基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器

摘要

本发明公开了一种基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器结构。该结构基于左右手传输线结构，由交趾型电容和高阻抗线电感组成，本发明提供的双频滤波器在保证了高选择性以及低损耗特性的同时，实现了大幅度的小型化，和其他有相同工作频率以及使用相同加工工艺的双频滤波器相比，面积缩小了至少85％。此外，本发明提供的双频滤波器具有优良的可调协特性，不同的结构的双通带中心频率比可在1.5～3之间，双通带相对带宽比可在0.5～2.6之间，整体频率比和带宽比的可控范围要大于现有的双通带微波滤波器。该双通带微带滤波器采用双面微波介质板，结构简单，加工容易，成本低，重量轻，可以大规模生产。

权利要求

1.一种基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其特征在于，该滤波器为轴对称结构，包括两个结构相同的第一左右手谐振单元[1]、两个结构相同的第二左右手谐振单元[2]、两个相同的端口馈线[7]、介质基板[8]和金属地板[9]，所述两个第一左右手谐振单元[1]、两个第二左右手谐振单元[2]、两个端口馈线[7]均印制在介质基板[8]的上表面，介质基板[8]下方设置金属地板[9]；

两个结构相同的第一左右手谐振单元[1]关于y轴对称，两个结构相同的第二左右手谐振单元[2]也关于y轴对称，每个第一左右手谐振单元[1]的一端均与对应的第二左右手谐振单元[2]的一端相连，两个相同的端口馈线[7]关于y轴对称，其中一个端口馈线与上方的左右手谐振单元的上方相连，另一个端口馈线与下方的左右手谐振单元的下方相连；

每个第一左右手谐振单元[1]均包括第一交趾型电容[3]和第一高阻抗线电感[4]，第一交趾型电容[3]的两端和第一高阻抗线电感[4]的两端相连，每个第二左右手谐振单元[2]均包括第二交趾型电容[5]和第二高阻抗线电感[6]，第二交趾型电容[5]的两端和第二高阻抗线电感[6]的两端相连。

2.根据权利要求1所述的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其特征在于，介质基板[8]的介电常数εr为2.2～10.2，厚度H为0.254～2mm。

3.根据权利要求1所述的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其特征在于，两个相同的第一左右手谐振单元[1]和两个相同的第二左右手谐振单元[2]的长度均为0.04λg～0.1λg，宽度均为0.04λg～0.1λg，其中λg为介质基板[8]在各自谐振频率处的介质有效波长；第一交趾型电容[3]和第二交趾型电容[5]的交趾数均为2～8，第一交趾型电容[3]和第二交趾型电容[5]中线宽和缝隙均大于0.125mm，第一高阻抗线电感[4]和第二高阻抗线电感[6]的弯折数均为0～8，第一高阻抗线电感[4]和第二高阻抗线电感[6]的宽度也均大于0.125mm。

4.根据权利要求1所述的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其特征在于，上方的第一左右手谐振单元与对应的下方的第一左右手谐振单元之间的缝隙宽度为0.125mm～1.5mm；上方的第二左右手谐振单元与对应的下方的第二左右手谐振单元之间的缝隙宽度也为0.125mm～1.5mm。

说明书

基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种双通带微带滤波器，特别是一种基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器。

背景技术

[0002] 在微波和集成电路系统中，双通带微带滤波器是一种重要的元器件，微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件，双通带滤波器可以分离出两个不同的频率信号。它的主要作用是抑制不需要的信号,使其不能通过滤波器,只让需要的信号通过。在微波电路系统中，双通带滤波器有很重要的作用，基于GMS、GPS、LTE、Wimax以及WLAN的集成系统中，常常需要满足两个应用的要求，采用双通带滤波器的系统，将大大提高集成度，缩小面积，对设计微波电路系统具有很重要的意义。

[0003] 目前实现的小型化滤波器有三种方法：(1)直接将两个不同频率的单频滤波器相连，可以参考的文献有：[1]H.Miyake,S.Kitazawa,T.Ishizaki,T.Yamada,and Y.Nagatomi,“A miniaturized monolithic dual band filter using ceramic lamination technique for dual mode portable telephones,”；[2]C.-Y.Chen and C.-Y.Hsu,“A simple and effective method for microstrip dual-band filters design,”。这种方法设计的滤波器损耗大且尺寸很大。(2)使用开路短路支节线来设计滤波器，可参考的文献有：[3]C.M.Tsai,H.M.Lee,and C.C.Tsai“, Planar filter design with fully controllable second passband,”。这种方法设计的双频滤波器尺寸太大(3)使用双模滤波谐振器，可参考的文献有：[4]J.Shi,Q.Xue,“Dual-band and wide-stopband single-band balanced bandpass filters with high selectivity and common-mode suppression,”；[5]R.Zhang,L.Zhu,“Synthesis of dual-wideband bandpass filters with source-load coupling network,”。这种方法设计的滤波器可以实现小型化，然而这些滤波器在实现小型化的同时牺牲了其他性能，比如损耗高、匹配不好或者是上阻带抑制并不好。并且现有的双频滤波器的两个通带的频率比和带宽比比较小。

[0004] 考虑到现在常规的微带双频滤波器面积太大，即使实现了小型化，双频滤波器的性能也会下降，不利于实际的工程应用，也增大了成本。

发明内容

[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，它能显著减小微带滤波器面积，并且进一步提升了微带滤波器的性能，实现双通带大频率比和大带宽比的性能。

[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，该滤波器为轴对称结构，包括两个结构相同的第一左右手谐振单元、两个结构相同的第二左右手谐振单元、两个相同的端口馈线、介质基板和金属地板，所述两个第一左右手谐振单元、两个第二左右手谐振单元、两个端口馈线均印制在介质基板的上表面，介质基板下方设置金属地板；两个结构相同的第一左右手谐振单元关于y轴对称，两个结构相同的第二左右手谐振单元也关于y轴对称，每个第一左右手谐振单元的一端均与对应的第二左右手谐振单元的一端相连，两个相同的端口馈线关于y轴对称，其中一个端口馈线与上方的左右手谐振单元的上方相连，另一个端口馈线与下方的左右手谐振单元的下方相连。

[0007] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明公开的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，和其他类型的小型化双通带微带滤波器相比，可以实现至少85％的面积小型化特性，最小尺寸只有0.052λg×0.076λg，其中λg为最小通带频率下的介质基板的波导波长；2)本发明公开的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其双通带的损耗在0.4dB～1.1dB之间，和其他类型的小型化微带滤波器相比，是一种低损耗的微带滤波器；3)本发明公开的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，可以实现两个通带至少20dB的阻带抑制，其性能出色；4)本发明公开的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其中心频率比可达1：3，其频率比很大；5)本发明公开的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，其相对带宽比可达1：2.7，其带宽比特别大；6)本发明公开的基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器，采用双面微波介质板，结构简单，加工容易，成本低，重量轻，可以大规模生产。

[0008] 下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

[0009] 图1为本发明基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的实例一的结构图。其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。

[0010] 图2为本发明基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的实例一的HFSS软件仿真和测试结果。

[0011] 图3为本发明基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的实例二的结构图。其中图(a)为三维图，图(b)为俯视图，图(c)为侧视图。

[0012] 图4为本发明基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的实例二的HFSS软件仿真和测试结果。

具体实施方式

[0013] 结合图1和图2，本发明的一种基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器为轴对称结构，包括两个结构相同的第一左右手谐振单元1、两个结构相同的第二左右手谐振单元2、两个相同的端口馈线7、介质基板8和金属地板9，所述两个第一左右手谐振单元1、两个第二左右手谐振单元2、两个端口馈线7均印制在介质基板8的上表面，介质基板8下方设置金属地板9。

[0014] 所述两个结构相同的第一左右手谐振单元1关于y轴对称，两个结构相同的第二左右手谐振单元2也关于y轴对称，每个第一左右手谐振单元1的一端均与对应的第二左右手谐振单元2的一端相连，两个相同的端口馈线7关于y轴对称，其中一个端口馈线与上方的左右手谐振单元的上方相连，另一个端口馈线与下方的左右手谐振单元的下方相连。

[0015] 所述每个第一左右手谐振单元1均包括第一交趾型电容3和第一高阻抗线电感4，第一交趾型电容3的两端和第一高阻抗线电感4的两端相连，每个第二左右手谐振单元2均包括第二交趾型电容5和第二高阻抗线电感6，第二交趾型电容5的两端和第二高阻抗线电感6的两端相连。

[0016] 所述介质基板8的介电常数εr为2.2～10.2，厚度H为0.254～2mm。

[0017] 所述两个相同的第一左右手谐振单元1和两个相同的第二左右手谐振单元2的长度均为0.04λg～0.1λg，宽度均为0.04λg～0.1λg，其中λg为介质基板8在各自谐振频率处的介质有效波长；第一交趾型电容3和第二交趾型电容5的交趾数均为2～8，第一交趾型电容3和第二交趾型电容5中线宽和缝隙均大于0.125mm，第一高阻抗线电感4和第二高阻抗线电感6的弯折数均为0～8，第一高阻抗线电感4和第二高阻抗线电感6的宽度也均大于0.125mm。

[0018] 所述上方的第一左右手谐振单元与对应的下方的第一左右手谐振单元之间的缝隙宽度为0.125mm～1.5mm；上方的第二左右手谐振单元与对应的下方的第二左右手谐振单元之间的缝隙宽度也为0.125mm～1.5mm。

[0019] 所述两个端口馈线4的两个引出端口可以根据需要进行设置，将其定义为端口一和端口二，S11表示端口一处的回波损耗，S21表示端口一到端口二处的传输响应。

[0020] 下面结合实施例对本发明的具体装置的细节及工作情况进行细化说明。

[0021] 实施例1

[0022] 结合图1，本发明为轴对称结构，包括两个结构相同的第一左右手谐振单元1、两个结构相同的第二左右手谐振单元2、两个相同的端口馈线7、介质基板8和金属地板9，所述两个第一左右手谐振单元1、两个第二左右手谐振单元2、两个端口馈线7均印制在介质基板8的上表面，介质基板8下方设置金属地板9；两个结构相同的第一左右手谐振单元1位于左侧并且关于y轴对称，两个结构相同的第二左右手谐振单元2位于右侧并且也关于y轴对称，每个第一左右手谐振单元1的一端均与对应的第二左右手谐振单元2的一端相连，两个相同的端口馈线7关于y轴对称，其中一个端口馈线与上方的左右手谐振单元的上方相连，另一个端口馈线与下方的左右手谐振单元的下方相连。其中两个相同的端口馈线7的线宽Wf为2.365mm，两个相同的第一左右手谐振单元1的宽度W1a为4.1mm，长度L1a为10mm。两个相同的第一交趾型电容3的趾间间隙S1a为0.13mm，趾宽W2a为0.32mm，交趾的对数Npa为4；两个相同的第一高阻抗线折叠电感4弯折数为0，宽度W3a为0.25mm；两个相同的第二左右手谐振单元2的宽度W1b为4.37mm，长度L1b为6.2mm。两个相同的第二交趾型电容5的趾间间隙S1b为
0.35mm，趾宽W2b为0.25mm，交趾的对数Npb为2。两个相同的第二高阻抗线折叠电感6弯折数为2，宽度W3b为0.22mm，折叠处长度L13b为1.44mm。介质基板8的高度为0.787mm。所述介质在
1.3GHz处有效波长为170mm。和公开的滤波器相比，实例一的尺寸最小。

[0023] 结合图2，基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的HFSS仿真和测试结果。测试结果显示：两个中心频率为1.3GHz和2.5GHz，在传输通带内分别有两个传输极点，并且低于-20dB，通带最小插入损耗分别为0.99dB和0.5dB，通带带宽分别为12.3％和23.3％。和公开的滤波器相比，实例一的两个通带内的匹配更好，损耗小且选择性高，两个通带的相对带宽比特别大。

[0024] 结合图2，基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的HFSS仿真和测试结果。测试结果显示：两个通带之间有-26dB的阻带抑制。和公开的滤波器相比，实例一的上阻带的抑制很好。

[0025] 实施例2

[0026] 结合图3，本发明为轴对称结构，包括两个结构相同的第一左右手谐振单元1、两个结构相同的第二左右手谐振单元2、两个相同的端口馈线7、介质基板8和金属地板9，所述两个第一左右手谐振单元1、两个第二左右手谐振单元2、两个端口馈线7均印制在介质基板8的上表面，介质基板8下方设置金属地板9；两个结构相同的第一左右手谐振单元1位于左侧并且关于y轴对称，两个结构相同的第二左右手谐振单元2位于右侧并且也关于y轴对称，每个第一左右手谐振单元1的一端均与对应的第二左右手谐振单元2的一端相连，两个相同的端口馈线7关于y轴对称，其中一个端口馈线与上方的左右手谐振单元的上方相连，另一个端口馈线与下方的左右手谐振单元的下方相连。其中两个相同的端口馈线7的线宽Wf为2.365mm，两个相同的第一左右手谐振单元1的宽度W1a为6.32mm，长度L1a为6.3mm。两个相同的第一交趾型电容3的趾间间隙S1a为0.125mm，趾宽W2a为0.42mm，交趾的对数Npa为4；两个相同的第一高阻抗线折叠电感4弯折数为3，宽度W3a为0.125mm，折叠处长度L13b为1.96mm；两个相同的第二左右手谐振单元2的宽度W1b为4.08mm，长度L1b为2.4mm。两个相同的第二交趾型电容5的趾间间隙S1b为0.13mm，趾宽W2b为0.24mm，交趾的对数Npb为4。两个相同的第二高阻抗线折叠电感6弯折数为0，宽度W3b为0.18mm。介质基板8的高度为0.787mm。所述介质在
1.1GHz处有效波长为200mm。和公开的滤波器相比，实例二的尺寸最小。

[0027] 结合图4，基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的HFSS仿真和测试结果。测试结果显示：两个中心频率为1.1GHz和3.42GHz，在传输通带内分别有两个传输极点，并且低于-20dB，通带最小插入损耗分别为1.21dB和0.74dB，通带带宽分别为17.93％和13.64％。和公开的滤波器相比，实例二的两个通带内的匹配更好，损耗小且选择性高，两个通带的中心频率比很大。

[0028] 结合图4，基于左右手结构的小型化双通带微带滤波器的HFSS仿真和测试结果。测试结果显示：两个通带之间有-18dB的阻带抑制。和公开的滤波器相比，实例二的上阻带的抑制很好。