基于信號干擾理論的差分帶通濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及到微波通信領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)新穎、制作簡單，并可用于微波電路進(jìn)行濾波的差分帶通濾波器。
【背景技術(shù)】
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[0002]在現(xiàn)代無線通信和微波集成電路的不斷發(fā)展過程中，濾波器在微波集成電路中扮演著至關(guān)重要的角色，濾波器作為射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)必不可少的一部分，在無線通信領(lǐng)域面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)中，濾波器都是采用單入單出型的輸入輸出端口，其傳輸非平衡信號，但隨著片上系統(tǒng)的發(fā)展，單端口濾波器并不能滿足平衡信號的傳輸?shù)男枨?，差分濾波器因其兼有平衡信號轉(zhuǎn)換和濾波功能，在無線通信領(lǐng)域中得到迅速發(fā)展。
[0003]在現(xiàn)代無線通信和雷達(dá)系統(tǒng)中，差分平衡電路發(fā)揮著重要作用。實際應(yīng)用中，集成電路向小型化方向不斷發(fā)展，低損耗電路的設(shè)計面臨著強(qiáng)電磁干擾、無線電頻率干擾、元部件耦合串?dāng)_等嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，差分平衡電路以其有效抑制噪聲、減少電磁耦合干擾的優(yōu)勢得以廣泛應(yīng)用，差分濾波器作為平衡電路的重要器件，其研究也不斷得到深入和發(fā)展。差分濾波器要求在差模激勵時具有良好的濾波特性，相當(dāng)于帶通濾波器，同時在共模激勵時能夠有效抑制共模，相當(dāng)于帶阻濾波器。我們可以把單端口濾波器和巴倫組合成差分濾波器，但其面積過大，不符合小型化需求。因此，把差分濾波器作為單一器件來設(shè)計，是一個急需研究的重要問題。目前，差分濾波器的實現(xiàn)方法可以分為以下幾種:采用枝節(jié)加載結(jié)構(gòu)的差分濾波器;采用兩路徑傳輸理論模型的差分濾波器;采用多模諧振器結(jié)構(gòu)的差分濾波器。
[0004]信號干擾理論有兩種類型:橫向型、遞歸型，由于遞歸型濾波器實現(xiàn)起來比較困難，所以，目前基于信號干擾理論設(shè)計的濾波器都是基于橫向型。為了滿足小型化要求和降低濾波器設(shè)計的復(fù)雜性，一般選取兩路徑傳輸模型。輸入端口與輸出端口之間有兩條傳輸路徑，信號經(jīng)兩不同路徑傳輸后，疊加到輸出端口，導(dǎo)致信號在某些頻率處幅度增強(qiáng)，在另外一些頻率處幅度則會減弱，從而使濾波器在差模激勵時滿足通帶特性，在共模激勵時滿足阻帶特性，因次，采用信號干擾理論可以使濾波器具有高選擇性和良好的共模抑制特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了滿足現(xiàn)代通信發(fā)展的需求，本發(fā)明的主要目的是，提供一種新型兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微帶差分帶通濾波器。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所使用的技術(shù)方案如下:
[0007]基于信號干擾理論的差分帶通濾波器，所述濾波器設(shè)置有輸入信號和輸出信號端口；該濾波器的外形為中間對稱面?zhèn)鬏斁€連接兩方形諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且任意一對輸入、輸出端口之間有兩條電長度不同傳輸路徑，信號可從輸入端經(jīng)兩路徑傳輸?shù)捷敵龆恕?br>[0008]所述新型濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對稱面互補(bǔ)對稱，差模激勵時，對稱面表現(xiàn)為短路，共模激勵時，對稱面表現(xiàn)為開路。
[0009]所述基于信號干擾理論的差分帶通濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對稱面互補(bǔ)對稱，并在中間對稱面上添加中間短截線，使該濾波器為共模帶阻濾波器；
[0010]所述濾波器結(jié)構(gòu)采用平行對稱的饋線方式，信號兩對輸入端口和信號輸出端口分別設(shè)置在兩方形諧振結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，采用直接饋電的方式與諧振器內(nèi)部相連，并且饋線特性阻抗大于諧振器特性阻抗，構(gòu)成SIR(階躍阻抗諧振器)，與耦合饋電方式相比可減小插入損耗、提尚制作精度。
[0011]在本發(fā)明的具體實施例子中，所述兩路徑方形諧振結(jié)構(gòu)和饋線材質(zhì)均為銅箔。
[0012]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明提供了一種新型的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即基于信號干擾理論的差分帶通濾波器，該結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于加工，僅采用兩層結(jié)構(gòu)，并且實現(xiàn)小型化需求。對所加工處的實物進(jìn)行測量表明:該差分帶通濾波器，其性能優(yōu)于其他外形的差分帶通濾波器。
【附圖說明】
[0013]圖1是基于信號干擾理論的差分帶通濾波器
[0014]圖2是本新型差分濾波器的電路圖
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體附圖，對本新型濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)一步地描述。
[0016]圖1為本發(fā)明提供的基于信號干擾理論的差分帶通濾波器的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。該濾波器包括:第一方形諧振器I和第二方形諧振器2通過中間對稱面A-A’的傳輸線3連接起來，構(gòu)成互補(bǔ)對稱結(jié)構(gòu)，使該新型濾波器在差模激勵時表現(xiàn)為帶通濾波器，在共模激勵時表現(xiàn)為帶阻濾波器；中間加載短截線5構(gòu)成T型分支線結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)短截線特性阻抗和長度可有效調(diào)節(jié)共模抑制水平;采用平行互補(bǔ)的饋線方式6，并通過直接饋電的方式與諧振結(jié)構(gòu)相連，可減小插入損耗，提高制作精度;饋線6和傳輸線4構(gòu)成SIR(階躍阻抗諧振器)，通過調(diào)節(jié)阻抗比改善頻率響應(yīng)，實現(xiàn)小型化的目的。
[0017]圖2為本發(fā)明提供的差分帶通濾波器的電路圖，向任意兩輸入、輸出端口輸入等幅反相的差模信號時，對稱面等效為理想電壁，相當(dāng)于短路;端口輸入等幅同相的共模信號時，對稱面等效為理想磁壁，相當(dāng)于開路。另外，當(dāng)共模激勵時，信號從任一輸入端口到輸出端口都有兩條傳輸路徑:第一線路LI中，信號直接經(jīng)過微帶傳輸線由輸入端口到輸出端口 ；第二線路L2中，信號經(jīng)過下面的兩平行傳輸線結(jié)構(gòu)由輸入端口到輸出端口。兩路徑信號的相位關(guān)系如下:線路 1: Θα=Θι = 90°，線路 2: 08 = 39^270°，滿足 θΑ=θΒ±ηπ(η = 1,3,5...)。因此，該濾波器結(jié)構(gòu)對共模信號來說，可以很容易實現(xiàn)一個好的阻帶特性，達(dá)到良好的共模抑制效果。
[0018]本發(fā)明提出一種新型兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別采用差模激勵和共模激勵電路理論分析此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用傳輸線理論對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，在實際情況下，由于很難或無法用麥克斯韋方程從理論上來證明此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只能采用數(shù)值方法來證明，學(xué)術(shù)和工程上常采用的方法是利用商用的高頻電磁仿真軟件進(jìn)行電磁仿真來證明、優(yōu)化。
[0019]商用的高頻電磁仿真軟件有多種，我采用的是Ansoftvl0.0對提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。然后將優(yōu)化的精確模型制成實物，應(yīng)用矢量分析儀對實物測試，用實驗的方法證實該濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0020]所發(fā)明濾波器整體性能較好:仿真結(jié)果表明差模通帶中心頻率fο為7.85GHz，最大回波損耗優(yōu)于_25dB，3dB相對帶寬為61 %(5.5GHZ?10.2GHZ)，通帶內(nèi)插入損耗最小可達(dá)
0.2dB。在差模通帶內(nèi)，共模抑制最小可達(dá)_20dB，其中-20dB抑制共模阻帶帶寬可覆蓋5.5GHZ?10.2GHZ。
[0021]本發(fā)明是一種新型的基于信號干擾理論的差分帶通濾波器，在濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上不同于現(xiàn)有的差分帶通濾波器，其結(jié)構(gòu)緊湊，滿足小型化需求。本發(fā)明的差分帶通濾波器，其性能優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的差分帶通濾波器。
[0022]以上顯示和描述的是本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項】
1.一種基于信號干擾理論的差分帶通濾波器，所述濾波器有兩對輸入和輸出信號端口，其特征在于，該濾波器的外形為中間對稱面?zhèn)鬏斁€連接兩方形諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成的兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該新型濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對稱面互補(bǔ)對稱，且任意一對輸入、輸出端口之間有兩條電長度不同傳輸路徑，信號可從輸入端經(jīng)兩路徑傳輸?shù)捷敵龆?所述濾波器結(jié)構(gòu)采用對稱互補(bǔ)的饋線方式，信號兩對輸入端口和信號輸出端口分別設(shè)置在兩方形諧振結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，并采用直接饋電的方式與諧振器內(nèi)部相連，并且饋線特性阻抗大于諧振器特性阻抗，構(gòu)成SIR。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號干擾理論的差分帶通濾波器，該新型結(jié)構(gòu)的實際尺寸如下:兩方形諧振結(jié)構(gòu)的第一方形諧振器(I)和第二方形諧振器(2)尺寸分別為15mm*13.67mm和10.12mm*6mm;其中間對稱面連接傳輸線(3)長度為1.2mm，中間加載短截線(5)長度為1.16mm，四條平行對稱饋線(6)的寬度為2.8mm，長度為4mm;該新型差分濾波器結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板介電系數(shù)為2.65，厚度為1mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于信號干擾理論的差分帶通濾波器，其特征在于:所述兩方形諧振結(jié)構(gòu)和饋線材質(zhì)均為銅箔。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型兩路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即基于信號干擾理論的差分帶通濾波器。該濾波器的特征在于：所述濾波器外形為兩方形諧振結(jié)構(gòu)通過中間對稱面?zhèn)鬏斁€相連，保證了該濾波器為差分帶通濾波器；該新型濾波器結(jié)構(gòu)關(guān)于中間對稱面A-A’互補(bǔ)對稱，并在中間對稱面上添加中間短截線，用于改善共模信號抑制，使該濾波器為共模帶阻濾波器；所設(shè)計濾波器采用對稱互補(bǔ)的饋線方式，信號輸入端口和信號輸出端口分別設(shè)置在兩方形諧振結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，并采用直接饋電的方式與諧振器內(nèi)部相連，與耦合饋電方式相比可減小插入損耗、提高制作精度。本發(fā)明提供了一種新型的濾波器諧振結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)較為緊湊，性能優(yōu)于其他外形的差分帶通濾波器。
【IPC分類】H01P1/203
【公開號】CN105680127
【申請?zhí)枴緾N201610051596
【發(fā)明人】劉曉元, 張友俊
【申請人】上海海事大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月27日