全文摘要
本发明提出了一种四频差分带通滤波器，旨在提高四频差分带通滤波器的带外选择性和降低带内插入损耗，包括介质基板，该介质基板的上表面印制有关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器、两个第二微带谐振器、两个阶梯阻抗微带线以及均匀阻抗微带线，均匀阻抗微带线蚀刻有一对交指耦合线状缝隙，且与两阶梯阻抗微带线的高阻抗微带线末端相连，所述轴线AA'的一侧印制有U型输入微带线，另一侧印制有U型输出微带线；所述介质基板的下表面印制有金属地板，该金属地板上U型输入微带线的一侧，蚀刻有相连的第一阶梯阻抗缝隙线和第一L型阶梯阻抗缝隙线，U型输出微带线的一侧，蚀刻有相连的第二L型阶梯阻抗缝隙线和第二阶梯阻抗缝隙线。
主设计要求
1.一种四频差分带通滤波器，包括介质基板(1)，该介质基板(1)的上表面印制有关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器(2)、两个第二微带谐振器(3)以及两个阶梯阻抗微带线(4)，所述轴线AA'的一侧印制有U型输入微带线(5)，该轴线AA'的另一侧印制有U型输出微带线(6)；所述介质基板(1)的下表面印制有金属地板(7)，该金属地板(7)上位于U型输入微带线(5)的一侧，蚀刻有相互相连的第一阶梯阻抗缝隙线(8)和第一L型阶梯阻抗缝隙线(9)，位于U型输出微带线(6)的一侧，蚀刻有相互相连的第二L型阶梯阻抗缝隙线(10)和第二阶梯阻抗缝隙线(11)；其特征在于：所述第一微带谐振器(2)，包括第一折叠型半波长谐振器和加载在该第一折叠型半波长谐振器上的第一微带枝节；所述第二微带谐振器(3)，包括第二折叠型半波长谐振器和加载在该第二折叠型半波长谐振器上的第二微带枝节；所述轴线AA'一侧的阶梯阻抗微带线(4)的高阻抗微带线末端，与另一侧的阶梯阻抗微带线(4)的高阻抗微带线末端，通过位于两个第一微带谐振器(2)和两个第二微带谐振器(3)之间的均匀阻抗微带线(12)连接，该均匀阻抗微带线(12)上蚀刻有一对交指耦合线状缝隙；所述第一阶梯阻抗缝隙线(8)与U型输入微带线(5)耦合连接；所述第二阶梯阻抗缝隙线(11)与U型输出微带线(6)耦合连接。
设计方案
1.一种四频差分带通滤波器，包括介质基板(1)，该介质基板(1)的上表面印制有关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器(2)、两个第二微带谐振器(3)以及两个阶梯阻抗微带线(4)，所述轴线AA'的一侧印制有U型输入微带线(5)，该轴线AA'的另一侧印制有U型输出微带线(6)；所述介质基板(1)的下表面印制有金属地板(7)，该金属地板(7)上位于U型输入微带线(5)的一侧，蚀刻有相互相连的第一阶梯阻抗缝隙线(8)和第一L型阶梯阻抗缝隙线(9)，位于U型输出微带线(6)的一侧，蚀刻有相互相连的第二L型阶梯阻抗缝隙线(10)和第二阶梯阻抗缝隙线(11)；
其特征在于：
所述第一微带谐振器(2)，包括第一折叠型半波长谐振器和加载在该第一折叠型半波长谐振器上的第一微带枝节；
所述第二微带谐振器(3)，包括第二折叠型半波长谐振器和加载在该第二折叠型半波长谐振器上的第二微带枝节；
所述轴线AA'一侧的阶梯阻抗微带线(4)的高阻抗微带线末端，与另一侧的阶梯阻抗微带线(4)的高阻抗微带线末端，通过位于两个第一微带谐振器(2)和两个第二微带谐振器(3)之间的均匀阻抗微带线(12)连接，该均匀阻抗微带线(12)上蚀刻有一对交指耦合线状缝隙；
所述第一阶梯阻抗缝隙线(8)与U型输入微带线(5)耦合连接；所述第二阶梯阻抗缝隙线(11)与U型输出微带线(6)耦合连接。
2.根据权利要求1所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述第一微带谐振器(2)，其中的第一微带枝节位于第一折叠型半波长谐振器中远离且平行于均匀阻抗微带线(12)一段的内侧。
3.根据权利要求2所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器(2)的开口方向相背。
4.根据权利要求1所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述第二微带谐振器(3)，其中的第二微带枝节位于第二折叠型半波长谐振器中远离且平行于均匀阻抗微带线(12)一段的内侧。
5.根据权利要求4所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述关于轴线AA'对称的两个第二微带谐振器(3)的开口方向相背。
6.根据权利要求1所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述阶梯阻抗微带线(4)，由直线型的高阻抗微带线和矩形的低阻抗微带线连接而成，且该两个微带线均与轴线AA'平行。
7.根据权利要求1所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述第一L型阶梯阻抗缝隙线(9)，由第一直线型缝隙和第一L型缝隙组成，所述第二L型阶梯阻抗缝隙线(10)，由第二直线型缝隙和第二L型缝隙组成，且第一L型缝隙和第二L型缝隙结构相同，并关于轴线AA'在金属地板(7)上的投影对称。
8.根据权利要求1所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述均匀阻抗微带线(12)，其上蚀刻的两条交指耦合线状缝隙关于轴线AA'对称且底端重合。
9.根据权利要求1所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述U型输入微带线(5)和所述U型输出微带线(6)，均由一条直线微带底和两条相互平行的直线微带臂连接而成，且U型输入微带线(5)的对称轴和U型输出微带线(6)的对称轴均和与轴线AA'垂直的轴线BB'共轴，所述直线微带臂的阻抗为50Ω。
10.根据权利要求9所述的一种四频差分带通滤波器，其特征在于，所述第一阶梯阻抗缝隙线(8)，由第一矩形缝隙和第三直线型缝隙连接而成；所述第二阶梯阻抗缝隙线(11)，由第二矩形缝隙和第四直线型缝隙连接而成；所述第一矩形缝隙平行于轴线AA'的边线中心的连线，以及第二矩形缝隙平行于轴线AA'的边线中心的连线与轴线BB'重合，且第一矩形缝隙靠近轴线AA'的边线与U型输入微带线(5)微带底远离轴线AA'的边线在金属地板(7)上的投影重合，第二矩形缝隙靠近轴线AA'的边线与U型输出微带线(6)微带底远离轴线AA'的边线在金属地板(7)上的投影重合；所述第三直线型缝隙的长度与U型输入微带线(5)微带底的宽度相同，所述第四直线型缝隙的长度与U型输出微带线(6)微带底的宽度相同。
设计说明书
技术领域
本发明属于微波和射频技术领域，具体是一种四频差分带通滤波器，可应用于无线通信系统射频前端。
背景技术
近些年来，随着通信技术的飞速发展，滤波器作为一种关键的频率选择器件，起着越来越重要的作用，其性能好坏往往直接影响到整个通信系统的优劣。随着全球定位系统、无线局域网、全球互通微波接入和移动蜂窝系统等无线通信技术的不断进步，单频滤波器由于适应性差、尺寸大而不再实用。为了同时满足多频段终端设备的多种功能，多频滤波器成为目前滤波器发展的主流。另一方面，现代无线系统面临着日益复杂的电磁环境，这使得人们对滤波器的抗干扰能力提出了更高的要求。差分结构凭借其在抗环境噪声，提高系统动态范围方面的明显优势而得到了广泛的关注与应用。将差分结构引入多频滤波器中，既实现了系统的小型化，还实现了良好的抗干扰性能。为了提升多频差分带通滤波器的性能，包括插入损耗、带外选择性、共模抑制度等，差分多频带通滤波器的研究受到了国内外众多学者越来越多的关注。研究多频差分带通滤波器具有深远的意义，然而，目前对于多频差分带通滤波器的研究主要集中于双频\/三频差分带通滤波器。由于对四频差分带通滤波器的研究还不够深入，当前四频差分带通滤波器的性能需要进一步提升。
例如，2017年Zhang Shi Xuan等学者在IEEE MICROWAVE AND WIRELESSCOMPONENTS LETTERS期刊(Vol.27，No.11，NOVEMBER 2017)上发表论文“MultibandBalanced Filters With Controllable Bandwidths Based on Slotline CouplingFeed”，提出了一种基于耦合嵌入谐振器的四频差分带通滤波器，采用了缝隙线耦合馈电结构进行馈电以实现固有的共模抑制，通过采用四对嵌套的折叠型半波长谐振器实现了中心频率和带宽可调的四个差模通带，但由于谐振器的多层嵌套结构，使得该四频差分带通滤波器的两个高频通带插入损耗较大，且带外选择性较低。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种四频差分带通滤波器，旨在提高四频差分带通滤波器的带外选择性，并降低带内损耗。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种四频差分带通滤波器，包括介质基板1，该介质基板1的上表面印制有关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器2、两个第二微带谐振器3以及两个阶梯阻抗微带线4，所述轴线AA'的一侧印制有U型输入微带线5，该轴线AA'的另一侧印制有U型输出微带线6；所述介质基板1的下表面印制有金属地板7，该金属地板7上位于U型输入微带线5的一侧，蚀刻有相互相连的第一阶梯阻抗缝隙线8和第一L型阶梯阻抗缝隙线9，位于U型输出微带线6的一侧，蚀刻有相互相连的第二L型阶梯阻抗缝隙线10和第二阶梯阻抗缝隙线11，其特征在于：
所述第一微带谐振器2，包括第一折叠型半波长谐振器和加载在该第一折叠型半波长谐振器上的第一微带枝节；
所述第二微带谐振器3，包括第二折叠型半波长谐振器和加载在该第二折叠型半波长谐振器上的第二微带枝节；
所述轴线AA'一侧的阶梯阻抗微带线4的高阻抗微带线末端，与另一侧的阶梯阻抗微带线4的高阻抗微带线末端，通过位于两个第一微带谐振器2和两个第二微带谐振器3之间的均匀阻抗微带线12连接，该均匀阻抗微带线12上蚀刻有一对交指耦合线状缝隙；
所述第一阶梯阻抗缝隙线8与U型输入微带线5耦合连接；所述第二阶梯阻抗缝隙线11与U型输出微带线6耦合连接。
作为优选，所述第一微带谐振器2，其中的第一微带枝节位于第一折叠型半波长谐振器中远离且平行于均匀阻抗微带线12一段的内侧。
作为优选，所述关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器2的开口方向相背。
作为优选，所述第二微带谐振器3，其中的第二微带枝节位于第二折叠型半波长谐振器中远离且平行于均匀阻抗微带线12一段的内侧。
作为优选，所述关于轴线AA'对称的两个第二微带谐振器3的开口方向相背。
作为优选，所述阶梯阻抗微带线4，由直线型的高阻抗微带线和矩形的低阻抗微带线连接而成，且该两个微带线均与轴线AA'平行。
作为优选，所述第一L型阶梯阻抗缝隙线9，由第一直线型缝隙和第一L型缝隙组成，所述第二L型阶梯阻抗缝隙线10，由第二直线型缝隙和第二L型缝隙组成，且第一L型缝隙和第二L型缝隙结构相同，并关于轴线AA'在金属地板7上的投影对称。
作为优选，所述均匀阻抗微带线12，其上蚀刻的两条交指耦合线状缝隙关于轴线AA'对称且底端重合。
作为优选，所述U型输入微带线5和所述U型输出微带线6，均由一条直线微带底和两条相互平行的直线微带臂连接而成，且U型输入微带线5的对称轴和U型输出微带线6的对称轴均与轴线AA'垂直的轴线BB'共轴，所述直线微带臂的阻抗为50Ω。
作为优选，所述第一阶梯阻抗缝隙线8，由第一矩形缝隙和第三直线型缝隙连接而成；所述第二阶梯阻抗缝隙线11，由第二矩形缝隙和第四直线型缝隙连接而成；所述第一矩形缝隙平行于轴线AA'的边线中心的连线，以及第二矩形缝隙平行于轴线AA'的边线中心的连线与轴线BB'重合，且第一矩形缝隙靠近轴线AA'的边线与U型输入微带线5微带底远离轴线AA'的边线在金属地板7上的投影重合，第二矩形缝隙靠近轴线AA'的边线与U型输出微带线6微带底远离轴线AA'的边线在金属地板7上的投影重合；所述第一直线型缝隙的长度与U型输入微带线5微带底的宽度相同，所述第四直线型缝隙的长度与U型输出微带线6微带底的宽度相同。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明由于采用了一对由折叠型半波长谐振器和加载在折叠型半波长谐振器上的微带枝节作为谐振器，该两对微带谐振器分别位于均匀阻抗微带线的两侧，可通过分别改变两个折叠型半波长谐振器的长度和两个微带加载枝节的长度实现中心频率独立可控的四个差模通带，且插入损耗小，尺寸小，结构简单，易于实现。
2.本发明由于在均匀阻抗微带线内部蚀刻了一对交指耦合线状缝隙，增强了输入和输出之间的耦合，可在差模通带附近共产生四个传输零点，从而显著提升了四频差分带通滤波器的带外选择性。同时保持了较高的共模抑制。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明介质基板上下表面各结构的相互关系图；
图3为图2中U型输入输出微带线的位置尺寸图；
图4为图2中两对微带谐振器的位置尺寸图；
图5为图2中均匀阻抗微带线和阶梯阻抗微带线的位置尺寸图；
图6为图2中介质基板下表面各结构位置尺寸图；
图7为本发明的差模回波损耗和差模插入损耗的S参数实测图；
图8为本发明的共模回波损耗和共模插入损耗的S参数实测图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1和图2，一种四频差分带通滤波器，包括介质基板1，该介质基板1的上表面印制有关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器2、两个第二微带谐振器3、两个阶梯阻抗微带线4以及均匀阻抗微带线12，所述轴线AA'的一侧印制有U型输入微带线5，该轴线AA'的另一侧印制有U型输出微带线6；所述介质基板1的下表面印制有金属地板7，所述介质基板1的下表面印制有金属地板7，该金属地板7上位于U型输入微带线5的一侧，蚀刻有相互相连的第一阶梯阻抗缝隙线8和第一L型阶梯阻抗缝隙线9，位于U型输出微带线6的一侧，蚀刻有相互相连的第二L型阶梯阻抗缝隙线10和第二阶梯阻抗缝隙线11。其中：
所述介质基板1，采用相对介电常数为2.2，大小为51.9mm×41.4mm，厚度为0.8mm的矩形F4BM-2材料。
参照图3，所述U型输入微带线5和U型输出微带线6均由一条直线微带底和两条相互平行的直线微带臂连接而成，且U型输入微带线5的对称轴和U型输出微带线6的对称轴均与轴线AA'垂直的轴线BB'共轴，所述直线微带臂用于同时输入差模信号与共模信号，其阻抗为50Ω，以保证馈电端口匹配良好。U型输入微带馈线5的两条微带臂的长度Li1<\/sub>＝14.0mm，线宽Wi1<\/sub>＝2.5mm，微带底的长度Li2<\/sub>＝12.0mm，宽度Wi2<\/sub>＝4.0mm，U型输出微带馈线6的两条微带臂的长度Li4<\/sub>＝14.0mm，线宽Wi4<\/sub>＝2.5mm，微带底的长度Li3<\/sub>＝12.0mm，宽度Wi3<\/sub>＝2.5mm，轴线BB'与微带谐振器所在一侧的介质板边界的距离为28.5mm。
参照图4，所述第一微带谐振器2包括折叠为四段的第一折叠型半波长谐振器和加载在该第一折叠型半波长谐振器上的第一微带枝节，用以减小微带谐振器的尺寸，第一微带枝节位于第一折叠型半波长谐振器中远离且平行于均匀阻抗微带线12一段的内侧，关于轴线AA'对称的两个第一微带谐振器2的开口方向相背，位于均匀阻抗微带线12的下方；所述微带谐振器3包括折叠为六段的第二折叠型半波长谐振器和加载在该第二折叠型半波长谐振器上的第二微带枝节，用以减小微带谐振器的尺寸，第二微带枝节位于第二折叠型半波长谐振器中远离且平行于均匀阻抗微带线12一段的内侧，关于轴线AA'对称的两个第二微带谐振器3的开口方向相背，位于均匀阻抗微带线12的上方；第一折叠型半波长谐振器和第二折叠型半波长谐振器的尺寸不同，用于实现四频特性。第一微带谐振器2中的第一折叠型半波长谐振器的总长度为L1<\/sub>＝28.9mm，宽度W1<\/sub>＝0.4mm，第一微带枝节的长度为L2<\/sub>＝5.6mm，宽度W2<\/sub>＝0.8mm，与第一折叠型半波长谐振器外侧中心的距离d1<\/sub>＝2.65mm，两个第一微带谐振器2的间距g5<\/sub>＝1.2mm，与均匀阻抗微带线12的间距g1<\/sub>＝0.2mm，与阶梯阻抗微带线4的间距g3<\/sub>＝0.2mm；第二微带谐振器3的第二折叠型半波长谐振器的总长度为L3<\/sub>＝39.0mm，宽度W3<\/sub>＝0.5mm，第二微带枝节的长度为L4<\/sub>＝3.4mm，宽度W4<\/sub>＝1.0mm，与第二折叠型半波长谐振器外侧中心的距离d2<\/sub>＝1.2mm，两个第一微带谐振器2的间距g6<\/sub>＝0.6mm，与均匀阻抗微带线12的间距g2<\/sub>＝0.125mm。
参照图5，所述阶梯阻抗微带线4，由直线型的高阻抗微带线和矩形的低阻抗微带线连接而成，且该两个微带线均与轴线AA'平行，低阻抗微带线用以实现差模信号从缝隙线到微带线的过渡；所述均匀阻抗微带线12位于阶梯阻抗微带线4之间且与其两条高阻抗微带线的末端直接相连，该均匀阻抗微带线12上蚀刻的两条交指耦合线状缝隙关于轴线AA'对称，开口相对且底端重合，用以增强输入输出耦合，从而在通带附近额外形成了四个传输零点以提高带外选择性；阶梯阻抗微带线4的低阻抗微带线长度Lm1<\/sub>＝15.0mm，宽度Wm1<\/sub>＝2.4mm，高阻抗微带线长度Lm2<\/sub>＝14.7mm，宽度Wm2<\/sub>＝1.5mm，该均匀阻抗微带线12的长度Lm3<\/sub>＝12.5mm，宽度Wm3<\/sub>＝1.5mm，其内部蚀刻的一对交指耦合线状缝隙的总长度Lp<\/sub>＝11.85mm，宽度p1<\/sub>＝0.15mm。
参照图6，所述第一L型阶梯阻抗缝隙线9，由第一直线型缝隙和第一L型缝隙组成，所述第二L型阶梯阻抗缝隙线10，由第二直线型缝隙和第二L型缝隙组成，用以实现微带线到缝隙线的信号过渡，且第一L型缝隙和第二L型缝隙结构相同，并关于轴线AA'在金属地板7上的投影对称，用以在差模通带的低频处形成一个传输零点，增加了四频滤波器的带外选择性。第一L型阶梯阻抗缝隙线9中第一L型缝隙线的总长度Ls4<\/sub>＝13.35mm，宽度Ws4<\/sub>＝0.7mm，第一直线型缝隙线长度Ls3<\/sub>＝4.0mm，Ws3<\/sub>＝0.2mm；第二阶梯阻抗缝隙线10中第二L型缝隙线的总长度Ls4<\/sub>＝13.35mm，宽度Ws4<\/sub>＝0.7mm，第二直线型缝隙线长度Ls5<\/sub>＝5.9mm，Ws5<\/sub>＝0.2mm，第一L型缝隙线和第二L型缝隙线之间的距离g4<\/sub>＝6.0mm。
参照图6，所述第一阶梯阻抗缝隙线8，由第一矩形缝隙和第三直线型缝隙连接而成，与正上方介质基板1上的U型输入微带线5组成信号从微带线到缝隙线的转换结构，用于传输差模信号和实现固有的共模信号抑制；所述第二阶梯阻抗缝隙线11，由第二矩形缝隙和第四直线型缝隙连接而成，与正上方介质基板1上的U型输出微带线6组成信号从微带线到缝隙线的转换结构，用于传输差模信号和实现固有的共模信号抑制；所述第一矩形缝隙平行于轴线AA'的边线中心的连线，以及第二矩形缝隙平行于轴线AA'的边线中心的连线与轴线BB'重合，且第一矩形缝隙靠近轴线AA'的边线与U型输入微带线5微带底远离轴线AA'的边线在金属地板7上的投影重合，第一直线缝隙的长度与U型输入微带线5微带底的宽度相同，保证信号的过渡；其中第二矩形缝隙靠近轴线AA'的边线与U型输出微带线6微带底远离轴线AA'的边线在金属地板7上的投影重合，第四直线缝隙的长度与U型输出微带线6微带底的宽度相同，保证信号的过渡。第一阶梯阻抗缝隙线8的第一矩形缝隙长度Ls1<\/sub>＝8.0mm，宽度Ws1<\/sub>＝5.0mm，第三直线缝隙长度Wi2<\/sub>＝4.0mm，宽度Ws2<\/sub>＝0.6mm，第二阶梯阻抗缝隙线11的第二矩形缝隙长度Ls7<\/sub>＝8.0mm，宽度Ws7<\/sub>＝6.0mm，第四直线缝隙长度Wi3<\/sub>＝2.5mm，Ws6<\/sub>＝0.4mm。
本发明的工作原理是：信号由U型输入微带线输入时，其中的微带差模信号激励起下方第一阶梯阻抗缝隙线的电场，而微带共模信号无法激起第一阶梯阻抗缝隙线的电场，这样只有差模信号得以通过第一阶梯阻抗缝隙线并传输至第一L型阶梯阻抗缝隙线，共模信号得到抑制，其中第一L型阶梯阻抗缝隙线和第二L型阶梯阻抗缝隙线的L型缝隙线间形成交叉耦合，可在低频处产生一个传输零点，差模信号再通过阶梯阻抗缝隙线至阶梯阻抗微带线的过渡结构传输至上层的阶梯阻抗微带线，并通过加载在两阶梯阻抗微带线之间的均匀阻抗微带线传输至上下方的两个微带谐振器，其非对称枝节加载特性用于形成四个中心频率可调的差模通带，均匀阻抗微带线内部蚀刻的一对交指耦合线关于轴线AA'对称，用于增强输入输出耦合，从而在通带附近形成四个额外的传输零点。
下面结合实测结果，对本发明的技术效果作进一步说明：
使用矢量网络分析仪N5230A对一种四频差分带通滤波器进行了测量实验一和二，实验一测试了该四频差分带通滤波器的差模回波损耗设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910177867.7
申请日:2019-03-10
公开号:CN109755702A
公开日:2019-05-14
国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:CN109755702B
授权时间:20191231
主分类号:H01P1/203
专利分类号:H01P1/203
范畴分类:38G;38K;
申请人:西安电子科技大学
第一申请人:西安电子科技大学
申请人地址:710071 陕西省西安市太白南路2号
发明人:魏峰;岳豪杰;徐乐;张晓航;史小卫
第一发明人:魏峰
当前权利人:西安电子科技大学
代理人:陈宏社;王品华
代理机构:61205
代理机构编号:陕西电子工业专利中心
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计