基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器

摘要

本发明公开了一种基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，包括微带基片、正面部分、反面部分、以及输入\输出端口；其特征在于，所述的正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为所述滤波器的金属接地板；输入\输出端口有两个，分别为第一输入\输出端口和第二输入\输出端口。本发明能够满足小型、宽带、带外抑制好，具有模式可控且陷波特性好等特点。

权利要求

1.一种基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，包括微带基片(10)、正面部分、反面部分、以及输入\输出端口；其特征在于，所述的正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为滤波器的金属接地板；输入\输出端口有两个，分别为第一输入\输出端口(1)和第二输入\输出端口(6)；所述正面部分包括第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(5)、第一平行耦合馈线(3)、第二平行耦合馈线(4)、枝节加载的环形谐振器(7)、第一阻带单元(8)、以及第二阻带单元(9)；所述的第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(5)分别位于正面的左右两端，所述的第一输入\输出端口(1)和第一均匀传输线(2)相连，第二输入\输出端口(6)和第二均匀传输线(5)相连接；第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(4)通过枝节加载的环形谐振器(7)相连接；第一平行耦合馈线(3)非开口端和第一均匀传输线单元(2)相连接，第二平行耦合馈线(5)非开口端和第二均匀传输线单元(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，所述枝节加载的环形谐振器(7)由长度为全波长的环形谐振器加载两组枝节所形成。

3.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，第一阻带单元(8)和第二阻带单元(9)以缝隙耦合的方式与枝节加载的环形谐振器(7)相连接，第一阻带单元的过孔(13)与第二阻带单元的过孔(14)分别与接地金属地板(15)相连接，第一阻带单元的过孔(13)与第二阻带单元的过孔(14)分别位于枝节加载的环形谐振器(7)内部两侧对称分布。

4.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，第一阻带单元(8)和第二阻带单元(9)尺寸相同，第一阻带单元和第二阻带单元的所形成的阻带范围可覆盖WLAN的5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz两个频段。

5.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，所述微带基片介电常数为2.55，厚度为0.8mm。

6.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，第一平行耦合馈线(3)和第二平行耦合馈线(4)分别呈“[”形和“]”形，并以开口端相向排列。

7.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，所述反面部分包括第一缺陷地单元(11)、第二缺陷地单元(12)和接地金属地板(15)；第一缺陷地单元(11)位于第一平行耦合馈线(3)下方，第二缺陷地单元(12)位于第二平行耦合馈线(4)下方；第一输入\输出端口(1)、第二输入\输出端口(6)还与接地金属地板(15)相连接。

8.根据权利要求7所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，第一缺陷地单元(11)、第二缺陷地单元(12)均是在接地金属地板(15)上刻蚀除去相应的结构形状。

9.根据权利要求1所述的基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，其特征在于，所述的第一均匀传输线单元(2)、第二均匀传输线单元(5)处于同一水平线上。

说明书

基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及滤波器的技术领域，特别涉及一种基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器。

背景技术

[0002] 超宽带技术早在1940年就已经出现，源自时域电磁学中微波网络固有的冲激响应描述其瞬时特性；1960年超宽带技术用于雷达技术领域；1972年超宽带脉冲检测器申请了美国专利；1978年出现了最初的超宽带通信系统；1984年超宽带通信系统成功缝进行了10公里的试验；1990年美国防部高级计划局开始对超宽带技术进行验证。2002年2月美国联邦通信委员会(Federal Communication Commission—FCC)发布了关于超宽带技术的“First Report and Order”，容许超宽带技术商业应用。这是超宽带技术发展的一个重要里程碑。因此，超宽带技术、特别是超宽带无线通信开始受到比较广泛的关注。超宽带(UWB)系统采用窄脉冲信号来实现通信，相对于扩频通信等传统连续载波调制传输方式而言是一种全新的传输与处理方式。其有如下独特和新颖的特点：UWB信号占有频带宽，传输速率高：目前FCC开放的频段是3.1-10.6GHz，故UWB系统发射的功率谱密度可以非常低，较为平坦，具有很强的抗窄带干扰能力；极宽的频带加上室内多径影响的消除，可以实现较高数据传输速率，最大数据传输速度可达到每秒几千兆比特。此外，超宽带技术还有室内多径分辨能力强、硬件易实现、功耗低、隐蔽性好等特点。

[0003] 在一个通信系统中，在有源电路的输入输出端各级之间滤波器普遍存在，各滤波器有各自不同的功能。滤波器为无线通信系统一个不可缺少的器件，它的性能好坏直接关系整个系统的通信质量。收端滤波器的功能包括避免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和；除去如镜频一类的干扰信号；减小来自天线端的本机振荡器的功率泄漏。带通滤波器的基本功能是信道选择，因此它必须有陡峭的沿衰减、好的群时延等特性，以及作为窄带滤波器，有优异的温度稳定性。UWB滤波器位于芯片、放大器和天线之间的位置，先将采集的信号处理后进行滤波，才能放大以及发射出去，可见它的作用和地位都是非常重要的[2]。随着无线通信技术的发展，人们对通信速度和容量提出了更高的要求。为了满足高速率和大容量的通信，3G和4G无线通信技术必然要解决这些问题。由于UWB技术自身优越特点，使得它成为短距离通信和无线局域网通信一个很好的选择，也是未来宽带无线通信发展的趋势。

[0004] 随着以蜂窝移动通信、无线局域网为代表的无线通信技术的发展，滤波器研究不断地取得新进展。在所有现代无线通信设备的射频前端中，微型封装、性能好、低成本、易于安装使用的带通滤波器，一直是相关器件小型化、微型化的重点。然而，随着3G和4G无线通信技术的到来，为了满足高速率和大容量的通信，对通信电路的设计提出了更高更苛刻的技术要求。滤波器性能的好坏，直接关系通信质量的好坏，以及无线通信技术发展的进程。因此，如何设计性能优越的UWB滤波器就显得非常必要。滤波器对带外噪声的抑制成为整个UWB系统噪声性能好坏的关键。微带线对频率响应具有周期性，因此，如何控制阻带内衰减极点位置来抑制滤波器阻带高次模式的响应成为我们设计UWB滤波器的又一个重点。

[0005] 此 外，无 线 局 域 网（WLAN）的 标 准 将IEEE802.11a 将5.15-5.35GHz 和5.725-5.825GHz这两个频段都作为其工作频段之一，在两种系统都存在的情况下，可能对超宽带系统形成干扰，因此有必要设计一种能够抑制WLAN信号干扰的超宽带滤波器。目前实现带陷波超宽带滤波器的常用方法就是在原有滤波器基础上加入带阻单元。内嵌带阻单元方法包括以下几种方面：一、增加开槽传输单元；二、内嵌开路枝节；三、引入带阻单元与滤波器之间的耦合实现带阻。上述各种方法主要缺陷包括阻带带宽较窄且不可控，加工较为复杂，不便于扩展以实现双陷波特性，因此需要一种新型陷波结构来实现较宽且易控的陷波实现方法。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种小型基于微带电路的带陷波超宽带滤波器，能够满足小型、宽带、带外抑制好，具有模式可控且陷波特性好等特点。

[0007] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 本发明一种基于环形谐振器的带陷波超宽带滤波器，包括微带基片、正面部分、反面部分、以及输入\输出端口；所述的正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为所述滤波器的金属接地板；输入\输出端口有两个，分别为第一输入\输出端口和第二输入\输出端口。

[0009] 优选的，所述正面部分包括第一均匀传输线单元、第二均匀传输线单元、第一平行耦合馈线、第二平行耦合馈线、枝节加载的环形谐振器、第一阻带单元、以及第二阻带单元；所述的第一均匀传输线单元、第二均匀传输线单元分别位于正面的左右两端，所述的第一输入\输出端口和第一均匀传输线相连，第二输入\输出端口和第二均匀传输线相连接；第一平行耦合馈线和第二平行耦合馈线通过枝节加载的环形谐振器相连接；第一平行耦合馈线非开口端和第一均匀传输线单元相连接，第二平行耦合馈线非开口端和第二均匀传输线单元相连接。

[0010] 优选的，所述枝节加载的环形谐振器由长度为全波长的环形谐振器加载两组枝节所形成，全波长的中心频率为6.85GHz，

[0011] 优选的，第一阻带单元和第二阻带单元以缝隙耦合的方式与枝节加载的环形谐振器相连接，第一阻带单元过孔与第二阻带单元过孔均通过金属与金属接地地板相连接，它们分别位于枝节加载的环形谐振器内部两侧对称分布。

[0012] 优选的，第一阻带单元和第二阻带单元尺寸相同，第一阻带单元和第二阻带单元的所形成的阻带范围可覆盖WLAN的5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz两个频段，通过改变带阻单元的点长度和过孔的位置，可以改变陷波的位置，通过改变带阻单元与枝节加载的环形谐振器之间的耦合缝隙，可以改变陷波阻带的带宽。

[0013] 优选的，所述微带基片介电常数为2.55，厚度为0.8mm。

[0014] 优选的，第一平行耦合馈线和第二平行耦合馈线分别呈“[”形和“]”形，并以开口端相向排列。

[0015] 优选的，所述后面部分包括第一缺陷地单元、第二缺陷地单元和接地金属地板；第一缺陷地单元位于第一平行耦合馈线下方，第二缺陷地单元位于第二平行耦合馈线下方；第一输入\输出端口、第二输入\输出端口还与接地金属地板相连接。

[0016] 优选的，第一缺陷地单元、第二缺陷地单元均是在金属地板上刻蚀除去相应的结构形状。

[0017] 优选的，所述的第一均匀传输线单元、第二均匀传输线单元处于同一水平线上。

[0018] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

[0019] 1、本发明利用环形多模谐振器的四个模式形成统一的宽带，可以覆盖超宽带通信频段3.1-10.6GHz。且四个模式可以独立控制，故此专利的通带宽度可以独立控制。

[0020] 2、本发明在环形谐振器的基础上加入两组枝节，分别位于环形谐振器的中心与两边位置，可以在上阻带分别产生一组传输零点，有效改善带外抑制。

[0021] 3、本发明引入带阻单元，且带阻单元的结构设计灵活多样，可以实现很宽阻带的陷波特性，可以改变陷波的位置及陷波阻带的带宽。

[0022] 4、本发明将UWB滤波器进一步小型化，尺寸小，成本低，易加工，结构更紧凑，更易于与其它电路集成。

附图说明

[0023] 图1为本发明超宽带滤波器总体的结构示意图。

[0024] 图2为本发明超宽带滤波器的正面结构示意图。

[0025] 图3为本发明超宽带滤波器的反面结构示意图。

[0026] 图4是具有陷波特性超宽带滤波器频率响应的电磁仿真以及测试曲线（1-15GHz）。

[0027] 图5是陷波处频率响应的细部曲线。

[0028] 图6是具有陷波特性超宽带滤波器频率响应的电磁仿真以及测试曲线（0-30GHz）。

具体实施方式

[0029] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0030] 实施例

[0031] 如图1所示，其由微带基片10、正面部分、反面部分和输入\输出端口组成；所述的正面部分和反面部分分别位于所述微带基片的两个面上，反面部分作为所述滤波器的接地金属地板15；输入\输出端口有两个，分别为第一输入\输出端口1和第二输入\输出端口6。

[0032] 如图2所示，所述的正面部分包括：第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元5、第一平行耦合馈线3、第二平行耦合馈线4、枝节加载的环形谐振器7、第一阻带单元8、第二阻带单元9；所述的第一均匀传输线单元2、第二均匀传输线单元5分别位于正面的左右两端且处于同一水平线上，所述的第一输入\输出端口1和第一均匀传输线2相连、第二输入\输出端口6和第二均匀传输线5相连接；所述的第一平行耦合馈线3和第二平行耦合馈线4分别呈“[”形和“]”形并以开口端相向排列；第一平行耦合馈线3和第二平行耦合馈线4通过枝节加载的环形谐振器7相连接；第一平行耦合馈线3非开口端和第一均匀传输线单元2相连接，第二平行耦合馈线5非开口端和第二均匀传输线单元4相连接；枝节加载的环形谐振器7由长度为全波长（中心频率为6.85GHz）的环形谐振器加载两组枝节所形成；第一阻带单元8和第二阻带单元9以缝隙耦合的方式与枝节加载的环形谐振器7相连接，第一阻带单元的过孔13与第二阻带单元的过孔14分别与接地金属地板15相连接，所述第一阻带单元的过孔13与第二阻带单元的过孔14分别位于枝节加载的环形谐振器7内部两侧对称分布;第一阻带单元8和第二阻带单元9尺寸相同，所形成的阻带可覆盖WLAN的两个频段（5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz），通过改变带阻单元的点长度和过孔的位置，可以改变陷波的位置，通过改变带阻单元与枝节加载的环形谐振器7之间的耦合缝隙，可以改变陷波阻带的带宽。微带基片介电常数为2.55，厚度为0.8mm。

[0033] 如图3所示，所述的反面部分包括：第一缺陷地单元11、第二缺陷地单元12和接地金属地板15；第一缺陷地单元11、第二缺陷地单元12均是在接地金属地板上刻蚀除去相应的结构形状，从而形成的空气单元；第一缺陷地单元11位于第一平行耦合馈线3下方，第二缺陷地单元12位于第二平行耦合馈线4下方；第一输入\输出端口1、第二输入\输出端口6还与接地金属地板15相连接。

[0034] 如图4所示，本实施例的频率特性（1-15GH在）包括：S21（插入损耗）参数和S11（回波损耗）参数、群时延。横坐标代表频率变量，单位为GHz，左面纵坐标代表幅度变量，单位为dB。右面纵坐标为群时延，单位为ns。从图4可以看出，本发明的超宽带滤波器的3dB带宽为2.9-10.7GHz，其中在5.1-5.9GHz处为阻带。除了阻带外，其它频率的群时延均小于0.5ns。

[0035] 图5所示为滤波器阻带相应的细部，可以看出通过引入第一阻带单元8和第二阻带单元9，在5.1-5.9GHz范围内得到一个具有两个反射极点的陷波特性，陷波幅度均大于12dB，可以覆盖WLAN和WiMax两个频段（5.15-5.35GHz和5.725-5.825GHz）。

[0036] 如图6所示，实施例的频率特性（0-30GH在）包括：S21（插入损耗）参数和S11（回波损耗）参数，横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表幅度变量，单位为dB。从图6可以看出该超宽带滤波器的带外抑制特性很好，-18dB的抑制可以达到28GHz。

[0037] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。