一种含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器

本发明属于微波滤波器，具体涉及一种含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器。

背景技术：

1、传统的反射式滤波器，通过提供无功阻抗来滤去阻带中不需要的信号(需要滤除的信号在无功阻抗处被反射回去以达到滤波功能)，但滤波器的反射性质在非线性电路如功率放大器、混频器等电路中可能出现系统级的问题从而影响总电路的性能。滤波器的反射性质在非线性电路中可能存在系统级问题的原因在于非线性电路对带外阻抗是敏感的，尤其在谐波处，所以反射滤波器可能会由于其反射性质而导致不可预测的系统性能下降(如效率损失增大、过多的伪信号产生、动态范围损失变大等)。解决这个问题的传统解决方案包括使用衰减器或非互易组件，如隔离器和循环器，以减少不期望的杂散信号的反射，但是这类方法明显的代价是相对较大的信号损失、较高的成本、难以控制的体积和系统的重量。

2、采用吸收滤波器来解决可以最大限度的避免整体系统性能退化。在吸收滤波器中，端口阻抗在带内和带外都很匹配。当带内信号以最小的插入损耗通过滤波器时，带外信号在滤波器内部不会被反射，而是被衰减，且可近似为被完全吸收。而吸收滤波器也存在许多种结构，如图3所示的准吸收结构即可使反射性质达到较好的水平。在这里我们采用准吸收结构来叙述是因为其反射信号尽管十分微小，但并不为零，我们认为其可以忽略。

3、虽然准吸收结构可以避免带外反射所引起的系统性能的影响，但会导致滤波器带外衰减缓慢；现有技术大都通过级联多个滤波单元，或混合其他结构如腔体滤波器来使这种不利影响减弱，但其在提高带外抑制能力的同时也使得滤波器面积和功耗等不利因素增加。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题或不足，本发明提供了一种含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，能适应5g通信对系统内部噪声消除和滤波器带外抑制速率的更高要求，且设计简单，可集成度高。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，包括输入端准吸收式微带线结构、输出端准吸收式微带线结构、任意频变式微带线结构和主体平行耦合微带线结构。

4、所述准吸收式微带线结构具有两个吸收短节，用于吸收带外反射。每个吸收短节由匹配负载电阻与匹配阻抗连接构成，2个匹配负载电阻的一端分别连接平行耦合微带线同侧微带线的左右端口，另一端接各自对应的匹配阻抗，匹配阻抗的另一端接地。

5、进一步的，所述匹配阻抗采用微带线实现，以提升整体器件集成度。

6、所述主体平行耦合微带线结构分为相同的两部分，每部分均为级联n级的平行耦合微带线，分别用于连接于任意频变式微带线结构两端与输入、输出端准吸收式微带线结构；从任意频变式微带线结构往两端级联的n级平行耦合微带线计数，每一级的两平行耦合微带线其结构参数完全相同，从而满足整个结构的对称性，n≥2。

7、进一步的，所述主体平行耦合微带线级数n根据滤波器性能要求进行调整，性能要求越高则级联更多平行耦合微带线(n越大)，级联数n由切比雪夫频率响应曲线计算得出。

8、所述任意频变式微带线结构为：两个1/4波长微带线(对应两个串联型谐振器)，两个开放式微带线短节，以及通过平行耦合微带线实现的输入输出微带线耦合部分。输入端平行耦合微带线连接第一1/4波长微带线的一个端口，第一1/4波长微带线的另一端口连接两个开放式微带线短节和第二1/4波长微带线的一个端口，两个开放式微带线短节的另一端开路，第二1/4波长微带线的另一端口连接输出端平行耦合微带线。

9、进一步的，所述两个开放式微带线短节均采用开路的1/4波长微带线，各自的特征频率为f1、f2，该特征频率由滤波器通带宽度、带外衰减要求决定。

10、进一步的，所述1/4波长微带线的特征频率通过微带线尺寸参数进行调整。

11、本发明的原理是：平行耦合微带线结构通过将多个谐振腔(主体平行耦合微带线)共同耦合在输入端口和输出端口之间,形成一个具有复杂传递函数的滤波网络。平行耦合结构中的每个谐振腔都贡献一个传输极值,多个极值叠加提高了滤波器的品质因数。信号从第一级平行耦合微带线输入端口输入，通常需要滤除的信号在此端口产生反射，由于第一级平行耦合微带线连接有吸收短节，反射信号进入吸收短节，被匹配负载与微带线(匹配阻抗)所消耗从而极大衰减。同理在信号在经过输出端口时产生的反射也会被吸收短节所衰减。而信号在滤波器主体中会由主体平行耦合微带线结构进行处理，经过任意频变结构时，会由两根特征频率为f1、f2的1/4波长开路微带线引入额外的传输零点，通过调整f1、f2到通带外适合位置(一般设置于通带两侧带阻区域，具体由通带频率决定)，即可加快信号在带外的衰减效率。该特征频率可通过开路微带线的宽度及长度进行调整，从而达到任意频率可调的特性。且本发明通带带宽也可通过改变平行耦合微带线耦合系数进行调整。

12、相比传统微带线滤波器，本发明采用的平行耦合微带线不仅可以实现更高的品质因数和更窄的通带、阻带带宽，还能够通过改变微带线宽度、长度、形状等参数实现自适应调节和多模式选择优点，并可通过微带线的几何尺寸及介质材料的介电常数来调节和控制其特性阻抗。准吸收结构即通过吸收系统内的噪声信号来代替反射，可避免带外反射所引起的系统性能的影响，但会导致滤波器带外衰减缓慢，因此引入任意频变耦合结构来加快带外衰减速率，从而既能够吸收带外反射，避免带外反射影响，又能在通带外迅速衰减带外信号。

13、综上所述，本发明具有以下优势效果：(1)本发明可吸收绝大部分带外反射信号，避免带外反射引起的系统问题，并在提高带外反射吸收能力的同时显著提升带外衰减速率；(2)本发明带外传输零点可调，具有设计灵活性，可适应不同的带宽范围，应用于大部分5g通信频段；(3)本发明电路结构对称性好，有较小的尺寸，且兼容性好易于集成，且设计简单，易于制造。

技术特征：

1.一种含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，其特征在于：包括输入端准吸收式微带线结构、输出端准吸收式微带线结构、任意频变式微带线结构和主体平行耦合微带线结构；

2.如权利要求1所述含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，其特征在于：所述主体平行耦合微带线级数n根据滤波器性能要求进行调整，性能要求越高则n越大，级联数n由切比雪夫频率响应曲线计算得出。

3.如权利要求1所述含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，其特征在于：所述匹配阻抗采用微带线实现。

4.如权利要求1所述含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，其特征在于：所述匹配负载电阻阻值为40ω。

5.如权利要求1所述含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，其特征在于：所述两个开放式微带线短节均采用开路的1/4波长微带线，各自的特征频率为f1、f2，该特征频率由滤波器通带宽度、带外衰减要求决定。

6.如权利要求1所述含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器，其特征在于：所述1/4波长微带线的特征频率通过微带线尺寸参数进行调整。

技术总结
本发明属于微波滤波器领域，具体为一种含有准吸收与任意频变耦合结构的微带线带通滤波器。本发明通过将主体平行耦合微带线的多个谐振腔共同耦合在输入端口和输出端口之间,形成一个具有复杂传递函数的滤波网络。平行耦合结构中的每个谐振腔都贡献一个传输极值,多个极值叠加提高滤波器的品质因数。信号在输入、输出端通过准吸收微带线结构衰减滤除反射信号；信号经过任意频变结构时，由两特征频率为f1、f2的1/4波长开路微带线引入额外的传输零点，通过调整f1、f2加快信号在带外的衰减效率；且本发明通带带宽可通过改变平行耦合微带线耦合系数调整。本发明兼顾带外反射吸收和带外衰减速率，且适用于5G通信频段，设计简单，易于集成。

技术研发人员：钟坤岑,王俊杰,刘益安,刘爽,刘洋
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23