本發(fā)明涉及一種微帶濾波器，尤其是涉及一種四分之一波長短路短截線微帶濾波器。

背景技術(shù)：

微帶濾波器用來選擇電子系統(tǒng)中有用的帶內(nèi)信號，同時過濾出不需要的帶外信號，是電子系統(tǒng)中一種基礎(chǔ)的電子元件。四分之一波長短路短截線微帶濾波器在具有較高的濾波性能的基礎(chǔ)上，還具有尺寸小和易加工等優(yōu)點，目前已廣泛使用于無線通信系統(tǒng)中。

現(xiàn)有的四分之一波長短路短截線微帶濾波器通常包括上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層。上金屬層包括輸入微帶線、幾個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線和輸出微帶線，每相鄰兩個四分之一波長短路短截線通過一個四分之一波長連接線連接，輸入微帶線和第一個四分之一波長短路短截線連接，輸出微帶線和最后一個四分之一波長短路短截線連接，下金屬層接地。

為了保證四分之一波長短路短截線微帶濾波器具有較好的濾波特性，在某一特性阻抗條件下實現(xiàn)濾波器時，其相對帶寬越小時，短路短截線的寬度就會越大。當四分之一波長短路短截線微帶濾波器的相對帶寬小于一定值時，就會出現(xiàn)短路短截線的線寬等于或大于其線長的情況，從而使濾波器的性能很難實現(xiàn)。而在高特性阻抗下設(shè)計相對帶寬較小的四分之一波長短路短截線微帶濾波器可以有效地避免上述問題。為此，目前為了實現(xiàn)相對帶寬較小的四分之一波長短路短截線微帶濾波器，可以采用增加特性阻抗的方法來保證短路短截線的寬度在較合適的范圍內(nèi)。四分之一波長短路短截線微帶濾波器的相對帶寬越小，其需要的特性阻抗就越高。但是，在相對帶寬減小，特性阻抗增加的同時，四分之一波長短路短截線微帶濾波器中的四分之一波長連接線的寬度也將隨著減小，當四分之一波長連接線的寬度減小到較細(0.1mm以下)時，現(xiàn)有的加工工藝難以實現(xiàn)該四分之一波長連接線，而且較細的四分之一波長連接線將導致四分之一波長短路短截線微帶濾波器的損耗大大增加。

而隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，小帶寬的四分之一波長短路短截線微帶濾波器的需求越來越多，現(xiàn)有的四分之一波長短路短截線微帶濾波器難以成功應用。

鑒此，設(shè)計一種在具有較好的濾波性能的基礎(chǔ)上，可以在較小的相對帶寬(40％以下)和較高的特性阻抗(50歐以上)條件下實現(xiàn)，且損耗較小的四分之一波長短路短截線微帶濾波器，對無線通信技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在具有較好的濾波性能的基礎(chǔ)上，可以在較小的相對帶寬(相對帶寬在40％以下)和較高的特性阻抗(特性阻抗在50歐以上)條件下實現(xiàn)，且損耗較小的四分之一波長短路短截線微帶濾波器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種四分之一波長短路短截線微帶濾波器，包括微帶濾波器主體，所述的微帶濾波器主體包括上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層，所述的上金屬層附著在所述的介質(zhì)層的上表面上，所述的下金屬層附著在所述的介質(zhì)層的下表面上，所述的上金屬層包括輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線和n-1個四分之一波長連接線，所述的輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線的非短路端連接，所述的輸入微帶線垂直于第1個四分之一波長短路短截線，所述的輸出微帶線和第n個四分之一波長短路短截線的非短路端連接，所述的輸出微帶線垂直于第n個四分之一波長短路短截線，第m個四分之一波長短路短截線的非短路端和第m+1個四分之一波長短路短截線的非短路端通過第m個四分之一波長連接線連接，第m個四分之一波長連接線連接分別垂直于第m個四分之一波長短路短截線和第m+1個四分之一波長短路短截線，第m個四分之一波長連接線正下方的所述的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于第m個四分之一波長連接線長度的第m矩形缺口，其中，n為大于等于2的整數(shù)，m＝1，2，…，n-1。

所述的輸入微帶線包括特性阻抗為70歐的第一級輸入微帶線和特性阻抗為140歐的第二級輸入微帶線，所述的輸出微帶線包括特性阻抗為140歐的第一級輸出微帶線和特性阻抗為70歐的第二級輸出微帶線；所述的第一級輸入微帶線和所述的第二級輸入微帶線連接，所述的第二級輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線的非短路端連接，第n個四分之一波長短路短截線的非短路端和所述的第一級輸出微帶線連接，所述的第一級輸出微帶線和所述的第二級輸出微帶線連接，所述的第二級輸入微帶線正下方的所述的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于該第二級輸入微帶線長度的第n矩形缺口，所述的第一級輸出微帶線正下方的所述的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于該第一級輸出微帶線長度的第n+1矩形缺口。該結(jié)構(gòu)中，在微帶濾波器的特性阻抗較大時，采用兩級微帶線輸入和兩級微帶線輸出進行特性阻抗的轉(zhuǎn)化，避免微帶濾波器的性能變差，保證微帶濾波器具有較好的濾波性能。

所述的四分之一波長短路短截線微帶濾波器還包括盒體，所述的盒體上設(shè)置有安裝槽，所述的微帶濾波器主體位于所述的安裝槽內(nèi)，所述的下金屬層與所述的安裝槽的底面接觸，所述的安裝槽的底面上正對所述的第m矩形缺口處設(shè)置有長度等于第m矩形缺口的長度、寬度等于第m矩形缺口的寬度、深度為2mm的第m立方體型凹槽，所述的安裝槽的底面上正對所述的第n矩形缺口處設(shè)置有長度等于所述的第n矩形缺口的長度、寬度等于所述的第n矩形缺口的寬度、深度為2mm的第n立方體型凹槽，所述的安裝槽的底面上正對所述的第n+1矩形缺口處設(shè)置有長度等于所述的第n+1矩形缺口的長度、寬度等于所述的第n+1矩形缺口的寬度、深度為2mm的第n+1立方體型槽。該結(jié)構(gòu)中，通過在安裝槽的底部設(shè)置立方體型槽，進一步減小n-1個四分之一波長連接線和地之間的電容，增加n-1個四分之一波長連接線的寬度。

當n＝2k+1時，k為大于等于1的整數(shù)時，第j個四分之一波長短路短截線和第2k+2-j個四分之一波長短路短截線的結(jié)構(gòu)完全相同，且第j個四分之一波長短路短截線和第2k+2-j個四分之一波長短路短截線對稱設(shè)置，j＝1,2，…k；當n＝2k時，第h個四分之一波長短路短截線和第2k+1-h個四分之一波長短路短截線的結(jié)構(gòu)完全相同，且第h個四分之一波長短路短截線和第2k+1-h個四分之一波長短路短截線對稱設(shè)置，h＝1,2，…k。

所述的介質(zhì)層為厚度為5mil的高頻介質(zhì)板。

所述的四分之一波長短路短截線微帶濾波器還包括盒體，所述的盒體上設(shè)置有安裝槽，所述的微帶濾波器主體位于所述的安裝槽內(nèi)，所述的下金屬層與所述的安裝槽的底面接觸，所述的安裝槽的底面上正對所述的第m矩形缺口處設(shè)置有長度等于第m矩形缺口的長度、寬度等于第m矩形缺口的寬度、深度為2mm的第m立方體型凹槽。該結(jié)構(gòu)中，通過在安裝槽的底部設(shè)置立方體型槽，進一步減小n-1個四分之一波長連接線和地之間的電容，增加n-1個四分之一波長連接線的寬度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層構(gòu)造微帶濾波器主體，上金屬層附著在介質(zhì)層的上表面上，下金屬層附著在介質(zhì)層的下表面上，其特征在于上金屬層包括輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線和n-1個四分之一波長連接線，輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線的非短路端連接，輸入微帶線垂直于第1個四分之一波長短路短截線，輸出微帶線和第n個四分之一波長短路短截線的非短路端連接，輸出微帶線垂直于第n個四分之一波長短路短截線，第m個四分之一波長短路短截線的非短路端和第m+1個四分之一波長短路短截線的非短路端通過第m個四分之一波長連接線連接，第m個四分之一波長連接線連接分別垂直于第m個四分之一波長短路短截線和第m+1個四分之一波長短路短截線，第m個四分之一波長連接線正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于第m個四分之一波長連接線長度的第m矩形缺口，其中，n為大于等于2的整數(shù)，m＝1，2，…，n-1，輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線和n-1個四分之一波長連接線保證微帶濾波器具有較好的濾波性能，設(shè)置有第1矩形缺口～第n-1矩形缺口的下金屬層在接地時構(gòu)成缺陷地結(jié)構(gòu)，可以減少n-1個四分之一波長連接線和地之間的電容，從而可以大幅度增加四分之一波長連接線的寬度，在四分之一波長短路短截線微帶濾波器的相對帶寬較小時，四分之一波長連接線的寬度也可以做到現(xiàn)有工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的寬度，保證其具有較高的特性阻抗；由此，本發(fā)明的微帶濾波器在具有較好的濾波性能的基礎(chǔ)上，可以在較小的相對帶寬(相對帶寬在40％以下)和較高的特性阻抗(特性阻抗在50歐以上)條件下實現(xiàn)；在相同帶寬和特性阻抗條件下實現(xiàn)本發(fā)明的微帶濾波器和現(xiàn)有技術(shù)的微帶濾波器(不存在缺陷地)，現(xiàn)有技術(shù)的微帶濾波器中四分之一波長連接線的寬度需要為0.02mm，而本發(fā)明的微帶濾波器中四分之一波長連接線的寬度可達0.123mm，同時本發(fā)明的微帶濾波器的損耗降到1dB以下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器的俯視圖；

圖2為本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器的仰視圖；

圖3為本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器的盒體的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器的S參數(shù)仿真結(jié)果圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例一：如圖所示，一種四分之一波長短路短截線1微帶濾波器，包括微帶濾波器主體，微帶濾波器主體包括上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層8，上金屬層附著在介質(zhì)層8的上表面上，下金屬層附著在介質(zhì)層8的下表面上，上金屬層包括輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線1和n-1個四分之一波長連接線2，輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸入微帶線垂直于第1個四分之一波長短路短截線1，輸出微帶線和第n個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸出微帶線垂直于第n個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長短路短截線1的非短路端和第m+1個四分之一波長短路短截線1的非短路端通過第m個四分之一波長連接線2連接，第m個四分之一波長連接線2連接分別垂直于第m個四分之一波長短路短截線1和第m+1個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長連接線2正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于第m個四分之一波長連接線2長度的第m矩形缺口21，其中，n為大于等于2的整數(shù)，m＝1，2，…，n-1。

實施例二：如圖所示，一種四分之一波長短路短截線1微帶濾波器，包括微帶濾波器主體，微帶濾波器主體包括上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層8，上金屬層附著在介質(zhì)層8的上表面上，下金屬層附著在介質(zhì)層8的下表面上，上金屬層包括輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線1和n-1個四分之一波長連接線2，輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸入微帶線垂直于第1個四分之一波長短路短截線1，輸出微帶線和第n個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸出微帶線垂直于第n個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長短路短截線1的非短路端和第m+1個四分之一波長短路短截線1的非短路端通過第m個四分之一波長連接線2連接，第m個四分之一波長連接線2連接分別垂直于第m個四分之一波長短路短截線1和第m+1個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長連接線2正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于第m個四分之一波長連接線2長度的第m矩形缺口21，其中，n為大于等于2的整數(shù)，m＝1，2，…，n-1。

本實施例中，輸入微帶線包括特性阻抗為70歐的第一級輸入微帶線3和特性阻抗為140歐的第二級輸入微帶線4，輸出微帶線包括特性阻抗為140歐的第一級輸出微帶線5和特性阻抗為70歐的第二級輸出微帶線6；第一級輸入微帶線3和第二級輸入微帶線4連接，第二級輸入微帶線4和第1個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，第n個四分之一波長短路短截線1的非短路端和第一級輸出微帶線5連接，第一級輸出微帶線5和第二級輸出微帶線6連接，第二級輸入微帶線4正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于該第二級輸入微帶線4長度的第n矩形缺口41，第一級輸出微帶線5正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于該第一級輸出微帶線5長度的第n+1矩形缺口51。

實施例三：如圖所示，一種四分之一波長短路短截線1微帶濾波器，包括微帶濾波器主體，微帶濾波器主體包括上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層8，上金屬層附著在介質(zhì)層8的上表面上，下金屬層附著在介質(zhì)層8的下表面上，上金屬層包括輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線1和n-1個四分之一波長連接線2，輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸入微帶線垂直于第1個四分之一波長短路短截線1，輸出微帶線和第n個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸出微帶線垂直于第n個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長短路短截線1的非短路端和第m+1個四分之一波長短路短截線1的非短路端通過第m個四分之一波長連接線2連接，第m個四分之一波長連接線2連接分別垂直于第m個四分之一波長短路短截線1和第m+1個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長連接線2正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于第m個四分之一波長連接線2長度的第m矩形缺口21，其中，n為大于等于2的整數(shù)，m＝1，2，…，n-1。

本實施例中，輸入微帶線包括特性阻抗為70歐的第一級輸入微帶線3和特性阻抗為140歐的第二級輸入微帶線4，輸出微帶線包括特性阻抗為140歐的第一級輸出微帶線5和特性阻抗為70歐的第二級輸出微帶線6；第一級輸入微帶線3和第二級輸入微帶線4連接，第二級輸入微帶線4和第1個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，第n個四分之一波長短路短截線1的非短路端和第一級輸出微帶線5連接，第一級輸出微帶線5和第二級輸出微帶線6連接，第二級輸入微帶線4正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于該第二級輸入微帶線4長度的第n矩形缺口41，第一級輸出微帶線5正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于該第一級輸出微帶線5長度的第n+1矩形缺口51。

本實施例中，四分之一波長短路短截線1微帶濾波器還包括盒體8，盒體8上設(shè)置有安裝槽7，微帶濾波器主體位于安裝槽7內(nèi)，下金屬層與安裝槽7的底面接觸，安裝槽7的底面上正對第m矩形缺口21處設(shè)置有長度等于第m矩形缺口21的長度、寬度等于第m矩形缺口21的寬度、深度為2mm的第m立方體型凹槽22，安裝槽7的底面上正對第n矩形缺口41處設(shè)置有長度等于第n矩形缺口41的長度、寬度等于第n矩形缺口41的寬度、深度為2mm的第n立方體型凹槽42，安裝槽7的底面上正對第n+1矩形缺口51處設(shè)置有長度等于第n+1矩形缺口51的長度、寬度等于第n+1矩形缺口51的寬度、深度為2mm的第n+1立方體型槽52。

本實施例中，當n＝2k+1時，k為大于等于1的整數(shù)時，第j個四分之一波長短路短截線1和第2k+2-j個四分之一波長短路短截線1的結(jié)構(gòu)完全相同，且第j個四分之一波長短路短截線1和第2k+2-j個四分之一波長短路短截線1對稱設(shè)置，j＝1,2，…k；當n＝2k時，第h個四分之一波長短路短截線1和第2k+1-h個四分之一波長短路短截線1的結(jié)構(gòu)完全相同，且第h個四分之一波長短路短截線1和第2k+1-h個四分之一波長短路短截線1對稱設(shè)置，h＝1,2，…k。

本實施例中，介質(zhì)層8為厚度為5mil的高頻介質(zhì)板。

實施例四：如圖所示，一種四分之一波長短路短截線1微帶濾波器，包括微帶濾波器主體，微帶濾波器主體包括上金屬層、下金屬層以及位于上金屬層和下金屬層之間的介質(zhì)層8，上金屬層附著在介質(zhì)層8的上表面上，下金屬層附著在介質(zhì)層8的下表面上，上金屬層包括輸入微帶線、輸出微帶線、n個并行間隔設(shè)置的四分之一波長短路短截線1和n-1個四分之一波長連接線2，輸入微帶線和第1個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸入微帶線垂直于第1個四分之一波長短路短截線1，輸出微帶線和第n個四分之一波長短路短截線1的非短路端連接，輸出微帶線垂直于第n個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長短路短截線1的非短路端和第m+1個四分之一波長短路短截線1的非短路端通過第m個四分之一波長連接線2連接，第m個四分之一波長連接線2連接分別垂直于第m個四分之一波長短路短截線1和第m+1個四分之一波長短路短截線1，第m個四分之一波長連接線2正下方的下金屬層上設(shè)置有寬度為1mm，長度等于第m個四分之一波長連接線2長度的第m矩形缺口21，其中，n為大于等于2的整數(shù)，m＝1，2，…，n-1。

本實施例中，當n＝2k+1時，k為大于等于1的整數(shù)時，第j個四分之一波長短路短截線1和第2k+2-j個四分之一波長短路短截線1的結(jié)構(gòu)完全相同，且第j個四分之一波長短路短截線1和第2k+2-j個四分之一波長短路短截線1對稱設(shè)置，j＝1,2，…k；當n＝2k時，第h個四分之一波長短路短截線1和第2k+1-h個四分之一波長短路短截線1的結(jié)構(gòu)完全相同，且第h個四分之一波長短路短截線1和第2k+1-h個四分之一波長短路短截線1對稱設(shè)置，h＝1,2，…k。

本實施例中，介質(zhì)層8為厚度為5mil的高頻介質(zhì)板。

本實施例中，四分之一波長短路短截線1微帶濾波器還包括盒體8，盒體8上設(shè)置有安裝槽7，微帶濾波器主體位于安裝槽7內(nèi)，下金屬層與安裝槽7的底面接觸，安裝槽7的底面上正對第m矩形缺口21處設(shè)置有長度等于第m矩形缺口21的長度、寬度等于第m矩形缺口21的寬度、深度為2mm的第m立方體型凹槽22。

為了驗證本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器的優(yōu)越性，在特性阻抗為200歐，中心頻率為20GHz，相對帶寬為25％的條件下實現(xiàn)本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器。該四分之一波長短路短截線微帶濾波器的S參數(shù)仿真結(jié)果如圖4所示。圖4中，粗實線為S(2，1)的曲線，細實線為S(1，1)的曲線。分析圖4可知，本發(fā)明的四分之一波長短路短截線微帶濾波器可以在較小的帶寬和較高的特性阻抗條件下，較好的實現(xiàn)濾波性能。