一種平面cq帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種平面CQ帶通濾波器，以印刷電路板的方式制作在雙面履銅微帶板上，所述雙面覆銅微帶板的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭port1、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一和第二端口饋線、半波長的第一和第四微帶諧振器、四分之一波長的第二和第三微帶諧振器、接地通孔，微帶板的另一面為覆銅接地板。該設(shè)計由兩個半波長和兩個四分之一波長諧振器級聯(lián)組成，使濾波器在保持較小體積下，也能具有簡單可控的電耦合和磁耦合；通過在諧振器間引入交叉耦合可在濾波器的通帶兩側(cè)產(chǎn)生兩個傳輸零點，提高了濾波器的頻率選擇性和帶外抑制，具有頻帶選擇性好、插入損耗低、體積小、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。
【專利說明】—種平面CQ帶通濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微帶線形式的平面帶通濾波器，尤其涉及一種平面CQ帶通濾波器，能夠滿足頻率選擇性高、插入損耗低、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等設(shè)計要求。

【背景技術(shù)】
[0002]射頻/微波濾波器是現(xiàn)代微波中繼通信、衛(wèi)星通信、無線通信和電子對抗等系統(tǒng)必不可少的組成部分，同時也是最為重要和技術(shù)含量最高的微波無源器件。其中，帶通濾波器作為電路系統(tǒng)里重要的組成部分之一，其性能的優(yōu)劣很大程度決定了系統(tǒng)的工作質(zhì)量。帶通濾波器主要工作于通信系統(tǒng)射頻前端，用于低損耗通過某一頻率范圍內(nèi)的有用信號，而將其他頻率范圍的頻率分量衰減到極低水平。
[0003]然而，隨著現(xiàn)代通信需求的高速發(fā)展，可利用的頻譜資源日益緊張，因此對濾波器頻率選擇特性的要求越來越高。為了提高通信容量和避免相鄰信道間的干擾，要求濾波器必須有陡峭的帶外抑制；為了提高信噪比，要求通帶內(nèi)要有低的插入損耗；而為了減小信號的失真，要求通帶內(nèi)有平坦的幅頻特性和群延時特性；為了滿足現(xiàn)代通信終端小型化趨勢，要求濾波器有更小的體積與重量。傳統(tǒng)的巴特沃斯和切比雪夫濾波器已經(jīng)難以滿足這些要求，引入具有有限傳輸零點的交叉耦合結(jié)構(gòu)的濾波器是目前最常用也是最佳的選擇。與傳統(tǒng)濾波器相比，這種濾波器不僅能夠滿足通帶外的高選擇特性，同時能夠減少諧振腔的個數(shù)，降低設(shè)計成本和濾波器體積。目前為止，已經(jīng)有很多學(xué)者提出了基于四個諧振器單元級聯(lián)的具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的帶通濾波器，其中有些的確展現(xiàn)出良好的性能:帶內(nèi)插入損耗較小、選擇性較高等。然而，有些結(jié)構(gòu)由于采用半波長諧振器結(jié)構(gòu)使得濾波器體積過大，不利于集成。此外，采用四分之一波長諧振器結(jié)構(gòu)雖然減小了濾波器體積，但是會使耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計變得復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種平面CQ帶通濾波器，該發(fā)明公開了一種利用兩個半波長諧振器和兩個四分之一波長諧振器構(gòu)成四個諧振器單元級聯(lián)的帶通濾波器的新方法，這使得濾波器除了在性能方面達到頻率選擇性高、插入損耗小的要求外，在濾波器尺寸和耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜程度上均比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢。本實用新型的濾波器是基于CQ(Cascaded Quadruplet)濾波器結(jié)構(gòu)的，在諧振器之間引入交叉耦合使通帶外產(chǎn)生兩個傳輸零點，從而達到快速滾降，提高選擇性的目的。
[0005]本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種平面CQ帶通濾波器，以印刷電路板的方式制作在雙面履銅微帶板上，所述雙面覆銅微帶板的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭portl、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線、第二端口饋線、半波長的第一微帶諧振器和第四微帶諧振器、四分之一波長的第二微帶諧振器和第三微帶諧振器、接地通孔，該雙面覆銅微帶板的另一面為覆銅接地板；并且所述輸入端饋線頭portl、第一端口饋線、第一微帶諧振器、第二微帶諧振器和輸出端饋線頭port2、第二端口饋線、第四微帶諧振器、第三微帶諧振器是左右對稱的；第一微帶諧振器、第二微帶諧振器、第三微帶諧振器、第四微帶諧振器位于平行的第一端口饋線和第二端口饋線之間；所述第一微帶諧振器和第四微帶諧振器都是由五條微帶組成，其中三條平行于縱向的第一端口饋線和第二端口饋線，另外兩條垂直于縱向的第一端口饋線和第二端口饋線，較長的橫向微帶的兩端分別與最長的縱向微帶和中等長度的縱向微帶的底端垂直連接，較短的橫向微帶的兩端分別與最短的縱向微帶和中等長度的縱向微帶的頂端垂直連接；第一微帶諧振器和第四微帶諧振器的最長的縱向微帶分別是與第一端口饋線和第二端口饋線距離最近的縱向微帶，第一微帶諧振器中最長的縱向微帶與第一端口饋線之間存在第一耦合間隙，第四微帶諧振器中最長的縱向微帶與第二端口饋線之間存在第二耦合間隙，第一微帶諧振器和第四微帶諧振器的最短的縱向微帶之間存在第三耦合間隙；所述的第二微帶諧振器和第三微帶諧振器都是由三條微帶組成，其中兩條條平行于縱向的第一端口饋線和第二端口饋線，另外一條垂直于縱向的第一端口饋線和第二端口饋線，橫向微帶的兩端分別與較長的縱向微帶和較短的縱向微帶的頂端垂直連接；所述第二微帶諧振器和第三微帶諧振器的較短的縱向微帶之間存在第四耦合間隙，它們的底端通過接地通孔連接，為第二微帶諧振器和第三微帶諧振器之間引入磁耦合，并且它們的底端位于第一微帶諧振器和第四微帶諧振器的較短的橫向微帶的上方；所述第二微帶諧振器和第三微帶諧振器的較長的縱向微帶分別位于第一微帶諧振器和第四微帶諧振器的最長的縱向微帶和中等的縱向微帶之間，并且所述第二微帶諧振器的較長的縱向微帶和第一微帶諧振器中等的縱向微帶之間存在第五耦合間隙，所述第三微帶諧振器的較長的縱向微帶和第四微帶諧振器中等的縱向微帶之間存在第六耦合間隙；所述第一微帶諧振器和第四微帶諧振器的較長的橫向微帶同時位于第一端口饋線、第二端口饋線底端的下方和所述第二微帶諧振器、第三微帶諧振器的較長的縱向微帶底端的下方。
[0007]優(yōu)選的,所述輸入端饋線頭portl和輸出端饋線頭port2的寬度均為W1 = 2.2mm,第一端口饋線和第二端口饋線的長度均為L1 = 15.2mm、寬度均為W3 = 0.5mm。
[0008]優(yōu)選的，所述第一微帶諧振器和第四微帶諧振器的最長的縱向微帶的長度均為L2=17.2mm,中等的縱向微帶的長度均為L4 = 8mm,最短的縱向微帶的長度均為L6 = 0.5mm,較長的橫向微帶的長度均為L3 = 6mm,較短的橫向微帶的長度均為L5 = 2.9mm。
[0009]優(yōu)選的，所述第二微帶諧振器和第三微帶諧振器的較長的縱向微帶的長度均為L7=12.45mm、寬度均為W2 = Imm,較短的縱向微帶的長度均為L9 = 3mm,橫向微帶的長度均為 L8 = 2.5mm。
[0010]優(yōu)選的，所述輸入端饋線頭portl和輸出端饋線頭port2均為50歐姆的匹配阻抗。
[0011]優(yōu)選的，所述第四耦合間隙的距離S3為0.5mm。
[0012]優(yōu)選的，所述第三耦合間隙的距離S4為0.7mm。
[0013]優(yōu)選的，所述第五耦合間隙和第六耦合間隙的距離S2均為0.5mm。
[0014]優(yōu)選的，所述第一耦合間隙和第二耦合間隙的距離S1均為0.3mm。
[0015]優(yōu)選的，所述雙面履銅微帶板基板的相對介電常數(shù)為2.55，介質(zhì)高度為0.80mm。
[0016]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
[0017]1、本實用新型采用半波長諧振器和四分之一波長諧振器組成CQ單元，相比以前由半波長諧振器組成的CQ單元，尺寸更小，而相比以前只有四分之一波長諧振器組成CQ單元，耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加簡單。
[0018]2、本實用新型混合使用半波長諧振器和四分之一波長諧振器，可以更方便的實現(xiàn)獨立可控的電耦合和磁耦合，從而在通帶兩側(cè)產(chǎn)生2個傳輸零點，從而提高濾波器的選擇性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型提出的一種平面CQ帶通濾波器的示意圖；
[0020]圖2是本實用新型提出的一種平面CQ帶通濾波器的尺寸圖；
[0021]圖3是本實用新型提出的一種平面CQ帶通濾波器的散射參數(shù)仿真圖；
[0022]圖中，附圖標(biāo)記為:1_雙面履銅微帶板，2-第一端口饋線，3-第一耦合間隙，4-第一微帶諧振器，5-第五耦合間隙，6-第三微帶諧振器，7-第四耦合間隙，8-接地通孔，9-第三耦合間隙，10-第四微帶諧振器，11-第六耦合間隙，12-第四微帶諧振器，13-第二耦合間隙，14-第二端口饋線。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0024]實施例
[0025]本實用新型的平面CQ帶通濾波器的示意圖如圖1所示，以印刷電路板的方式制作在雙面履銅微帶板1上，所述雙面覆銅微帶板1的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭portl、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線2、第二端口饋線14、半波長的第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12、四分之一波長的第二微帶諧振器6和第三微帶諧振器10、接地通孔8，該雙面覆銅微帶板1的另一面為覆銅接地板；并且所述輸入端饋線頭portl、第一端口饋線2、第一微帶諧振器4、第二微帶諧振器6和輸出端饋線頭port2、第二端口饋線14、第四微帶諧振器12、第三微帶諧振器10是左右對稱的，接地通孔8位于中心對稱線上。
[0026]第一微帶諧振器4、第二微帶諧振器6、第三微帶諧振器10、第四微帶諧振器12位于平行的第一端口饋線2和第二端口饋線14之間；其中所述第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12都是由五條微帶組成，其中三條平行于縱向的第一端口饋線2和第二端口饋線14，另外兩條垂直于縱向的第一端口饋線2和第二端口饋線14，較長的橫向微帶的兩端分別與最長的縱向微帶和中等長度的縱向微帶的底端垂直連接，較短的橫向微帶的兩端分別與最短的縱向微帶和中等長度的縱向微帶的頂端垂直連接；第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12的最長的縱向微帶分別是與第一端口饋線2和第二端口饋線14距離最近的縱向微帶，第一微帶諧振器4中最長的縱向微帶與第一端口饋線2之間存在第一耦合間隙3，第四微帶諧振器12中最長的縱向微帶與第二端口饋線14之間存在第二耦合間隙13，耦合間隙3和13的距離相等，此間隙距離都記為& ；
[0027]第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12的最短的縱向微帶之間存在第三耦合間隙9，耦合間隙9為第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)之間引入磁耦合，此間隙距離記為S4 ；
[0028]所述的第二微帶諧振器6和第三微帶諧振器10都是由三條微帶組成，其中兩條條平行于縱向的第一端口饋線2和第二端口饋線14，另外一條垂直于縱向的第一端口饋線2和第二端口饋線14，橫向微帶的兩端分別與較長的縱向微帶和較短的縱向微帶的頂端垂直連接；所述第二微帶諧振器6和第三微帶諧振器10的較短的縱向微帶之間存在第四耦合間隙7 (耦合間隙7的距離記為S3)，它們的底端通過接地通孔8連接，為第二微帶諧振器6和第三微帶諧振器10之間引入磁耦合，并且它們的底端位于第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12的較短的橫向微帶的上方；
[0029]所述第二微帶諧振器6和第三微帶諧振器10的較長的縱向微帶分別位于第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12的最長的縱向微帶和中等的縱向微帶之間，并且所述第二微帶諧振器6的較長的縱向微帶和第一微帶諧振器4中等的縱向微帶之間存在第五耦合間隙5，所述第三微帶諧振器10的較長的縱向微帶和第四微帶諧振器12中等的縱向微帶之間存在第六耦合間隙11，
[0030]第五耦合間隙5和第六耦合間隙11分別為第二微帶諧振器6、第三微帶諧振器10以及第二微帶諧振器6與第三微帶諧振器10之間引入電耦合，耦合間隙5和11的距離相等，此間隙距離記為S2;
[0031]所述第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12的較長的橫向微帶同時位于第一端口饋線2、第二端口饋線14底端的下方和所述第二微帶諧振器6、第三微帶諧振器10的較長的縱向微帶底端的下方。
[0032]輸入端饋線頭portl用于輸入電磁波信號,輸出端饋線頭port2用于輸出電磁波信號，均為50歐姆的匹配阻抗。
[0033]輸入端饋線頭portl和輸出端饋線頭port2的寬度均為W1 = 2.2mm,第一端口饋線和第二端口饋線的長度均為L1 = 15.2mm、寬度均為W3 = 0.5mm。
[0034]上述第一微帶諧振器4和第四微帶諧振器12是鏡像對稱的，它們最長的縱向微帶的長度均為L2 = 17.2mm,中等的縱向微帶的長度均為L4 = 8mm，最短的縱向微帶的長度均為L6 = 0.5mm,較長的橫向微帶的長度均為L3 = 6mm,較短的橫向微帶的長度均為L5 =
2.9mmο
[0035]上述第二微帶諧振器6和第三微帶諧振器10也是鏡像對稱的，它們較長的縱向微帶的長度均為L7 = 12.45mm、寬度均為W2 = 1mm，較短的縱向微帶的長度均為L9 = 3mm，橫向微帶的長度均為L8 = 2.5mm。
[0036]第一耦合間隙(3)和第二耦合間隙(13)的距離S1為0.3mm。
[0037]第三耦合間隙(9)的距離S4為0.7mm。
[0038]第四耦合間隙(7)的距離S3為0.5mm。
[0039]第五耦合間隙(5)和第六耦合間隙(11)的距離S2為0.5mm。
[0040]圖2是本實用新型提出的一種平面CQ帶通濾波器的尺寸圖，該結(jié)構(gòu)圖是對稱的。
[0041]使用三維仿真軟件ZELAND IE3D對濾波器進行仿真，本實用新型設(shè)計的濾波器使用微帶基板的相對介電常數(shù)為2.55，介質(zhì)高度為0.80mm，設(shè)計的濾波器中心頻率為3GHz。濾波器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為=L1 = 15.2mm, L2 = 17.2mm, L3 = 6mm, L4 = 8mm, L5 = 2.9mm, L6=0.5mm, L7 = 12.45mm, L8 = 2.5mm, L9 = 3mm, W1 = 2.2mm, W2 = 1mm, W3 = 0.5mm n
[0042]圖3顯示了平面帶通濾波器的散射參數(shù)仿真結(jié)果，頻率范圍為1.2GHz到4.SGHz0
[0043]橫軸表示本實用新型的帶通濾波器的輸入信號頻率，縱軸表示對數(shù)幅度(dB)，包括插入損耗S21的幅度和回波損耗S11的幅度。S21表示通過本實用新型的帶通濾波器的信號的輸入功率與信號的輸出功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)為dOWg^/P。)(dB)=20*lg|S21|，其中，Pi表示輸入功率，P。表示輸出功率。在本實用新型的帶通濾波器的信號傳輸過程中，信號的部分功率被反射回信號源，被反射的功率成為反射功率。S11表示本實用新型中帶通濾波器的信號的輸入功率與信號的反射功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)為=1Wg(PyPi) (dB) =20*lg|Sn|，其中，Pr表示反射功率，Pi表示入射功率。
[0044]由圖3可知，濾波器中心頻率為3GHz，插入損耗絕對值小于1.5dB,回波損耗絕對值大于20dB。另外，在通帶兩側(cè)產(chǎn)生了兩個傳輸零點，提高了濾波器的頻率選擇特性。
[0045]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型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實用新型的精神實質(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，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種平面CQ帶通濾波器，以印刷電路板的方式制作在雙面履銅微帶板⑴上，其特征在于:所述雙面覆銅微帶板(I)的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭portl、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線(2)、第二端口饋線(14)、半波長的第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)、四分之一波長的第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)、接地通孔(8)，該雙面覆銅微帶板(I)的另一面為覆銅接地板；并且所述輸入端饋線頭portl、第一端口饋線(2)、第一微帶諧振器(4)、第二微帶諧振器(6)和輸出端饋線頭port2、第二端口饋線(14)、第四微帶諧振器(12)、第三微帶諧振器(10)是左右對稱的；第一微帶諧振器(4)、第二微帶諧振器￠)、第三微帶諧振器(10)、第四微帶諧振器(12)位于平行的第一端口饋線(2)和第二端口饋線(14)之間；所述第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)都是由五條微帶組成，其中三條平行于縱向的第一端口饋線(2)和第二端口饋線(14)，另外兩條垂直于縱向的第一端口饋線(2)和第二端口饋線(14)，較長的橫向微帶的兩端分別與最長的縱向微帶和中等長度的縱向微帶的底端垂直連接，較短的橫向微帶的兩端分別與最短的縱向微帶和中等長度的縱向微帶的頂端垂直連接；第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)的最長的縱向微帶分別是與第一端口饋線(2)和第二端口饋線(14)距離最近的縱向微帶，第一微帶諧振器(4)中最長的縱向微帶與第一端口饋線(2)之間存在第一耦合間隙(3)，第四微帶諧振器(12)中最長的縱向微帶與第二端口饋線(14)之間存在第二耦合間隙(13)，第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)的最短的縱向微帶之間存在第三耦合間隙(9);所述的第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)都是由三條微帶組成，其中兩條條平行于縱向的第一端口饋線(2)和第二端口饋線(14)，另外一條垂直于縱向的第一端口饋線(2)和第二端口饋線(14)，橫向微帶的兩端分別與較長的縱向微帶和較短的縱向微帶的頂端垂直連接；所述第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)的較短的縱向微帶之間存在第四耦合間隙(7)，它們的底端通過接地通孔(8)連接，為第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)之間引入磁耦合，并且它們的底端位于第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)的較短的橫向微帶的上方；所述第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)的較長的縱向微帶分別位于第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)的最長的縱向微帶和中等的縱向微帶之間，并且所述第二微帶諧振器(6)的較長的縱向微帶和第一微帶諧振器(4)中等的縱向微帶之間存在第五耦合間隙(5)，所述第三微帶諧振器(10)的較長的縱向微帶和第四微帶諧振器(12)中等的縱向微帶之間存在第六耦合間隙(11);所述第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)的較長的橫向微帶同時位于第一端口饋線(2)、第二端口饋線(14)底端的下方和所述第二微帶諧振器￠)、第三微帶諧振器(10)的較長的縱向微帶底端的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述輸入端饋線頭portl和輸出端饋線頭port2的寬度均為W1 = 2.2mm,第一端口饋線和第二端口饋線的長度均為L1 = 15.2mm、寬度均為W3 = 0.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述第一微帶諧振器(4)和第四微帶諧振器(12)的最長的縱向微帶的長度均為L2 = 17.2mm,中等的縱向微帶的長度均為L4 = 8mm,最短的縱向微帶的長度均為L6 = 0.5mm,較長的橫向微帶的長度均為L3 = 6mm,較短的橫向微帶的長度均為L5 = 2.9mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述第二微帶諧振器(6)和第三微帶諧振器(10)的較長的縱向微帶的長度均為L7 = 12.45mm、寬度均為W2 =1mm,較短的縱向微帶的長度均為L9 = 3mm,橫向微帶的長度均為L8 = 2.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述輸入端饋線頭portl和輸出端饋線頭port2均為50歐姆的匹配阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述第四耦合間隙⑵的距離S3為0.5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述第三耦合間隙(9)的距離S4為0.7mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述第五耦合間隙(5)和第六耦合間隙(11)的距離S2均為0.5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述第一耦合間隙⑶和第二耦合間隙(13)的距離Si均為0.3mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種平面CQ帶通濾波器，其特征在于:所述雙面履銅微帶板(1)基板的相對介電常數(shù)為2.55，介質(zhì)高度為0.80mm。
【文檔編號】H01P1/203GK204067529SQ201420404109
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】陳付昌, 陳健鋒, 涂治紅, 褚慶昕 申請人:華南理工大學(xué)