一種源端耦合微帶濾波器的制作方法

專利名稱：一種源端耦合微帶濾波器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微波微帶濾波器領域，尤其涉及一種多模諧振器及其具有源端耦
合結構的源端耦合微帶濾波器。
背景技術：
作為無線通信系統的前端設備，高效的頻譜利用率對具有高選擇性、小體積、低成本、設計靈活的射頻濾波器需求迫切。高選擇性是指濾波器響應的通帶到阻帶過渡十分迅速，即過渡帶十分陡峭，并且阻帶插損要盡量大。通帶兩邊以及阻帶的傳輸零點將大大改善濾波器的選擇性。傳輸零點就是陷波點，可以認為是頻率響應曲線上的零點。傳輸零點可以出現在通帶的一側或兩側，以提高帶外抑制并產生對稱或非對稱的濾波器響應。利用傳輸零點可以使低階濾波器獲得較好的特性。同時，對帶寬和濾波器選擇性進行的獨立設計提高了濾波器設計的靈活性，縮短了設計周期。 濾波器實現傳輸零點的原理是電磁信號從輸入端到輸出端經過不同的路徑，在某一頻點信號的幅度相同、相位相反，從而相互抵消產生傳輸零點。基于該原理，現有的微帶濾波器實現傳輸零點的技術有在諧振器上加載枝節的微帶濾波器、交叉耦合微帶濾波器以及源端耦合微帶濾波器。在諧振器上加載枝節使得從端口傳來的信號同枝節末端反射回來的信號同幅反相，從而使濾波器產生零點。交叉耦合技術是指電磁信號從濾波器的輸入端到輸出端不僅通過了主耦合路徑，還通過了交叉耦合路徑。主耦合是指濾波器中輸入端到輸出端之間的諧振單元按順序依次耦合；交叉耦合是指非相鄰的諧振單元之間具有的耦合關系。主耦合路徑和交叉耦合路徑使得濾波器產生傳輸零點。如在2003年4月30日公開的中國發明專利申請CN1414658A，就披露了 一種采用交叉耦合技術的濾波器，該濾波器的主耦合是相鄰諧振器之間通過縫隙耦合，次耦合是非相鄰諧振器之間通過一條微帶線將兩個諧振器耦合在一起。而源端耦合微帶濾波器是使得電磁信號從輸入端口到輸出端口不僅是通過諧振器進行傳輸，還存在著一條更為直接的傳輸路徑從輸入端口耦合到輸出端口。信號通過多條較為直接的路徑進行傳輸，從而使得濾波器實現了多個傳輸零點。[0004] 在現有的技術條件下，加載枝節以及交叉耦合等濾波器的尺寸較大，信號傳輸的多路徑不容易控制，傳輸零點數目有限，傳輸零點與帶寬等不能相互獨立控制。而傳統的最平坦型濾波器和切比雪夫濾波器通過多個諧振器級聯而成的高階濾波器也能使得濾波器響應具有較為陡峭的過渡帶，但是該濾波器存在體積較大、帶內插損也較大等不足。

實用新型內容本實用新型的目的是為了解決現有微帶濾波器無法實現較好的選擇性，以及體積仍然較大、設計不靈活的技術問題，提供一種新型的源端耦合微帶濾波器，本實用新型具有多個可控傳輸零點，兩個不同的源端耦合網絡又使得濾波器在實現多個可控傳輸零點的同時又可以設計出應用于不同通信系統的濾波器，其設計靈活、體積小、插入損耗小、成本低、特性好，能滿足各種無線通信的需求，是替代現有微帶帶通濾波器產品的極佳選擇。[0006] 本實用新型的目的可以通過下述技術方案實現源端耦合微帶濾波器，包括一個 T形諧振器、輸入耦合饋線、輸出耦合饋線、一組交指耦合線；其中T形諧振器具有兩個開路 枝節和一個短路枝節，兩個開路枝節構成U形微帶線的兩側，短路枝節設置在所述U形微帶 線的底端，短路枝節的短路端設有接地通孔，兩個開路枝節和短路枝節的長度之和為二分 之一個波長；輸入耦合饋線、輸出耦合饋線在T形諧振器的開路枝節的內側與開路枝節相 耦合；交指耦合線位于T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線和輸出耦合饋線之間。 所述交指耦合線與輸入耦合饋線、輸出耦合饋線垂直。 所述交指耦合線設有至少2條。 所述交指耦合線為開路交指耦合線或為短路交指耦合線；當所述交指耦合線為短 路交指耦合線時，交指耦合線的短路端設有接地通孔。 本實用新型的目的還可以通過下述技術方案實現源端耦合微帶濾波器，包括至 少兩個嵌入耦合級聯的T形諧振器、輸入耦合饋線、輸出耦合饋線、至少兩組交指耦合線； 其中每個T形諧振器都具有兩個開路枝節和一個短路枝節，兩個開路枝節構成U形微帶線 的兩側，短路枝節設置在所述U形微帶線的底端，短路枝節的短路端設有接地通孔，兩個開 路枝節和短路枝節的長度之和為二分之一個波長；輸入耦合饋線、輸出耦合饋線分別在第 一個T形諧振器、最后一個T形諧振器的開路枝節的內側并與相應的開路枝節相耦合；每組 交指耦合線均位于T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線或輸出耦合饋線和與該T形諧振 器嵌入耦合級聯的T形諧振器的開路枝節之間，或設置在與該T形諧振器嵌入耦合級聯的 兩個T形諧振器的開路枝節之間。 優選地，上述源端耦合微帶濾波器包括嵌入耦合級聯的第一 T形諧振器與第二 T 形諧振器，以及第一組交指耦合線、第二組交指耦合線；第一組交指耦合線位于第一 T形諧 振器內，且設置在輸入耦合饋線與第二 T形諧振器的開路枝節之間；第二組交指耦合線位 于第二 T形諧振器內，且設置在輸出耦合饋線與第一 T形諧振器的開路枝節之間。 優選地，上述源端耦合微帶濾波器包括嵌入耦合級聯的第一 T形諧振器、第二 T形 諧振器、第三T形諧振器，以及第一組交指耦合線、第二組交指耦合線、第三組交指耦合線； 第一組交指耦合線位于第一 T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線與第二 T形諧振器的開 路枝節之間；第二組交指耦合線位于第二 T形諧振器內，且設置在第一 T形諧振器的開路枝 節與第三T形諧振器的開路枝節之間；第三組交指耦合線位于第三T形諧振器內，且設置在 輸出耦合饋線與第二 T形諧振器的開路枝節之間。 與現有的技術相比，本實用新型具有如下優點 1.傳統的利用多個諧振單元級聯而成的高階最平坦型濾波器和切比雪夫濾波器 雖然過渡帶較為陡峭，但是其尺寸較大，設計過程復雜，帶內特性也非常不理想。而本實用 新型所述的濾波器可以僅僅是一個二階濾波器，卻使得頻率響應曲線產生了四個傳輸零 點，讓濾波器的選擇性變得很理想，而且帶內插損很小；即本實用新型僅僅用了二階的橢圓 函數濾波器就實現了等同于或者優于用高階最平坦型濾波器和切比雪夫濾波器所實現的 傳輸性能，減少了所需諧振單元的數目，從而減小了濾波器的體積，降低了生產成本，同時 也使得信號在通過濾波器的時候損耗很小。 2.與現有的枝節加載濾波器、交叉耦合濾波器等具有額外傳輸零點的濾波器相 比，本實用新型具有更低的階數、更小的體積、更多的傳輸零點以及更靈活的設計。枝節加載濾波器通過使枝節反射信號與輸入信號同幅反相而產生了額外的傳輸零點，但是該濾波器只能產生一個額外的傳輸零點。交叉耦合濾波器通過主耦合和交叉耦合兩條不同的路徑產生了額外的傳輸零點，但是一個二階的交叉耦合濾波器也只能產生一個額外的傳輸零點。 一個額外的有限傳輸零點并不能使得濾波的選擇特性變得非常理想。而在本實用新型中，濾波器通過端口耦合和端口與諧振器之間的耦合，為信號的傳輸創造了兩條更為直接的平行傳輸路徑，使濾波器的頻率響應產生了最多4個額外的傳輸零點，且可以自由控制耦合強度的源端耦合又使得傳輸零點的數目和位置是可以控制的，從而為產生不同的傳輸零點情況創造了條件；并且在改變傳輸零點情況的同時，對中心頻率和帶寬都沒有任何影響，使得濾波器設計靈活。上述優點使本實用新型能夠滿足不同濾波器設計者的需要。[0016] 此外，本實用新型所述的濾波器結構也可以通過多個T形諧振器級聯而構成任意2n階濾波器，從而得到更加理想的帶外抑制。 3.采用本實用新型的端口耦合微帶濾波器結構還可以設計出帶外抑制更加理想
的高階濾波器，也可以設計出具有抑制寄生通帶和二次諧波的微帶帶通濾波器。 4.本實用新型可以與現有其它多模諧振器相結合，創造出體積更小，性能更優越
的多零點端口耦合濾波器。

圖1是本實用新型帶開路交指耦合線的二階源端耦合微帶濾波器結構。[0020] 圖2是本實用新型帶短路交指耦合線的二階源端耦合微帶濾波器結構。[0021] 圖3是本實用新型的四階源端耦合微帶濾波器結構。[0022] 圖4是本實用新型的六階源端耦合微帶濾波器結構。 圖5是本實用新型中信號從輸入端口到輸出端口的不同傳輸路徑示意圖。 圖6是當本實用新型中如圖1所示的二階濾波器具有三個額外傳輸零點時的電磁
仿真頻率響應曲線。 圖7是當本實用新型中如圖l所示的二階濾波器具有四個額外傳輸零點時的電磁仿真頻率響應曲線。 圖8是本實用新型中如圖2所示的二階濾波器的電磁仿真頻率響應曲線。[0027] 圖9是本實用新型中如圖3所示的四階濾波器的電磁仿真頻率響應曲線。[0028] 圖10是本實用新型中如圖4所示的六階濾波器的電磁仿真頻率響應曲線。
具體實施方式下面結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。 實施例1 如圖1所示，本實施例為具有多個可控傳輸零點的二階源端耦合微帶濾波器，包括一個呈中心對稱的T形諧振器11、輸入耦合饋線17、輸出耦合饋線10，以及位于T形諧振器內、設置在輸入耦合饋線和輸出耦合饋線之間的并且與輸入耦合饋線、輸出耦合饋線垂直的一組交指耦合線15。 T形諧振器11包括兩個開路枝節12、一個短路枝節13，其中兩個開路枝節12構成U形微帶線的兩側；短路枝節13設置在所述U形微帶線的底端，短路枝節13的短路端設有接地通孔14，微帶線通過該接地通孔14與地相連形成短路。源端耦合微 帶濾波器的輸入端口 18、輸出端口 19分別從輸入耦合饋線17、輸出耦合饋線10引出。 兩個開路枝節12和短路枝節13的長度之和為二分之一個波長(即T形諧振器11 的總長度為二分之一波長)，其中開路枝節12的長度遠遠大于短路枝節13的長度；另外， 開路枝節12和短路枝節13的特性阻抗可以相同也可以不同，即枝節的寬度可以不同也可 以相同。該T形諧振器是一個雙模諧振器，所以可以形成一個二階濾波器，與現有的由兩個 二分之一個波長的諧振器構成的二階濾波器相比，減小了尺寸。 兩個開路枝節12構成U形微帶線的兩側使得濾波器結構更加緊湊，同時也為了在 端口之間引入耦合創造了條件。濾波器的輸入輸出采用耦合饋線結構，濾波器的輸入耦合 饋線17、輸出耦合饋線10與T形諧振器11的開路枝節12之間均有一定的距離，在開路枝 節的內側與開路枝節相耦合。本實施例中，在輸入耦合饋線17、輸出耦合饋線IO之間的一 組交指耦合線15設有2條交指耦合線，輸入端口與輸出端口通過交指耦合線15直接耦合； 在本實施例中，交指耦合線為開路交指耦合線，如圖1中的附圖標記16所示。另外，交指耦 合線的寬度和交指耦合線相互之間距離都可以根據不同的零點需要情況而進行調節，交指 耦合線在輸入耦合饋線、輸出耦合饋線的位置也可以根據零點需要情況而上下自由調節。 信號從輸入端口到輸出端口的路徑可以是T形諧振器11，也可以是直接通過交指 耦合線15。這樣的多條路徑使得濾波器的傳輸特性中有了多個傳輸零點。交指耦合線15 的長度、線寬、線間距可以改變端口之間的耦合強度，從而對傳輸零點的數目和位置產生影 響。 實施例2 如圖2所示，本實施例也是具有多個可控傳輸零點的二階源端耦合微帶濾波器， 在結構上與實施例l類似包括呈中心對稱的T形諧振器21，輸入耦合饋線27、輸出耦合饋 線20，以及位于T形諧振器內、設置在輸入耦合饋線27、輸出耦合饋線20之間的一組交指 耦合線25。 T形諧振器21包括兩個開路枝節22和一個短路枝節23，兩個開路枝節22構成 U形微帶線的兩側；短路枝節23設置在所述U形微帶線的底端，短路枝節23的短路端設有 接地通孔24，所述U形微帶線通過該接地通孔24與地相連形成短路。與實施例1不同的 是輸入耦合饋線27、輸出耦合饋線20之間所設置的一組交指耦合線25是短路交指耦合 線。本實施例的交指耦合線的短路端設有短路通孔，如圖2中的附圖標記26所示，微帶線 通過該短路通孔與地板連接。 信號的傳輸路徑也與實施例1相同，從輸入端口 28到輸出端口 29的路徑為T形 諧振器21或者直接通過交指耦合線25。交指耦合線25的長度、線寬、線間距可以改變端口 之間的耦合強度，從而對傳輸零點的數目和位置產生影響。 實施例3 如圖3所示，本實施例為四階源端耦合微帶濾波器，包括嵌入耦合級聯的第一 T形 諧振器31與第二 T形諧振器32，以及第一組交指耦合線33、第二組交指耦合線34、輸入耦 合饋線35、輸出耦合饋線36。第一組交指耦合線33設有2條交指耦合線，位于第一 T形諧 振器31內，且設置在輸入耦合饋線35與第二 T形諧振器32的開路枝節之間；第二組交指 耦合線34設有2條交指耦合線，位于第二 T形諧振器32內，且設置在輸出耦合饋線36與 第一 T形諧振器31的開路枝節之間。其中第一 T形諧振器31通過第二交指耦合線34與輸出耦合饋線36耦合，第二 T形諧振器32通過第一交指耦合線33與輸入耦合饋線35耦
合；輸入端口 37從輸入耦合饋線35引出，輸出端口 38從輸出耦合饋線36引出。 本實施例中，兩個T形諧振器的結構均與實施例1的相同；第一、第二組交指耦合
線也是可以為開路交指耦合線或短路交指耦合線。 實施例4 如圖4所示，本實施例為六階源端耦合微帶濾波器，包括嵌入耦合級聯的第一 T形諧振器41、第二 T形諧振器42、第三T形諧振器43，以及第一組交指耦合線44、第二組交指耦合線45、第三組交指耦合線46、輸入饋線47和輸出饋線48。第一組交指耦合線44位于第一 T形諧振器41內，且設置在輸入耦合饋線47與第二 T形諧振器42的開路枝節之間；第二組交指耦合線45位于第二 T形諧振器42內，且設置在第一 T形諧振器41的開路枝節與第三T形諧振器43的開路枝節之間；第三組交指耦合線46位于第三T形諧振器43內，且設置在輸出耦合饋線48與第二 T形諧振器42的開路枝節之間。第一 T形諧振器41與第三T形諧振器43之間通過第二交指耦合線45進行耦合，第二 T形諧振器42通過第三交指耦合線46與輸出耦合饋線48耦合，第二 T形諧振器42通過第一交指耦合線44與輸入耦合饋線47耦合；輸入端口 49從輸入耦合饋線47引出，輸出端口 40從輸出耦合饋線48引出。 本實施例中，兩個T形諧振器的結構均與實施例1的相同；第一、第二組交指耦合線也是可以為開路交指耦合線或短路交指耦合線。 本實用新型源端耦合微帶濾波器可以利用傳統的普通金屬微帶實現，也可以用高溫超導材料實現。由實施例l-4可知，將n個本實用新型所述的T形諧振器依次耦合級聯，便可構成任意2n階源端耦合微帶濾波器。 本實用新型濾波器的中心頻率與帶寬設計的原理為如圖1和圖2中所示的T形諧振器11、21的總長度為二分之一波長。該T形諧振器11、21偶模諧振頻率由開路枝節12、22和短路枝節13、23的長度共同決定；而奇模諧振頻率僅僅與開路枝節12、22的長度有關，與短路枝節13、23的長度無關；也就是說，開路枝節和短路枝節的長度用于決定T形諧振器的偶模諧振頻率，開路枝節的長度用于決定T形諧振器的奇模諧振頻率。因此，僅僅通過改變短路枝節13、23的長度就可以改變T形諧振器11、21的偶模諧振頻率，而奇模諧振頻率并不發生改變，由此可以方便的改變濾波器的帶寬。 在所述的濾波器中，濾波器多零點產生的原理如圖5所示。電磁信號從輸入端口到輸出端口經過不同的路徑，在某一頻點信號的幅度相同、相位相反，從而相互抵消產生傳輸零點。當電磁信號通過所述的濾波器時，有兩條非常直接的路徑，第一條是從輸入端口耦合到T形諧振器，再從T形諧振器耦合到輸出端口，如圖5中的路徑51所示；第二條路徑是從輸入端口通過交指耦合線直接耦合到輸出端口，如圖5中的路徑52所示。這樣的多條路徑使得濾波器的頻率響應出現了額外的傳輸零點。而交指耦合線又可以通過改變其長度、線寬、線間距等來改變兩個端口之間的耦合強度，耦合線越長、線寬越細、線間距越小，端口之間的耦合強度就越大。而濾波器傳輸零點的情況又會根據端口間耦合強度的不同而不同，當耦合強度由零逐漸增大時，濾波器的有限傳輸零點的個數會由零個增加到四個；同時，通帶兩邊的傳輸零點會越來越靠近中心頻率，使得濾波器的過渡帶越來越陡峭，選擇性越來越好；同時，帶外抑制也因為有了多個傳輸零點而變得更好。在傳輸零點逐漸增加與零點位置慢慢變化的過程中，濾波器的中心頻率和帶寬沒有發生任何的變化。圖6和圖7分別為當圖1中的濾波器有3個和4個傳輸零點時的電磁仿真頻率響應曲線，圖8表示的是圖2中所示的端口之間有短路交指耦合線的濾波器電磁仿真頻率響應曲線，其中S21為傳輸損耗曲線，Sll為反射損耗曲線。從圖7和圖8中可以看到，在濾波器的通帶兩邊各有一個傳輸零點，從而使得濾波器傳輸曲線的過渡帶非常陡峭。同時，在高阻帶還有兩個傳輸零點，又使得濾波器的帶外抑制性能較為理想。圖2所示的濾波器還具有抑制寄生通帶和二次諧波的功能。四階和六階源端耦合微帶濾波器也和二階源端耦合微帶濾波器一樣，由于信號從輸入端口到輸出端口存在著多條路徑，從而使得濾波器頻率響應也具有4個傳輸零點，如圖9和圖10所示。同理，任意2n階源端耦合也具有一樣的特性。[0047] 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與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求一種源端耦合微帶濾波器，其特征在于包括一個T形諧振器、輸入耦合饋線、輸出耦合饋線、一組交指耦合線；其中T形諧振器具有兩個開路枝節和一個短路枝節，兩個開路枝節構成U形微帶線的兩側，短路枝節設置在所述U形微帶線的底端，短路枝節的短路端設有接地通孔，兩個開路枝節和短路枝節的長度之和為二分之一個波長；輸入耦合饋線、輸出耦合饋線在T形諧振器的開路枝節的內側與開路枝節相耦合；交指耦合線位于T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線和輸出耦合饋線之間。
2. 根據權利要求1所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于所述交指耦合線與輸入 耦合饋線、輸出耦合饋線垂直。
3. 根據權利要求2所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于所述交指耦合線設有至 少2條。
4. 根據權利要求2所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于所述交指耦合線為開路 交指耦合線或為短路交指耦合線。
5. 根據權利要求4所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于當所述交指耦合線為短 路交指耦合線時，交指耦合線的短路端設有接地通孔。
6. —種源端耦合微帶濾波器，其特征在于包括至少兩個嵌入耦合級聯的T形諧振器、 輸入耦合饋線、輸出耦合饋線、至少兩組交指耦合線；其中每個T形諧振器都具有兩個開路 枝節和一個短路枝節，兩個開路枝節構成U形微帶線的兩側，短路枝節設置在所述U形微帶 線的底端，短路枝節的短路端設有接地通孔，兩個開路枝節和短路枝節的長度之和為二分 之一個波長；輸入耦合饋線、輸出耦合饋線分別在第一個T形諧振器、最后一個T形諧振器 的開路枝節的內側并與相應的開路枝節相耦合；每組交指耦合線均位于T形諧振器內，且 設置在輸入耦合饋線或輸出耦合饋線和與該T形諧振器嵌入耦合級聯的T形諧振器的開路 枝節之間，或設置在與該T形諧振器嵌入耦合級聯的兩個T形諧振器的開路枝節之間。
7. 根據權利要求6所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于包括嵌入耦合級聯的第 一 T形諧振器與第二 T形諧振器，以及第一組交指耦合線、第二組交指耦合線；第一組交指 耦合線位于第一 T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線與第二 T形諧振器的開路枝節之間； 第二組交指耦合線位于第二 T形諧振器內，且設置在輸出耦合饋線與第一 T形諧振器的開 路枝節之間。
8. 根據權利要求6所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于包括嵌入耦合級聯的第 一 T形諧振器、第二 T形諧振器、第三T形諧振器，以及第一組交指耦合線、第二組交指耦合 線、第三組交指耦合線；第一組交指耦合線位于第一 T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線 與第二 T形諧振器的開路枝節之間；第二組交指耦合線位于第二 T形諧振器內，且設置在第 一 T形諧振器的開路枝節與第三T形諧振器的開路枝節之間；第三組交指耦合線位于第三 T形諧振器內，且設置在輸出耦合饋線與第二 T形諧振器的開路枝節之間。
9. 根據權利要求6-8中任一項所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于每組交指耦 合線均設有至少2條交指耦合線。
10. 根據權利要求6-8中任一項所述的源端耦合微帶濾波器，其特征在于每組交指耦 合線為開路交指耦合線或為短路交指耦合線。
專利摘要本實用新型公開了源端耦合微帶濾波器，包括T形諧振器、輸入耦合饋線、輸出耦合饋線、交指耦合線；其中T形諧振器具有兩個開路枝節和一個短路枝節，兩個開路枝節構成U形微帶線的兩側，短路枝節設置在所述U形微帶線的底端，短路枝節的短路端設有接地通孔，兩個開路枝節和短路枝節的長度之和為二分之一個波長；輸入耦合饋線、輸出耦合饋線在T形諧振器的開路枝節的內側與開路枝節相耦合；交指耦合線位于T形諧振器內，且設置在輸入耦合饋線和輸出耦合饋線之間。本實用新型具有多個可控傳輸零點，具有設計靈活、體積小、插入損耗小等優點。
文檔編號H01P1/203GK201503900SQ20092019506
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月22日 優先權日2009年9月22日
發明者范莉, 褚慶昕 申請人:華南理工大學