具有良好頻率選擇特性的微帶超寬帶帶通濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種微帶超寬帶帶通濾波器。
【背景技術(shù)】
[000引在2002年，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC)將3.IGHz~10. 6GHz之間的頻段開放為通 信領(lǐng)域的應(yīng)用。因為其高傳輸速率和低傳輸損耗等優(yōu)點，超寬帶通信受到了廣泛的重視并 得到了迅猛的發(fā)展。作為超寬帶通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，超寬帶帶通濾波器的性能決定了 系統(tǒng)的整體性能。然而，設(shè)計小型化、高性能和低成本的超寬帶帶通濾波器仍是一大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的超寬帶帶通濾波器不足，提供了一種微帶超寬帶 帶通濾波器。該濾波器具有良好的通帶頻率選擇性、尺寸較小、容易調(diào)試等優(yōu)點。
[0004] 典型微帶線的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括S層。第I層是金屬上覆層，第II層是 介質(zhì)基片，第III層是金屬下覆層。本發(fā)明所述的微帶超寬帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖2所 示。濾波器的正面如圖3所示，所采用的技術(shù)方案是：在微帶線的金屬上覆層（即第I層） 里刻蝕如圖3所示的圖案。其特征在于；開路傳輸線節(jié)31和開路傳輸線節(jié)36分別連接到 一個閉合外圓環(huán)32兩端；閉合外圓環(huán)32通過一個傳輸線節(jié)33與閉合內(nèi)圓環(huán)34連接，閉合 外圓環(huán)32和閉合內(nèi)圓環(huán)34具有相同的圓屯、，只是半徑不同；枝節(jié)33向圓屯、進行延伸，即為 開路傳輸線節(jié)35。該些部分構(gòu)成一個多模諧振器。輸入饋線1通過一個漸變阻抗傳輸線節(jié) 10,再由所連接的傳輸線節(jié)11和傳輸線節(jié)12與該個多模諧振器進行輸入能量禪合。輸出 饋線2通過一個漸變阻抗傳輸線節(jié)20,再由所連接的傳輸線節(jié)21和傳輸線節(jié)22與該個多 模諧振器進行能量禪合。為了改善輸入阻抗匹配，在輸入饋線1處連接了一個短路傳輸線 節(jié)13(短路由金屬化通孔14來實現(xiàn)）和一個開路傳輸線節(jié)15。為了改善輸出阻抗匹配，在 輸出饋線2處連接了一個短路傳輸線節(jié)23 (短路由金屬化通孔24來實現(xiàn)）和一個開路傳 輸線節(jié)25。
[0005] 本發(fā)明的有益效果是；與現(xiàn)有的濾波器相比，本發(fā)明的濾波器所含的諧振器是一 個多模諧振器。所構(gòu)成的濾波器的帶寬可W覆蓋超寬帶頻率范圍，通帶的頻率選擇性較好， 帶外抑制性能較好、尺寸較小等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明用于加工微帶濾波器的復(fù)合材料層。
[0007] 圖2是本發(fā)明所述超寬帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖3是本發(fā)明所述超寬帶帶通濾波器的正面視圖。
[0009] 圖4是一個具有=個主要諧振模式的諧振器（簡稱；=模諧振器）的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖5(a)是S模諧振器的奇模等效電路。
[0011] 圖5化）是；模諧振器的偶模等效電路。
[0012] 圖6是針對=模諧振器的弱禪合電磁仿真結(jié)果。
[0013] 圖7是基于=模諧振器的一個微帶超寬帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖8是針對基于S模諧振器的微帶超寬帶帶通濾波器的電磁仿真結(jié)果。
[0015] 圖9是一個具有五個主要諧振模式的諧振器（簡稱；五模諧振器）的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖10(a)是五模諧振器的奇模等效電路。
[0017] 圖10(b)是五模諧振器的偶模等效電路。
[0018] 圖11是針對五模諧振器的弱禪合電磁仿真結(jié)果。
[0019] 圖12是對圖9中五模諧振器進行變形后得到的一個諧振器結(jié)構(gòu)（簡稱：變形諧振 器）。
[0020] 圖13是基于變形諧振器的一個微帶超寬帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖14是針對基于五模諧振器的微帶超寬帶濾波器的電磁仿真結(jié)果。
[0022] 圖15是一個具有多個諧振模式的諧振器（簡稱；多模諧振器）的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖16是基于多模諧振器的一個微帶超寬帶帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖17是針對基于多模諧振器的微帶超寬帶帶通濾波器的S參數(shù)測試和仿真結(jié)果。
[0025] 圖18是針對基于多模諧振器的微帶超寬帶帶通濾波器的群時延測試和仿真結(jié) 果。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例的示意圖如圖2所示，實施例的正面視圖如圖3所示，在微帶的金屬上覆層I 內(nèi)包括如下圖案；50歐姆輸入饋線1、漸變阻抗傳輸線節(jié)10、傳輸線節(jié)11、傳輸線節(jié)12、短 路傳輸線節(jié)13 (短路由金屬化通孔14來實現(xiàn)）、開路傳輸線節(jié)15、開路傳輸線節(jié)31、閉合外 圓環(huán)32、傳輸線節(jié)33、閉合內(nèi)圓環(huán)34、開路傳輸線節(jié)35、開路傳輸線節(jié)36、傳輸線節(jié)21、傳 輸線節(jié)22、漸變阻抗傳輸線節(jié)20、短路傳輸線節(jié)23 (短路由金屬化通孔24來實現(xiàn)）、開路傳 輸線節(jié)25及50歐姆的輸出饋線2。其特征在于；開路傳輸線節(jié)31和開路傳輸線節(jié)36分 別連接到閉合外圓環(huán)32的兩端，閉合外圓環(huán)32通過傳輸線節(jié)33與閉合內(nèi)圓環(huán)34連接，傳 輸線節(jié)33延伸至開路傳輸線節(jié)35,構(gòu)成一個具有多個諧振模式的諧振器（簡稱：多模諧振 器）?；谠搨€多模諧振器可W構(gòu)造超寬帶帶通濾波器，即輸入饋線1通過一個漸變阻抗 傳輸線節(jié)10,再由所連接的傳輸線節(jié)11和傳輸線節(jié)12與該個多模諧振器進行能量輸入禪 合。輸出饋線2通過一個漸變阻抗傳輸線節(jié)20,再由所連接的傳輸線節(jié)21和傳輸線節(jié)22 與該個多模諧振器進行能量輸出禪合。為了改善輸入阻抗匹配，在輸入饋線1處連接了一 個短路傳輸線節(jié)13 (短路由金屬化通孔14來實現(xiàn)）和一個開路傳輸線節(jié)15。為了改善輸 出阻抗匹配，在輸出饋線2處連接了一個短路傳輸線節(jié)23 (短路由金屬化通孔24來實現(xiàn)） 和一個開路傳輸線節(jié)25。
[0027] 為了進一步的證明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的非顯而易見性，下面針對實施例進行深入分析。 先考慮如圖4所示的一個諧振器結(jié)構(gòu)，其連接關(guān)系如下；開路傳輸線節(jié)31和開路傳輸線節(jié) 33分別連接到閉合圓環(huán)32的兩端。該個結(jié)構(gòu)是關(guān)于中屯、平面P是左右對稱的，因此可W 采用對稱網(wǎng)絡(luò)的奇偶模分析方法來進行分析。如果在圖4所示的中屯、平面P放置短路面， 則得到奇模等效電路，如圖5(a)所示。其中，Yi和Y2是各自對應(yīng)傳輸線的特征導(dǎo)納，01和 e2是各自對應(yīng)傳輸線的電長度。于是，可W求得奇模等效電路的輸入導(dǎo)納Yi。。為[002引
（.1)
[0029] 當諧振器處于奇模諧振時，奇模輸入導(dǎo)納￥1。。= 0。由上式可W得到奇模諧振方 程：
[0030]
巧
[0031] 為方便討論，不失一般性，該里考慮一種特殊情況，即Yi=Y2和0 1= 0 2,式子（2) 可簡化為
[003引tan]日1=2做
[0033] 其在通帶范圍內(nèi)的解有兩個：日1= 54. 73。，0 1= 125. 27。。對應(yīng)的諧振頻率 為
[0034]foddi= 4. 2IGHz，f〇dd2= 9. 6IGHz
[0035] 如果在圖4所示的中屯、平面P放置開路面，則得到偶模等效電路，如圖5 (b)所示。 偶模等效電路的輸入導(dǎo)納Yhe;
[0036]
(4)
[0037] 當諧振器處于偶模諧振時，偶模輸入導(dǎo)納Yh,=0。由公式（4)可W得到偶模諧振 條件：
[0038] tan日1= tan日2二0 (5)
[0039] 對應(yīng)的解為；0i=k3T，其中k=l，2,…為自然數(shù)，然而該些解所對應(yīng)的頻率在通 帶之外，故不予考慮。由公式（4)還可W得到另外一個偶模諧振條件，即
[0040] tan白2=°°
[0041]可得lan6>:=y，解得諧振頻率；feven= 6.gi細Z。
[0042] 為了驗證上述理論分析結(jié)果，對如圖4所示的諧振器結(jié)構(gòu)進行弱禪合電磁仿真， 對應(yīng)的頻率響應(yīng)仿真結(jié)果如圖6所示。可W清楚地得到該諧振器在通帶范圍內(nèi)的=個諧振 模式，分別為4. 21GHz，6. 84GHz，9. 58GHz?？梢?，諧振頻率的計算值和電磁仿真值吻合度較 好，表明了奇偶模等效電路的正確性。在本發(fā)明中，將如圖4所示的諧振器稱為=模諧振 器。通過W上計算和分析可知，在使用該諧振器設(shè)計濾波器時，根據(jù)=模諧振器的奇偶模等 效電路導(dǎo)出的諧振器條件，選擇恰當?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)使其=個主要諧振頻率近似均勻分布在所 要求的頻帶內(nèi)，然后通過平行禪合結(jié)構(gòu)對其進行饋電，最后結(jié)合電磁仿真軟件進行優(yōu)化即 可得到通帶濾波特性。例如，在圖7中給出了一個基于=模諧振器的超寬帶帶通濾波器的 實施例。輸入饋線1通過所連接的傳輸線節(jié)11和傳輸線節(jié)12與該個多模諧振器進行能量 輸入禪合。輸出饋線2通過所連接的傳輸線節(jié)21和傳輸線節(jié)22與該個多模諧振器進行能 量輸出禪合。通過電磁仿真，在圖8中給出了該個超寬帶帶通濾波器的頻率響應(yīng)仿真結(jié)果， 可見它的通帶能夠覆蓋所需的頻率范圍3.IGHz~10. 6GHz。
[0043] 然而，基于前述的=模諧振器的超寬帶帶通濾波器的通帶頻率選擇性不是很好。 為了進一步改善其頻率選擇性，構(gòu)造了另外一個諧振器結(jié)構(gòu)，如圖9所示，其連接關(guān)系如 下；開路傳輸線節(jié)31和開路傳輸線節(jié)35分別連接到閉合圓環(huán)32的兩端；閉合圓環(huán)32再通 過傳輸線節(jié)33與閉合圓環(huán)34連接。該個諧振器也是關(guān)于中屯、平面P是左右對稱的，因此 可W采用對稱網(wǎng)絡(luò)的奇偶模分析方法來進行分析。如果在圖9所示的中屯、平面P放置短路 面，則得到奇模等效電路，如圖10(a)所示。其中，Yi和Y2是各自對應(yīng)傳輸線的特征