多模三通带滤波结构的制作方法

本实用新型涉及射频微波通信技术领域，尤其涉及一种多模三通带滤波结构。

背景技术：

在现代微波通信系统中，带通滤波器(BPF)需具有良好的选择性，带外抑制度，宽阻带以及小型化结构。传统的基于加载式谐振器的多模BPF虽然具有较好的选择性，但是存在很多寄生通带。多模谐振器通过单一谐振体，可以产生多个谐振模式，因此，运用多模谐振器设计微波器件可以有效减小器件尺寸。多模谐振器虽然已经被提出，但只是运用于宽带滤波器的设计。现有技术中的带通滤波器的通带选择性不高，不能完全满足现代微波通信系统的需求。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的提供一种多模三通带滤波结构，不仅加工简单成本低廉，而且产生三个基本传输通带，具有较高的通带选择性，不需要增加额外谐振体，缩小了结构尺寸。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种多模三通带滤波结构，包括PCB介质板、四模缺陷地式谐振器以及两根微带馈线，所述四模缺陷地式谐振器刻蚀在PCB介质板的一表面，两根微带馈线分别设置在PCB介质板的另一表面，所述四模缺陷地式谐振器的形状关于该四模缺陷地式谐振器的第一中心轴线对称，并且关于该四模缺陷地式谐振器的第二中心轴线对称，第一中心轴线与第二中心轴线相互垂直；

所述四模缺陷地式谐振器包括第一谐振单元和四个第二谐振单元，第一谐振单元由第一槽线、第二槽线和第三槽线构成，第二谐振单元由第四槽线、第五槽线和第六槽线构成；四个第二谐振单元的一端分别连接第一谐振单元的四端，每一个第二谐振单元向第一中心轴线延伸并向四模缺陷地式谐振器 的中心弯折；位于第一中心轴线同侧的两个第二谐振单元之间隔有间隔；

两根微带馈线的前端分别延伸到PCB介质板的边缘形成两个端口，两根微带馈线分别和第一槽线同侧的两条第四槽线的位置对应且关于第一中心轴线对称，微带馈线的宽度比第四槽线的宽度宽，两根微带馈线的末端终止于靠近第五槽线处，两根微带馈线末端之间的间距靠近，两根微带馈线形成源载耦合的馈电结构，该馈电结构形成四个传输零点的三通带滤波结构。

优选的，所述第一槽线的一端连接第二槽线的中部，第一槽线的另一端连接第三槽线的中部，第二槽线和第三槽线平行并均与第一槽线垂直；第四槽线的一端连接第二槽线或者第三槽线的另一端，并向第一中心轴线延伸，第四槽线的另一端连接第五槽线的一端，第五槽线的另一端连接第六槽线的一端并向第二中心轴线延伸，第四槽线和第六槽线平行并与第五槽线垂直。

优选的，部分所述第一槽线、位于第一槽线一侧的第二槽线或者第三槽线、位于第一槽线一侧的同一第二谐振单元中的第四槽线、第五槽线和第六槽线包围的PCB介质板形成第一极板，该第一极板的形状为L形。

优选的，部分所述第一槽线、位于第一槽线另一侧的第二槽线或者第三槽线、位于第一槽线另一侧的同一第二谐振单元中的第四槽线、第五槽线和第六槽线包围的PCB介质板形成第二极板，第二极板的形状为L形。

优选的，所述第一槽线的长度为L₁＝23.5mm、宽度为W₁＝0.68mm；第二槽线和第三槽线的长度均为L₂＝12mm；第二槽线和第三槽线的宽度均为W₂＝0.3mm；第四槽线的长度为L₃＝11.05mm、宽度为W₃＝0.3mm；第五槽线的长度为L₄＝2.8mm、宽度为W₃＝0.3mm；第六槽线的长度为L₅＝7.3mm、宽度为W₃＝0.3mm；位于第一槽线同侧的两条第五槽线之间的距离为S₁＝0.8mm，第一槽线与第六槽线之间的距离为S₂＝2.27mm。

优选的，部分所述第一槽线和第六槽线之间的PCB介质板形成第一电感L_S，第一电感L_S的数量为四个，位于第一槽线同侧的分别形成两个第一电感L_S的两个PCB介质板连通，位于第一中心轴线同侧的形成第一电感L_S的PCB介质板和形成第一极板的PCB介质板连通，位于第一中心轴线同侧的形成第一电感L_S的PCB介质板和形成第二极板的PCB介质板连通；

位于第一槽线同侧的两条第五槽线之间的PCB介质板形成第二电感L_P，第二电感L_P的数量为两个，位于第一槽线同侧的形成第二电感L_P的PCB介 质板和分别形成两个第一电感L_S的两个PCB介质板连通并形成T形的形状。

优选的，所述四模缺陷地式谐振器外围的PCB介质板形成射频地平面，形成射频地平面的PCB介质板和形成第二电感L_P的PCB介质板连通，位于第一中心轴线同侧的第一极板和第二极板形成第一电容C_M，第一极板或者第二极板和金属地平面之间形成第二电容C_C。

优选的，所述两根微带馈线的末端间隔之间的PCB介质板形成源载耦合电容C_S，每一根微带馈线与四模缺陷地式谐振器之间的PCB介质板形成馈电耦合电容C_P，馈电耦合电容C_P的数量为两个，位于每一根微带馈线的PCB介质板与位于第一槽线下侧的分别形成两个第一电感L_S的PCB介质板连通。

优选的，每一根微带馈线的靠近第二中心轴线的边缘到第四槽线的远离第二中心轴线的边缘的距离为d₁＝1.35mm。

优选的，所述两根微带馈线末端之间的间距d₂为1.6mm，每一根微带馈线的宽度W₀均为2.34mm，每一根微带馈线的阻抗均为50Ω。

相较于现有技术，本实用新型所述多模三通带滤波结构实现了不仅加工简单成本低廉，而且可以产生三个基本传输通带，形成三通带滤波结构，因此被广泛应用于宽带和多频段射频微波通信中。由于四模缺陷地式谐振器是在馈电平面上开槽获得，因此不需要增加额外谐振体，缩小了本实用新型所述多模三通带滤波结构的尺寸。

附图说明

图1是本实用新型多模三通带滤波结构的整体结构示意图；

图2是本实用新型三通带滤波结构中的四模缺陷地式谐振器刻蚀在PCB介质板下底面的结构示意图；

图3为四模缺陷地式谐振器中的第一谐振单元的结构图；

图4为四模缺陷地式谐振器中的第二谐振单元的结构图；

图5是本实用新型三通带滤波结构中的两根微带馈线刻蚀在PCB介质板上表面的结构示意图；

图6是本实用新型多模三通带滤波结构的等效电路模型；

图7(a)是本实用新型多模三通带滤波结构的奇模等效电路，图7(b)是本实用新型多模三通带滤波结构的偶模等效电路；

图8是本实用新型多模三通带滤波结构的PCB仿真与电路仿真结果示意图；

图9是两根微带馈线之间的间距d2对四个传输零点TZ1、TZ2、TZ3、TZ4的影响示意图。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，将在具体实施方式部分一并参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1所示，图1是本实用新型多模三通带滤波结构的整体结构示意图。在本实施例中，本实用新型提出的三通带滤波结构包括四模缺陷地式谐振器(QMDGSR)1、射频地平面2以及两根微带馈线3。所述四模缺陷地式谐振器1刻蚀在PCB介质板10的一表面(例如下表面，参考图2所示)，该表面没有刻蚀四模缺陷地式谐振器1的剩余部分称作为射频地平面2，两根微带馈线3分别设置在PCB介质板10的另一表面(例如上表面，参考图5所示)。所述PCB介质板10为一种金属介质板，该PCB介质板10的厚度为0.79mm，介电常数为2.34。

参考图2所示，图2是四模缺陷地式谐振器刻蚀在PCB介质板下底面的结构示意图。在本实施例中，所述四模缺陷地式谐振器1具有上下和左右均为对称的结构，使得该四模缺陷地式谐振器1同时具有四个谐振模式，每一谐振模式的谐振频率具有良好的可调性。所述四模缺陷地式谐振器1的形状和结构具体描述如下：所述四模缺陷地式谐振器1的形状关于该四模缺陷地式谐振器1的第一中心轴线ab对称，并且关于该四模缺陷地式谐振器1的第二中心轴线cd对称，第一中心轴线ab与第二中心轴线cd相互垂直。在本实施例中，所述四模缺陷地式谐振器1包括第一谐振单元11和四个第二谐振单元12。其中，第一谐振单元11的形状为H形、或者为准H形，本实施例中定义的准H形为整体上近似于H形的形状。第二谐振单元12的形状为L形、准L 形、U形、或者为准U形，本实施例中定义的准L形为整体上近似于L形，例如L形的一自由端(即不与第一谐振单元11连接的一端)可弯折较小的一段，该非常小的一段的长度相对于该自由端所在边的长度而言较短。本实施中定义的准U形为整体上近似于U形的一自由端(即不与第一谐振单元11连接的一端)可再弯折至少一次，在该每次弯折后的弯折端的长度相对于该自由端所在边的长度而言较短，从而使得整体上仍然近似于U形，不会显著影响第二谐振单元12的性能。四个第二谐振单元12的一端分别连接第一谐振单元11的四端。每一个第二谐振单元12向第一中心轴线ab延伸并向四模缺陷地式谐振器1的中心弯折，该弯折的次数为两次。四个第二谐振单元12的L形、准L形、U形或者准U形的开口均朝向四模缺陷地式谐振器1的四周。位于第一中心轴线ab或者第二中心轴线cd同侧的两个第二谐振单元12之间隔有间隔。

参考如图3所示，图3为四模缺陷地式谐振器中的第一谐振单元的结构图。在本实施例中，所述第一谐振单元11由第一槽线111、第二槽线112和第三槽线113构成。该第一槽线111的一端连接第二槽线112的中部，第一槽线111的另一端连接第三槽线113的中部。第二槽线112和第三槽线113平行并均与第一槽线111垂直，因此，第一槽线111、第二槽线112和第三槽线113构成了H形或者准H形。

参考如图4所示，图4为四模缺陷地式谐振器中的第二谐振单元的结构图。在本实施例中，当第二谐振单元12为U形或者准U形，该第二谐振单元12由第四槽线124、第五槽线125和第六槽线126构成。第四槽线124的一端连接第二槽线112或者第三槽线113的另一端，并向第一中心轴线ab延伸，第四槽线124的另一端连接第五槽线125的一端，第五槽线125的另一端连接第六槽线126的一端并向第二中心轴线cd延伸。第四槽线124和第六槽线126平行并与第五槽线125垂直。其中，第六槽线126的长度比第四槽线224的长度短。因此，第四槽线124、第五槽线125和第六槽线126构成了U形或者准U形。当第二谐振单元12为L形、准L形，该第二谐振单元12也可通过相应的槽线形成L形或者准L形的结构。

再参考图2所示，部分第一槽线111、位于第一槽线111一侧的第二槽线112或者第三槽线113、位于第一槽线111一侧的同一第二谐振单元12中的第 四槽线124、第五槽线125和第六槽线126包围的PCB介质板形成第一极板31，该第一极板31的形状为L形。第一极板31的数量为两个(分别为与第二槽线112围成的PCB介质板和与第三槽线113围成的PCB介质板)，两个第一极板31关于第一中心轴线ab轴对称。部分第一槽线111、位于第一槽线111另一侧的第二槽线112或者第三槽线113、位于第一槽线111另一侧的同一第二谐振单元12中的第四槽线124、第五槽线125和第六槽线126包围的PCB介质板形成第二极板32，第二极板32的形状为L形。第二极板32的数量为两个(分别为与第二槽线112围成的PCB介质板和与第三槽线113围成的PCB介质板)，两个第二极板32关于第一中心轴线ab轴对称。

再参考图1所示，第一槽线111的长度为L₁＝23.5mm、宽度为W₁＝0.68mm；第二槽线112和第三槽线113的长度相等，均为L₂＝12mm；第二槽线112和第三槽线113的宽度相等，均为W₂＝0.3mm；第四槽线124的长度为L₃＝11.05mm、宽度为W₃＝0.3mm；第五槽线125的长度为L₄＝2.8mm、宽度为W₃＝0.3mm；第六槽线的长度为L₅＝7.3mm、宽度为W₃＝0.3mm；位于第一槽线111同侧的两条第五槽线125之间的距离为S₁＝0.8mm，第一槽线111与第六槽线126之间的距离为S₂＝2.27mm。

如图5所示，图5是本实用新型三通带滤波结构中的两根微带馈线刻蚀在PCB介质板上表面的结构示意图。由于所述两根微带馈线3分别设置在相对于四模缺陷地式谐振器1设置在PCB介质板10的另一表面，因此两根微带馈线3在PCB介质板10的另一表面上对四模缺陷地式谐振器1进行馈电。在本实施例中，两根微带馈线3的前端分别延伸到PCB介质板10的边缘形成两个端口(第一端口P₁和第二端口P₂)，微带馈线3的末端分别从位于第一槽线111同侧的两条第四槽线124向第一中心轴线ab延伸并终止靠近第二谐振单元12的L形、准L形、U形或者准U形的闭口处，两根微带馈线3关于第一中心轴线ab对称。需要强调的是，两根微带馈线3同时位于第一槽线111同一上侧的两条第四槽线124上，或者同时位于第一槽线111同一下侧的两条第四槽线124上，而不是位于四模缺陷地式谐振器1的对角线上的两条第四槽线124上。

在本实施例中，两根微带馈线3和第一槽线111同侧的两条第四槽线124的位置对应，且关于第一中心轴线ab对称。微带馈线3的宽度比第四槽线124的宽度宽，使得微带馈线3覆盖部分的第四槽线124。每根微带馈线3的宽度W₀ 优选为2.34mm，微带馈线3的另一端终止于靠近第五槽线125处，并未接触到第五槽线125。优选的，每一根微带馈线3的阻抗均为50Ω，每一根微带馈线3的靠近第二中心轴线cd的边缘到第四槽线124的远离第二中心轴线cd的边缘的距离为d₁，两根微带馈线3之间的间距靠近，定义两根微带馈线3之间的间距为d₂，该间距为d₂小于5mm(即0-5mm范围内的值)，本实施例中优选为d₂＝1.6mm；由于两根微带馈线3之间的间距为d₂确定，一旦PCB介质板10的长度确定(例如L₀)，因此每一根微带馈线3的长度则为d₀＝(L₀-d₂)/2。

由于两根微带馈线3的末端距离靠的很近(两根微带馈线3之间的间距d₂为0-5mm)，因此形成了源载耦合的馈电结构。由于该源载耦合的形成，该馈电结构能够形成四个传输零点，从而形成了多模三通带滤波结构。需要说明的是，只要两根微带馈线3的末端距离小于5mm，均可形成三通带特性。本实用新型的具体实施例d₂优选为1.6mm，可以获得较好的三通带特性。

如图6所示，图6是本实用新型多模三通带滤波结构的等效电路模型。通过上述的结构设计，本实用新型采用奇偶膜理论来为四模缺陷地式谐振器1提取出等效电路模型，三通带滤波结构具体的等效电路模型描述如下：

部分第一槽线111和第六槽线126之间的PCB介质板形成第一电感L_S，由于有四个第二谐振单元12，因此第一电感L_S的数量为四个。位于第一槽线111同侧的分别形成两个第一电感L_S的两个PCB介质板连通。位于第一中心轴线ab同侧的形成第一电感L_S的PCB介质板和形成第一极板的PCB介质板连通。位于第一中心轴线ab同侧的形成第一电感L_S的PCB介质板和形成第二极板32的PCB介质板连通。

位于第一槽线111同侧的两条第五槽线125之间的PCB介质板形成第二电感L_P。由于第一槽线111的两侧各有两条第五槽线125，因此第二电感L_P的数量为两个。位于第一槽线111同侧的形成第二电感L_P的PCB介质板和分别形成两个第一电感L_S的两个PCB介质板连通并形成T形的形状。

所述四模缺陷地式谐振器1外围的PCB介质板形成射频地平面2，形成射频地平面2的PCB介质板和形成第二电感L_P的PCB介质板连通。位于第一中心轴线ab同侧的第一极板31和第二极板32形成第一电容C_M，第一极板31或者第二极板32和金属地平面11之间形成第二电容C_C。

两根微带馈线3末端间隔之间的PCB介质板形成源载耦合电容C_S，每一 根微带馈线3与四模缺陷地式谐振器(QMDGSR)1之间的PCB介质板形成馈电耦合电容C_P。由于有两根微带馈线3，因此形成两个馈电耦合电容C_P。位于每一根微带馈线3的PCB介质板与位于第一槽线111下侧的分别形成两个第一电感L_S的两个PCB介质板连通。

如图7所示，为本实用新型基于三通带滤波结构的三通带滤波结构的奇偶模等效电路。其中，图7(a)为三通带滤波结构的奇模等效电路，图7(b)为三通带滤波结构的偶模等效电路。其中，第一中心轴线ab在奇模中相当于短路，可以看作是一个虚拟的接地面。当第一中心轴线ab相当于短路时，则电流不会通过第二电感L_P，则第二电感L_P无效。第一中心轴线ab在偶模中相当于开路。当第一中心轴线ab相当于开路时，则形成第二电感L_P的PCB介质板相当于被剖成了两半。由于电感的大小和金属的粗细有关，因此第一中心轴线ab相当于开路时的第二电感L_P的大小的两倍，即此时第二电感L_P的大小为2L_P。同样的，第二中心轴线cd短路在奇模中相当于短路，可以看作是一个虚拟的接地面。当第二中心轴线cd短路时，则第一电容C_M的两级板之间的距离相当于缩短了一半。由于电容的大小和极板之间的距离有关，因此第二中心轴线cd相当于短路时的第一电容C_M的大小是原来的第一电容C_M的大小的两倍，即此时第一电容C_M的大小为2C_M。当第二中心轴线cd在偶模中相当于开路时，则第一电容C_M中没有电荷，第一电容C_M＝0。

参考图8所示，图8为本实用新型基于四模缺陷地式谐振器1的三通带滤波结构的PCB仿真与电路仿真结果示意图。其中，电路仿真原器件值为C_M＝0.6pF，C_C＝1.62pF，C_P＝1.5pF，C_S＝0.2pF，L_P＝1.1nH，L_S＝1.27nH。其中S₁₁表示两个端口P₁和P₂的反射系数，S₂₁表示两个端口P₁和P₂之间的传输系数。从图8中可以看出，PCB仿真与电路仿真具有很高的重合度，因此本实用新型多模三通带滤波结构的等效电路模型具有较高的准确性。由于馈电结构采用源载耦合方式，该多模三通带滤波结构产生了四个传输零点，即TZ1、TZ2、TZ3、TZ4，从而形成三个通带。

如图9所示，图9为两根微带馈线3之间的间距d₂对四个传输零点TZ1、TZ2、TZ3、TZ4的影响示意图。在本实施例中，采用两根微带馈线3之间的间距d2可以为0-5mm，本实施例中的d₂采用1.8mm、0.7mm和0.2mm来分别验证四个传输零点TZ1、TZ2、TZ3、TZ4的影响。从图9中可以看出，两根微带馈线3 之间的间距d₂只影响TZ1和TZ4，而不影响TZ2和TZ3，因此可以确定TZ1和TZ4是由源载耦合产生，而TZ2和TZ3是由三通带滤波结构的内部电路产生。

本实用新型所述多模三通带滤波结构不仅加工简单成本低廉，而且可以产生三个基本传输通带，形成三通带滤波结构，具有较高的通带选择性，因此被广泛应用于宽带和多频段射频微波通信中。由于四模缺陷地式谐振器是在馈电平面上开槽获得，因此不需要增加额外谐振体，本实用新型所述多模三通带滤波结构的尺寸较小。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。