一種三通帶濾波器的制造方法
【專利摘要】一種三通帶濾波器，包括：非導(dǎo)電材質(zhì)的基板、輸入饋線和輸出饋線，在所述基板的兩面上分別設(shè)置有缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)；所述輸入饋線和所述輸出饋線設(shè)置在所述基板上具有所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)的一面，位于所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)之間；其中，所述輸入饋線、短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)和輸出饋線耦合，構(gòu)成具有第一通帶和第三通帶的第一射頻通路；所述輸入饋線、缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和輸出饋線耦合，構(gòu)成具有第二通帶的第二射頻通路。本發(fā)明使用缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和背疊短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成三通帶濾波器的三個(gè)通帶，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并保證了濾波效果，提高了濾波器的可靠性。
【專利說(shuō)明】
一種三通帶濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)源濾波器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種三通帶濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 同時(shí)具有多個(gè)工作頻段的無(wú)線通信系統(tǒng)和射頻前端已成為近年來(lái)的一個(gè)趨勢(shì)。因 此，設(shè)計(jì)高性能的多通帶帶通濾波器也十分必要。
[0003]目前，如何設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、選擇性好、帶外抑制能力強(qiáng)的三通帶濾波器是設(shè)計(jì)領(lǐng)域 中一個(gè)重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是提供三通帶濾波器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中濾波器的饋電結(jié)構(gòu)復(fù) 雜的問(wèn)題。
[0005] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述三通帶濾波器，包括：非導(dǎo)電材質(zhì)的基板、輸入饋線 和輸出饋線，在所述基板的兩面上分別設(shè)置有缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線式諧振結(jié) 構(gòu)；所述輸入饋線和所述輸出饋線設(shè)置在所述基板上具有所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)的一 面，位于所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)之間；其中，所述輸入饋線、短路 短截線式諧振結(jié)構(gòu)和輸出饋線耦合，構(gòu)成具有第一通帶和第三通帶的第一射頻通路；所述 輸入饋線、缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和輸出饋線耦合，構(gòu)成具有第二通帶的第二射頻通路。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例包括以下優(yōu)點(diǎn)：
[0007] 使用缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和背疊短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)構(gòu)成三通帶濾波器的三個(gè) 通帶，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并保證了濾波效果，提高了濾波器的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0009] 圖1是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的正視圖；
[0010] 圖2是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的后視圖；
[0011] 圖3是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的側(cè)視圖；
[0012] 圖4是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖5是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖6是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的原理圖；
[0015] 圖7是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的原理圖；
[0016] 圖8是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；
[0017] 圖9是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；
[0018] 圖10是本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例的三通帶濾波器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 在以下詳細(xì)描述中，提出大量特定細(xì)節(jié)，以便于提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。但是， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，即使沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)也可實(shí)施本發(fā)明。在其它情況下，沒(méi)有詳 細(xì)描述眾所周知的方法、過(guò)程、組件和電路，以免影響對(duì)本發(fā)明的理解。
[0020] 為了便于更快地理解本發(fā)明中的說(shuō)明性實(shí)施例，以下對(duì)本發(fā)明中的主要思想進(jìn)行 簡(jiǎn)單說(shuō)明：
[0021] 對(duì)于多通帶帶通濾波器，傳統(tǒng)方式是通過(guò)調(diào)節(jié)階梯阻抗諧振器（SIR)各個(gè)部位的 阻抗比和長(zhǎng)度比來(lái)設(shè)計(jì)三通帶BPF。而近年來(lái)缺陷地式諧振器結(jié)構(gòu)（DGSR)在濾波器設(shè)計(jì)中 越來(lái)越流行，因?yàn)樗粌H可以通過(guò)產(chǎn)生帶外零點(diǎn)來(lái)增加通帶選擇性，還能很好的實(shí)現(xiàn)濾波 器小型化。針對(duì)于該結(jié)構(gòu)，有一些設(shè)計(jì)者研究出通過(guò)網(wǎng)狀式結(jié)合3個(gè)雙模缺陷地諧振器設(shè) 計(jì)出了新型三通帶濾波器，但是這種三通帶濾波器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)節(jié)三 個(gè)通帶的困難度。
[0022] 本發(fā)明是僅僅通過(guò)單一的饋電結(jié)構(gòu)，通過(guò)將一個(gè)背疊短路短截線式諧振器（SSLR) 和兩個(gè)交叉耦合式DGS諧振器（DGSR)設(shè)計(jì)了一個(gè)三通帶BPF ;其中，SSLR部分用于產(chǎn)生第 一射頻通路，該通路具有第一通帶和第三通帶，DGSR部分用于產(chǎn)生第二射頻通路，該通路具 有第二通帶。該三通帶BPF的優(yōu)勢(shì)在于：兩個(gè)射頻通路之間沒(méi)有交叉耦合，同時(shí)可以很容易 的實(shí)現(xiàn)抑制諧波干擾，因此三個(gè)通帶設(shè)計(jì)靈活度很高；并且每個(gè)通帶兩邊具有兩個(gè)傳輸零 點(diǎn)從而提高了通帶選擇性；同時(shí)該BPF具有很寬頻率的上阻帶抑制。
[0023] 如圖1-4所示，公開(kāi)了一種三通帶濾波器，包括：非導(dǎo)電材質(zhì)的基板1、輸入饋線 portl和輸出饋線port2,在所述基板1的兩面上分別設(shè)置有缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)DGS和短路 短截線式諧振結(jié)構(gòu)SSLR ;所述輸入饋線portl和所述輸出饋線port2設(shè)置在所述基板1上 具有所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)SSLR的一面，位于所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線 式諧振結(jié)構(gòu)之間；
[0024] 其中，所述輸入饋線portl、短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)SSLR和輸出饋線port2 f禹合， 構(gòu)成具有第一通帶和第三通帶的第一射頻通路；所述輸入饋線portl、缺陷地式諧振結(jié)構(gòu) DGS和輸出饋線port2耦合，構(gòu)成具有第二通帶的第二射頻通路。
[0025] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)DGS由設(shè)置在所述基板1 一表面 上的金屬底層2上開(kāi)設(shè)的線槽構(gòu)成。
[0026] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)SSLR由設(shè)置在所述基板1另 一面上的微帶線構(gòu)成。
[0027] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述微帶線通過(guò)開(kāi)設(shè)在所述基板1上的通孔連接所述基 板1另一面上的金屬地層2。
[0028] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)SSLR，具體包括：水平設(shè)置 的連接線；沿所述連接線的兩端分別向上彎折的第一折邊、再沿第一折邊向外側(cè)彎折的第 二折邊、沿第二折邊向下彎折的第三折邊、以及與所述第三折邊連接的、長(zhǎng)方形的片狀微帶 線；其中，所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)以所述連接線的中心左右鏡像對(duì)稱。
[0029] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，位于所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)的所述連接線的中部， 設(shè)置有與其連接的、用于通過(guò)所述通孔連接所述金屬地層的接地微帶線。
[0030] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述輸入饋線和所述輸出饋線分別具有貼近所述短路短 截線式諧振結(jié)構(gòu)的第一折邊的延長(zhǎng)線。
[0031] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述輸入饋線和輸出饋線中分別具有通過(guò)嵌入開(kāi)路短截 線E0CS的構(gòu)成的濾波結(jié)構(gòu)。
[0032] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述濾波結(jié)構(gòu)，具體包括：
[0033] 饋線中開(kāi)設(shè)有條狀的凹槽，所述凹槽僅通過(guò)靠近該饋線與外部設(shè)備的接點(diǎn)位置處 的端面與所述開(kāi)路短截線的一端連接。
[0034] 在一些說(shuō)明性實(shí)施例中，所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)由左右鏡像對(duì)稱的兩部分組成； 每個(gè)部分分別與其相鄰的饋線之間可以存在部分重合。
[0035] 以下對(duì)上述說(shuō)明性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0036] 參照?qǐng)D5,可以發(fā)現(xiàn)，圖5所示的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的兩個(gè)射頻通路之間是沒(méi)有交叉耦合 的，結(jié)合圖6,其中R1和R2分別表示背疊短路短截線式諧振器（SSLR)和缺陷地式諧振器 (DGSR)。Rl°和R1 6分別表示SSLR的奇模和偶模?？梢钥闯觯?通帶1 Stpassband由R1 奇模和偶模的基頻產(chǎn)生（Rl°'，Rle'），而第3通帶Sdpassband由R1奇模和偶模的二次諧頻 產(chǎn)生（Rl°"，Rl e"），同時(shí)位于底層的DGSR產(chǎn)生第2通帶2ndpassband。其中，Passagel和2 分別為第一射頻通路和第二射頻通路。
[0037] 因?yàn)镾SLR具有對(duì)稱性，可以采用奇偶模分析法來(lái)分析其諧振頻率，其奇模和偶模 等效電路如圖7所示。01和2 1(1 = 1，2,3)分別表示551^各個(gè)部位的電長(zhǎng)度和阻抗。在 奇模和偶模輸入導(dǎo)納等于〇的情況下可以分別獲得奇模和偶模諧振頻率，奇模和偶模諧振 條件分別如公式（1)和（2)所示：
[0038]
[0039]
[0040] 在本文中，Z2= Z3，因此公式（2)可以簡(jiǎn)化為公式（3)
[0041 ]
(3)
[0042] 從公式⑴和⑶中可以看出03只能影響偶模諧振頻率，隨著Θ 3不斷減小，偶 模諧振頻率不斷靠近奇模諧振頻率（UfJ，于是通過(guò)調(diào)節(jié)L3可以獲得一個(gè)雙模雙 通帶BPF。該雙模雙通帶BPF的尺寸可以使用表1中的參數(shù)；
[0043]
[0044] 利用六03 1^1^&1(：軟件，可以得到21=33〇,22=79〇，利用公式（1)(3)可以計(jì) 算出該雙模雙通帶 BPF 的 4 個(gè)諧振頻率：fel= 1. 549GHz，f。1= 1. 577GHz，f e2= 4. 97GHz， &2= 5.08GHz。全波仿真采用介質(zhì)板RogersR04350B，該介質(zhì)板的介電常數(shù)，厚度和損耗角 正切分別為3. 48, 0. 762和0. 004。在本文中，所有設(shè)計(jì)均采用該介質(zhì)板。仿真結(jié)果如圖8中 虛線所示，其雙通帶中心頻率分別為1. 57GHz和5. 28GHz，相對(duì)帶寬分別為3. 8%和2. 7%。 在兩個(gè)通帶附近分別有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，其中第1個(gè)和第3個(gè)傳輸零點(diǎn)（fzlfZ5)的產(chǎn)生機(jī)理在 于偶模諧振頻率（UfJ比奇模諧振頻率（LfJ低。而第2個(gè)和第4個(gè)傳輸零點(diǎn)（f Z2fZ6) 是由短路短截線產(chǎn)生。
[0045] DGSR可以靈活的放置在介質(zhì)板的另外一層，并且DGSR對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的SSLR雙模 雙通帶BPF的影響很小。其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖5和表1中所示，仿真結(jié)構(gòu)如圖4中的點(diǎn)劃線 所示，其通帶中心頻率為3. 45GHz并具有7. 8%的相對(duì)帶寬。由于輸入端與輸出端間存在 交叉耦合，因此通帶旁邊具有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)（fZ3fZ4)。這在該BPF中，其兩個(gè)DGSR間的耦合 系數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)他們之間的距離（SJ來(lái)調(diào)節(jié)，外部品質(zhì)因子可以通過(guò)調(diào)節(jié)微帶線與DGSR 的重疊距離（d)來(lái)調(diào)節(jié)。
[0046] 在設(shè)計(jì)好兩個(gè)射頻通路以后，可以很方便的直接將兩個(gè)射頻通路組合來(lái)實(shí)現(xiàn)三通 帶帶通BPF，而不需要做其他任何修改，其仿真結(jié)果如圖8中的點(diǎn)線所示。將該三通帶BPF 與2. 1中的雙通帶BPF和2. 2中的中間通帶BPF相比可以看出，該三通帶BPF是之前兩個(gè) BPF的完美重合。因此可以看出這兩個(gè)射頻通路之間不存在交叉耦合，所以該三通帶BPF具 有很好的設(shè)計(jì)靈活度。
[0047] 如圖9所示，該三通帶BPF具有一個(gè)頻率為7. 2GHz的諧振通帶。由于其電流主要 分布在微帶線的邊緣，因此可以在不改變其電流分布的情況下在饋電結(jié)構(gòu)里嵌入開(kāi)路短截 線（E0CS)的方法來(lái)改進(jìn)饋電結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)諧波抑制。該E0CS的寬度及縫隙寬度分別由W 9 和G表示，如圖1所示。當(dāng)E0CS的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)（λ/4)時(shí)，其可以產(chǎn)生一個(gè)頻率為 C/λ的阻帶（其中C表示光速）。本發(fā)明的
【申請(qǐng)人】采用兩個(gè)長(zhǎng)度為6. 4mm的E0CS來(lái)產(chǎn)生 一個(gè)頻率為7. 2GHz的阻帶。仿真結(jié)果如圖9所示，可以看出在不改變?nèi)齻€(gè)通帶特性的情況 下諧波得到了很好的抑制，其在頻率高達(dá)9. 6GHz的情況下仍具有20dB的抑制?，F(xiàn)有的部 分多通帶BPF的耦合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個(gè)通帶之間存在耦合因此降低了設(shè)計(jì)的靈活性；其各個(gè) 通帶附近不都具有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，因此濾波器選擇性差；同時(shí)濾波器沒(méi)有阻帶抑制功能，因 此具有較大諧波通帶。與之相比，本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例中的多通帶BPF具有幾項(xiàng)絕對(duì)優(yōu) 勢(shì)：高設(shè)計(jì)靈活度，高通帶選擇性和寬阻帶。
[0048] 為了驗(yàn)證上面的分析，作者加工了該濾波器并進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖10中所 示，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合度高，其中的誤差是由加工精度和測(cè)試過(guò)程造成。測(cè)試結(jié)果： 三通帶中心頻率分別為1. 53GHz，3. 42GHz和5. 31GHz，3dB帶寬分別為5. 9%，5. 8%和4%， 三通帶帶內(nèi)最小插入損耗分別為：2. 6dB，2. 3dB和5. 3dB。上阻帶在頻率高達(dá)9. 2GHz (6倍 基帶通帶頻率）時(shí)仍具有20dB抑制。
[0049] 以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本 領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處， 綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三通帶濾波器，包括：非導(dǎo)電材質(zhì)的基板、輸入饋線和輸出饋線，其特征在于， 在所述基板的兩面上分別設(shè)置有缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)；所述輸入饋 線和所述輸出饋線設(shè)置在所述基板上具有所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)的一面，位于所述缺 陷地式諧振結(jié)構(gòu)和短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)之間； 其中，所述輸入饋線、短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)和輸出饋線耦合，構(gòu)成具有第一通帶和第 三通帶的第一射頻通路；所述輸入饋線、缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)和輸出饋線耦合，構(gòu)成具有第二 通帶的第二射頻通路。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)由設(shè)置 在所述基板一表面上的金屬底層上開(kāi)設(shè)的線槽構(gòu)成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)由 設(shè)置在所述基板另一面上的微帶線構(gòu)成。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述微帶線通過(guò)開(kāi)設(shè)在所述基 板上的通孔連接所述基板另一面上的金屬地層。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)，具 體包括； 水平設(shè)置的連接線； 沿所述連接線的兩端分別向上彎折的第一折邊、再沿第一折邊以相反方向外側(cè)彎折的 第二折邊、沿第二折邊向下彎折的第三折邊、以及與所述第三折邊連接的、長(zhǎng)方形的片狀微 帶線； 其中，所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)以所述連接線的中心左右鏡像對(duì)稱。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三通帶濾波器，其特征在于，位于所述短路短截線式諧振結(jié) 構(gòu)的所述連接線的中部，設(shè)置有與其連接的、用于通過(guò)所述通孔連接所述金屬地層的接地 微帶線。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述輸入饋線和所述輸出饋線 分別具有貼近所述短路短截線式諧振結(jié)構(gòu)的第一折邊的延長(zhǎng)線。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述輸入饋線和輸出 饋線中分別具有通過(guò)嵌入開(kāi)路短截線的構(gòu)成的濾波結(jié)構(gòu)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述濾波結(jié)構(gòu)，具體包括： 饋線中開(kāi)設(shè)有條狀的凹槽，所述凹槽僅通過(guò)靠近該饋線與外部設(shè)備的接點(diǎn)位置處的端 面與所述開(kāi)路短截線的一端連接。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三通帶濾波器，其特征在于，所述缺陷地式諧振結(jié)構(gòu)由左右 鏡像對(duì)稱的兩部分組成； 每個(gè)部分分別與其相鄰的饋線之間可能存在部分重合。
【文檔編號(hào)】H01P1/212GK105990632SQ201510044875
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日
【發(fā)明人】彭彪, 李書(shū)芳, 王帥, 翟翌立, 劉超
【申請(qǐng)人】青島海爾電子有限公司, 北京郵電大學(xué)