基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器，包括第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器、第一傳輸線、第二傳輸線、第一輸入輸出端口、第二輸入輸出端口；第一傳輸線的一端分別與第一階躍阻抗諧振器和第一輸入輸出端口連接，另一端分別與第二傳輸線的一端及第二階躍阻抗諧振器連接，第二傳輸線的另一端分別與第三階躍阻抗諧振器和第二輸入輸出端口連接；第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器間隔并排，每個階躍阻抗諧振器均由兩條寬窄、長度不一的傳輸線串接而成。本發(fā)明具有結構簡單可靠、選擇性好、低損耗、成本低、超寬阻帶等優(yōu)點。
【專利說明】
基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及高頻組件的技術領域，尤其是指一種基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶 低通濾波器。
【背景技術】
[0002] 隨著信息產業(yè)和無線通信系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，微波頻譜資源日趨緊張，各種微波毫 米波電路、組件及系統(tǒng)的應用越來越廣泛，頻帶的劃分越來越精細，利用率越來越高，而低 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 質量。低通濾波器是指容許低于截止頻率的信號通過，但高于截止頻率的信號不能通過的 濾波器，其主要工作于通信系統(tǒng)發(fā)射端的前級以及接收端的后級，用于抑制諧波和雜波信 號，低損耗通過有用信號。
[0003] 近些年來，為了設計出體積小、帶內損耗小、滾降快、超寬阻帶的性能良好的低通 濾波器，學者們提出了許多新型的諧振器結構，其中有些的確展現(xiàn)出良好的性能：阻帶較 寬，滾降較快;而有些通過級聯(lián)起來也能展現(xiàn)出較寬的阻帶帶寬，然而體積卻過大，不易于 集成。除了從微帶表面結構著手，因具有帶隙特性以及慢波特性，許多學者也將精力投入到 了各種各樣的缺陷地結構，在單一微帶線上加入缺陷地可以引入傳輸零點從而可以產生低 通濾波器的效應。然而，以上各種措施對于展現(xiàn)超寬阻帶并且較小體積方面上還是欠佳。
[0004] 2007年，西班牙學者Israel Arnedo在國際會議"2007International Symposium on Signals , Systems and Electronics" 上發(fā)表題為〃Low Pass Filter with Wide Rejection Band in Microstrip Technology〃的文章，如圖I所示。該濾波器通過背面開槽 和正弦曲線枝節(jié)技術實現(xiàn)寬阻帶低通濾波器。該濾波器在技術上設計比較復雜且最高阻帶 范圍為7.5f Q，fQ為低通濾波器的截止頻率。而本專利提出的超寬阻帶濾波器-ISdB阻帶最高 范圍為13f〇，比該濾波器寬了很多。
[0005] 2015年9月，中國學者Fu-Chang Chen等在本技術領域期刊〃IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS,PACKAGING AND MANUFACTURING TECHNOLOGY"發(fā)表了 "High-Selectivity Low-Pass Filters With Ultrawide Stopband Based on Defected Ground Structures"，該文章設計的濾波器如圖2所示。該濾波器利用缺陷地拓寬了阻帶抑制的范 圍。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種結構合理可靠、選擇性 好、低損耗、滾降快、體積小、成本低的基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為:基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶 低通濾波器，包括第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器、第一 傳輸線、第二傳輸線、第一輸入輸出端口、第二輸入輸出端口；所述第一傳輸線的一端分別 與第一階躍阻抗諧振器和第一輸入輸出端口連接，其另一端分別與第二傳輸線的一端及第 二階躍阻抗諧振器連接，所述第二傳輸線的另一端分別與第三階躍阻抗諧振器和第二輸入 輸出端口連接，信號從其中一個輸入輸出端口饋入，從另一個輸入輸出端口輸出；所述第一 階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器間隔并排，每個階躍阻抗諧振 器均由兩條寬窄、長度不一的傳輸線串接而成;所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧 振器、第三階躍阻抗諧振器的輸入阻抗Z in通過下面的公式計算出來：
[0_
⑴
[0009] 式中，j為虛數(shù)單位，Za和Zb分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的阻抗，B為開路 傳輸線，Θα和ΘΒ分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的電長度；
[0010] 通過令輸入阻抗Zin = O能夠得到階躍阻抗諧振器的諧振條件為： _]
(2)
[0012] 所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器在諧振時 能夠產生多個可控的傳輸零點，傳輸零點的頻率由上面公式（1)、（2)求得，也就是說，傳輸 零點的位置均能夠由階躍阻抗諧振器的阻抗(Ζα，Ζβ)和電長度(Θ Α，ΘΒ)完全控制；
[0013] 而當Zin=m時，通過調節(jié)傳輸零點的位置，讓傳輸零點分別處于不同的寄生通帶 上或者附近，抑制對應的寄生通帶，能夠達到寬阻帶的效果。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：
[0015] 1、本發(fā)明提出的濾波器具有超寬阻帶抑制，ISdB抑制的范圍達到13fQ，f Q為低通濾 波器的截止頻率。
[0016] 2、本發(fā)明提出的濾波器結構簡單，便于設計與調試，通過調整階躍阻抗諧振器的 阻抗比和長度，可以很好的控制零點的位置。
[0017] 3、本發(fā)明提出的結構相比通用的利用缺陷地的方法，減少了設計的復雜性，也避 免了缺陷地帶來的輻射問題。
【附圖說明】
[0018] 圖1為利用背面開槽和正弦曲線枝節(jié)技術的超寬阻帶低通濾波示意圖。
[0019] 圖2為基于缺陷地的超寬阻帶抑制低通濾波器示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明的超寬阻帶低通濾波器結構示意圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明的超寬阻帶低通濾波器仿真結果圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]如圖3所示，本實施例所述的基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器，包括第 一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器、第一傳輸線3、第二傳輸線 6、第一輸入輸出端口 9、第二輸入輸出端口 10;所述第一傳輸線3的一端分別與第一階躍阻 抗諧振器和第一輸入輸出端口 9連接，其另一端分別與第二傳輸線6的一端及第二階躍阻抗 諧振器連接，所述第二傳輸線6的另一端分別與第三階躍阻抗諧振器和第二輸入輸出端口 10連接，信號從其中一個輸入輸出端口饋入，從另一個輸入輸出端口輸出；所述第一階躍阻 抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器間隔并排，每個階躍阻抗諧振器均由 兩條寬窄、長度不一的傳輸線串接而成，具體為第一階躍阻抗諧振器由第三傳輸線1、第四 傳輸線2組成，第二階躍阻抗諧振器由第五傳輸線4、第六傳輸線5組成，第三階躍阻抗諧振 器由第七傳輸線7、第八傳輸線8組成。
[0024] 所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器的輸入阻 抗Zin通過下面的公式計算出來：
[0025] (U
[0026] 式中，j為虛數(shù)單位，Za和Zb分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的阻抗，B為開路 傳輸線，Θα和ΘΒ分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的電長度。
[0027] 通過令輸入阻抗Zin = O能夠得到階躍阻抗諧振器的諧振條件為：
[0_
(2)
[0029] 由兩條傳輸線構成的階躍阻抗諧振器在諧振時可以產生多個可控的傳輸零點，因 此，所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器能夠產生很多可 控的傳輸零點，傳輸零點的頻率由上面公式（1)、（2)求得，也就是說，傳輸零點的位置均能 夠由階躍阻抗諧振器的阻抗(Ζα，Ζβ)和電長度(Θ Α，ΘΒ)完全控制。
[0030] 而當Zin=m時，該結構會產生寄生通帶。通過調節(jié)傳輸零點的位置，讓傳輸零點分 別處于不同的寄生通帶上或者附近，抑制對應的寄生通帶，能夠達到寬阻帶的效果。
[0031] 使用電路仿真軟件AWR-Microwave Off ice的仿真結果如圖4所示。
[0032] 橫軸表示本發(fā)明的超寬阻帶低通濾波器的信號頻率，縱軸表示幅值，包括插入損 耗(S21)的幅值和回波損耗(Sn)的幅值。S 21表示通過本發(fā)明的超寬阻帶低通濾波器的信號 的輸入功率與信號的輸出功率之間的關系，其相應的數(shù)學函數(shù)為:輸出功率/輸入功率(dB) = 20X log| S21|。在本發(fā)明的超寬阻帶低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。Sn表示通過本發(fā)明的超寬阻帶低通濾波器的信 號的輸入功率與信號的反射功率之間的關系，其相應的數(shù)學函數(shù)如下:反射功率/入射功率 =20 X log I Sn I 〇
[0033] 從圖中可知，該低通濾波器的_3dB截止頻率為1.14GHz，通帶內插入損耗絕對值低 于O.ldB，回波損耗絕對值大于20dB，-18dB帶阻抑制從1.38GHz到15GHz。無論從插入損耗、 回波損耗、選擇性，還是帶阻寬度方面都具有出色的表現(xiàn)，尤其在帶阻寬度方面?？傊?，本發(fā) 明通過控制三個階躍阻抗諧振器的阻抗大小和長度控制零點位置，從而實現(xiàn)超寬阻帶抑制 的功能，值得推廣。
[0034] 以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故 凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.基于階躍阻抗諧振器的超寬阻帶低通濾波器，其特征在于:包括第一階躍阻抗諧振 器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器、第一傳輸線、第二傳輸線、第一輸入輸出端 口、第二輸入輸出端口；所述第一傳輸線的一端分別與第一階躍阻抗諧振器和第一輸入輸 出端口連接，其另一端分別與第二傳輸線的一端及第二階躍阻抗諧振器連接，所述第二傳 輸線的另一端分別與第三階躍阻抗諧振器和第二輸入輸出端口連接，信號從其中一個輸入 輸出端口饋入，從另一個輸入輸出端口輸出；所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振 器、第三階躍阻抗諧振器間隔并排，每個階躍阻抗諧振器均由兩條寬窄、長度不一的傳輸線 串接而成;所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器的輸入阻 抗Zin通過下面的公式計算出來：(1) 式中，j為虛數(shù)單位，ZA和ZB分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的阻抗，B為開路傳輸 線，Θ#ΡΘΒ分別為階躍阻抗諧振器的兩條傳輸線的電長度； 通過令輸入阻抗Ζιη=0能夠得到階躍阻抗諧振器的諧振條件為：(2) 所述第一階躍阻抗諧振器、第二階躍阻抗諧振器、第三階躍阻抗諧振器在諧振時能夠 產生多個可控的傳輸零點，傳輸零點的頻率由上面公式（1)、（2)求得，也就是說，傳輸零點 的位置均能夠由階躍阻抗諧振器的阻抗(Ζα，Ζβ)和電長度(Θ Α，ΘΒ)完全控制； 而當Zin=m時，通過調節(jié)傳輸零點的位置，讓傳輸零點分別處于不同的寄生通帶上或 者附近，抑制對應的寄生通帶，能夠達到寬阻帶的效果。
【文檔編號】H01P1/203GK106067580SQ201610630540
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年8月3日
【發(fā)明人】陳付昌, 李潤鑠
【申請人】華南理工大學