一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器的制造方法

一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波通信的技术领域，尤其是指一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器。
【背景技术】
[0002]平衡滤波器自提出以来得到人们越来越多的关注，目前已有不同的结构满足不同的需求。基于带阻滤波器和带通滤波器的综合设计方法，虽然能实现宽带，但设计较复杂，难以实现高选择性。其他一些自身高共模抑制的平衡结构，比如槽线结构、信号干扰结构等由于在带外难以引入传输零点，通带选择性比较平缓。基于多模谐振器的方法是设计宽带的一个有效途径，可以提高滤波器阶数，实现高选择性和小型化。然而应用在平衡滤波器中的多模谐振器设计方案相对较少，因此，研宄多模宽带平衡滤波器，设计射频/微波通信频段高陡峭型平衡滤波器具有极其重要的理论意义、极大的经济效益和广阔的应用前景。
[0003]平衡滤波器最基本的实现方式是以枝节加载结构为代表。通过增加枝节数来实现较宽的带宽，缺点是差模通带的选择性较差、共模阻带带宽有限、尺寸较大。为此，一些改进型方案被提出，例如2013年华南理工大学裙庆昕团队在IEEE Microwave and WirelessComponents Letters 发表的题为“Differential Wideband Bandpass Filter WithHigh-Selectivity and Common-Mode Suppress1n”文章中，如图 7 所不。通过米用親合枝节线和耦合枝节加载技术，滤波器的尺寸大大减小，选择性大大提高。然而这种结构共模抑制仍需改善。
[0004]基于两路径信号同相叠加反相抑制的原理同样可以实现较好的共模抑制，如Q Xue 在 IEEE Microwave and Wireless Components Letters 发表的题为 “A NovelUltra-Wideband Differential Filter Based on Double-Sided ParalIel-StripLine”的文章，如图8所示。当两条路径的信号叠加时，如果满足条件=9path2(f。)±2ηπ 和 Gpathl (fQ) = Θ path2 (fQ) 土η π，(η = 1，2，3...)时，将分别产生一个通带和阻带。基于该方法设计的平衡滤波器，在整个频率范围内其共模信号都可以被抑制，但其差模通带由于没有传输零点边带特性比较差。
[0005]另一种实现平衡滤波器的方法是使用多模微带谐振器，例如2012年W Q Che.在IEEE Transact1ns on Microwave Theory and Techniques 发表的题为“Novel WidebandDifferential Bandpass Filters Based on T-Shaped Structure” 文章，如图 9 所不。T型谐振器的三个谐振模式形成了差模通带，同时共模时在中心频率处引入传输零点，实现共模抑制。这种结构的优势是共模抑制范围覆盖到整个频带，尺寸较小。然而选择性仍需改善。
[0006]同样，多模槽线谐振器也可以用于平衡滤波器的设计，例如Chen C J在IEEEMicrowave and Wireless Components Letters 发表的题为“Band-notched balanced UffBBPF with stepped-1mpedance slotline mult1-mode resonator” 文章，如图 10 所不。通过槽线阶梯阻抗谐振器可以实现多模超宽带特性。由于共模时对称面处槽线不会传输共模信号，整个频带共模都达到很好抑制。此外通过源-负载耦合，通带外会产生两个传输零点，选择性得到一定改善。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，克服现有的多模谐振器难实现传输零点的问题，提出了一种多模谐振器，使得差模时多模谐振器在带外产生多个传输零点，且传输零点可控，而在共模时，该多模谐振器会在通带内产生传输零点；克服现有的多阶平衡滤波器实现时高差损的问题，提供一种采用多模谐振器的设计方案；克服平衡滤波器共模抑制实现难点，应用一种共模抑制馈电结构，使得滤波器的设计集中在差模通带的实现上；克服较高选择性实现的难点，提供一种高陡峭性高共模抑制平衡滤波器的实现方案。
[0008]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，包括有镜像对称分布的第一滤波器单元和第二滤波器单元，其中，所述第一滤波器单元包括有第一親合枝节加载谐振器、第一输入输出端口、第二输入输出端口，所述第一耦合枝节加载谐振器由第一耦合枝节及级联的第一传输线和第二传输线构成，所述第一传输线和第二传输线平行于第一滤波器单元和第二滤波器单元的对称轴，所述第一耦合枝节垂直于该对称轴，并分别与第一传输线和第二传输线连接，所述第一输入输出端口连接有第三传输线，该第三传输线与第一传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第一枝节、第二枝节、第三枝节，所述第二输入输出端口连接有第四传输线，该第四传输线与第二传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第四枝节；所述第二滤波器单元包括有第二耦合枝节加载谐振器、第三输入输出端口、第四输入输出端口，所述第二耦合枝节加载谐振器由第二耦合枝节及级联的第五传输线和第六传输线构成，所述第五传输线和第六传输线平行于第一滤波器单元和第二滤波器单元的对称轴，所述第二耦合枝节垂直于该对称轴，其一端分别与第五传输线和第六传输线连接，其另一端与上述第一耦合枝节连接，所述第三输入输出端口连接有第七传输线，该第七传输线与第五传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第五枝节，所述第五枝节的一端与第七传输线连接，其另一端分别与上述第一枝节、第二枝节的一端连接，该第一枝节的另一端连接于第三传输线，该第二枝节的另一端连接于上述第三枝节的中心，所述第一枝节和第五枝节镜像对称，并与第一滤波器单元和第二滤波器单元同一对称轴，所述第二枝节在该对称轴上延伸，所述第三枝节垂直于该对称轴，所述第四输入输出端口连接有第八传输线，该第八传输线与第六传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线与上述第四枝节连接。
[0009]所述第四枝节由两段镜像对称的传输线连接而成，且该两段传输线与第一滤波器单元和第二滤波器单元同一对称轴。
[0010]所述第一耦合枝节和第二耦合枝节为短路耦合枝节或开路耦合枝节。
[0011]所述第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节为短路枝节或开路枝节。
[0012]所述第一输入输出端口、第二输入输出端口、第三输入输出端口、第四输入输出端口为阻抗50 Ω的传输线。
[0013]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0014]1、与已有多模谐振器结构相比，本发明的耦合枝节加载谐振器，会在差模带外产生多个传输零点，且传输零点可控。而在共模时，该多模谐振器会在通带内产生传输零点。
[0015]2、与已有多阶平衡滤波器实现方法相比较，本发明的耦合枝节加载谐振器设计方案，会明显改善通带差损。
[0016]3、与已有馈电结构相比，采用的耦合馈线枝节加载结构会在差模带内引入两个传输极点，实现多阶宽带。同时该结构会在共模引入多个传输零点，明显改善共模抑制效果。
[0017]4、与现有平衡滤波器高选择性实现方法相比较，本发明采用的耦合枝节加载谐振器，实现了高陡峭性差模通带。
[0018]5、由于本发明平衡滤波器采用平面水平对称结构，成本低，特性好，易集成，因此本发明比较适合集成到移动终端设备系统上。
【附图说明】
[0019]图1为本发明采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器的结构示意图。
[0020]图2为本发明所使用的介质基板示意图。
[0021]图3a为本发明所述平衡滤波器的差模等效电路图。
[0022]图3b为本发明所述平衡滤波器的共模等效电路图。
[0023]图4a为本发明所述平衡滤波器在不同加载时对差模通带影响的曲线图。
[0024]图4b为参数&和K 2对差模通带影响的曲线图。
[0025]图5a为本发明所述平衡滤波器在不同加载时对共模影响的曲线图。
[0026]图5b为本发明所述平衡滤波器共模等效电路响应的变化曲线图。
[0027]图6a为本发明所述平衡滤波器差模响应仿真测量结果图。
[0028]图6b为本发明所述平衡滤波器共模响应仿真测量结果图。
[0029]图7为【背景技术】中华南理工大学褚庆昕团队的耦合枝节宽带平衡滤波器电路图。
[0030]图8为【背景技术】中Q Xue的基于多路径的平衡带通滤波器电路图。
[0031]图9为【背景技术】中W Q Che的基于多模谐振器的平衡滤波器电路图。
[0032]图10为【背景技术】中Chen C J的基于槽线多模谐振器的平衡滤波器电路图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0034]如图1所示，本实施例所述的采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，包括有以水平轴00’为对称轴镜像对称分布的第一滤波器单元和第二滤波器单元，其中，所述第一滤波器单元包括有第一親合枝节加载谐振器、第一输入输出端口 Al、第二输入输出端口 A2，所述第一耦合枝节加载谐振器由第一耦合枝节A7及级联的第一传输线A3和第二传输线A4构成，所述第一传输线A3和第二传输线A4平行于第一滤波器单元和第二滤波器单元的对称轴，所述第一耦合枝节A7垂直于该对称轴，并分别与第一传输线A3和第二传输线A4连接，所述第一输入输出端口 Al连接有第三传输线A5，该第三传输线A5与 第一传输线A3组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第一枝节AS、第二枝节C2、第三枝节C3，所述第二输入输出端口 A2连接有第四传输线A6，该第四传输线A6与第二传输线A4组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第四枝节Cl ;所述第二滤波器单元包括有第二耦合枝节加载谐振器、第三输入输出端口 B1、第四输入输出端口 B2，所述第二耦合枝节加载谐振器由第二耦合枝节B7及级联的第五传输线B3和第六传输线B4构成，所述第五传输线B3和第六传输线B4平行于第一滤波器单元和第二滤波器单元的对称轴，所述第二耦合枝节B7垂直于该对称轴，其一端分别与第五传输线B3和第六传输线B4连接，其另一端与上述第一耦合枝节A7连接，所述第三输入输出端口 BI连接有第七传输线B5，该第七传输线B5与第五传输线B3组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第五枝节B8，所述第五枝节B8的一端与第七传输线B5连接，其另一端分别与上述第一枝节AS、第二枝节C2的一端连接，该第一枝节AS的另一端连接于第三传输线A5，该第二枝节C2的另一端连接于上述第三枝节C3的中心，所述第一枝节A8和第五枝节B8镜像对称，并与第一滤波器单元和第二滤波器单元同一对称轴，所述第二枝节C2在该对称轴上延伸，所述第三枝节C3垂直于该对称轴，所述第四输入输出端口 B2连接有第八传输线B6，该第八传输线B6与第六传输线B4组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线与上述第四枝节Cl连接；所述第四枝节Cl由两段镜像对称的传输线连接而成，且该两段传输线与第一滤波器单元和第二滤波器单元同一对称轴。所述第一输入输出端口、第二输入输出端口、第三输入输出端口、第四输入输出端口均为阻抗50 Ω的传输线；所述第一耦合枝节A7和第二耦合枝节B7为短路耦合枝节或开路耦合枝节；所述第一枝节A8、第二枝节C2、第三枝节C3、第四枝节Cl、第五枝节B8为短路枝节或开路枝节。定义馈线的親合系数为K1= (Z 0el-Z00l) / (Zm^Zot1)，定义谐振器加载的親合枝节的耦合系数为 K2= (Z oe2-Zoo2) / (Zoe2+Zoo2)。
[0035]由于本发明的结构水平对称，差模和共模工作时，滤波器的对称面00’分别等效为一个理想的电壁和磁壁，对称面分别等效为短路和开路，其差模和共模等效电路如图3a和图3b所示。
[0036]当差模工作时，如图3a所示，滤波器由短路耦合枝节加载谐振器和短路枝节加载的耦合馈线级联而成。短路耦合枝节加载谐振器会形成一个三传输极点和双传输零点的通带，如图4a所示。当耦合馈线加载短路枝节后，带内增加了额外的两个传输极点。且加载短路枝节的阻抗Zs变小，陡峭性变好，带外也得到更好的抑制。图4b绘出了差模通带特性和耦合系数KpK2的关系曲线。可见K2越大，通带带宽越宽。同时，当K2不变，馈线耦合参数KJlj可用来调节带内的纹波水平。
[0037]当共模工作时，如图3b所示，滤波器由开路耦合枝节加载谐振器和两个加载的开路枝节的親合馈线级联而成。由于开路親合枝节加载的谐振器会在中心频率f。—产生谐振和传输零点，如图5a所示，其共模抑制效果有限。当耦合馈线都加载四分之波长的开路枝节时，耦合馈线也在f；ddl处产生传输零点，使得共模抑制水平提高。当耦合馈线分别加载四分之波长和半波长开路枝节时，共模会在0_2f；ddl内增加额外的两个传输零点，使得共模抑制效果更好。图5b绘出了电路仿真的耦合馈线对共模响应的关系曲线。可以看到传输零点不受耦合馈线奇模阻抗加载枝节阻抗Z 3的影响，Z 3越小或者Z 越大，共模抑制效果越好。
[0038]本结构实施具有普遍性，比如图1结构中传输线可用微带线、带状线等结构，比如A7、AS所示的耦合传输线可以用双线、三线或多线耦合传输线实现。微带结构、三线结构只是本实施例具体实现时所采用的结构。实施例结构如图1所示，采用的微带介质基板如图2所示，D1为使用介质板的上层金属贴片，D 2为介质层(其相对介电常数为2.55，厚度为
0.8mm，损耗角正切为0.029)，03为介质板下层接地金属贴片。
[0039]该滤波器设计时，首先确定工作频率fQ= Ftjddl，同时使Q1=QCT @fQ。根据带宽要求可以确定K2。根据回波损耗，参数K1, LjPZ。。#来控制通带内传输极点实现较平的纹波水平。为了抑制共模，确定9S来控制传输零点分布，同时选择合适的Z s。
[0040]一款频率为3.7GHz，3-dB带宽为30 %的平衡滤波器被设计。它的尺寸为0.6λβΧ0.57 λ g( λ 8为中心频率处波导波长)，电路参数分别为K2= 0.264，K1= 0.32，Z002= 74.4 Ω, Z001= 71Ω, Zs= 88.3Ω, θ1=90。，0s=9O。。为了避免谐振器和加载枝节间耦合，采用了折叠结构，同时谐振器使用三交指耦合线。图6a和图6b给出了平衡滤波器本例的仿真和测量对比结果。差模工作时，测量(电磁仿真)的中心频率为3.65(3.7)GHz，3dB相对带宽为31% (30% )，带内最小插损为1.1dB (0.3dB)。测得在频率为3/4.3GHz (3.1/4.28GHz)处产生 2 个传输零点，使得通带 Δ f3db/ Δ f2(ldb达到 0.97 (0.978)。测量和仿真(电路和电磁)都在4.7-7GHz分别达到20dB(13.5dB)的带外抑制。仿真在7.5GHz的谐波是由于偶模谐波f_nl的影响。共模工作时测量(电磁仿真)在频率为2.27/3.73/6.3/7.22GHz (2.29/3.7/6.03/7.3GHz)处产生 4 个传输零点，共模在 1-6.9GHz内都实现了 20dB以上的抑制水平。测量和电磁仿真存在少量偏差，主要是由于耦合馈线和谐振器枝节的耦合引起，另外加工精度、介质和SMA损耗也会产生误差。
[0041]从上述实例可以看到，本发明提出的采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，具有非常高的陡峭型，适用高选择性高共模抑制平衡滤波器的设计，具有重要的研宄和工程实用价值，值得推广。
[0042]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，其特征在于:包括有镜像对称分布的第一滤波器单元和第二滤波器单元，其中，所述第一滤波器单元包括有第一耦合枝节加载谐振器、第一输入输出端口、第二输入输出端口，所述第一親合枝节加载谐振器由第一親合枝节及级联的第一传输线和第二传输线构成，所述第一传输线和第二传输线平行于第一滤波器单元和第二滤波器单元的对称轴，所述第一耦合枝节垂直于该对称轴，并分别与第一传输线和第二传输线连接，所述第一输入输出端口连接有第三传输线，该第三传输线与第一传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第一枝节、第二枝节、第三枝节，所述第二输入输出端口连接有第四传输线，该第四传输线与第二传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第四枝节；所述第二滤波器单元包括有第二耦合枝节加载谐振器、第三输入输出端口、第四输入输出端口，所述第二耦合枝节加载谐振器由第二耦合枝节及级联的第五传输线和第六传输线构成，所述第五传输线和第六传输线平行于第一滤波器单元和第二滤波器单元的对称轴，所述第二耦合枝节垂直于该对称轴，其一端分别与第五传输线和第六传输线连接，其另一端与上述第一耦合枝节连接，所述第三输入输出端口连接有第七传输线，该第七传输线与第五传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线加载有第五枝节，所述第五枝节的一端与第七传输线连接，其另一端分别与上述第一枝节、第二枝节的一端连接，该第一枝节的另一端连接于第三传输线，该第二枝节的另一端连接于上述第三枝节的中心，所述第一枝节和第五枝节镜像对称，并与第一滤波器单元和第二滤波器单元同一对称轴，所述第二枝节在该对称轴上延伸，所述第三枝节垂直于该对称轴，所述第四输入输出端口连接有第八传输线，该第八传输线与第六传输线组成输入输出端耦合馈线，且该耦合馈线与上述第四枝节连接。2.根据权利要求1所述的一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，其特征在于:所述第四枝节由两段镜像对称的传输线连接而成，且该两段传输线与第一滤波器单元和第二滤波器单元同一对称轴。3.根据权利要求1所述的一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，其特征在于:所述第一耦合枝节和第二耦合枝节为短路耦合枝节或开路耦合枝节。4.根据权利要求1所述的一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，其特征在于:所述第一枝节、第二枝节、第三枝节、第四枝节、第五枝节为短路枝节或开路枝节。5.根据权利要求1所述的一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，其特征在于:所述第一输入输出端口、第二输入输出端口、第三输入输出端口、第四输入输出端口为阻抗.50 Ω的传输线。
【专利摘要】本发明公开了一种采用耦合枝节加载谐振器的平衡滤波器，包括对称分布的第一、第二滤波器单元；第一滤波器单元包括第一耦合枝节加载谐振器，第一、二输入输出端口；第一耦合枝节加载谐振器由第一耦合枝节及级联的第一、二传输线构成，第一输入输出端口接有第三传输线，并加载有第一、二、三枝节，第二输入输出端口接有第四传输线，并加载有第四枝节；第二滤波器单元包括第二耦合枝节加载谐振器，第三、四输入输出端口；第二耦合枝节加载谐振器由第二耦合枝节及级联的第五、第六传输线构成，第三输入输出端口接有第七传输线，并加载有第五枝节，第四输入输出端口接有第八传输线，并与第四枝节连接。本发明适用高选择性高共模抑制平衡滤波器的设计。
【IPC分类】H01P1/203
【公开号】CN104882650
【申请号】CN201510275815
【发明人】褚庆昕, 邱雷雷
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月26日