專利名稱：四階交叉耦合帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微波微帶濾波器，具體的說，涉及的是一種高頻率選擇性、寬阻帶四階交叉耦合帶通濾波器。
背景技術：
具有小體積、高頻率選擇性、寬阻帶的微帶帶通濾波器，作為無線通信系統前端的重要器件，越來越受到研究人員的關注。高頻率選擇性是指濾波器的頻率響應的通帶與阻帶之間的過渡非常迅速，在通帶與阻帶間引入傳輸零點將大大改善濾波器的頻率選擇性。Hong J-S等人在1996年提出一種開環四階交叉耦合帶通濾波器(J. S. Hong, and Μ. J. Lancaster, "Couplings of microstrip square open loop resonators for cross-coupled planar microwave filters, " IEEE Trans. Microw. Theory Tech. , vol. 44，no. 12，pp. 2099—2109， Dec. 1996.)，該濾波器通過引入交叉耦合使得信號從濾波器的輸入端傳輸到輸出端不僅通過主耦合路徑，還通過了交叉耦合路徑，電磁信號在某一頻點幅度相同、相位相反，從而產生傳輸零點，改善了頻率選擇性。在此之后，陸續有研究人員設計出性能更加優越的四階交叉華禹合濾波器，如"Miniaturized cross-coupled filter with second and third spurious responses suppression,，，IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. , vol. 15, no. 2，pp. 122 - 124，Feb. 2005.作者用四個階梯阻抗諧振器代替四個均勻阻抗諧振器并添加諧波抑制單元，雖然耦合拓撲結構與1996年Hong J-S提出的濾波器相同，卻很好地抑制了二次和三次諧波。遺憾的是，通帶兩側的零點數目沒有增加，諧振器的數目沒有減少，結構不夠緊湊。寄生通帶的存在會影響單通帶濾波器的阻帶抑制特性，所以諧波抑制也是近來研究人員關注的熱點問題。為了獲得寬阻帶，階梯阻抗諧振器以及缺陷地結構常常被應用于濾波器設計當中。但是一旦階梯阻抗諧振器或者缺陷地結構的尺寸發生變化往往會對濾波器的通帶性能產生較大的影響，不便于設計。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種四階交叉耦合帶通濾波器，該濾波器將一雙模諧振器內置于兩個相互耦合的半波長諧振器之間，結構緊湊，節約面積，同時采用非對稱饋電方式以及增加帶阻結構，使得該濾波器具有高頻率選擇性和寬阻帶特性。本發明是通過以下的技術方案實現的，本發明包括輸入饋線、輸出饋線、帶阻結構、兩個對置的第一、第二諧振器，在所述第一、第二諧振器的內部耦合了一個雙模的第三諧振器；所述第一諧振器和第二諧振器為物理尺寸完全相同的開路環結構，長度為濾波器中心頻率的半波長，兩半波長諧振器間留有間距，構成耦合結構，用于實現級間信號的耦合；所述第三諧振器為一個中心加載諧振器，包括開口型微帶線和T型結構，開口型微帶線的長度為濾波器中心頻率的半波長，所述第三諧振器內嵌于兩個半波長諧振器內，構成交
3叉耦合；所述輸入饋線、輸出饋線分別連接在第一諧振器、第二諧振器上，采用非對稱饋電方式；所述帶阻結構加在輸入饋線、輸出饋線上。本發明的四階交叉耦合濾波器與現有技術相比，具有以下優點
(1)第三諧振器被置于兩個對置第一、第二諧振器的內部，并不增加額外的面積，因而本發明濾波器結構緊湊，空間利用率高，容易加工。(2)采用非對稱的饋電方式，在通帶兩側多產生了兩個傳輸零點，提高了濾波器的頻率選擇性。(3)在輸入、輸出饋線上增加帶阻結構，有效地抑制了諧波，實現了寬阻帶。(4)本濾波器的地面是完整的地，可以有效地防止信號泄露，并且易于和其他微帶電路集成。
圖1是本發明實施例的濾波器的結構布局示意圖； 圖2是本發明實施例中心加載的諧振器的結構示意圖； 圖3是本發明實施例中用到的帶阻結構的結構示意圖； 圖4是本發明實施例的濾波器實施例的頻率響應曲線。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本發明實施例所述濾波器包括輸入端口 I/P、輸出端口 0/P、帶阻結構、兩個對置第一、第二諧振器和一個內嵌第三諧振器；第一諧振器1為一開路型微帶線， 依次連接的第一微帶線4、第二微帶線5、第三微帶線6、第四微帶線7、第五微帶線8、第六微帶線9、第七微帶線10、第八微帶線11組成開路型微帶線；第二諧振器2與第一諧振器1 結構相同，對稱布置，第二諧振器2與第一諧振器1中間設有間距；第二諧振器2兩端第九微帶線12以及第十微帶線13和第七微帶線以及第二微帶線之間構成耦合結構，用于實現信號耦合；輸入端口 I/P和輸出端口 0/P分別直接連接在第一諧振器1和第二諧振器2上， 其特性阻抗均為50 Ω。第三諧振器3為中心加載T型支節雙模諧振器，內嵌于第一諧振器1和第二諧振器2內，第三諧振器3包括第十一微帶線14、第十二微帶線15、第十三微帶線16、第十四微帶線17、第十五微帶線18、第十六微帶線19、第十七微帶線20、第十八微帶線21和第十九微帶線22。其中第十一微帶線14、第十二微帶線15、第十三微帶線16、第十四微帶線17、 第十五微帶線18依次連接構成開口型微帶線，而第十六微帶線19、第十七微帶線20、第十八微帶線21和第十九微帶線22連接構成一個T型結構。T型結構加載在開口型微帶線的中心處。第十一微帶線14、第十二微帶線15、第十三微帶線16、第十四微帶線17、第十五微帶線18的長度之和為L，如圖2所示，若奇模激勵加載于微帶線L的兩端，那么中心位置處的電壓值為零，相當于該處接地，所以加載的T型結構對奇模的諧振頻率不會產生影響。若偶模激勵加載于微帶線L的兩端，那么微帶線L的中心位置點就沒有電流經過，兩端的電流都流向了 T型結構，偶模的諧振頻率大小由微帶線L和T型結構的等效長度共同來決定，所以先通過調節L的長度得到所需要的奇模諧振頻率，再調節T型結構的尺寸進而得到所需的偶模諧振頻率。第十二微帶線15、第十三微帶線16、第十四微帶線17和第十七微帶線20用于和第一諧振器1和第二諧振器2進行耦合，實現雙模諧振器兩種模式與第一諧振器1和第二諧振器2之間的交叉耦合。兩帶阻結構尺寸相同，如圖3所示，分別加在輸入饋線、輸出饋線上，放置的位置不能距離第一諧振器1、第二諧振器2太近，以免相互間發生影響。通過調節帶阻結構中去耦微帶線M、25的長、寬以及之間的間隙和開路諧振器沈的長、寬使得帶阻結構的中心頻率遠離四階交叉耦合濾波器的通帶。本實施例中，將平面緊湊型四階交叉耦合濾波器的中心頻率控制在2. 08GHz，濾波器的襯底材料的介電常數為2. 65，厚度為1mm。濾波器結構尺寸為第一、第二諧振器的微帶線寬度為0. 8mm，第一微帶線4長度^=2. 3mm，第二微帶線5長度Z2=3. 3mm (第一、第二諧振器間耦合微帶線長度)，第三微帶線6長度Z3=12. 2mm，第四微帶線7長度Z4=2. 9mm，第五微帶線8長度Z5=13mm，第一、第二諧振器的級間耦合間隙A=O. 82mm。中心加載諧振器如圖2所示，開口型微帶線和T型結構微帶線的寬帶分別為0. 5mm、1mm，第十一微帶線14的長度Zn=2. 65mm，第十二微帶線15的長度Z12=14. 5mm，第十三微帶線16的長度Z13=21. 1mm, 與第一、第二諧振器的間隙3mm，第十六微帶線19的長度Z16=13. 39mm，第十七微帶線 20的長度Z17=9. 1mm，第十八微帶線21的長度Z18=5. 5mm。帶阻結構如圖3所示，與第一、第二諧振器相距第二十微帶線23的長度Z2(1=3. 2mm，第二十一微帶線M的寬度為0. 3mm，長度 Z21=5. 2mm，微帶線M與微帶線25之間的間隙&=0. 3mm，第二十三微帶線沈的寬度為4mm， 長度Z23=5mm。輸入輸出端口微帶線的寬度為2.7mm。圖4為本發明實施例的四階交叉耦合濾波器仿真的頻率響應曲線，圖中顯示該濾波器的中心頻率A為2. 08GHz，相對帶寬約為14%。通帶最小插入損耗為0. 98dB,回波損耗為-16dB左右。四個零點的位置分別位于1. 78GHZ，1. 9IGHz, 2. 24GHz，2. 73GHZ。阻帶抑制到 12. 9GHz。本發明是一種利用半波長諧振器和中心加載諧振器來實現的交叉耦合濾波器。中心加載諧振器為一雙模諧振器，由半波長的微帶線和中心加載的T型結構組成，內置于兩個相互耦合的半波長諧振器之內，行成交叉耦合。兩個相同的帶阻結構加在輸入、輸出饋線上抑制諧波，獲得很好的帶外特性。整個濾波器采用平面結構，濾波器的通帶兩側各有兩個零點，從而具有很好的頻率選擇性，同時還具有結構緊湊，空間利用率高，易于加工等特點。以上所述，僅是本發明的較佳實施實例而已，并非對本發明做任何形式上的限制， 任何未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施實例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的范圍。
權利要求
1.一種四階交叉耦合帶通濾波器，包括輸入饋線、輸出饋線、帶阻結構、兩個對置的第一、第二諧振器；其特征在于在所述第一、第二諧振器的內部耦合了一個雙模的第三諧振器；所述第一諧振器和第二諧振器為物理尺寸完全相同的開路環結構，長度為濾波器中心頻率的半波長，兩半波長諧振器間留有間距，構成耦合結構，用于實現級間信號的耦合； 所述第三諧振器為一個中心加載諧振器，包括開口型微帶線和T型結構，開口型微帶線的長度為濾波器中心頻率的半波長，所述第三諧振器內嵌于第一和第二諧振器內，構成交叉耦合；所述輸入饋線、輸出饋線分別連接在第一諧振器、第二諧振器上，采用非對稱饋電方式；兩個相同的帶阻結構加在輸入饋線、輸出饋線上。
2.根據權利要求1所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特征在于，所述第一諧振器和第二諧振器均由依次連接的第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線、第五微帶線、第六微帶線、第七微帶線、第八微帶線組成開路型微帶線，第二諧振器兩端的第九微帶線以及第十微帶線，第七微帶線以及第二微帶線之間構成耦合結構。
3.根據權利要求1所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特征在于，所述雙模的第三諧振器包括第十一微帶線、第十二微帶線、第十三微帶線、第十四微帶線、第十五微帶線、第十六微帶線、第十七微帶線、第十八微帶線和第十九微帶線，其中第十一微帶線、第十二微帶線、第十三微帶線、第十四微帶線、第十五微帶線依次連接構成開口型微帶線，而第十六微帶線、第十七微帶線、第十八微帶線和第十九微帶線連接構成一個T型結構，T型結構加載在開口型微帶線的中心處。
4.根據權利要求1或3所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特征在于，所述第十二微帶線、第十三微帶線、第十四微帶線和第十七微帶線用于和第一諧振器和第二諧振器進行耦合，實現雙模諧振器兩種模式與第一諧振器和第二諧振器之間的交叉耦合。
5.根據權利要求3所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特征在于，所述第十一微帶線、 第十二微帶線、第十三微帶線、第十四微帶線、第十五微帶線的長度之和為L，先通過調節 L的長度得到所需要的奇模諧振頻率，再調節T型結構的尺寸進而得到所需的偶模諧振頻率。
6.根據權利要求1所述的四階交叉耦合帶通濾波器，其特征在于，所述帶阻結構設有去耦微帶線、開路諧振器，通過調節帶阻結構中去耦微帶線的長、寬和去耦微帶線之間的間隙，以及開路諧振器的長、寬，使得帶阻結構的中心頻率遠離四階交叉耦合濾波器的通帶。
全文摘要
本發明公開一種四階交叉耦合帶通濾波器，包括輸入、輸出饋線、帶阻結構、兩個對置的第一、第二諧振器；在第一、第二諧振器的內部耦合了一個雙模的第三諧振器；第一和第二諧振器為完全相同的開路環結構，用于實現級間信號的耦合；第三諧振器為一個中心加載諧振器，包括開口型微帶線和T型結構，開口型微帶線的長度為濾波器中心頻率的半波長，第三諧振器內嵌于第一和第二諧振器內，構成交叉耦合；輸入、輸出饋線分別連接在第一、第二諧振器上；兩個相同的帶阻結構加在輸入、輸出饋線上。本發明將一雙模諧振器內置于兩個相互耦合的半波長諧振器之間，同時采用非對稱饋電方式以及增加帶阻結構，使得該濾波器具有高頻率選擇性和寬阻帶特性。
文檔編號H01P1/212GK102437400SQ20111024759
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者周亮, 姜偉, 尹文言, 毛軍發, 沈瑋 申請人:上海交通大學