一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，其工作于無線局域網系統(WLAN)，涵蓋了5.2GHz、5.5GHz和5.8GHz頻段。它由一個階躍阻抗圓環連接兩對短截線，并且耦合上一對非完全對稱的耦合節構成的微帶線帶通濾波器。本實用新型在通帶內有四個傳輸極點，在阻帶有四個傳輸零點，具有較高通帶帶內信號的傳輸性及阻帶內噪聲的抑制能力，此外，通帶內插入損耗低，相對帶寬大，結構緊湊，易于集成。
【專利說明】
一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器
技術領域
[0001]本實用新型涉及濾波器領域，尤其涉及一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，運用于無線局域網系統(WLAN)5GHz頻段。
【背景技術】
[0002]在多頻帶多標準多服務的現代射頻無線通信系統中，帶通濾波器電路起著至關重要的作用。它在射頻前端發揮著高效地抑制環境噪聲以及來自內部有源器件產生的噪聲的作用。帶通濾波器一方面要求帶寬足夠寬，以便滿足當前的無線通信系統;另一方面需要在通帶內對信號損耗盡量小，而在阻帶內對噪聲盡最大限度地抑制。傳統寬帶濾波器除了通過耦合模式結構實現，還可以使用多個諧振器并聯來實現，不過這樣可以使電路面積巨大，而且阻帶內抑制能力相對較差。
[0003]當前也有一些學者采用階躍阻抗型結構設計多頻帶通濾波器，一方面通帶數量少，兩個或三個，且集中在2.4GHz、2.5GHz、3.5GHz等頻段;另一方面采用90度輸入輸出饋線結構，不利于濾波器與其它電路的集成，且集成后電路板整體面積巨大。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是針對【背景技術】所涉及到的缺陷，提供一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，工作在射頻無線通信系統中5GHz頻段，在通帶內有四個傳輸極點，減少信號反射，而且具有很低的插入損耗，有利于信號的無損耗地傳輸，保證信號的完整性;且相對帶寬比較寬，涵蓋了5.2GHz、5.5GHz和5.8GHz頻段;輸入輸出饋線處在同一直線上但方向相反，易于電路集成。
[0005]本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0006]—種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，包含形成于印制電路板上的階躍阻抗圓環、短截線模塊、親合節模塊、輸入端口和輸出端口；
[0007]所述階躍阻抗圓環包含第一至第四高阻抗分支線、以及第一至第四低阻抗分支線，其中，所述第一至第四高阻抗分支線、第一至第四低阻抗分支線均呈圓弧狀，第一高阻抗分支線、第一低阻抗分支線、第二高阻抗分支線、第二低阻抗分支線、第三高阻抗分支線、第三低阻抗分支線、第四高阻抗分支線、第四低阻抗分支線依次相連，且第一高阻抗分支線和第四低阻抗分支線首尾相連，組成圓環；
[0008]所述短截線模塊包含第一至第二短路短截線、以及第一至第二開路短截線，其中，所述第一短路短截線、第一開路短截線、第二短路短截線、第二開路短截線的一端依次分別設置在第一至第四高阻抗分支線的中點上，另一端均指向所述階躍阻抗圓環的圓心；
[0009]所述第一短路短截線、第二短路短截線靠近階躍阻抗圓環圓心的一端上均設有過孔，且均通過過孔與所述印制電路板上的地相連；
[0010]所述耦合節模塊包含第一至第二耦合節，所述第一耦合節、第二耦合節呈圓弧狀，分別設置在第二低阻抗分支線、第四低阻抗分支線的外側，且圓心均和所述階躍阻抗圓環的圓心重合；
[0011]所述輸入端口、輸出端口均采用微帶線結構，其中，輸入端口和第一耦合節的非中點處相連，輸出端口和第二耦合節的非中點處相連，且輸入端口、輸出端口、第一開路短截線、第二開路短截線處于同一直線上；
[0012]所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器關于階躍阻抗圓環的圓心對稱。
[0013]作為本實用新型一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器進一步的優化方案，所述輸入端口、輸出端口均采用50歐姆的微帶線。
[0014]作為本實用新型一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器進一步的優化方案，所述印制電路板上采用相對介電常數為3.66、厚度為0.508 mm的Rogers R04350材料或屬性相似的介質材料作為電路板的介質基片。
[0015]作為本實用新型一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器進一步的優化方案，所述印制電路板是雙層的。
[0016]本實用新型采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
[0017]1.通帶外對噪聲抑制能力高:當信號通過輸入端口 PI到達輸出端口 P2時，耦合節模塊與階躍阻抗圓環的耦合產生傳輸零點，通過調整耦合節模塊的長度可以改變傳輸零點的位置；
[0018]2.頻率選擇性高:有三個傳輸零點位于低阻帶，而一個傳輸零點位于高阻帶，緊鄰通帶，一方面使通帶邊緣變得陡峭，另一方面使阻帶變深，提高了頻率選擇性，選擇性地使有用信號最大限度通過，而噪聲盡可能被抑制掉；
[0019]3.180度饋線結構:輸入端口和輸出端口處在同一直線上，但方向相反，這樣易于與其它電路進行集成，此外，所采用的是微帶線結構，重量輕，結構緊湊，從而降低制作成本。
【附圖說明】
[0020]圖1是雙層印制電路板的不意圖；
[0021 ]圖2是圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器正面示意圖；
[0022]圖3是信號從輸入端口到輸出端口的路徑示意圖；
[0023]圖4是多模式階躍阻抗圓環微帶傳輸線等效電路；
[0024]圖5是圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器的插入損耗曲線S21及回波損耗曲線Sll的仿真和測量結果(仿真采用的是HFSS軟件，測試采用的是安捷倫N5230C矢量網絡分析儀)。
[0025]圖中，1-介質基片，2-上金屬貼片，3-下金屬貼片，A1_第一高阻抗分支線，A2-第二高阻抗分支線，A3-第三高阻抗分支線，A4-第四高阻抗分支線，B1-第一低阻抗分支線，B2-第二低阻抗分支線，B3-第三低阻抗分支線，B4-第四低阻抗分支線，Cl-第一短路短截線，C2-第二短路短截線，Dl-第一開路短截線，D2-第二開路短截線，El-第一耦合節，E2-第二耦合節，Hl-第一過孔，H2-第二過孔，Pl-輸入端口，P2-輸出端口，S1-第一信號路徑，S2-第二信號路徑，Zl-第一 50歐姆阻抗，Z2-第二 50歐姆阻抗。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明:
[0027]本實用新型公開了一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，輸入端口Pl和輸出端口 P2分別用常用SMA接頭焊接，以便接入測試設備或者連接其它器件。
[0028]本實用新型所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器采用相對介電常數為3.66、厚度為0.508 mm的Rogers R04350 (tm)材料作為電路板的介質基片I，如圖1所示，除此也可以采用其它類似規格的介質材料。在雙層印制電路板的介質基片I的上表面、下表面分別覆蓋有上金屬貼片2和下金屬貼片3，其中，上金屬貼片2形成了所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器的正面結構，如圖2所示，而下金屬貼片3形成了所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器的地。
[0029]如圖2所示，本實用新型所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，形成于雙層印制電路板上，由階躍阻抗圓環、短截線模塊、親合節模塊、輸入端口 PI和輸出端口 P2構成。所述階躍阻抗圓環包含第一至第四高阻抗分支線(A1-A4)、以及第一至第四低阻抗分支線(B1-B4)，其中，所述第一至第四高阻抗分支線(A1-A4)、第一至第四低阻抗分支線(B1-B4)均呈圓弧狀，第一高阻抗分支線Al、第一低阻抗分支線B1、第二高阻抗分支線A2、第二低阻抗分支線B2、第三高阻抗分支線A3、第三低阻抗分支線B3、第四高阻抗分支線A4、第四低阻抗分支線B4依次相連，且第一高阻抗分支線Al和第四低阻抗分支線B4首尾相連，組成圓環；所述短截線模塊包含第一至第二短路短截線(Cl和C2)、以及第一至第二開路短截線(Dl和D2)，其中，所述第一短路短截線Cl、第一開路短截線Dl、第二短路短截線C2、第二開路短截線D2的一端依次分別設置在第一至第四高阻抗分支線(A1-A4)的中點上，另一端均指向所述階躍阻抗圓環的圓心;所述第一短路短截線Cl、第二短路短截線C2靠近階躍阻抗圓環圓心的一端上分別設有第一過孔Hl和第二過孔H2，且均通過過孔與所述印制電路板上的下金屬貼片3相連;所述耦合節模塊包含第一至第二耦合節(El和E2)，所述第一耦合節E1、第二耦合節E2呈圓弧狀，分別設置在第二低阻抗分支線A2、第四低阻抗分支線A4的外側，且圓心均和所述階躍阻抗圓環的圓心重合;所述輸入端口P1、輸出端口P2均采用微帶線結構，其中，輸入端口Pl和第一耦合節El的非中點處相連，輸出端口P2和第二耦合節E2的非中點處相連，且輸入端口 P1、輸出端口 P2、第一開路短截線D1、第二開路短截線D2處于同一直線上；所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器關于階躍阻抗圓環的圓心對稱。所述的圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，其特征在于，所述輸入端口 Pl、輸出端口 P2均采用50歐姆的微帶線。
[0030]信號通過輸入端口Pl進入所述的圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器時，被分成兩路，分別沿著第一信號路徑SI和第二信號路徑S2傳播，如圖3所示。當信號沿著第一信號路徑SI時，信號通過第一耦合節El耦合到所述階躍阻抗圓環的第二高阻抗分支線A2和第一低阻抗分支線BI;當信號沿著第二信號路徑S2時，信號通過第一耦合節El耦合到所述階躍阻抗圓環的第二高阻抗分支線A2和第二低阻抗分支線B2。此時，第一耦合節El耦合在第一低阻抗分支線BI上的長度小于第一耦合節El耦合在第二低阻抗分支線B2上的長度，這將引起信號通過第一耦合節El流入所述階躍阻抗圓環的能量不對稱。所述階躍阻抗圓環和所述短截線模塊組成的結構關于階躍阻抗圓環的圓心對稱，利用微波傳輸線理論，它等效于此結構的四分之一，1/2長度的第一高阻抗分支線Al、第一低阻抗分支線B1、1/2長度的第二高阻抗分支線A2依次相連，如圖4所示。這是一個多模式諧振器，根據偶模-奇模的不同模式組合，產生不同的諧振頻率。
[0031]當第一50歐姆阻抗Zl和第二50歐姆阻抗Z2同時開路，偶模-偶模式發生；當第一50歐姆阻抗Zl開路，而第二50歐姆阻抗Z2短路，偶模-奇模式發生；當第一50歐姆阻抗Zl短路，而第二50歐姆阻抗Z2開路，奇模-偶模式發生；當第一50歐姆阻抗Zl和第二50歐姆阻抗Z2都短路，奇模-奇模式發生。不同諧振模式，產生不同的諧振頻率，形成了通帶，同時產生四個傳輸極點，減少回波損耗。分別來自第一信號路徑SI和第二信號路徑S2的兩路信號在輸出端口 2處匯合，輸出端口P2與輸入端口Pl處在同一條直線上，形成了 180度輸入輸出饋線結構。輸入端口 Pl和第一耦合節El的非中點處相連，輸出端口 P2和第二耦合節E2的非中點處相連，第一耦合節E1、第二耦合節E2分別加載于所述階躍阻抗圓環的耦合度不同，形成了四個傳輸零點，其中三個傳輸零點位于低阻帶，而另一個傳輸零點位于高阻帶。
[0032]圖5是圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器的插入損耗曲線S21及回波損耗曲線Sll的仿真和測試結果。從圖5中可見，仿真結果與測試結果基本一致，中心頻率的略微偏移和誤差可能源于制造工藝的精度。插入損耗的3dB寬度是從5.09GHz到6.69GHz，相對帶寬為27.16%，且在通帶內回波損耗值均小于-12.3dB。在高阻帶產生的一個傳輸零點，而在低阻帶產生三個傳輸零點，使得頻率選擇性提高，而且拓寬和加深了阻帶。
[0033]本技術領域技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0034]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，其特征在于，包含形成于印制電路板上的階躍阻抗圓環、短截線模塊、耦合節模塊、輸入端口和輸出端口； 所述階躍阻抗圓環包含第一至第四高阻抗分支線、以及第一至第四低阻抗分支線，其中，所述第一至第四高阻抗分支線、第一至第四低阻抗分支線均呈圓弧狀，第一高阻抗分支線、第一低阻抗分支線、第二高阻抗分支線、第二低阻抗分支線、第三高阻抗分支線、第三低阻抗分支線、第四高阻抗分支線、第四低阻抗分支線依次相連，且第一高阻抗分支線和第四低阻抗分支線首尾相連，組成圓環； 所述短截線模塊包含第一至第二短路短截線、以及第一至第二開路短截線，其中，所述第一短路短截線、第一開路短截線、第二短路短截線、第二開路短截線的一端依次分別設置在第一至第四高阻抗分支線的中點上，另一端均指向所述階躍阻抗圓環的圓心； 所述第一短路短截線、第二短路短截線靠近階躍阻抗圓環圓心的一端上均設有過孔，且均通過過孔與所述印制電路板上的地相連； 所述耦合節模塊包含第一至第二耦合節，所述第一耦合節、第二耦合節呈圓弧狀，分別設置在第二低阻抗分支線、第四低阻抗分支線的外側，且圓心均和所述階躍阻抗圓環的圓心重合； 所述輸入端口、輸出端口均采用微帶線結構，其中，輸入端口和第一耦合節的非中點處相連，輸出端口和第二耦合節的非中點處相連，且輸入端口、輸出端口、第一開路短截線、第二開路短截線處于同一直線上； 所述圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器關于階躍阻抗圓環的圓心對稱。2.根據權利要求1所述的圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，其特征在于，所述輸入端口、輸出端口均采用50歐姆的微帶線。3.根據權利要求1所述的圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，其特征在于，所述印制電路板上采用相對介電常數為3.66、厚度為0.508 mm的Rogers R04350材料作為電路板的介質基片。4.根據權利要求1所述的圓環多模式耦合超寬帶微帶帶通濾波器，其特征在于，所述印制電路板是雙層的。
【文檔編號】H01P1/203GK205488436SQ201620034757
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發明人】王文松, 曹群生, 李由, 王毅
【申請人】南京航空航天大學