本發(fā)明屬于射頻技術(shù)中的射頻無源器件領(lǐng)域，涉及一種微帶枝節(jié)加載的帶通濾波器，是一種短枝節(jié)加載的寬帶外抑制的帶通濾波器。

背景技術(shù)：

1、隨著5g時(shí)代的到來，無線通信技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。與此同時(shí)，在基站系統(tǒng)中，帶通濾波器在射頻前端系統(tǒng)中扮演了至關(guān)重要的角色，其信號選擇和干擾抑制等性能可以有效緩解通信系統(tǒng)的頻譜擁擠問題和提升射頻前端系統(tǒng)的穩(wěn)定性。帶通濾波器作為射頻無源器件中重要成員，其最主要的作用在通帶內(nèi)選擇特定頻率范圍內(nèi)信號，而將其他頻率范圍的信號進(jìn)行衰減或阻止，通過對信號進(jìn)行濾波以滿足各種電子通信系統(tǒng)的需求。在無線通信、射頻技術(shù)、音頻處理、雷達(dá)和傳感器等不同應(yīng)用中均有著一定的重要性，因此濾波器性能的優(yōu)劣直接影響整個電子通信系統(tǒng)的通信品質(zhì)。

2、采用微帶枝節(jié)加載諧振器結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)微帶帶通濾波器在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中是一種十分常見的方法。然而，加載微帶枝節(jié)線會導(dǎo)致濾波器在帶外高頻產(chǎn)生一些有害的諧振點(diǎn)，這些高階諧振點(diǎn)會產(chǎn)生一些不需要的通帶。在本發(fā)明中，不需要任何額外的電路，通過使用差分耦合和開路微帶線，帶通濾波器在高頻帶外的諧波都被很好的抑制。通過仿真驗(yàn)證，本文的帶通濾波器可以在帶外產(chǎn)生六個可控的傳輸零點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很寬的帶外抑制寬度(達(dá)到5.1倍的通帶中心頻率)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種工作在1.72-2.84ghz頻段的寬帶外抑制的帶通濾波器。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，是一種工作在1.72-2.84ghz頻段的帶外多個傳輸零點(diǎn)的帶通濾波器，所述的帶通濾波器包括一個方形基板13，一個由兩個短路微帶線和一個開路微帶線6所組成的微帶枝節(jié)加載諧振器，兩個差分耦合端口，一個金屬地板14和兩個短路金屬柱(包括第一金屬柱4、第二金屬柱5)。所述的帶通濾波器為單層結(jié)構(gòu)，各個金屬微帶線均印刷于方形基板13的上表面，金屬地板14則印刷于方形基板13的下表面。具體的：

4、所述的微帶枝節(jié)加載諧振器包括一個u型微帶線1，兩個尺寸相同的終端短路的第一微帶線2和第二微帶線3，和一個終端開路的開路微帶線6。所述第一微帶線2、第二微帶線3和開路微帶線6之間相互平行，分別與u型微帶線1的中間水平部分垂直連接。所述開路微帶線6的一端與u型微帶線1的中間部分相連接，其另一端則為開路狀態(tài)。第一微帶線2和第二微帶線3的一端與u型微帶線1相連接，另一端則分別通過第一金屬柱4和第二金屬柱5與金屬地板14相連接，以此實(shí)現(xiàn)終端短路。

5、進(jìn)一步的，所述的開路微帶線6位于u型微帶線1中間水平部分的中心，與u型微帶線1構(gòu)成e型結(jié)構(gòu)，第一微帶線2、第二微帶線3分別位于開路微帶線6兩側(cè)，即整個微帶枝節(jié)加載諧振器關(guān)于中間的開路微帶線6左右對稱。

6、所述的兩個差分耦合端口為設(shè)于微帶枝節(jié)加載諧振器左右位置的兩個端口，分別為第一端口15、第二端口16。所述第一端口15包括一個第一主微帶線7和兩個l型微帶線，分別為第一l型開路微帶線8和第二l型開路微帶線9。第一主微帶線7的一端與饋電端口連接，另一端則分成兩路，分別與第一l型開路微帶線8和第二l型開路微帶線9相連接。所述第二l型開路微帶線9由一條沿垂直方向布置的金屬貼片向中部折疊90度而成，第二l型開路微帶線9與u型微帶線1的右側(cè)垂直部分相平行，以此實(shí)現(xiàn)耦合傳輸。所述第一l型開路微微帶線8由一條沿水平方向布置的金屬貼片向中部折疊90度而成。所述第二端口16由第二主微帶線10、開路微帶線11和第三l型開路微帶線12所組成，第二主微帶線10的中心為饋電點(diǎn)。其中，開路微帶線11和第三l型開路微帶線12分別和第二主微帶線10的兩邊相連接，且開路微帶線11位于u型微帶線1的內(nèi)側(cè)，而第三l型開路微帶線12位于其外側(cè)。所述第三l型開路微帶線12的長邊和微帶線11均與u型微帶線1的左側(cè)垂直部分相平行，以此形成差分耦合區(qū)域。

7、進(jìn)一步的，為了優(yōu)化帶內(nèi)的阻抗匹配并在帶外增加傳輸零點(diǎn)，帶通濾波器的第一l型開路微帶線8的寬度并不均勻。其中，第一l型開路微帶線8與主微帶線7相連接的水平部分較寬，阻抗較小，而其末端較窄，阻抗較大。第一l型開路微帶線8的末端與u型微帶線1的末端相距較遠(yuǎn)，以減少其之間的耦合。

8、進(jìn)一步的，在不考慮兩個端口(第一端口15、第二端口16)的前提下，由于整個微帶枝節(jié)加載諧振器關(guān)于中間的開路微帶線6左右對稱，因此可以利用奇偶模分析法將帶通濾波器的諧振點(diǎn)分為奇模諧振點(diǎn)和偶模諧振點(diǎn)。通過改變微帶枝節(jié)加載諧振器內(nèi)各個微帶線的長度(u型微帶線1、第一微帶線2、第二微帶線3、開路微帶線6)，帶通濾波器可以在通帶1.7-2.8ghz內(nèi)產(chǎn)生三個諧振點(diǎn)，其中包括兩個偶模諧振點(diǎn)和一個奇模諧振點(diǎn)。所述u型微帶線1、第一微帶線2、第二微帶線3和開路微帶線6對三個諧振點(diǎn)均有影響，三個諧振點(diǎn)的位置會隨著其長度的增加而下移。而開路微帶線6可以對偶模諧振點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)行控制。微帶枝節(jié)加載諧振器本身存在一個傳輸零點(diǎn)tz?1，其位置由u型微帶線1、第一微帶線2、第二微帶線3和開路微帶線6的長度共同決定。即微帶枝節(jié)加載諧振器可以在帶內(nèi)產(chǎn)生三個諧振點(diǎn)的同時(shí)在帶外高頻產(chǎn)生一個的傳輸零點(diǎn)。

9、進(jìn)一步的，所述的帶通濾波器包含兩個差分耦合區(qū)域。在第一端口15處，u型微帶線1的右側(cè)垂直部分與第二l型開路微帶線9的長邊形成了差分耦合區(qū)域a。在第二端口16處，u型微帶線1的左側(cè)垂直部分與第三l型開路微帶線12的長邊以及開路微帶線11形成了差分耦合區(qū)域b。通過調(diào)節(jié)兩個差分耦合區(qū)域內(nèi)各個微帶線的長度，使其耦合系數(shù)等于零，帶通濾波器可以在高頻帶外產(chǎn)生四個可控的傳輸零點(diǎn)，從低頻到高頻的順序分別記為tz?2到tz?5。其中，傳輸零點(diǎn)tz?3和tz?5是由第一端口15的差分耦合區(qū)域a所產(chǎn)生，可以通過調(diào)節(jié)第二l型開路微帶線9的長度來控制這兩個零點(diǎn)的位置。第二端口16的差分耦合區(qū)域b可以產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)tz?2和tz?4，這兩個零點(diǎn)的位置由開路微帶線11和第三l型開路微帶線12的長度共同決定。為了進(jìn)一步增加傳輸零點(diǎn)的數(shù)量以提高濾波器帶外的抑制寬度，在第一主微帶線7與第二l型開路微帶線9的連接點(diǎn)處添加了第一l型開路微帶線8。所述第一l型開路微帶線8的長邊與微帶線7相平行，其末端與u型微帶線1的距離較遠(yuǎn)，以確保不產(chǎn)生耦合?；趥鬏斁€阻抗變換原理，第一l型開路微帶線8可以產(chǎn)生第六個傳輸零點(diǎn)tz?6。通過調(diào)整五個可控的傳輸零點(diǎn)tz?2到tz?6，微帶枝節(jié)加載諧振器本身所產(chǎn)生的高頻諧振點(diǎn)可以得到很好的抑制。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

11、本發(fā)明提供的短枝節(jié)加載帶通濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)寬通帶、多傳輸零點(diǎn)、寬帶外抑制，并且高頻帶外的傳輸零點(diǎn)tz?2到tz?6均是可控的。最終仿真顯示，帶通濾波器的通帶為1.72-2.84ghz，其相對帶寬為49.12％。從3.01ghz到11.61ghz，帶通濾波器的s21均低于-25db，帶外抑制寬度達(dá)到5.1倍的中心頻率。

技術(shù)特征：

1.一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的枝節(jié)加載帶通濾波器為單層結(jié)構(gòu)，包括一個方形基板(13)，一個由兩個短路微帶線、一個u型微帶線(1)和一個開路微帶線(6)組成的微帶枝節(jié)加載諧振器，兩個差分耦合端口，一個金屬地板(14)和兩個金屬柱；所述金屬地板(14)印刷于方形基板(13)下表面，其他結(jié)構(gòu)印刷于方形基板(13)上表面。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的枝節(jié)加載帶通濾波器具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的開路微帶線(6)位于u型微帶線(1)中間水平部分的中心，與u型微帶線(1)構(gòu)成e型結(jié)構(gòu)，第一微帶線(2)、第二微帶線(3)分別位于開路微帶線(6)兩側(cè)，整個微帶枝節(jié)加載諧振器關(guān)于中間的開路微帶線(6)左右對稱。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述第二l型開路微帶線(9)由一條沿垂直方向布置的金屬貼片向中部折疊90度而成；所述第一l型開路微帶線(8)由一條沿水平方向布置的金屬貼片向中部折疊90度而成。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的第一l型開路微帶線(8)的寬度并不均勻：第一l型開路微帶線(8)與主微帶線7相連接的水平部分寬，其末端垂直部分窄。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的枝節(jié)加載帶通濾波器是工作在1.7-2.8ghz頻段的帶外多個傳輸零點(diǎn)的帶通濾波器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的枝節(jié)加載帶通濾波器能夠在帶外產(chǎn)生六個可控的傳輸零點(diǎn)，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，其特征在于，所述的枝節(jié)加載帶通濾波器內(nèi)的兩個差分耦合區(qū)域具體為：在第一端口(15)處，u型微帶線(1)的右側(cè)垂直部分與第二l型開路微帶線(9)的長邊形成差分耦合區(qū)域a；在第二端口(16)處，u型微帶線(1)的左側(cè)垂直部分與第三l型開路微帶線(12)的長邊以及開路微帶線(11)形成差分耦合區(qū)域b。

技術(shù)總結(jié)
一種寬帶外抑制的枝節(jié)加載帶通濾波器，屬于射頻技術(shù)中的射頻無源器件領(lǐng)域，其為單層結(jié)構(gòu)，包括一個方形基板，一個由兩個短路微帶線、一個U型微帶線和一個開路微帶線組成的微帶枝節(jié)加載諧振器，兩個差分耦合端口，一個金屬地板和兩個金屬柱。金屬地板印刷于方形基板下表面，其他結(jié)構(gòu)印刷于方形基板上表面。濾波器的兩個端口采用差分耦合的結(jié)構(gòu)，并且在端口一處添加了一根開路線。其中，差分耦合結(jié)構(gòu)可以在帶外產(chǎn)生四個可控的傳輸零點(diǎn)。通過調(diào)整耦合饋線的長度，可以控制各個零點(diǎn)的位置。而端口一處的開路線可以在高頻產(chǎn)生第六個零點(diǎn)，以進(jìn)一步增加濾波器帶外的抑制寬度。本發(fā)明的帶通濾波器具有較寬的通帶和阻帶，帶外抑制能力達(dá)到25dB，可以廣泛應(yīng)用于5G射頻領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：周長飛,劉航,于大鵬,陳云飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2