基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器转让专利
申请号 : CN202110264456.9
文献号 : CN112952319B
文献日 : 2021-11-30
发明人 : 崔晓冬 , 徐军 , 张帆 , 张翊 , 肖跃格
申请人 : 电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:包括对称的末端容性耦合的第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)、一个λ/2阶梯阻抗谐振器(3)、一个λ/2均匀阻抗谐振器(4)、输入电路(5)和输出电路(6),其中λ/2阶梯阻抗谐振器(3)和λ/2均匀阻抗谐振器(4)嵌入在第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的内部;
第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)之间耦合;
第一开路枝节加载双模谐振器的第一奇模(13)和第二开路枝节加载双模谐振器的第一奇模(23)与位于上方的λ/2阶梯阻抗谐振器(3)耦合;
第一开路枝节加载双模谐振器的第一偶模(14)和第二开路枝节加载双模谐振器的第一偶模(24)与位于下方的λ/2均匀阻抗谐振器(4)耦合;
输入电路(5)和第一开路枝节加载双模谐振器(1)耦合;输出电路(6)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)耦合。
2.根据权利要求1所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:第一开路枝节加载双模谐振器(1)由一个长度为2(L1+L2)+W2、宽度为W1的第一λ/2传输线谐振器(11)和一个长度为L3、宽度为W2的第一开路枝节(12)构成,第二开路枝节加载双模谐振器(2)由一个长度为2(L1+L2)+W2、宽度为W1的第二λ/2传输线谐振器(21)和一个长度为L3、宽度为W2的第二开路枝节(22)构成,第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的耦合距离为S1且相互对称,λ/2阶梯阻抗谐振器(3)的长度为L4+2(L5+L6),λ/2均匀阻抗谐振器(4)的长度为L7,λ/2阶梯阻抗谐振器(3)和第一开路枝节加载双模谐振器(1)耦合缝隙为G2,λ/2阶梯阻抗谐振器(3)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的耦合缝隙为G2,λ/2均匀阻抗谐振器(4)与第一开路枝节加载双模谐振器(1)的耦合缝隙为G3,λ/2均匀阻抗谐振器(4)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的耦合缝隙为G3,输入电路(5)包括第一馈线(51)和第一高阻抗开路枝节(52),第一馈线(51)宽度为W01,加载在第一馈线(51)上的第一高阻抗开路枝节(52)长度和宽度分别为L01+L02和W02,输出电路(6)包括第二馈线(61)和第二高阻抗开路枝节(62),第二馈线(61)宽度为W01,加载在第二馈线(61)上的第二高阻抗开路枝节(62)长度和宽度分别为L01+L02和W02;
具体的物理结构参数为W01=1.5mm,W02=0.37mm,W1=0.5mm,W2=1mm,W3=0.5mm,W4=3mm,L01=
15.44mm,L02=3.9mm,L1=17.52mm,L2=9.64mm,L3=7.7mm,L4=13.55mm,L5=10mm,L6=1.47mm,L7=31.3mm,S1=0.76mm,G1=0.16mm,G2=0.62mm,G3=0.54mm,D=1mm,整体尺寸为21.23mm×
36.73mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:其中λ/2阶梯阻抗谐振器(3)和λ/2均匀阻抗谐振器(4)嵌入在两个开路枝节加载双模谐振器的内部,以使电路结构紧凑;第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)之间为容性耦合,两个通带的阻带均能产生一个传输零点;所述滤波器采用零度馈电结构,能在阻带产生三个额外的传输零点;两个通带的带宽独立调节。
4.根据权利要求1所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:第一开路枝节加载双模谐振器(1)的第一奇模(13)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的第一奇模(23)与位于上方的λ/2阶梯阻抗谐振器(3)耦合形成通带A;第一开路枝节加载双模谐振器(1)的第一偶模(14)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的第一偶模(24)与位于下方的λ/2均匀阻抗谐振器(4)耦合形成通带B;其中第一开路枝节加载双模谐振器(1)的第一奇模(13)和λ/2阶梯阻抗谐振器(3)之间、λ/2阶梯阻抗谐振器(3)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的第一奇模(23)之间、第一开路枝节加载双模谐振器(1)的第一偶模(14)和λ/2均匀阻抗谐振器(4)之间、λ/2均匀阻抗谐振器(4)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的第一偶模(24)之间的耦合为直接耦合;第一开路枝节加载双模谐振器(1)的第一奇模(13)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的第一奇模(23)之间、第一开路枝节加载双模谐振器(1)的第一偶模(14)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的第一偶模(24)之间的耦合为交叉耦合,因此两种耦合均可以在通带A和通带B的阻带产生一个传输零点。
5.根据权利要求4所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:输入电路(5)和输出电路(6)采用零度馈电结构对第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)进行缝隙馈电,这种馈电结构可以在阻带引入三个传输零点;零度馈电结构所产生的传输零点的位置与馈线位置D有关;随着馈线位置D的改变,第一个传输零点TZ1、第三个传输零点TZ3和第五个传输零点TZ5的位置发生了变化,而第二个传输零点TZ2和第四个传输零点TZ4的位置几乎保持不变;第一个传输零点TZ1、第三个传输零点TZ3和第五个传输零点TZ5是由零度馈电结构产生,第二个传输零点TZ2、第四个传输零点TZ4由交叉耦合结构产生。
6.根据权利要求1所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:当该滤波器在工作在两个不同的通带中心频率时,信号会通过不同的路径传输;当滤波器工作在通带A时,电流分布在第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的两臂和上方的λ/2阶梯阻抗谐振器(3)上;当滤波器工作在通带B时,电流分布在第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)的两臂及其开路枝节和下方的λ/2均匀阻抗谐振器(4)上。
7.根据权利要求4所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:λ/2阶梯阻抗谐振器(3)与第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)之间的耦合缝隙为G2,λ/2均匀阻抗谐振器(4)与第一开路枝节加载双模谐振器(1)和第二开路枝节加载双模谐振器(2)之间的耦合缝隙为G3,单独调节G2和G3的大小可以分别控制通带A和通带B的带宽大小;当G2增大时,通带A的带宽随之减小,而通带B的带宽不受影响;当G3增大时,通带B的带宽随之减小,而通带A的带宽不受影响;两个通带的带宽单独调节。
8.根据权利要求1所述的一种基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器,其特征在于:工作频率为2GHz和3.5GHz。
说明书 :
基于零度馈电结构的通带独立可控的微带双通带滤波器
技术领域
背景技术
目标,最常规的方案是通信设备的射频前端由多个射频电路构成,每个射频电路均包含独
立的滤波器、放大器等器件,具有不同的中心频率和带宽。使用射频开关选择不同中心频率
的滤波器进行通信。虽然该方案可以支持多个通信标准的同时工作,但增加了通信系统的
体积、功耗和成本。为了解决该方案的弱点,由多频器件如多频滤波器和多频放大器等构成
的多频射频电路应运而生。多频器件可以同时工作在多个频段,且为单端口输入单端口输
出器件。因此该方案能有效地减小通信系统的体积、功耗和成本,具有广阔的应用前景。多
频滤波器是多频通信系统的关键器件之一。其性能的好坏直接影响和决定通信系统的性
能。故多频滤波器受到国内外学术界和工业界的广泛关注和重视。研究高性能的多频滤波
器能有效提高通信系统的性能,减小系统的体积和成本。
双通带滤波器逐渐成为双频滤波器的研究热点。
该滤波器包含两个耦合的开路枝节加载双模谐振器。然而该滤波器不能实现对两个通带带
宽的独立控制,且该滤波器在阻带仅包含三个传输零点其通带隔离度有待提高。
零点,但由于嵌入的两对半波长谐振器之间的距离较近,因此该滤波器不能实现独立可控
的通带带宽。
艺加工实现。
发明内容
枝节加载双模谐振器2、一个λ/2阶梯阻抗谐振器3、一个λ/2 均匀阻抗谐振器4、输入电路5
和输出电路6,其中λ/2阶梯阻抗谐振器3和λ/2均匀阻抗谐振器4嵌入在第一开路枝节加载
双模谐振器1和第二开路枝节加载双模谐振器2的内部,以使电路结构紧凑。由于第一开路
枝节加载双模谐振器1和第二开路枝节加载双模谐振器2之间为容性耦合,两个通带的阻带
均能产生一个传输零点。该滤波器采用零度馈电结构,能在阻带产生三个额外的传输零点。
两个通带的带宽可以独立调节。该滤波器通过全波电磁仿真软件HFSS进行仿真,并根据滤
波器的整体电路结构加工成实物。
谐振器2由一个长度为2(L1+L2)+W2、宽度为W1的λ/2 传输线谐振器21和一个长度为L3、宽
度为W2的开路枝节22构成,第一开路枝节加载双模谐振器1和第二开路枝节加载双模谐振
器2的耦合距离为S1且相互对称,λ/2阶梯阻抗谐振器3的长度为L4+2(L5+L6),λ/2均匀阻抗
谐振器4 的长度为L7,λ/2阶梯阻抗谐振器3和第一开路枝节加载双模谐振器1耦合缝隙分
别为G2,λ/2阶梯阻抗谐振器3和第二开路枝节加载双模谐振器2的耦合缝隙分别为G2,λ/2
均匀阻抗谐振器4与第一开路枝节加载双模谐振器1的耦合缝隙分别为G3,λ/2均匀阻抗谐
振器4和第二开路枝节加载双模谐振器2的耦合缝隙分别为G3,输入电路5的馈线51宽度为
W01,加载在馈线51上的高阻抗开路枝节52长度和宽度分别为L01+L02和W02,输出电路6的
馈线61宽度为 W01,加载在馈线61上的高阻抗开路枝节62长度和宽度分别为L01+L02和
W02;具体的物理结构参数为W01=1.5mm,W02=0.37mm,W1=0.5mm,W2=1mm,W3=0.5mm,W4
=3mm,L01=15.44mm,L02=3.9mm,L1=17.52mm,L2=9.64mm,L3=7.7mm,L4=13.55mm,
L5=10mm,L6=1.47mm,L7=31.3mm,S1=0.76mm,G1=0.16mm,G2=0.62mm,G3=0.54mm, D
=1mm,整体尺寸为21.23mm×36.73mm。
加载双模谐振器2之间为容性耦合,两个通带的阻带均能产生一个传输零点;该滤波器采用
零度馈电结构,能在阻带产生三个额外的传输零点;两个通带的带宽可以独立调节。
载双模谐振器1的第一偶模14和第二开路枝节加载双模谐振器2的第一偶模24与位于下方
的λ/2均匀阻抗谐振器4耦合形成通带B;其中第一开路枝节加载双模谐振器1的第一奇模13
和第二开路枝节加载双模谐振器2的第一奇模23、λ/2阶梯阻抗谐振器3和第二开路枝节加
载双模谐振器 2的第一奇模23、第一开路枝节加载双模谐振器1的第一偶模14和λ/2均匀阻
抗谐振器4、λ/2均匀阻抗谐振器4和第二开路枝节加载双模谐振器2的第一偶模24之间的耦
合为直接耦合;第一开路枝节加载双模谐振器1的第一奇模13 和第二开路枝节加载双模谐
振器2的第一奇模23、第一开路枝节加载双模谐振器1的第一偶模14和第二开路枝节加载双
模谐振器2的第一偶模24之间的耦合为交叉耦合,因此均可以在通带A和通带B的阻带产生
一个传输零点。
输零点;零度馈电结构所产生的传输零点的位置与馈线位置D 有关;随着馈线位置D的增
加,第一个传输零点TZ1、第三个传输零点TZ3和第五个传输零点TZ5的位置发生了变化,而
第二个传输零点TZ2和第四个传输零点 TZ4的位置几乎保持不变;传输零点TZ1、TZ3和TZ5
是由零度馈电结构产生,传输零点TZ2、TZ4由交叉耦合结构产生。
枝节加载双模谐振器2的两臂和上方的λ/2阶梯阻抗谐振器3 上;当滤波器工作在通带B时,
电流分布在第一开路枝节加载双模谐振器1和第二开路枝节加载双模谐振器2的两臂及其
开路枝节和下方的λ/2均匀阻抗谐振器4上。
振器1和第二开路枝节加载双模谐振器2之间的耦合缝隙为G3,单独调节G2和G3的大小可以
分别控制通带A和通带B的带宽大小;当 G2增大时,通带A的带宽随之减小,而通带B的带宽
不受影响;当G3增大时,通带B的带宽随之减小,而通带A的带宽不受影响;两个通带的带宽
可以单独调节。
附图说明
具体实施方式
=0.0637,M13=0.0425)和外部品质因数(Qe=10.69)及具体物理尺寸。
构成,第二开路枝节加载双模谐振器2由一个长度为 2(L1+L2)+W2、宽度为W1的λ/2传输线
谐振器21和一个长度为L3、宽度为W2 的开路枝节22构成,第一开路枝节加载双模谐振器1
和第二开路枝节加载双模谐振器2的耦合距离为S1且相互对称,λ/2阶梯阻抗谐振器3的长
度为 L4+2(L5+L6),λ/2均匀阻抗谐振器4的长度为L7,λ/2阶梯阻抗谐振器3和第一开路枝
节加载双模谐振器1耦合缝隙分别为G2,λ/2阶梯阻抗谐振器3和第二开路枝节加载双模谐
振器2的耦合缝隙分别为G2,λ/2均匀阻抗谐振器4 与第一开路枝节加载双模谐振器1的耦
合缝隙分别为G3,λ/2均匀阻抗谐振器 4和第二开路枝节加载双模谐振器2的耦合缝隙分别
为G3,输入电路5的馈线 51宽度为W01,加载在馈线51上的高阻抗开路枝节52长度和宽度分
别为L01+L02 和W02,输出电路6的馈线61宽度为W01,加载在馈线61上的高阻抗开路枝节
62长度和宽度分别为L01+L02和W02。
合形成通带A;第一开路枝节加载双模谐振器1的第一偶模 14和第二开路枝节加载双模谐
振器2的第一偶模24与位于下方的λ/2均匀阻抗谐振器4耦合形成通带B;其中第一开路枝节
加载双模谐振器1的第一奇模13 和第二开路枝节加载双模谐振器2的第一奇模23、λ/2阶梯
阻抗谐振器3和第二开路枝节加载双模谐振器2的第一奇模23、第一开路枝节加载双模谐振
器1 的第一偶模14和λ/2均匀阻抗谐振器4、λ/2均匀阻抗谐振器4和第二开路枝节加载双模
谐振器2的第一偶模24之间的耦合为直接耦合;第一开路枝节加载双模谐振器1的第一奇模
13和第二开路枝节加载双模谐振器2的第一奇模23、第一开路枝节加载双模谐振器1的第一
偶模14和第二开路枝节加载双模谐振器 2的第一偶模24之间的耦合为交叉耦合,因此均可
以在通带A和通带B的阻带产生一个传输零点。
构可以在阻带引入三个传输零点。零度馈电结构所产生的传输零点的位置与馈线位置D有
关,如图3所示。随着馈线位置D的增加,第一个传输零点TZ1、第三个传输零点TZ3和第五个
传输零点TZ5的位置发生了变化,而第二个传输零点TZ2和第四个传输零点TZ4的位置几乎
保持不变。因此传输零点 TZ1、TZ3和TZ5是由零度馈电结构产生,而传输零点TZ2、TZ4由交
叉耦合结构产生。
路枝节加载双模谐振器2的两臂和上方的λ/2阶梯阻抗谐振器3上;当滤波器工作在通带B
时,电流分布在第一开路枝节加载双模谐振器1 和第二开路枝节加载双模谐振器2的两臂
及其开路枝节和下方的λ/2均匀阻抗谐振器4上。
和第二开路枝节加载双模谐振器2之间的耦合缝隙为 G3,单独调节G2和G3的大小可以分别
控制通带A和通带B的带宽大小,如图5 (a)和图5(b)所示。当G2增大时,通带A的带宽随之减
小,而通带B的带宽不受影响;当G3增大时,通带B的带宽随之减小,而通带A的带宽不受影
响。因此两个通带的带宽可以单独调节。
通带A的非归一化耦合矩阵和外部品质因数为:
随耦合缝隙G2和G3的变化关系。
17.52mm,L2=9.64mm,L3=7.7mm,L4=13.55mm,L5=10mm,L6=1.47mm,L7=31.3mm, S1=
0.76mm,G1=0.16mm,G2=0.62mm,G3=0.54mm,D=1mm。整体尺寸为 21.23mm×36.73mm。
于1.95GHz与3.47GHz,3dB相对带宽分别为8%和8.4%,回波损耗分别优于10dB与20dB,平
均插损均小于2dB,并且,五个传输零点分别位于1.3GHz、2.18GHz、2.81GHz、4.08GHz和
4.74GHz处,使两个通带具有很高的频率选择性和通带隔离度。总体而言实物器件的测试性
能良好,测量与仿真结果的偏差主要是由加工误差导致。
明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明
的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案
的保护范围。