專利名稱：基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域中具有小型化、高選頻特性的雙頻帶通濾波器范疇。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，頻譜資源日益稀缺，高效的頻譜利用率對(duì)具有高選頻特性、小型化、低成本的雙頻或多頻濾波器需求迫切。高選頻特性是指濾波器通帶到阻帶的過(guò)渡十分陡峭，且阻帶回波損耗要盡量大。為實(shí)現(xiàn)高選頻特性，往往在通帶一側(cè)或兩側(cè)引入多個(gè)傳輸零點(diǎn)，傳輸零點(diǎn)越靠近通帶，選頻特性就越好。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，用于產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)的交叉耦合雙頻濾波器尺寸仍較大，以及選頻特性有待提高。傳統(tǒng)的濾波器是通過(guò)增加諧振器的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳輸零點(diǎn)，但會(huì)增加濾波器的體積和設(shè)計(jì)成本。因此，為解決當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)中頻譜資源稀缺問(wèn)題，研究小型化、高選頻特性、低成本的雙頻或多頻濾波器具有很大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決當(dāng)前微帶雙頻濾波器無(wú)法實(shí)現(xiàn)較好的選頻特性，以及體積仍較大等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提供一種新型的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，它在通帶外有四個(gè)傳輸零點(diǎn)，通帶內(nèi)具有低插損，帶外有高衰減，從而實(shí)現(xiàn)高的選頻特性。發(fā)明的本目的可通過(guò)下述發(fā)明構(gòu)思實(shí)現(xiàn)
(I)采用的介質(zhì)板材料介質(zhì)基板選用的介電常數(shù)為
Er =2. 65，厚度為 h=0. 8mm。(2)采用非對(duì)稱階躍阻抗諧振器結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)。(3)加工后的電路板共分為三層介質(zhì)板背面一層為金屬鍍層，作為接地面。介質(zhì)基板表面附著微帶線。中間層是介質(zhì)基板和輸入輸出端口，端口處用于焊接兩個(gè)同軸接頭。介質(zhì)板表面附著的微帶線由以下幾個(gè)部分組成兩個(gè)相互耦合的螺旋形非對(duì)稱階躍阻抗諧振器A、B，其中諧振器A與諧振器B相距d，諧振器B相對(duì)諧振器A旋轉(zhuǎn)180度并交錯(cuò)耦合，輸入輸出饋線采用180度耦合饋電。通過(guò)改變兩個(gè)螺旋形金屬微帶線諧振器的間距和輸入輸出饋線的長(zhǎng)度等可以在通帶外產(chǎn)生四個(gè)傳輸零點(diǎn)，并調(diào)節(jié)零點(diǎn)的位置和通帶特性，從而提高頻率選擇性。所述的金屬微帶線和金屬鍍層可以是導(dǎo)電性能較好的金、銀或銅。所述的中間層可以是不同介電常數(shù)的介質(zhì)板，在其它條件不變的情況下，金屬微帶線的長(zhǎng)度與介電常數(shù)成反比。本發(fā)明的雙頻濾波器是由兩個(gè)相同的螺旋形非對(duì)稱階躍阻抗諧振器組成，單個(gè)諧振器長(zhǎng)度為第一中心頻率處的二分之一波長(zhǎng)。利用單個(gè)諧振器的基頻和第一諧波實(shí)現(xiàn)雙頻特性。改變兩個(gè)螺旋形諧振器間的耦合間距和輸入輸出饋線的長(zhǎng)度等可以在通帶外產(chǎn)生四個(gè)傳輸零點(diǎn)。調(diào)節(jié)非對(duì)稱階躍阻抗的阻抗比和電長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)帶外寬阻帶。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的雙頻濾波器帶內(nèi)插損低、選頻特性好、體積小。 該諧振器結(jié)構(gòu)的饋電方式有兩種，一種是直接接入即抽頭饋電，一種是耦合饋電，本發(fā)明采用耦合饋電，這種饋電結(jié)構(gòu)不需加入阻抗變換器，通過(guò)調(diào)整饋線與諧振器的距離，進(jìn)而調(diào)節(jié)具體的通帶特性。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板表面的微帶線，介質(zhì)基板下表面的接地金屬鍍層；其特征在于所述介質(zhì)基板上表面微帶線由兩個(gè)相同的非對(duì)稱階躍阻抗諧振器及輸入輸出饋線組成；諧振器與諧振器折疊成螺旋結(jié)構(gòu)，并且相互弱耦合；同時(shí)輸入、輸出饋線也分別與諧振器耦合饋電。所述每個(gè)諧振器長(zhǎng)度為第一中心頻率處的二分之一波長(zhǎng)，且每個(gè)諧振器的兩端開(kāi)路。所述輸入饋線與輸出饋線成180度饋電。所述介質(zhì)基板表面的微帶線和接地金屬鍍層材料采用導(dǎo)電性能良好的金、銀或銅。所述介質(zhì)基板為介電常數(shù)& =2. 65的介質(zhì)板,該介質(zhì)板厚度A =0. 8mm。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯而易見(jiàn)的實(shí)出實(shí)質(zhì)地特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
(I)傳統(tǒng)的諧振器主要采用對(duì)稱的階躍阻抗結(jié)構(gòu)，由于對(duì)稱的階躍阻抗結(jié)構(gòu)具有兩階
不連續(xù)性，而本發(fā)明采用的非對(duì)稱階躍阻抗諧振器僅具有一階不連續(xù)性，所以減小了不連續(xù)性帶來(lái)的損耗，同時(shí)也增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性。(2)與現(xiàn)有的具有額外傳輸零點(diǎn)的雙頻濾波器相比，本發(fā)明具有更低的階數(shù)，是一個(gè)二階濾波器。卻使得通帶外有四個(gè)傳輸零點(diǎn)，使其具有高的選頻特性。同時(shí)將諧振器設(shè)計(jì)成螺旋結(jié)構(gòu)，使整個(gè)濾波器具有更小的體積。


圖I是本發(fā)明的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器結(jié)構(gòu)圖。圖2是傳統(tǒng)的對(duì)稱階躍阻抗單元結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的非對(duì)稱階躍阻抗單元結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明的螺旋形非對(duì)稱階躍阻抗諧振器結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的饋電結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明的電磁仿真頻率響應(yīng)曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
實(shí)施例一
參見(jiàn)圖I，本非對(duì)稱階躍阻抗超窄帶雙頻濾波器，包括介質(zhì)基板(2)，介質(zhì)基板(2)表面的微帶線(4)，介質(zhì)基板下表面的接地金屬鍍層(I);其特征在于所述介質(zhì)基板上表面微帶線(4)由兩個(gè)相同的非對(duì)稱階躍阻抗諧振器(A、B)及輸入輸出饋線(3，5)組成；諧振器A與諧振器B折疊成螺旋結(jié)構(gòu)，并且相互弱耦合；同時(shí)輸入、輸出饋線(3，5)也分別與諧振器(A、B)耦合饋電。 實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下
所述每個(gè)諧振器(A、B)長(zhǎng)度為第一中心頻率處的二分之一波長(zhǎng)，且每個(gè)諧振器(A、B)的兩端開(kāi)路。所述輸入饋線與輸出饋線(A、B)成180度饋電。所述介質(zhì)基板(2)表面的微帶線(4)和接地金屬鍍層(I)材料采用導(dǎo)電性能良好的金、銀或銅。所述介質(zhì)基板(2)為介電常數(shù)& =2. 65的介質(zhì)板,該介質(zhì)板厚度A =0. 8mm。實(shí)施例三
如圖I所示，為本實(shí)施例的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器結(jié)構(gòu)圖。諧振器A與諧振器B間相互耦合，可產(chǎn)生兩個(gè)傳輸零點(diǎn)。同時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)諧振器間的距離改變傳輸零點(diǎn)的位置以及通帶特性。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，最終確定該微帶超窄帶雙頻濾波器的具體尺寸如下
Ll=3. 6mm，L2=5 mm, L3=5. 6 mm, L4=5 mm, L5=4. 2 mm, L6=3. 2 mm, L7=4 mm,L8=2. 6 mm, L9=2. 2 mm, L10=2 mm, Lll=L 6 mm, L12=l. 2 mm, L13=0. 6 mm,L14=6 mm, L15=4. 8 mm, L16=6. 8 mm, Wl=L 8 mm, W2=0. 4 mm, W3=2 mm,dl=d2=0. 4 mm?；谏鲜龇椒ㄔO(shè)計(jì)了一種用于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的雙頻濾波器，其中心頻率為
2.4GHz /5. 22GHz，相應(yīng)的相對(duì)帶寬分別約為2%/1. 3%，通過(guò)電磁仿真軟件Sonnet進(jìn)行仿真，優(yōu)化。本實(shí)施例的非對(duì)稱階躍阻抗單元結(jié)構(gòu)圖3所示，它由傳統(tǒng)的對(duì)稱階躍阻抗單元結(jié)構(gòu)圖2改變而成的。采用圖3結(jié)構(gòu)可減小諧振器中由階躍不連續(xù)性引起的損耗問(wèn)題。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)帶外寬阻帶，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的阻抗比和電長(zhǎng)度。如圖4所示，為本實(shí)施例提出的螺旋形非對(duì)稱階躍阻抗諧振器結(jié)構(gòu)圖。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明其中一個(gè)目的即小型化，特將非對(duì)稱階躍阻抗諧振器設(shè)計(jì)成螺旋形。如圖5所示，為本實(shí)施例的饋電結(jié)構(gòu)圖。由于采用平行耦合饋電，不需要加入阻抗變換器，而抽頭饋電需考慮阻抗變換，因此，耦合饋電有利于濾波器的小型化。同時(shí)輸入端與輸出端成180度饋電，使濾波器帶外額外產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)。圖6顯示了該超窄帶雙頻濾波器仿真結(jié)果圖。仿真結(jié)果表明無(wú)論是帶內(nèi)特性還是帶外抑制，本發(fā)明具有很好的優(yōu)越性。兩個(gè)通帶附近有四個(gè)傳輸零點(diǎn)，帶外衰減陡峭，提高了濾波器的選頻特性。帶外抑制也因?yàn)槎鄠€(gè)傳輸零點(diǎn)而變得更好，并且濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小。以上仿真結(jié)果表明
(1)兩個(gè)通帶的3dB帶寬分別為50MHz和70MHz，插入損耗小于0.IdB ；
(2)兩個(gè)通帶帶內(nèi)回波損耗分別達(dá)到_37dB、34dB，通帶特性好。(3)通帶截止邊沿陡峭，在第一通帶下頻段I. 86GHz、2. 32GHz處有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別降到了 82dB、-70dB。在第二通帶兩側(cè)4. 92GHz、5. 36GHz處也有傳輸零點(diǎn)。分別降到了 -64dB、-60dB。(4 )在實(shí)現(xiàn) 帶內(nèi)、帶外性能良好的同時(shí)，也得到結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、小型化、損耗小等優(yōu)點(diǎn)的超窄帶雙頻濾波器。
權(quán)利要求
1.一種基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，包括介質(zhì)基板(2)，介質(zhì)基板(2)表面的微帶線(4)，介質(zhì)基板下表面的接地金屬鍍層(I);其特征在于所述介質(zhì)基板上表面微帶線(4)由兩個(gè)相同的非對(duì)稱階躍阻抗諧振器(A、B)及輸入輸出饋線(3，5)組成；諧振器A與諧振器B折疊成螺旋結(jié)構(gòu)，并且相互弱耦合；同時(shí)輸入、輸出饋線(3，5)也分別與諧振器(A、B)耦合饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，其特征在于所述每個(gè)諧振器(A、B)長(zhǎng)度為第一中心頻率處的二分之一波長(zhǎng)，且每個(gè)諧振器(A、B)的兩端開(kāi)路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，其特征在于所述輸入饋線與輸出饋線(A、B)成180度饋電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，其特征在于所述介質(zhì)基板(2)表面的微帶線(4)和接地金屬鍍層(I)材料采用導(dǎo)電性能良好的金、銀或銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，其特征在于所述介質(zhì)基板(2)為介電常數(shù)=2. 65的介質(zhì)板,該介質(zhì)板厚度A =0. 8_。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于非對(duì)稱階躍阻抗諧振器的超窄帶雙頻濾波器，包括介質(zhì)基板，介質(zhì)基板上表面微帶線，介質(zhì)基板下表面的接地金屬鍍層。介質(zhì)基板上表面微帶線由兩個(gè)相同的非對(duì)稱階躍阻抗諧振器A、B及輸入輸出饋線組成。諧振器A與諧振器B折疊成螺旋形狀，并且相互弱耦合，輸入、輸出饋線也分別與諧振器A、諧振器B耦合饋電。本發(fā)明實(shí)施例中的雙頻濾波器體積小、選頻特性好，在通帶內(nèi)具有低插損，在帶外具有高衰減，可用于無(wú)線通信系統(tǒng)中超窄帶小型化雙頻濾波器的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H01P7/08GK102623775SQ201210116440
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者儲(chǔ)君君, 李好, 王業(yè)清, 肖中銀, 黃春艷 申請(qǐng)人:上海大學(xué)