一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，包括介質基片、第一金屬條帶、第二金屬條帶、第三金屬條帶、第四金屬條帶、第五金屬條帶、第一彎曲枝節、第二彎曲枝節、第一輸入輸出條帶和第二輸入輸出條帶；介質基片的底面為濾波器的地平面；第四金屬條帶連接在第三金屬條帶和第五金屬條帶之間，形成工字形枝節,構成雙模諧振器；第一金屬條帶和地平面相接，構成第一四分之一波長短路諧振器；第二金屬條帶和地平面相接，構成第二四分之一波長短路諧振器；第一彎曲枝節分別與第一金屬條帶、第一輸入輸出條帶連接；第二彎曲枝節分別與第二金屬條帶、第二輸入輸出條帶相接。該濾波器具有高選擇性、高抑制性。
【專利說明】一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，適合應用于小型化的移動通信終端。
【背景技術】
[0002]目前移動通信終端所能實現的功能已越來越多，如一臺手持設備集成有兩種或以上的語音通話業務工作模式，可以工作于不同的頻率、不同制式通信系統中以滿足用戶在不同運營商、不同頻段條件下使用需求。同時移動通信終端早已不限于單一的語音通話業務，圖像、視頻、音樂、電子商務、網頁瀏覽、電子會議等寬帶移動上網業務及定位導航等功能在移動通信終端中越開越普及。豐富的通信模式和通信頻段使得收發系統中有源器件的非線性引起的臨道干擾越來越嚴重，這就對濾波器的選擇性和帶外抑制度提出了更高的要求。同時，移動終端的小型化也驅使著無源器件尺寸的進一步縮小。
【發明內容】
[0003]技術問題:本發明所要解決的技術問題是:提供一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，該濾波器具有高選擇性、高抑制性的特點。
[0004]技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，該濾波器包括介質基片，以及設置在介質基片頂面的第一金屬條帶、第二金屬條帶、第三金屬條帶、第四金屬條帶、第五金屬條帶、第一彎曲枝節、第二彎曲枝節、第一輸入輸出條帶和第二輸入輸出條帶；介質基片的底面為濾波器的地平面；第三金屬條帶和第五金屬條帶相互平行，第四金屬條帶連接在第三金屬條帶和第五金屬條帶之間，形成工字形枝節，構成雙模諧振器；第一金屬條帶和第二金屬條帶位于工字形枝節的兩側，第一金屬條帶和第二金屬條帶分別與第三金屬條帶平行設置，第一金屬條帶和第二金屬條帶分別與第三金屬條帶耦合；第一金屬條帶遠離第三金屬條帶的一端設有第一金屬化通孔，第一金屬條帶通過第一金屬化通孔和地平面相接，構成第一四分之一波長短路諧振器；第二金屬條帶遠離第三金屬條帶的一端設有第二金屬化通孔，第二金屬條帶通過第二金屬化通孔和地平面相接，構成第二四分之一波長短路諧振器；第一彎曲枝節的一端與第一金屬條帶相接，第一彎曲枝節的另一端與第一輸入輸出條帶連接；第二彎曲枝節的一端與第二金屬條帶相接，第二彎曲枝節的另一端與第二輸入輸出條帶相接。
[0005]進一步，所述的第四金屬條帶的兩端分別連接在第五金屬條帶的中心和第三金屬條帶的中心，且第四金屬條帶垂直于第五金屬條帶。
[0006]進一步，所述的第一彎曲枝節和第二彎曲枝節均呈L形，且第一彎曲枝節連接在第一金屬條帶的中部，第二彎曲枝節連接在第二金屬條帶的中部。
[0007]進一步，所述的第一彎曲枝節和第一金屬條帶相連的一邊與第一金屬條帶相垂直，第二彎曲枝節和第二金屬條帶相連的一邊與第二金屬條帶相垂直。[0008]有益效果:與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(O具有高選擇性、高抑制性。本發明以微帶形式的工字形雙模諧振器同時耦合兩個四分之一波長諧振器，構建四階盒式拓撲結構的微波濾波器，能同時實現高鄰帶選擇性和高帶外抑制度。該工字形雙模諧振器包含半波長諧振模式和全波長諧振模式，并且兩種模式相互沒有耦合，適合應用于其他采用高階盒式拓撲結構。根據該工字形雙模諧振器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率相對大小，能夠靈活地調整傳輸零點的位置，可位于高阻或是低阻帶，抑制特定頻率。本技術可實現在偏離濾波器通帶邊緣2.4%處帶外抑制度達到18.5dB,在偏離濾波器通帶邊緣4.8%處帶外抑制度達到40dB。
[0009](2)性能穩定。本發明的濾波器中，混合地耦合工字形雙模諧振器與四分之一波長諧振器，可增加濾波器的通帶帶寬。或者，在相同的通帶帶寬要求下，耦合微帶線之間距離可以放寬，降低加工誤差對濾波器特性的影響，大大增加了產品的穩定性。
[0010](3)結構緊湊。傳統的盒式結構的交叉耦合濾波器多以波導形式實現，雖然這種濾波器插入損耗低、頻率選擇性好，但其大體積的3維結構限制了在移動終端的使用。本發明的濾波器中，采用工字形雙模諧振器實現的盒式結構，工字形雙模諧振器等效為兩個單模諧振器，混合耦合四分之一波長諧振器，電路尺寸可縮小一半。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明中實施例的正面結構示意圖。
[0012]圖2為本發明中實施例的反面結構示意圖。
[0013]圖3為本發明中實施例傳輸系數的測試結果圖。
[0014]圖4為本發明中實施例回波系數的測試結果圖。
[0015]圖中有:第一金屬條帶1、第二金屬條帶2、第三金屬條帶3、第四金屬條帶4、第五金屬條帶5、第一彎曲枝節6、第二彎曲枝節7、第一輸入輸出條帶8、第二輸入輸出條帶9、地平面10、第一金屬化通孔11、第二金屬化通孔12。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步詳細的說明。
[0017]如圖1和圖2所示，本發明的一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，包括介質基片，以及設置在介質基片頂面的第一金屬條帶1、第二金屬條帶2、第三金屬條帶3、第四金屬條帶4、第五金屬條帶5、第一彎曲枝節6、第二彎曲枝節7、第一輸入輸出條帶8和第二輸入輸出條帶9。介質基片的底面為濾波器的地平面10。第三金屬條帶3和第五金屬條帶5相互平行，第四金屬條帶4連接在第三金屬條帶3和第五金屬條帶5之間，形成工字形枝節。第一金屬條帶I和第二金屬條帶2位于工字形枝節的兩側，第一金屬條帶I和第二金屬條帶2分別與第三金屬條帶3平行設置，第一金屬條帶I和第二金屬條帶2分別與第三金屬條帶3耦合。第一金屬條帶I遠離第三金屬條帶3的一端設有第一金屬化通孔11，第一金屬條帶I通過第一金屬化通孔11和地平面10相接，構成第一四分之一波長短路諧振器。第二金屬條帶2遠離第三金屬條帶3的一端設有第二金屬化通孔12，第二金屬條帶2通過第二金屬化通孔12和地平面10相接，構成第二四分之一波長短路諧振器。第一彎曲枝節6的一端與第一金屬條帶I相接，第一彎曲枝節6的另一端與第一輸入輸出條帶8連接。第二彎曲枝節7的一端與第二金屬條帶2相接，第二彎曲枝節7的另一端與第二輸入輸出條帶9相接。作為優選，第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7均呈L形，且第一彎曲枝節6連接在第一金屬條帶I的中部，第二彎曲枝節7連接在第二金屬條帶2的中部。
[0018]進一步，所述的第四金屬條帶4的兩端分別連接在第五金屬條帶5的中心和第三金屬條帶3的中心，且第四金屬條帶4垂直于第五金屬條帶5。該對稱的工字形雙模結構易于制造。
[0019]進一步，所述的第一彎曲枝節6和第一金屬條帶I相連的一邊與第一金屬條帶I相垂直，第二彎曲枝節7和第二金屬條帶2相連的一邊與第二金屬條帶2相垂直。
[0020]上述結構的濾波器中，第一金屬條帶I和第二金屬條帶2均與工字形枝節中的第三金屬條帶3平行，并且分別在第三金屬條帶3的一側與第三金屬條帶3平行耦合。第一金屬條帶I和第二金屬條帶2分別在遠離第三金屬條帶3的一端通過第一金屬化通孔11和第二金屬化通孔12與地平面10相接，構成兩個四分之一波長諧振器。第五金屬條帶5與第三金屬條帶3平行放置，第四金屬條帶4垂直連接在第五金屬條帶5的中心與第三金屬條帶3的中心，構成工字形雙模諧振器。該工字形雙模諧振器視為由半波長諧振器和全波長諧振組成。根據該工字形雙模諧振器的奇模諧振頻率和偶模諧振頻率相對大小，在高阻帶或是低阻帶處產生一個傳輸零點，抑制特殊頻率，提高濾波器選擇性。該傳輸零點可以放置在低阻帶，也可以放置在高阻帶。通過第三金屬條帶3和第四金屬條帶4的長度而改變，增強通帶某一側的選擇性。此外，工字形雙模諧振器的兩種諧振頻率可以靈活地調節。兩種諧振模式間互相沒有耦合，適合用于某些特殊的交叉耦合拓撲結構，例如盒式結構，實現高選擇性、高抑制度的帶通濾波器。工字形雙模諧振器的奇模諧振和偶模諧振，以及第一金屬條帶I和第二金屬條帶2的兩個四分之一波長諧振模式，共同組成了四階盒式拓撲結構的濾波器的四個極點，不僅縮小電路尺寸，而且兩個諧振模式不存在耦合，因此特別適合用來構造盒式拓撲結構的交叉耦合濾波器。由于兩個四分之一波長諧振器本身電導納斜率比二分之一波長和全波長諧振器的電導納斜率都小，在相同的耦合量要求下，兩個四分之一波長諧振器與工字形雙模諧振器可以實現更寬的通帶帶寬。第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7 —端分別與第一金屬條帶I和第二金屬條帶2寬邊垂直相交，構成輸入輸出耦合結構，其電長度約為四分之一波長。輸入輸出的耦合量可通過第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7的長度和寬度進行調節。第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7的另一端分別與第一輸入輸出條帶8、第二輸入輸出條帶9連接，第一輸入輸出條帶8、第二輸入輸出條帶9為源阻抗和負載阻抗。
[0021]下面例舉一實施例。
[0022]如圖1和圖2所示，一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，在介質基片的頂面，第一金屬條帶I和第二金屬條帶2在同一軸線上平行放置。第一金屬條帶I和第二金屬條帶2的寬度相等，記為Wl。Wl根據介質基片參數(板材厚度H及板材相對介電常數Er)選取，使得第一金屬條帶I和第二金屬條帶2在四分之一波長處諧振品質因數最大。第一金屬條帶I和第二金屬條帶2的長度相等,記為LI。調節LI,使得第一金屬條帶I和第二金屬條帶2的諧振頻率為濾波器的中心頻率。建立坐標系，其中軸線Oy與軸線Ox垂直。第一金屬化通孔11、第二金屬化通孔12置于軸線Ox上，并放在第一金屬條帶I和第二金屬條帶2的遠端，用于與地平面10相連。第四金屬條帶4置于與軸Ox垂直的軸線Oy上。第三金屬條帶3的中心點和第五金屬條帶5的中心點與第四金屬條帶4兩端相連。第三金屬條帶3和第五金屬條帶5平行于軸線Ox。與第一金屬條帶1、第二金屬條帶2的物理尺寸選取相似，第三金屬條帶3的寬度W2決定了其諧振品質因數，第三金屬條帶3的長度L2選取取決于雙模諧振器奇模的諧振頻率。第一金屬條帶I和第三金屬條帶3的耦合系數由兩者耦合距離L13和耦合寬度S決定。進一步，調整第四金屬條帶4的長度L3和寬度W3，以及第五金屬條帶5的長度(2*L4+W3)和寬度W4，以獲得濾波器綜合所需的偶模諧振頻率。L4表示第五金屬條帶5的端部到第四金屬條帶4的距離。此外，第四金屬條帶4和第五金屬條帶5的物理尺寸的選取還要考慮第一金屬條帶I諧振模式與偶模諧振模式之間的耦合系數。第一彎曲枝節6的一端與第一金屬條帶I垂直相連，第二彎曲枝節7的一端與第二金屬條帶2垂直相連。第一彎曲枝節6的寬度和第二彎曲枝節7的寬度相等，記為W5。第一彎曲枝節6到第一金屬化通孔11的距離與第二彎曲枝節7到第二金屬化通孔12的距離相等，記為L7。調整W5和L7，獲得所需的輸入輸出耦合系數。第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7的彎折結構能進一步減小電路尺寸。
[0023]第一彎曲枝節6的總長度和第二彎曲枝節7的總長度均為L5+L6，且等于濾波器中心頻率處滿足電長度為四分之一波長，等效于理想的導納變換器。第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7優選為L形，且第一彎曲枝節6的總長度和第二彎曲枝節7的形狀相同。L5表示第一彎曲枝節6 —邊的長度，L6表示第一彎曲枝節6另一邊的長度。該變換器的值等于第一彎曲枝節6和第二彎曲枝節7的特征導納值。
[0024]實施例中所用介質基片為Rogers5880，厚度H=0.254mm，相對介電常數Er=2.2，按圖1和圖2所示的結構制作的實施例的結構參數尺寸列于表I。
[0025]表I實施例的示例性設計參數尺寸表
【權利要求】
1.一種基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，其特征在于，該濾波器包括介質基片，以及設置在介質基片頂面的第一金屬條帶(I)、第二金屬條帶(2)、第三金屬條帶(3)、第四金屬條帶(4)、第五金屬條帶(5)、第一彎曲枝節(6)、第二彎曲枝節(7)、第一輸入輸出條帶(8)和第二輸入輸出條帶(9);介質基片的底面為濾波器的地平面(10);第三金屬條帶(3)和第五金屬條帶(5)相互平行，第四金屬條帶(4)連接在第三金屬條帶(3)和第五金屬條帶(5)之間，形成工字形枝節,構成雙模諧振器；第一金屬條帶(I)和第二金屬條帶(2)位于工字形枝節的兩側，第一金屬條帶(I)和第二金屬條帶(2)分別與第三金屬條帶(3)平行設置，第一金屬條帶(I)和第二金屬條帶(2)分別與第三金屬條帶(3)耦合；第一金屬條帶(I)遠離第三金屬條帶(3 )的一端設有第一金屬化通孔(11 )，第一金屬條帶(I)通過第一金屬化通孔(11)和地平面(10)相接，構成第一四分之一波長短路諧振器；第二金屬條帶(2)遠離第三金屬條帶(3)的一端設有第二金屬化通孔(12)，第二金屬條帶(2)通過第二金屬化通孔(12)和地平面(10)相接，構成第二四分之一波長短路諧振器；第一彎曲枝節(6)的一端與第一金屬條帶(I)相接，第一彎曲枝節(6)的另一端與第一輸入輸出條帶(8)連接；第二彎曲枝節(7)的一端與第二金屬條帶(2)相接，第二彎曲枝節(7)的另一端與第二輸入輸出條帶(9)相接。
2.按照權利要求1所述的基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，其特征在于，所述的第四金屬條帶(4)的兩端分別連接在第五金屬條帶(5)的中心和第三金屬條帶(3)的中心，且第四金屬條帶(4)垂直于第五金屬條帶(5)。
3.按照權利要求1或2所述的基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，其特征在于，所述的第一彎曲枝節(6)和第二彎曲枝節(7)均呈L形，且第一彎曲枝節(6)連接在第一金屬條帶(I)的中部，第二彎曲枝節(7)連接在第二金屬條帶(2)的中部。
4.按照權利要求3所述的基于工字形雙模諧振器的高選擇性帶通濾波器，其特征在于，所述的第一彎曲枝節(6)和第一金屬條帶(I)相連的一邊與第一金屬條帶(I)相垂直，第二彎曲枝節(7)和第二金屬條帶(2)相連的一邊與第二金屬條帶(2)相垂直。
【文檔編號】H01P1/203GK103579723SQ201310552948
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】朱曉維, 蓋川 申請人:東南大學