專利名稱：基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾波器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器。
背景技術(shù)：
超寬帶(UWB)濾波器有多種應(yīng)用。民用方面超寬帶脈沖無線傳輸技術(shù)(軍方早在七十年代就開始了其研究)是一種具有革命性的無線通信技術(shù)，具有比3G通信技術(shù)高得多的通信速率和容量，且其占用的頻帶非常寬，其系統(tǒng)需要使用超寬帶濾波器。汽車中使用的超寬帶防撞雷達系統(tǒng)、用于成像的超寬帶成像系統(tǒng)、用于倉儲的超寬帶RFID系統(tǒng)以及現(xiàn)代通信信號優(yōu)化覆蓋和直放站系統(tǒng)等等，也需要使用超寬帶濾波器。軍用電子對抗中的超寬帶脈沖雷達系統(tǒng)也會用到超寬帶濾波器。美國聯(lián)邦通信局(FCC)在2002年正式通過了將超寬帶(UWB)技術(shù)用于民用的議案。這之后，超寬帶濾波器的研究在學(xué)術(shù)界吸引了廣泛的研究興趣。事實上，超寬帶濾波器存在著多種方案。在超寬帶系統(tǒng)的射頻RF模塊的前端需要放置一個超寬帶濾波器使系統(tǒng)可以發(fā)射符合FCC標(biāo)準(zhǔn)的UWB信號，以及盡可能的減少其受到工作頻率以外的干擾。另外，超寬帶系統(tǒng)中需要解決大量的超寬帶匹配問題，例如放大器的輸入和輸出都需要良好的匹配網(wǎng)絡(luò)，以保證最大的傳輸系數(shù)。因此，超寬帶微波濾波器是UWB系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵無源部件，它的特性好壞對于系統(tǒng)的整體性能起著非常重要的作用。由于UWB系統(tǒng)使用很寬的頻帶所以和很多其他的無線通信系統(tǒng)頻段重疊。UWB的頻率范圍為3. 1-10. 6GHZ,U-NII (Unlicensednational information infrastructure)頻段范圍有兩部分，5. 15GHz 至 5. 35GHz 和 5. 75至5. 85GHz。雖然從理論上說超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射功率頻譜密度很低，應(yīng)能和其他系統(tǒng)“安靜地共存”， 但實際應(yīng)用中超寬帶系統(tǒng)對其他系統(tǒng)的兼容性需要用實驗證明。特別是超寬帶系統(tǒng)的工作機理和特性還有很多不清楚的方面，比如超寬帶系統(tǒng)的帶外干擾問題，即超寬帶設(shè)備有可能對其工作頻段之外的無線系統(tǒng)產(chǎn)生一定的干擾，這部分干擾還很難用理論計算的方法準(zhǔn)確估計，如對GPS的干擾、對個人通信系統(tǒng)900/1800MHzGSM的干擾、對無線局域網(wǎng)IEEE802. 11的干擾等，特別是當(dāng)某特定區(qū)域有很多超寬帶設(shè)備時，其集中干擾必須認真考慮。因此，從硬件方面設(shè)計相關(guān)的濾波器，以消除干擾信號對系統(tǒng)的干擾顯得尤為重要。濾波器在超寬帶通信設(shè)備中相當(dāng)重要，各種濾波器都有不同的功能和特性要求。接收端帶通濾波器的必要功能是避免由于發(fā)射端輸出信號泄漏而使接收器前端飽和，除去如鏡頻一類的干擾信號以及減少來自天線端的本機振蕩器的功率泄漏。接收端帶通濾波器的最佳性能包括高衰減(以除去干擾)，同時減少直接影響接收端靈敏度的帶通插損，因此它必須有陡峭的帶外衰減、好的群延時等特性。發(fā)射端帶通濾波器的基本功能是從發(fā)射端減少雜散輻射功率以避免對其他無線通信系統(tǒng)的干擾，這些無用的信號的主要成分是發(fā)射信號頻率的二，三次諧波和本機振蕩。另一個很重要的功能是衰減掉發(fā)射信號中接收頻率段內(nèi)的噪聲，抑制它到接收機的靈敏度以下。在2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)將3. 1-10. 6GHz的頻段自由開放用作通信領(lǐng)域的應(yīng)用之后，超寬帶短距離無線通信引起了全球通信技術(shù)領(lǐng)域的極大關(guān)注。而濾波器是通信系統(tǒng)中不可或缺并廣泛運用的無源器件，更是成為了研究的焦點之一。由于超寬帶濾波器要求工作在3. 1-10. 6GHz這樣一個較寬的頻段范圍，且要求該濾波器有較小的尺寸，傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計方法無法設(shè)計出如此寬頻帶的濾波器。目前實現(xiàn)超寬帶的方法有通過低通和高通濾波器級聯(lián)或是利用多模諧振器結(jié)構(gòu)等。各種傳輸線結(jié)構(gòu)如平行耦合線、共面波導(dǎo)、微帶線、帶狀線等結(jié)構(gòu)和形式都被運用到超寬帶濾波器的設(shè)計當(dāng)中來。但是，隨著無線通訊產(chǎn)品都朝著輕、薄、短、小的方向發(fā)展，要求濾波器尺寸越來越小。因此，如何在保證超寬帶濾波器的性能的前提下，減少濾波器尺寸也是當(dāng)今超寬帶濾波器設(shè)計的一大挑戰(zhàn)。祝雷等人在2005 年的 IEEE Microwave and Wireless Components Letter 中發(fā)表的“Ultra-wideband bandpass filter using multiple-mode resonator，，一文中提出了一種基于多模諧振器結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器。由于設(shè)計簡單，實現(xiàn)的濾波器特性較好，故該文被大量引用，然而該結(jié)構(gòu)的電路尺寸較大，而且阻帶衰減慢，帶外抑制較差。祝雷等人繼而又在 2005 年的 IEEE Microwave and Wireless Components Letter 中發(fā)表，，CompactUffB bandpass filter using stub-loadedmul tip I e-mode resonator，，一文，如圖 2 所不，提出了基于枝節(jié)加載的多模諧振器結(jié)構(gòu)，用于改善上述多模結(jié)構(gòu)的超寬帶濾波器的帶外特性，并減小了電路尺寸。實驗結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)雖然能夠減小電路尺寸，但在帶外抑制和阻帶衰減特性上沒有太大改善。短路、開路枝節(jié)加載很早前就被運用在多頻濾波器的設(shè)計中了，枝節(jié)加載結(jié)構(gòu)也是UWB濾波器設(shè)計的主要方法之一。文獻“Development of Packaged Ultra-WidebandBandpass Filters”中提出了一個典型的加載枝節(jié)的結(jié)構(gòu),它的特點就是結(jié)構(gòu)簡單,而且自由度大。這個結(jié)構(gòu)是三模的SIR結(jié)構(gòu)，而三個諧振模式都是獨立可控的，這樣就方便調(diào)節(jié)中心諧振點和整個通帶的范圍。我們看它的通帶較寬也平坦，只是阻帶的插入損耗不夠大，而且還有半波長重復(fù)性帶來的寄生通帶
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明一種基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，包括微帶基片、正面部分、反面部分、和輸入\輸出端口，所述的正面部分和反面部分分別位于所述微帶基片的兩個面上，反面部分作為所述濾波器的金屬接地板；輸入\輸出端口有兩個，分別為第一輸入\輸出端口和第二輸入\輸出端口，所述正面部分包括第一均勻傳輸線單元、第二均勻傳輸線單元、第一平行耦合饋線、第二平行耦合饋線、雙枝節(jié)加載諧振器和介質(zhì)板；所述的第一均勻傳輸線單元、第二均勻傳輸線單元分別位于正面的左右兩端且處于同一水平線上，所述的第一輸入\輸出端口和第一均勻傳輸線相連、第二輸入\輸出端口和第二均勻傳輸線相連接；第一平行耦合饋線和第二平行耦合饋線通過雙枝節(jié)加載諧振器相連接；第一平行耦合饋線非開口端和第一均勻傳輸線單元相連接，第二平行耦合饋線非開口端和第二均勻傳輸線單元相連接，介質(zhì)板通過接地過孔與接地金屬地板相連接。
優(yōu)選的，所述雙枝節(jié)加載諧振器由兩個開路枝節(jié)的多模諧振器和兩個短路枝節(jié)的多模諧振器構(gòu)成。優(yōu)選的，所述兩個開路枝節(jié)相對于中心頻率6. 85GHz的電長度約94. 5°，兩個短路枝節(jié)相對于中心頻率6. 85GHz的電長度為42. 5°。優(yōu)選的，各段枝節(jié)以及傳輸線阻抗相同。進一步的，所述阻抗為130. 5歐姆。優(yōu)選的，所述短路枝節(jié)中心的過孔通過金屬與金屬接地板相連接。優(yōu)選的，所述微帶基片·介電常數(shù)為2. 55,厚度為O. 8mm。優(yōu)選的，反面部分包括第一缺陷地單元、第二缺陷地單元和接地金屬地板；第一缺陷地單元、第二缺陷地單元均是在金屬地板上刻蝕除去相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀，從而形成的空氣單元；第一缺陷地單元位于第一平行耦合饋線下方，第二缺陷地單元位于第二平行耦合饋線下方；第一輸入\輸出端口、第二輸入\輸出端口還與接地金屬地板相連接。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果1、利用雙枝節(jié)加載型諧振器的四個模式形成統(tǒng)一的寬帶，可以覆蓋超寬帶通信頻段3. 1-10. 6GHz。其中兩個奇模和兩個偶?？梢元毩⒖刂?，易形成統(tǒng)一的通帶。2、通過利用兩對枝節(jié)(短路枝節(jié)以及開路枝節(jié))的加載，可以在通帶兩側(cè)各產(chǎn)生一個傳輸零點，使矩形度得到很好的改善。3、兩對枝節(jié)(短路枝節(jié)以及開路枝節(jié))均可在上阻帶產(chǎn)生傳輸零點，可以很好地改善帶外抑制。4、將兩對枝節(jié)分別彎曲，將UWB濾波器進一步小型化，尺寸小，成本低，結(jié)構(gòu)更緊湊，更易于與其它電路集成。


圖1為本發(fā)明超寬帶濾波器總體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明超寬帶濾波器的正面部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明超寬帶濾波器的反面部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是具有陷波特性超寬帶濾波器頻率響應(yīng)的電磁仿真以及測試曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖1所示，其由微帶基片、正面部分、反面部分和輸入\輸出端口組成；所述的正面部分和反面部分分別位于所述微帶基片的兩個面上，反面部分作為所述濾波器的金屬接地板；輸入\輸出端口有兩個，分別為輸入\輸出端口 I和輸入\輸出端口 6。如圖2所示，所述的正面部分包括第一均勻傳輸線單元2、第二均勻傳輸線單元5、第一平行耦合饋線3、第二平行耦合饋線4、雙枝節(jié)加載諧振器7、介質(zhì)板8 ;所述的第一均勻傳輸線單元2、第二均勻傳輸線單元5分別位于正面的左右兩端且處于同一水平線上，所述的第一輸入\輸出端口 I和第一均勻傳輸線2相連、第二輸入\輸出端口 6和第二均勻傳輸線5相連接；第一平行耦合饋線3和第二平行耦合饋線4通過雙枝節(jié)加載諧振器7相連接；第一平行耦合饋線3非開口端和第一均勻傳輸線單元2相連接，第二平行耦合饋線4非開口端和第二均勻傳輸線單元5相連接；雙枝節(jié)加載諧振器7由兩個開路枝節(jié)(相對于中心頻率6. 85GHz的電長度約94. 5° )、兩個短路枝節(jié)(相對于中心頻率6. 85GHz的電長度約42. 5° )的多模諧振器構(gòu)成；各段枝節(jié)以及傳輸線阻抗相同，均為130. 5歐姆；短路枝節(jié)中心的過孔通過金屬與金屬接地板相連接。微帶基片介電常數(shù)為2. 55，厚度為O. 8_。如圖3所示，所述的反面部分包括第一缺陷地單元9、第二缺陷地單元10、接地過孔11和接地金屬地板12 ;第一缺陷地單元9、第二缺陷地單元10均是在金屬地板上刻蝕除去相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀，從而形成的空氣單元；第一缺陷地單元9位于第一平行耦合饋線3下方，第二缺陷地單元10位于第二平行耦合饋線4下方；第一輸入\輸出端口1、第二輸入\輸出端口 6還與接地金屬地板12相連接。如圖4所示，本實施例的頻率特性包括S21 (插入損耗)參數(shù)和Sll (回波損耗)參數(shù)、群時延。橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位為GHz，左面縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dB。右面縱坐標(biāo)為群時延，單位為ns。從圖4可以看出，本發(fā)明的超寬帶濾波器的3dB帶寬為2. 9-10. 8GHz，頻率的群時延均小于O. 6ns，上阻帶在18GHz范圍內(nèi)插入損耗大于20dB。本例中，兩個短路枝節(jié)和兩個開路枝節(jié)分別位于一段傳輸線的兩側(cè)。兩組枝節(jié)可以在需要的頻率產(chǎn)生傳輸零點，從而抑制上阻帶的寄生模式，形成較寬的阻帶特性。通過改變兩組枝節(jié)的電長度，可以控制超寬帶的模式，從而調(diào)整帶寬，形成3. 1-10. 6GHz的超寬帶特性。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精 神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，包括微帶基片、正面部分、反面部分、和輸入\輸出端口，其特征在于，所述的正面部分和反面部分分別位于所述微帶基片的兩個面上，反面部分作為所述濾波器的接地金屬地板；輸入\輸出端口有兩個，分別為第一輸入\輸出端口(I)和第二輸入\輸出端口(6),所述正面部分包括第一均勻傳輸線單兀(2)、第二均勻傳輸線單元(5)、第一平行耦合饋線(3)、第二平行耦合饋線(4)、雙枝節(jié)加載諧振器(7)和介質(zhì)板(8);所述的第一均勻傳輸線單元(2)、第二均勻傳輸線單元(5)分別位于正面的左右兩端且處于同一水平線上，所述的第一輸入\輸出端口(I)和第一均勻傳輸線(2)相連，第二輸入\輸出端口(6)和第二均勻傳輸線(5)相連接；第一平行耦合饋線(3)和第二平行耦合饋線(4)通過雙枝節(jié)加載諧振器(7 )相連接；第一平行耦合饋線(3 )非開口端和第一均勻傳輸線單元(2)相連接，第二平行耦合饋線(4)非開口端和第二均勻傳輸線單元(5 )相連接，介質(zhì)板(8 )通過接地過孔(11)與接地金屬地板相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，所述雙枝節(jié)加載諧振器(7)由兩個開路枝節(jié)的多模諧振器和兩個短路枝節(jié)的多模諧振器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，所述兩個開路枝節(jié)相對于中心頻率6. 85GHz的電長度為94. 5°，兩個短路枝節(jié)相對于中心頻率6. 85GHz的電長度為42. 5°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，各段枝節(jié)以及傳輸線阻抗相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，所述阻抗為130. 5歐姆。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，所述短路枝節(jié)中心的過孔通過金屬與金屬接地板相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，所述微帶基片介電常數(shù)為2. 55，厚度為O. 8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，其特征在于，反面部分包括第一缺陷地單元(9)、第二缺陷地單元(10)和接地金屬地板(12);第一缺陷地單元(9)、第二缺陷地單元(10)均是在接地金屬地板(12)上刻蝕除去相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形狀，從而形成的空氣單元；第一缺陷地單元(9)位于第一平行耦合饋線(3)下方，第二缺陷地單元(10)位于第二平行I禹合饋線(4)下方；第一輸入\輸出端口(I)、第二輸入\輸出端口(6)還與接地金屬地板(12)相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙枝節(jié)加載諧振器的超寬帶濾波器，包括微帶基片、正面部分、反面部分、和輸入\輸出端口，所述的正面部分和反面部分分別位于所述微帶基片的兩個面上，反面部分作為所述濾波器的金屬接地板；輸入\輸出端口有兩個，分別為第一輸入\輸出端口和第二輸入\輸出端口，所述正面部分包括第一均勻傳輸線單元、第二均勻傳輸線單元、第一平行耦合饋線、第二平行耦合饋線、雙枝節(jié)加載諧振器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，成本低，特性好。
文檔編號H01P1/203GK103035986SQ201210545950
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月15日
發(fā)明者褚慶昕, 朱賀 申請人:華南理工大學(xué)