一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，包括輸入輸出端口、第一傳輸主路徑、第二傳輸主路徑，第一傳輸主路徑由一段傳輸線構(gòu)成，其兩端分別與輸入輸出端口連接；第二傳輸主路徑由并聯(lián)的第一子路徑和第二子路徑構(gòu)成，第一子路徑主要由第一傳輸線、第一耦合線、第二傳輸線依次級(jí)聯(lián)而成；第二子路徑主要由第二耦合線、第三耦合線、第四耦合線依次級(jí)聯(lián)而成，第三耦合線端短路；第二耦合線和第四耦合線經(jīng)過(guò)折疊后與第一耦合線和第三耦合線級(jí)聯(lián)，第一傳輸線與第二耦合線重疊，第二傳輸線與第四耦合線重疊。本發(fā)明使得設(shè)計(jì)更加靈活，阻帶內(nèi)傳輸零點(diǎn)通過(guò)不同路徑實(shí)現(xiàn)獨(dú)立可控，具陡峭的滾降特性和小型化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波通信的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻 濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了射頻微波器件的發(fā)展。帶阻濾波器作為通信系 統(tǒng)重要的組成部分，能抑制特定頻段的雜散信號(hào)，消除信號(hào)干擾，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)通信 系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵作用。另一方面，為了最大效率地利用有限的頻譜資源，越來(lái)越多的 無(wú)線系統(tǒng)都工作在雙頻段。雙頻帶阻濾波器具有雙邊帶頻率抑制、較低通帶差損和群時(shí)延 的特點(diǎn)，與單頻帶阻濾波器相比，通信系統(tǒng)的頻譜利用率大為提高，系統(tǒng)的功耗、尺寸也大 為降低。
[0003] 雙頻帶阻濾波器當(dāng)前已經(jīng)得到了廣泛的研究，也提出了一些不同的設(shè)計(jì)方法，如 下：
[0004] 1、基于頻率變換
[0005] 2004年，Jiro Hirokawa和Makoto Ando 等人在 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 上發(fā)表題為 "Dual-band-rejection filter for distortion reduction in RF transmitters"的文章中，提出了一種在低通原型的基礎(chǔ)上通過(guò)頻率變換 得到雙阻帶的方法，結(jié)構(gòu)如圖8a所示，圖8b是它的仿真測(cè)量結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)的性能很大程 度上取決于兩個(gè)耦合的短路耦合枝節(jié)。
[0006] 2、基于多模諧振
[0007] 2〇〇7 年，Kuo-Sheng Chin 等人在 IEEE Microwave and Wireless Components Letters上發(fā)表的題為"Compact dual-band bandstop filters using stepped-impedance resonators"的文章中，提出在傳統(tǒng)枝節(jié)線單頻帶阻濾波器的基礎(chǔ)上，使用兩個(gè)開(kāi)路的階梯 阻抗枝節(jié)（SIR)替代均勻阻抗枝節(jié)，結(jié)構(gòu)如圖9a所示，從而實(shí)現(xiàn)雙阻帶響應(yīng)。圖9b給出了 它的仿真測(cè)量結(jié)果，可以看到帶外回波損耗需要改善。
[0008] 2012 年，國(guó)內(nèi)學(xué)者章秀銀等人在 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology 上發(fā)表的 "Dual-band bandstop filter using open and short stub-loaded resonators"文章中，使用了短路枝節(jié)加載的諧振器來(lái)設(shè)計(jì)雙頻帶阻 濾波器，如圖l〇a所示。它的偶模諧振模式被用來(lái)形成第一阻帶，而奇模諧振模式被抑制， 同時(shí)使用三次偶模諧波模式形成第二阻帶。從圖l〇b中所示仿真測(cè)試曲線來(lái)看，由于通帶 僅有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，其阻帶選擇性有待改善。
[0009] 3、多路徑信號(hào)干擾
[0010] 多路徑信號(hào)干擾是利用路徑相位差180°來(lái)形成帶阻響應(yīng)。2013年國(guó)內(nèi)學(xué)者車(chē) 文壟等在 Electronics Letters 發(fā)表的表題為 "Dual-wideband bandstop filter using transversal signal-interaction concept"的文章中利用包含枝節(jié)和稱(chēng)合線的雙路徑設(shè) 計(jì)了一款寬帶雙頻帶阻濾波器，其結(jié)構(gòu)和測(cè)量結(jié)果分別如圖11a和lib所示。可以看到通 帶選擇性較高，然而阻帶抑制和帶外回波損耗僅能達(dá)到10dB。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶 阻濾波器，使得設(shè)計(jì)變得更加靈活，實(shí)現(xiàn)了阻帶內(nèi)傳輸零點(diǎn)獨(dú)立可控、較高的陡峭性、良好 的帶外回波損耗以及小型化。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻 帶阻濾波器，包括有輸入輸出端口、第一傳輸主路徑、第二傳輸主路徑，其中，所述第一傳輸 主路徑由一段傳輸線構(gòu)成，其兩端分別與輸入輸出端口連接；所述第二傳輸主路徑由并聯(lián) 的第一子路徑和第二子路徑構(gòu)成，所述第二子路徑外鑲在第一子路徑的外部或內(nèi)嵌在第一 子路徑的內(nèi)部；所述第一子路徑由耦合的開(kāi)路枝節(jié)構(gòu)成，主要由第一傳輸線、第一耦合線、 第二傳輸線依次級(jí)聯(lián)而成；所述第二子路徑由耦合的短路枝節(jié)構(gòu)成，主要由第二耦合線、第 三耦合線、第四耦合線依次級(jí)聯(lián)而成，且所述第三耦合線端短路；所述第二耦合線和第四耦 合線經(jīng)過(guò)折疊后與第一耦合線和第三耦合線級(jí)聯(lián)，所述第一傳輸線與第二耦合線重疊，所 述第二傳輸線與第四耦合線重疊。
[0013] 所述第一傳輸主路徑的傳輸線電長(zhǎng)度為Θ i，阻抗為Zi ;所有短路和開(kāi)路枝節(jié)總電 長(zhǎng)度也為，電長(zhǎng)度為頻率0.5(4+?)下四分之波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，fi、f2S帶阻濾波器的 中心頻率，短路及開(kāi)路枝節(jié)耦合部分的電長(zhǎng)度為θ 3，短路和開(kāi)路枝節(jié)折疊耦合部分的電長(zhǎng) 度均為Θ 2，總電長(zhǎng)度Θ i = θ 3+ Θ 2。
[0014] 所有耦合線均使用等線寬度的雙線耦合傳輸線傳輸。
[0015] 所述第三耦合線端短路采用金屬通孔，加載有帶金屬過(guò)孔的焊盤(pán)。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0017] 1、傳統(tǒng)使用信號(hào)干擾設(shè)計(jì)的雙頻帶阻濾波器多使用雙路徑，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出 通過(guò)在折疊耦合的開(kāi)路枝節(jié)外鑲或內(nèi)嵌耦合的短路枝節(jié)實(shí)現(xiàn)三條路徑，使得設(shè)計(jì)更加靈活 及小型化；
[0018] 2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙頻帶阻濾波器阻帶內(nèi)的傳輸零點(diǎn)通過(guò)不同路徑實(shí)現(xiàn)獨(dú)立可控， 克服了傳統(tǒng)雙路徑信號(hào)干擾設(shè)計(jì)雙頻帶阻濾波器時(shí)傳輸零點(diǎn)不可獨(dú)立控制的問(wèn)題；
[0019] 3、本發(fā)明的雙頻帶阻濾波器帶外回波損耗可以改善到20dB，阻帶間抑制水平達(dá)到 25dB，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高的陡峭性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明所述雙頻帶阻濾波器的原理圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明所述雙頻帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為雙頻帶阻濾波器的路徑相位圖。
[0023] 圖4為雙頻帶阻濾波器隨參數(shù)Z。。和Θ 3的特性曲線圖。
[0024] 圖5為雙頻帶阻濾波器的隨參數(shù)Zi的特性曲線圖。
[0025] 圖6為雙頻帶阻濾波器的實(shí)物圖。
[0026] 圖7為雙頻帶阻濾波器的仿真測(cè)量結(jié)果圖。
[0027] 圖8a為【背景技術(shù)】中Jiro Hirokawa和Makoto Ando等人的雙頻帶阻濾波器的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0028] 圖8b為圖8a所示結(jié)構(gòu)的仿真測(cè)量結(jié)果圖。
[0029] 圖9a為【背景技術(shù)】中Kuo-Sheng Chin等人的雙頻帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖9b為圖9a所示結(jié)構(gòu)的仿真測(cè)量結(jié)果圖。
[0031] 圖10a為【背景技術(shù)】中國(guó)內(nèi)學(xué)者章秀銀等人的雙頻帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖10b為圖10a所示結(jié)構(gòu)的仿真測(cè)量結(jié)果圖。
[0033] 圖11a為【背景技術(shù)】中國(guó)內(nèi)學(xué)者車(chē)文荃等人的雙頻帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖lib為圖11a所示結(jié)構(gòu)的仿真測(cè)量結(jié)果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036] 本發(fā)明所述的采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，在傳統(tǒng)開(kāi)路枝節(jié)單頻帶阻 濾波器的基礎(chǔ)上，通過(guò)折疊耦合兩個(gè)開(kāi)路枝節(jié)并外鑲（或內(nèi)嵌）兩個(gè)折疊耦合的短路諧振 器，在不增加濾波器尺寸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三條路徑。本發(fā)明設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以是微帶、同軸線或其 它結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例選用微帶結(jié)構(gòu)，雙頻帶阻濾波器包含上層的微帶線結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板 和下層的接地金屬貼片以及通過(guò)中間層連接上、下兩層的金屬通孔。
[0037] 如圖1和圖2所示，所述的雙頻帶阻濾波器包括有輸入輸出端口 1、第一傳輸主路 徑pathl、第二傳輸主路徑，其中，所述第一傳輸主路徑pathl由一段傳輸線2構(gòu)成，傳輸線 電長(zhǎng)度為Θ i，阻抗為Zi，其兩端分別與輸入輸出端口 1連接，所述輸入輸出端口傳輸線阻抗 為50Ω ;所述第二傳輸主路徑由并聯(lián)的第一子路徑path21和第二子路徑path22構(gòu)成，所 述第二子路徑path22外鑲在第一子路徑path21的外部或內(nèi)嵌在第一子路徑path21的內(nèi) 部；所述第一子路徑path21由耦合的開(kāi)路枝節(jié)構(gòu)成，主要由第一傳輸線3、第一耦合線4、第 二傳輸線5依次級(jí)聯(lián)而成；所述第二子路徑path22由耦合的短路枝節(jié)構(gòu)成，主要由第二耦 合線6、第三耦合線7、第四耦合線8依次級(jí)聯(lián)而成，且所述第三耦合線7端短路；所述第二 耦合線6和第四耦合線8經(jīng)過(guò)折疊后與第一耦合線4和第三耦合線7級(jí)聯(lián)；所有耦合線均 使用等線寬度的雙線耦合傳輸線傳輸；所述第一傳輸線3與第二耦合線6重疊，所述第二傳 輸線5與第四耦合線8重疊；所述第三耦合線7端短路采用金屬通孔，加載有帶金屬過(guò)孔9 的焊盤(pán)10。所有短路和開(kāi)路枝節(jié)總電長(zhǎng)度也為，與第一傳輸主路徑 pathl的傳輸線電 長(zhǎng)度一樣，電長(zhǎng)度Θ i為頻率的0. 5(f\+f2)下的四分之波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，f\、f2為帶阻濾波器 的中心頻率，短路及開(kāi)路枝節(jié)耦合部分的電長(zhǎng)度為θ 3，短路和開(kāi)路枝節(jié)折疊耦合部分的電 長(zhǎng)度均為θ2，總電長(zhǎng)度θ1= θ3+θ2，在本實(shí)施例中所有耦合線部分均具有相同的奇模阻 抗Ζ。。、偶模阻抗Ζ%和耦合系數(shù)Κ，Κ= (2。6-2。。)八2。6+2。。)，當(dāng)然也可以采用不等參數(shù)的耦合 線，這根據(jù)實(shí)際情況決定。
[0038] 圖3給出了不同路徑的相位圖，從圖中可以看到由于第二傳輸主路徑的兩條子路 徑path21和path22間的信號(hào)干擾，在頻率f tz2和ftz3處產(chǎn)生兩個(gè)傳輸零點(diǎn)。此外，由于第 一傳輸主路徑和第二傳輸主路徑的信號(hào)相消，在f tzl和ftz4處產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)。三條傳輸路 徑的引入使得阻帶內(nèi)的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)得到獨(dú)立的控制，同時(shí)使得濾波器設(shè)計(jì)更加靈活。從 圖4可以看到，通過(guò)控制耦合線耦合系數(shù)K可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙阻帶中心頻率比f(wàn) 2/fi的控制；耦 合線奇模阻抗Z。。和電長(zhǎng)度θ3控制著濾波器的帶寬。另外，從圖5可以看到第一傳輸主路 徑的傳輸線阻抗Zi可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)改善通帶回波損耗達(dá)到20dB以上。
[0039] 下面我們以設(shè)計(jì)2. 4GHz和3. 7GHz的雙頻帶阻濾波器為例。
[0040] 調(diào)節(jié)合適的耦合系數(shù)K實(shí)現(xiàn)中心頻率比要求，調(diào)節(jié)耦合線奇模阻抗Z。。和電長(zhǎng) 度Θ 3來(lái)滿(mǎn)足帶寬，最后調(diào)節(jié)Zi實(shí)現(xiàn)帶外特性。實(shí)施例的電路和電磁仿真軟件為Agilent Advanced Design System(ADS)。雙頻帶阻濾波器選擇加工在介電常數(shù)2. 55、厚度為0.8mm、 損耗角正切為〇. 0029的介質(zhì)基板上，具體物理尺寸如下表1所示，加工實(shí)物照片如圖6所 示。本實(shí)施例通過(guò)Agilent 5230網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量，仿真測(cè)量結(jié)果如圖7所示。測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻 帶中心頻率分別為2. 42GHz和3. 73GHz，20dB加工帶寬分別為7. 5%和8. 6%。兩阻帶間回 波損耗達(dá)25dB。通帶插損在2. 04GHz范圍內(nèi)小于0. 5dB，在4. 2-7. 8GHz范圍內(nèi)小于ldB。 該濾波器具有較好的陡峭性，第一個(gè)通帶低頻邊帶和第二個(gè)通帶高頻邊帶的衰減度分別為 174 dB/GHz 和 136dB/GHz。
[0041] 表1-雙頻帶阻濾波器尺寸
[0042]
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，其特征在于：包括有輸入輸出端口 (1)、第一傳輸主路徑（pathl)、第二傳輸主路徑，其中，所述第一傳輸主路徑（pathl)由一 段傳輸線（2)構(gòu)成，其兩端分別與輸入輸出端口（1)連接；所述第二傳輸主路徑由并聯(lián)的第 一子路徑（path21)和第二子路徑（path22)構(gòu)成，所述第二子路徑（path22)外鑲在第一子 路徑（path21)的外部或內(nèi)嵌在第一子路徑（path21)的內(nèi)部；所述第一子路徑（path21)由 耦合的開(kāi)路枝節(jié)構(gòu)成，主要由第一傳輸線（3)、第一耦合線（4)、第二傳輸線（5)依次級(jí)聯(lián)而 成；所述第二子路徑（path22)由耦合的短路枝節(jié)構(gòu)成，主要由第二耦合線（6)、第三耦合線 (7)、第四耦合線（8)依次級(jí)聯(lián)而成，且所述第三耦合線（7)端短路；所述第二耦合線（6)和 第四耦合線（8)經(jīng)過(guò)折疊后與第一耦合線（4)和第三耦合線（7)級(jí)聯(lián)，所述第一傳輸線（3) 與第二耦合線（6)重疊，所述第二傳輸線（5)與第四耦合線（8)重疊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，其特征在于： 所述第一傳輸主路徑（pathl)的傳輸線電長(zhǎng)度為Θ i，阻抗為Zl ;所有短路和開(kāi)路枝節(jié)總電 長(zhǎng)度也為，電長(zhǎng)度為頻率0.5(4+?)下四分之波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，f\、f2S帶阻濾波器的 中心頻率，短路及開(kāi)路枝節(jié)耦合部分的電長(zhǎng)度為θ 3，短路和開(kāi)路枝節(jié)折疊耦合部分的電長(zhǎng) 度均為Θ 2，總電長(zhǎng)度Θ i = θ 3+ Θ 2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，其特征在于： 所有耦合線均使用等線寬度的雙線耦合傳輸線傳輸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，其特征在于： 所述第三耦合線（7)端短路采用金屬通孔，加載有帶金屬過(guò)孔（9)的焊盤(pán)（10)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三路徑信號(hào)干擾的雙頻帶阻濾波器，其特征在于： 所述輸入輸出端口傳輸線阻抗為50 Ω。
【文檔編號(hào)】H01P1/203GK104143673SQ201410356385
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】褚慶昕, 邱雷雷 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)