与所述左端发卡型谐振器呈镜像对称。中间发卡型谐振器开口处存在6个交指型耦合枝节，所述交指型枝节从上到下排序；第1、3、5个交指型枝节连接在发卡型谐振器的左臂，第2、4、6个交指型枝节连接在发卡型谐振器的右臂。所述交指型枝节尺寸相同，第一个交指型枝节距离发卡型谐振器开口处距离为0.52mm，交指型枝节的线宽为0.22mm，长度为3.9mm，相邻枝节的间距为0.96mm。

介质基板采用rogers公司的ro4350，其相对介电常数为3.66，介电损耗为0.004。

所述6×6耦合枝节的超宽带滤波器只对寄生通带进行调节，绝对带宽达到530mhz。

如图9所示，c波段超宽带滤波器仿真结果图。结果显示其中心频率为5.5ghz，其带宽达到530mhz。通过这种设计方法，很容易使滤波器带宽超过500mhz，说明本发明对于制造超宽带滤波器也有重大意义。