專利名稱：微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種濾波器，具體地說，是涉及一種應(yīng)用于微波 波段、毫米波波段的微波帶通濾波器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代濾波器多用于衛(wèi)星和移動(dòng)通信系統(tǒng)中，要求濾波器在通帶內(nèi) 具有高選擇性、低插入損耗、小型化和線形相位等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)高 選擇性，增加濾波器的品質(zhì)因數(shù)，傳輸零點(diǎn)理論被應(yīng)用到微帶帶通濾 波器技術(shù)中。
傳輸零點(diǎn)理論，即在濾波器中采用交叉耦合結(jié)構(gòu)，該交叉耦合結(jié) 構(gòu)在通帶兩側(cè)有限點(diǎn)處增加傳輸零點(diǎn)。目前，這種交叉耦合結(jié)構(gòu)被廣
泛應(yīng)用于濾波器電路中，其中，J.S.Hong和M.丄Lancaster在交叉 耦合技術(shù)作了大量的工作，并產(chǎn)生了一種如圖1所示的交叉耦合結(jié) 構(gòu)，使用該交叉耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的濾波器的中心頻率為950M; Chu-Chen Yang和Chi-Yang Chang利用了如圖2所示結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)帶通濾波性能， 中心頻率為2.95G;而KARI T. J0KELA給出了另一種如圖3所示的交 叉耦合結(jié)構(gòu)，中心頻率為3.5G。
縱觀上述各種濾波器，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的交叉耦合結(jié)構(gòu)存在以下 缺陷
一.上述各種濾波器通常采用線寬為50歐姆的微帶線，同時(shí)因交 叉環(huán)的結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)致濾波器尺寸為厘米級，結(jié)構(gòu)較大；二.工作頻率在5G以下，不能被應(yīng)用于微波和毫米波波段。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種微帶濾波器，通過設(shè)計(jì)新型電路結(jié) 構(gòu)，解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)微帶濾波器的高工作頻率和微波、 毫米波波段的廣泛應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下
微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器，包括濾波器腔體，其特征 在于，所述濾波器腔體內(nèi)設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)帶通濾波的交叉耦合結(jié)構(gòu)，該 交叉耦合結(jié)構(gòu)由至少四個(gè)諧振環(huán)組成，交叉耦合結(jié)構(gòu)的兩端分別通過 微帶線與同軸探針連接。
所述諧振環(huán)成矩陣型放置。
所述諧振環(huán)為內(nèi)凹型諧振環(huán)。
所述諧振環(huán)的內(nèi)凹處設(shè)有開口 。
所述交叉耦合結(jié)構(gòu)由四個(gè)諧振環(huán)組成，四個(gè)諧振環(huán)按照2X2矩 陣位置設(shè)置，其中，第一個(gè)諧振環(huán)和第四個(gè)諧振環(huán)以凹槽口正向相對 的方式設(shè)置，并分別通過微帶線與濾波器腔體內(nèi)兩側(cè)的同軸探針相 連。
本實(shí)用新型是以傳輸零點(diǎn)理論為基礎(chǔ)，通過改進(jìn)交叉耦合結(jié)構(gòu)， 使交叉耦合結(jié)構(gòu)中形成三種耦合結(jié)構(gòu)交叉耦合、磁耦合和電耦合。 在這三種結(jié)構(gòu)中，電耦合是指凹槽口正向相對放置的兩個(gè)耦合環(huán)形成 的結(jié)構(gòu)，并作為交叉耦合結(jié)構(gòu)的輸入輸出端；磁耦合是指凹槽口反向 放置的兩個(gè)耦合環(huán)形成的結(jié)構(gòu)；而交叉耦合則是兩個(gè)凹槽口成斜向放置的兩個(gè)耦合環(huán)形成的結(jié)構(gòu)，具體情況見圖6 圖8。在改進(jìn)交叉偶
合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使用0.2mm阻抗線而非傳統(tǒng)的50歐姆阻抗線，使 得濾波器具有更小型化結(jié)構(gòu)和更高工作頻率的特點(diǎn)。
在具體設(shè)計(jì)中，使用傳輸零點(diǎn)理論中的設(shè)計(jì)方法，并利用下列 (1-1)和(1-2)式子進(jìn)行設(shè)計(jì)
= 1.22 ， 47 — 0.35543+ 0.1- 0,0447-￡ij. + 0,00425,f^ = 7.221.06 - 9-4脂滅"+ - 1.65776'ft^ + 0.17723化
jj《:Hj = —4,3.0192 + 6.26.745'fla — 3、67345-ilS + 0.9936-il〗0,10317.ft ^ i /2(Cy = S, 17573 — 11,36315-11^ + 6,96223《-1,94244《+ ( 1 )
兩,
械,i = L一 = .、/- fo" = 1 to — 1
卿'l
S"游
(l-2)
式(1-2)確定了具體的設(shè)計(jì)參數(shù)和耦合系數(shù)。為了設(shè)計(jì)方便，在
介質(zhì)基片^=2.22，厚度"0,254畫上，得到圖9 圖11所示的耦合系 數(shù)與相鄰環(huán)間距離的曲線圖，利用上述方法和曲線圖可以得到本實(shí)用 新型所述的微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)十分簡單，通過改進(jìn)交叉耦合結(jié)構(gòu)，使用0.2mm 寬的微帶線，能夠大大減小濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸，使濾波器的結(jié)構(gòu)達(dá)到 2.45*2.2附附2的微小程度，工作頻率達(dá)10G以上，在K波段甚至達(dá)到 23G。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型不僅能夠工作在微波毫米波波段，更具有小型化和高工作頻率的優(yōu)勢，主要應(yīng)用于衛(wèi)星和移動(dòng)通信系統(tǒng) 中。


圖1為J.S.Hong和M.J.Lancaster設(shè)計(jì)的交叉耦合結(jié)構(gòu)的示 意圖。
圖2為Chu-Chen Yang和Chi-Yang Chang設(shè)計(jì)的交叉耦合結(jié)構(gòu) 的示意圖。
圖3為KARI T. JOKELA設(shè)計(jì)的交叉耦合結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4為本實(shí)用新型中諧振環(huán)的示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的交叉耦合結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6為本實(shí)用新型中交叉耦合的示意圖。
圖7為本實(shí)用新型中磁耦合的示意圖。
圖8為本實(shí)用新型中電耦合的示意圖。
圖9為本實(shí)用新型中交叉耦合M-d曲線圖。
圖lO為本實(shí)用新型中磁耦合M-d曲線圖。
圖11為本實(shí)用新型中電耦合M-d曲線圖。
圖12為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

下面通過舉例來對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器，包括濾波器腔體，在濾波 器腔體內(nèi)設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)帶通濾波的交叉耦合結(jié)構(gòu)，該交叉耦合結(jié)構(gòu)由 四個(gè)諧振環(huán)組成，四個(gè)諧振環(huán)成2X2矩陣型放置，其中，第一個(gè)諧振環(huán)和第四個(gè)諧振環(huán)的凹槽口正向相對放置，形成電耦合，此兩個(gè)諧 振環(huán)作為交叉耦合結(jié)構(gòu)的輸入輸出端，分別通過微帶線與濾波器腔體 內(nèi)兩側(cè)的同軸探針相連。
下面以設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為ia3G、工作帶寬3%、"為-20必的窄
帶帶通濾波器為例進(jìn)行說明。
微帶線采用0.2 ^寬，經(jīng)過電磁軟件模擬仿真調(diào)整后，諧振環(huán)的 邊長為2.2/^。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，可以很容易計(jì)算得出A =1.0146，將q。 代入(1-1)和(1-2)可以得出濾波器中各個(gè)耦合環(huán)間的耦合系數(shù)M矩 陣。
根據(jù)耦合系數(shù)M和環(huán)間距d的關(guān)系，并基于Rogers公司的 Duriod5880的基片，其中介電常數(shù)^為2. 22，厚度^為0. 254附附，通 過電磁場模擬軟件CST計(jì)算得到耦合系數(shù)與各個(gè)相鄰環(huán)之間的物理 尺寸的關(guān)系曲線。圖6 圖8給出了各種屬性耦合系數(shù)與環(huán)間距之間 的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)各種關(guān)系，可以設(shè)計(jì)出響應(yīng)的帶通濾波器，各波段 的帶通濾波器特征如下
一. X波段其帶通濾波器的中心頻率為IOG，帶寬為550M，帶 內(nèi)插損為o.5必，尺寸為5. 9*5. 9 ot2 。
二. Ku波段其帶通濾波器的中心頻率為17G，帶寬為860M，帶 內(nèi)插損為O. 8必，尺寸為4*3. 9附附2。
三. K波段其帶通濾波器的中心頻率為23G，帶寬為2.3G，帶 內(nèi)插損為1.5必，尺寸為2. 45*2. 2附m2。
由上述數(shù)據(jù)可以明顯看出，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，更具有小型化和高工作頻率的優(yōu)勢，能夠廣泛應(yīng)用于微波毫米波波段中。
權(quán)利要求1.微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器，包括濾波器腔體，其特征在于，所述濾波器腔體內(nèi)設(shè)有用于實(shí)現(xiàn)帶通濾波的交叉耦合結(jié)構(gòu)，該交叉耦合結(jié)構(gòu)由至少四個(gè)諧振環(huán)組成，交叉耦合結(jié)構(gòu)的兩端分別通過微帶線與同軸探針連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器， 其特征在于，所述諧振環(huán)呈矩陣型放置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器， 其特征在于，所述諧振環(huán)為內(nèi)凹型諧振環(huán)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器， 其特征在于，所述諧振環(huán)的內(nèi)凹處設(shè)有開口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器， 其特征在于，所述交叉耦合結(jié)構(gòu)由四個(gè)諧振環(huán)組成，四個(gè)諧振環(huán)按照 2X2矩陣位置設(shè)置，其中，第一個(gè)諧振環(huán)和第四個(gè)諧振環(huán)按凹槽口 正向相對的方式設(shè)置，并分別通過微帶線與濾波器腔體內(nèi)兩側(cè)的同軸 探針相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微帶凹槽交叉耦合環(huán)微波帶通濾波器，該微波帶通濾波器由濾波器腔體和內(nèi)部交叉耦合結(jié)構(gòu)組成，所述交叉耦合結(jié)構(gòu)包括四個(gè)諧振環(huán)，諧振環(huán)為內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)，此四個(gè)諧振環(huán)成2×2矩陣型放置，其中，第一個(gè)諧振環(huán)和第四個(gè)諧振環(huán)以凹槽口正向相對的方式放置，形成電耦合，并分別通過微帶線與濾波器腔體內(nèi)兩側(cè)的同軸探針相連，微帶線的線寬為0.2mm。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡單，實(shí)施方便，能夠廣泛應(yīng)用于微波毫米波波段，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更小型化和高工作頻率的特點(diǎn)。本實(shí)用新型主要用于衛(wèi)星和移動(dòng)通訊系統(tǒng)中。
文檔編號H01P1/205GK201222527SQ20082006399
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者曹紀(jì)綱 申請人:電子科技大學(xué)