專利名稱：高抑制帶阻濾波器和使用這種濾波器的雙工器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種高抑制帶阻濾波器，更具體地涉及ー種印刷技術(shù)中的帶阻濾波器。本發(fā)明還涉及使用這種濾波器的雙エ器。
背景技術(shù)：
在家庭環(huán)境中的高比特率多媒體網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)，存在能夠在諸如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、平板電腦或智能電話之類的各種可用的多媒體設(shè)備上具有數(shù)字內(nèi)容的增長(zhǎng)的需求。因此，看上去有必要使這些設(shè)備具有能夠同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)和多媒體應(yīng)用的并行雙頻帶無(wú)線接入。當(dāng)前，一些產(chǎn)品在2. 4GHz和5GHz頻帶中提供并行無(wú)線接入(WiFi)。在這種情況 下，將2. 4GHz頻帶分配給標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或視頻的傳輸，而將5GHz頻帶分配給高清流或高分辨率游戲的傳輸。但是，2. 4GHz WiFi頻帶僅具有3個(gè)相鄰(adjacent)信道，而5GHz WiFi頻帶具有24個(gè)信道。確保在兩個(gè)連續(xù)(contiguous) 5GHz頻帶中并行功能的WiFi接入點(diǎn)使得未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)容分發(fā)能夠被顯著地改進(jìn)并且限制潛在的干擾問(wèn)題。但是，存在于相同頻帶(S卩，5GHz頻帶)中共享具有兩個(gè)并行無(wú)線電電路的天線的單個(gè)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)在于，兩個(gè)有源電路之間的隔離能力，由于兩個(gè)頻帶實(shí)際上連續(xù)，因此這種挑戰(zhàn)變得更加顯著。在這種情況下，需要非常高抑制的外部濾波器以確保正確并行功能的充分隔離。但是，當(dāng)前不存在操作于5GHz頻帶上使得能夠獲得40dB量級(jí)的隔離的濾波設(shè)備。在有源濾波器上進(jìn)行的分析已經(jīng)展示出主要由于它們的線性造成的局限性。已經(jīng)仿真了具有混合結(jié)構(gòu)、無(wú)源元件和微帶的低通/高通類型的拓?fù)洹Ｔ摲抡骘@示出需要大量的極點(diǎn)以確保所需的性能，這導(dǎo)致復(fù)雜的濾波器。為了限制極點(diǎn)的數(shù)量，已經(jīng)努力為兩個(gè)5GHz WiFi頻帶中的每ー個(gè)，低頻帶的頻帶5. 15-5. 35GHz或高頻帶的5. 45-5. 72GHz，產(chǎn)生對(duì)稱響應(yīng)帶阻類型濾波器，挑戰(zhàn)是確保在分離這兩個(gè)頻帶的120MHz中的40dB的抑制。為了產(chǎn)生響應(yīng)于以上準(zhǔn)則的非対稱響應(yīng)帶阻濾波器，該工作是基于HusseinNasser Hamad Shaman 在 Heriot-Watt 大學(xué) 2008 年 8 月的標(biāo)題為 “Advance ultrawideband(UWB)microwave filter for modern wireless communication，，的論又;is打的石開(kāi)究。在這個(gè)描述不同類型的超寬帶微波濾波器的論文中，Shaman比較了由傳輸線和“短截線(stub)”形成的多樣結(jié)構(gòu)的帶寬有關(guān)的性能。如圖I所示，Shaman比較了以下性能A)常規(guī)的開(kāi)路的短截線，即，具有被稱為“輸入端”的輸入端子和被稱為“輸出端”的輸出端子的傳輸線1，長(zhǎng)度λ/4的短截線2，其中λ與操作頻率對(duì)應(yīng)，傳輸線具有寬度Wc而短截線具有更窄的寬度Ws，B)如圖I所示，“支線(SPUR-LINE)”圖案，傳輸短截線3包括輸入點(diǎn)“輸入端”和輸出點(diǎn)“輸出端”，這條線配備有切割了長(zhǎng)度λ /4的短截線3a的縫隙4，該縫隙具有寬度G，短截線3a具有寬度Ws并且傳輸線3’具有寬度Wc。
C)被稱作“嵌入式開(kāi)路短截線”的插入到微帶線中的開(kāi)路的短截線，如圖I所示，經(jīng)由具有輸入端“input”和輸出端“output”的傳輸線5產(chǎn)生這個(gè)短截線，其中通過(guò)以U形蝕刻傳輸線5獲得實(shí)現(xiàn)短截線6，以這樣的方式形成具有長(zhǎng)度λ /4和寬度Ws的短截線6，其中λ是操作頻率的波長(zhǎng)，而傳輸線具有寬度Wc并且U蝕刻形成寬度為G的縫隙。三個(gè)實(shí)施例Α、B、C的仿真提供了在圖I的右邊示出的反射曲線Sll和傳輸曲線S21。如這些曲線所示，可以看出以實(shí)施例C (即開(kāi)路短截線)可以獲得更大的抑制。如圖I中C所示，進(jìn)行使用兩個(gè)諧振器形成帶阻濾波器的補(bǔ)充研究。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)?，兩個(gè)諧振器如圖2所示同向串聯(lián)或者如圖3所示首尾相接串聯(lián)而安裝。更具體地，圖2中所示的同向串聯(lián)的兩個(gè)諧振器構(gòu)成的帶阻濾波器由以下實(shí)現(xiàn)在具有導(dǎo)電層的基板10上實(shí)現(xiàn)同向串聯(lián)安裝的第一諧振器Ila和第二諧振器11b，這兩個(gè)諧振器Ila和Ilb經(jīng)由耦合線12互連。這些諧振器可以通過(guò)元素(elemental符號(hào)表示，并且耦合線以表示諧振器之間的耦合相位的元素Phi符號(hào)表示。同樣地，圖3中，示出了首尾相接串聯(lián)的兩個(gè)諧振器形成的帶阻濾波器。因此，在配備導(dǎo)電層的基板20上，產(chǎn)生經(jīng)由耦合線22互連的第一諧 振器21a和關(guān)于諧振器21a首尾相接安裝的第二諧振器21b。仿真圖2和圖3的兩個(gè)實(shí)施例，為耦合線12或22提供使得能夠修改諧振器間的耦合相位的不同長(zhǎng)度。圖2和3示出的曲線示出了諧振器間相位耦合修改引起了反射零點(diǎn)的位移，而沒(méi)有修改傳輸?shù)捻憫?yīng)。根據(jù)要抑制的5GHz頻帶,稱合的這種特定的非交互的表現(xiàn)(non-reciprocal behaviour)可以被用于在右側(cè)或者左側(cè)增加帶阻濾波器的陡度(steepness)?？梢钥闯鲋C振器間耦合的長(zhǎng)度的調(diào)整與將反射零點(diǎn)之一移位到靠近期望截止頻率相同，并且取決于串聯(lián)的諧振器是如圖2中的同向還是如圖3中的首尾相接而而獲得相反的表現(xiàn)。因此利用這個(gè)有趣的特性來(lái)設(shè)計(jì)非対稱響應(yīng)帶阻濾波器，根據(jù)對(duì)左側(cè)翼(leftflank)或右側(cè)翼的選擇性，這將用于以同向串聯(lián)的諧振器形成的濾波器或以首尾相接串聯(lián)的濾波器形成的濾波器。但是，如圖2和圖3描述的若干諧振器的實(shí)現(xiàn)方式不能夠獲得易于使用的帶阻濾波器。由于每個(gè)諧振器被鎖定在λ/4，所以獲得的濾波器具有顯著的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提出了一種新的帶阻濾波器結(jié)構(gòu)，其使用被插入到傳輸線、尤其是微帶線中的開(kāi)路的短截線構(gòu)成的諧振器，所述帶阻濾波器結(jié)構(gòu)具有操作頻帶，即，在特定實(shí)施例中的5GHz中的顯著抑制，并且還緊湊。本發(fā)明的目的因此在于一種非對(duì)稱響應(yīng)帶阻濾波器，包括具有接地面的基板，在輸入端子和輸出端子之間延伸的蝕刻傳輸線，以及至少兩個(gè)諧振器，每個(gè)諧振器由印刷線的一部分或開(kāi)路的“短截線”構(gòu)成，被嵌入到印刷傳輸線中，其特征在于，所述至少兩個(gè)諧振器并排在一起位于所述基板上，并且以相同的方向或首尾相接串聯(lián)而互連。諧振器的平行位置使得能夠獲得緊湊的濾波器。與標(biāo)準(zhǔn)微帶類型拓?fù)湎喾?，本結(jié)構(gòu)具有共面?zhèn)鞑ツＪ剑⑶易鳛榻Y(jié)果，在各個(gè)諧振器之間沒(méi)有耦合出現(xiàn)，場(chǎng)在短截線和相關(guān)聯(lián)的縫隙之間保持集中。根據(jù)本發(fā)明的另ー特征，根據(jù)所需抑制電平來(lái)計(jì)算構(gòu)成濾波器的諧振器的數(shù)量。此外，將兩個(gè)諧振器互連的傳輸線的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于在考慮相同的方向串聯(lián)連接的情況下頻率的小于20°、而在首尾相接串聯(lián)連接情況下90°的耦合長(zhǎng)度。
此外，為了能夠進(jìn)一步減少基板的表面，所述基板是諸如被稱為Arlon25N的基板之類的低損耗基板。使用的基板還可以是諸如被稱為Rogers的R04003的基板之類的標(biāo)準(zhǔn)
超聞?lì)l基板。本發(fā)明還涉及能夠在相鄰頻帶中操作的雙エ器，其特征在于，其包括兩個(gè)如上所述的非対稱響應(yīng)帶阻濾波器，所述兩個(gè)濾波器經(jīng)由確保它們的相互隔離的互連線而互連，一個(gè)濾波器在操作頻帶的高頻帶中操作，另ー個(gè)濾波器在低頻帶中操作。優(yōu)選地，在高頻帶中操作的濾波器包括首尾相接串聯(lián)互連的諧振器并且在低頻帶中操作的濾波器包括相同的方向串聯(lián)互連的諧振器。


在閱讀不同實(shí)施例的描述時(shí)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)，本描述參照附圖來(lái)實(shí)現(xiàn)，附圖中已經(jīng)被描述的圖I圖解地表示諧振器的不同實(shí)施例以及根據(jù)頻率它們的傳輸曲線和反射曲線。已經(jīng)被描述的圖2示出包括順向(direct direction)串聯(lián)安裝的兩個(gè)開(kāi)路“短截線”類型諧振器的帶阻濾波器的第一實(shí)施例，以及對(duì)于提供相位的不同長(zhǎng)度的耦合線的傳輸曲線。已經(jīng)被描述的圖3示出由首尾相接串聯(lián)安裝的兩個(gè)開(kāi)路“短截線”類型諧振器形成的帶阻濾波器的另ー實(shí)施例，以及兩個(gè)諧振器之間的不同長(zhǎng)度的耦合線的傳輸曲線。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的高抑制帶阻濾波器的第一實(shí)施例、以及所述濾波器的反射曲線和傳輸曲線。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的高抑制帶阻濾波器的第二實(shí)施例、以及所述濾波器的反射和傳輸曲線。圖6示出圖5的實(shí)施例的、根據(jù)構(gòu)成帶阻濾波器的諧振器的數(shù)量的反射曲線和傳輸曲線。圖7示出根據(jù)圖4和圖5的實(shí)施例的由兩個(gè)帶阻濾波器構(gòu)成的雙エ器的實(shí)施例、以及它們的反射曲線和傳輸曲線。圖8 Ca)和8 (b)分別示出帶阻濾波器和雙エ器的特定實(shí)施例的測(cè)量的響應(yīng)。
具體實(shí)施例方式圖4中，示出了根據(jù)本發(fā)明的高抑制帶阻濾波器的第一實(shí)施例。圖4的左側(cè)圖解地示出了濾波器的結(jié)構(gòu)，而圖4的右側(cè)提供了對(duì)于該濾波器的仿真的傳輸曲線和反射曲線。如左側(cè)所示，在具有導(dǎo)電層的基板30上，以一起平行級(jí)聯(lián)安裝而實(shí)現(xiàn)四個(gè)諧振器31a、31b、31c和31d。如對(duì)于圖I的實(shí)施例C進(jìn)行的描述，每個(gè)諧振器31a、31b、31c和31d通過(guò)在傳輸線上蝕刻的長(zhǎng)度λ/4的短截線而形成。在圖4的實(shí)施例中，諧振器31a通過(guò)耦合短截線32a與諧振器31b同向串聯(lián)連接，耦合短截線32a的長(zhǎng)度確定耦合相位。類似地，諧振器31b通過(guò)耦合線32b與諧振器31c同向串聯(lián)連接，并且諧振器31c通過(guò)耦合線32c與諧振器31d連接。將耦合線32a、32b、32c的長(zhǎng)度選擇地盡可能小，這使得在兩個(gè)WiFi頻帶過(guò)渡時(shí)能夠增強(qiáng)(accentuate)濾波器的陡度，如參照?qǐng)D2所解釋的。在端ロ I的級(jí)上(level)實(shí)現(xiàn)濾波器輸入端并且在端ロ 2的級(jí)上實(shí)現(xiàn)濾波器的輸出端。在圖4的右側(cè)示出了圖4的濾波器的電磁仿真。圖4的濾波器尤其適配用于在低頻帶中操作，即，在所示的實(shí)施例中，在5. 15 - 5. 35GHz之間包括的頻帶中操作。其在傳輸曲線的右側(cè)具有更加陡峭的邊緣。因此，這個(gè)濾波器類型將被用作低頻帶濾波器。現(xiàn)在將參照?qǐng)D5給出根據(jù)本發(fā)明的高抑制帶阻濾波器的另ー實(shí)施例的描述。在該圖中，如在圖4中，左側(cè)圖解地示出了濾波器結(jié)構(gòu)，而右側(cè)示出了所述濾波器的仿真的傳輸曲線和反射曲線。
如左側(cè)所示，在具有導(dǎo)電層的基板40上，以級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四個(gè)諧振器41a、41b、41c和41d。在這個(gè)實(shí)施例中，四個(gè)諧振器首尾相接串聯(lián)安裝。與圖4的實(shí)施例相似，諧振器41a、41b、41c和41d的每個(gè)由傳輸線上蝕刻的長(zhǎng)度λ/4的短截線而形成。如圖中所示，兩個(gè)諧振器41a、41b經(jīng)由耦合線42a首尾相接互連，耦合線42a的長(zhǎng)度確定耦合相位。同樣地，諧振器41b經(jīng)由耦合線42b與諧振器41c互連，并且諧振器41c經(jīng)由耦合線42c與諧振器41d互連。在端ロ I的級(jí)上實(shí)現(xiàn)濾波器輸入端并且在端ロ 2的級(jí)上實(shí)現(xiàn)濾波器輸出端。在圖5的濾波器上進(jìn)行的電磁仿真提供了圖5的右側(cè)示出的反射曲線和傳輸曲線。在這種情況下，在傳輸曲線的左側(cè)觀察到陡峭的邊緣并且在5. 470和5. 720GHz之間傳輸為零。該濾波器結(jié)構(gòu)主要用作5GHz頻帶的高頻帶的帶阻濾波器。如圖5的曲線所示，可以看出在包括首尾相接串聯(lián)安裝的四個(gè)諧振器的濾波器的情況下，獲得了 -20dB或大約-20dB的抑制電平。在將這個(gè)濾波器用于隔離兩個(gè)連續(xù)頻帶的情況下，這個(gè)抑制電平一般不足以確保所需的隔離性能指標(biāo)(performance level)。作為結(jié)果，如圖6所示，以研究濾波器的傳輸響應(yīng)的方式改變諧振器的數(shù)量來(lái)仿真由首尾相接串聯(lián)的諧振器形成的高抑制帶阻濾波器的性能指標(biāo)。如圖6左側(cè)所示，仿真了包括六個(gè)首尾相接安裝的諧振器的帶阻濾波器，而在右側(cè)示出具有如圖5的首尾相接安裝的四個(gè)諧振器的帶阻濾波器的傳輸曲線和反射曲線。所獲得的曲線示出了以包括首尾相接串聯(lián)安裝的六個(gè)諧振器的帶阻濾波器獲得了更大的抑制電平。以上獲得的結(jié)果用于產(chǎn)生使得在并行雙無(wú)線電架構(gòu)中能夠共享同一天線系統(tǒng)的雙エ器。如圖7的右側(cè)所示，在具有導(dǎo)電層的基板50上構(gòu)成雙エ器，由首尾相接串聯(lián)的六個(gè)諧振器形成的第一濾波器51使得能夠獲得高頻帶濾波器。該諧振器51經(jīng)由微帶線53與提供低頻帶濾波器的順向串聯(lián)的四個(gè)諧振器形成的帶阻濾波器52連接，使諧振器51和52互連的微帶線使得能夠在兩個(gè)帶阻濾波器之間確保相互隔離。對(duì)圖7的雙エ器進(jìn)行仿真，并且圖7的上部的曲線提供了兩個(gè)濾波器的傳輸響應(yīng)，而圖7下部的曲線提供了兩個(gè)濾波器的反射響應(yīng)?？梢钥闯?，因此在大約5. 15GHz獲得低頻帶抑制，并且在5. 5-5. 7GHz范圍內(nèi)獲得高頻帶抑制，具有-30和_40dB之間包括的抑制電平。注意到低頻帶中的抑制頻帶的帶寬比高頻帶中的要低。這個(gè)現(xiàn)象與諧振器的結(jié)構(gòu)差異有關(guān)，即，在通向或首尾相接中，導(dǎo)致不同的耦合。第二曲線圖描述了抑制濾波器的帶寬中的適配，對(duì)于低頻帶濾波器是IOdB量級(jí)，并且對(duì)于高頻帶濾波器是大于15dB量級(jí)。為了完成該研究，使用基板來(lái)制造印刷電路，該基板稱為Arlon公司的25N,ε r=3. 38,TgD=O. 0027。為了限制導(dǎo)電損耗,省去鎳金(nickel-gold)類型表面處理。在這個(gè)基板上產(chǎn)生諸如圖4和5中描述的帶阻濾波器以及如圖7中描述的雙エ器。因此以這些不同的電路實(shí)現(xiàn)傳輸和反射的測(cè)量并且在圖8中示出測(cè)量結(jié)果，Ca)部分針對(duì)濾波器并且(b)部分針對(duì)雙エ器。對(duì)于雙エ器，因此觀察到對(duì)于5和5. 2GHz之間的低頻帶的抑制以及5. 3和5. 8GHz之間的高頻帶抑制，具有大于_30dB的抑制電平。圖8a描述了對(duì)于每個(gè)帶阻濾波器的、通過(guò)測(cè)量和通過(guò)電磁仿真獲得的比較結(jié)果，圖8b描述了雙エ器的2個(gè)信道的反 射和傳輸響應(yīng)。以上描述的實(shí)施例作為示例提供。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然地可以修改它們，尤其是關(guān)于諧振器的數(shù)量、用于基板或傳輸線的材料、操作頻帶，等等。
權(quán)利要求
1.一種非對(duì)稱響應(yīng)帶阻濾波器，包括具有接地面的基板(30，40)，在輸入端子(端口I)和輸出端子(端口 2)之間延伸的傳輸線，以及至少兩個(gè)諧振器(31a，31b，31c，31d;41a，41b, 41c, 41d)，每個(gè)諧振器由被嵌入到印刷傳輸線中的印刷線的一部分或開(kāi)路的“短截線”構(gòu)成，其特征在于，所述至少兩個(gè)諧振器并排在一起位于所述基板上并且以相同的方向或首尾相接串聯(lián)而互連(32a，32b, 32c;42a, 42b, 42c)。
2.如權(quán)利要求I所述的帶阻濾波器，其特征在于，構(gòu)成濾波器的諧振器的數(shù)量是根據(jù)所需的抑制電平而計(jì)算的。
3.如權(quán)利要求I或2之一所述的帶阻濾波器，其特征在于，將兩個(gè)諧振器互連的傳輸線(32a, 32b, 32c; 42a, 42b, 42c)的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于在相同的方向串聯(lián)連接情況下小于20°的耦合長(zhǎng)度以及在首尾相接串聯(lián)連接情況下90°的耦合長(zhǎng)度。
4.如權(quán)利要求I至3中的一項(xiàng)所述的帶阻濾波器，其特征在于，所述基板是低損耗基板，諸如被稱為ARLON 25N的基板。
5.一種能夠在相鄰頻帶中操作的雙工器，其特征在于，其包括兩個(gè)如權(quán)利要求I到4所述的非對(duì)稱響應(yīng)帶阻濾波器(51，52)，所述兩個(gè)濾波器串聯(lián)安裝(53)，一個(gè)濾波器在高頻帶中操作，另一個(gè)濾波器在低頻帶中操作。
6.如權(quán)利要求5所述的雙工器，其特征在于，在高頻帶中操作的濾波器(51)包括以首尾相接串聯(lián)互連的六個(gè)諧振器，并且在于，在低頻帶中操作的濾波器(52)包括以相同的方向串聯(lián)互連的四個(gè)諧振器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高抑制帶阻濾波器以及使用這種濾波器的雙工器。所述帶阻濾波器包括具有接地面的基板(30)，在輸入端(端口1)和輸出端(端口2)之間延伸的傳輸線，并且包括由嵌入到傳輸線中的印制的開(kāi)路“短截線”形成的若干諧振器(31a,31b,31c,31d)，所述諧振器位置并排在一起并且以同向或首尾相接串聯(lián)而互連(32a,32b,32c)。所述濾波器對(duì)于在兩個(gè)并行頻帶中操作的移動(dòng)設(shè)備尤其有用。
文檔編號(hào)H01P1/20GK102856613SQ201210225149
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者J-L.羅伯特, D.羅西尼唐, A.洛奇爾, P.米娜德, J-Y.萊瑙爾 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司