全文摘要
本实用新型涉及一种双通带滤波器，所述双通带滤波器包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支馈线第一分支提供第一通带的外部耦合强度需求，馈线第一分支和馈线第二分支提供第二通带的外部耦合强度需求。通过采用本实用新型的双通带滤波器，可以实现带宽比极大的双通带滤波器，滤波器的两个通带频率和带宽可以自由定制，而且寄生模式远离两工作通带，实现简单，自由度大，可以实现具有大带宽比的双通带滤波器，具有广阔的应用前景。
主设计要求
1.一种双通带滤波器，其特征在于，包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，所述馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支，所述多模谐振器包括主体和加载部分；所述多模谐振器用于将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围；所述辅助耦合块用于改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度；所述馈线第一分支和馈线第二分支用于将第一通带的外部耦合强度和第二通带的外部耦合强度分别调节至第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求。
设计方案
1.一种双通带滤波器，其特征在于，包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，所述馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支，所述多模谐振器包括主体和加载部分；
所述多模谐振器用于将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围；
所述辅助耦合块用于改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度；
所述馈线第一分支和馈线第二分支用于将第一通带的外部耦合强度和第二通带的外部耦合强度分别调节至第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求。
2.根据权利要求1所述的双通带滤波器，其特征在于，所述多模谐振器的主体包括微带叉指电容和蜿蜒微带，所述多模谐振器的加载部分包括块状电容和蜿蜒微带。
3.根据权利要求2所述的双通带滤波器，其特征在于，所述辅助耦合块放置在所述多模谐振器的需加强或减弱的耦合路径上。
4.根据权利要求1所述的双通带滤波器，其特征在于，所述馈线第一分支用于将第一通带的外部耦合强度调节至第一通带的外部耦合强度需求，所述馈线第一分支和所述馈线第二分支用于将第二通带的外部耦合强度调节至第二通带的外部耦合强度需求。
5.根据权利要求4所述的双通带滤波器，其特征在于，所述第一通带的外部耦合为搭接式时，所述馈线第一分支搭接于第一节多模谐振器的主体，如果第二通带的外部耦合为容性耦合式，馈线第一分支容性耦合于第一节多模谐振器的主体。
6.根据权利要求4所述的双通带滤波器，其特征在于，如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度恰好等于第二通带的外部耦合强度，则不设置馈线第二分支；
如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度小于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为同相相加型馈线分支；
如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度大于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为反相相消型馈线分支。
7.根据权利要求1所述的双通带滤波器，其特征在于，在所述多模谐振器的需加强或减弱的耦合路径上放置所述辅助耦合块，所述辅助耦合块的位置、尺寸、形状以及开路或短路的状态由需改变的耦合路径的耦合强度的增加量或减小量决定。
8.根据权利要求7所述的双通带滤波器，其特征在于，所述第一通带的工作频率由所述多模谐振器的主体的尺寸参数确定，所述第二通带的工作频率由所述多模谐振器的主体和加载部分的尺寸参数确定。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及微波技术领域，尤其涉及滤波器技术领域，具体是指一种大带宽比的双通带滤波器，特别适用于带宽比极大的双通带滤波器。
背景技术
在民用通信领域，无线通信技术的快速发展，对具有多功能射频接收前端提出了更高的要求。支持多频点通信、能够精确选出系统所需多频段信号的双通带\/多通带滤波器成了关键器件，在多制式移动通信方面有着广泛的应用前景。在军事上，复杂电磁环境下的高技术战争已经屡见不鲜。隐身与反隐身、干扰与反干扰、压制与反压制都对我们的专用通信系统提出了越来越高的要求。专用无线通信系统在设计时必须考虑到日趋复杂的电磁环境，尽力避免民用电磁信号的干扰。高性能多通带滤波器，有助于通过跳频通信的方式增强通信系统的战场生存能力。
尽管民用通信和军用通信都对高性能多通带滤波器有着极其迫切的需求，然而，高性能的多通带滤波器依然匮乏。这是因为，与单通带滤波器类似，常规多通带滤波器要么是体积和重量过大，要么是带内插损过高，都难于满足通信系统严苛的要求。因此，用高温超导薄膜制成的多通带滤波器就有着极为广阔的应用前景。
如何巧妙地设计电路结构，使得多个通带能够同时满足严苛的性能指标，就成了多通带滤波器的设计难点。近年来，常用的多通带滤波器主要有以下几种方案：
(1)子滤波器的并联法。首先设计好每一个独立的单通带滤波器，再将它们的输入输出端进行连接，便构成了多通带滤波器，其缺点是尺寸往往过大，不利于器件小型化与集成化。
(2)将带阻滤波器级联或嵌入带通滤波器即可实现多通带滤波器。简单来说，就是利用带阻滤波器在一个较宽的通带内滤去某些特定的频段，进而使之前的一个通带变成多个通带，形成多通带响应。这种方法一般只适用于两个通带相距较近的情形。
(3)多模谐振器方案。目前用的比较多的两种多模谐振器为阶跃阻抗型谐振器(SIR)及枝节加载型谐振器(SLR)。多模谐振器方案可以明显地减小电路尺寸，这一点对于超导滤波器来说尤为重要。但是现有设计方法自由度小，阶数低，滤波性能不理想。因为多个通带的外部耦合以及谐振器之间的耦合只能用同一套物理参数来进行调节，因此降低了滤波器设计的自由度。多个通带之间彼此关联、互相影响，使得设计者很难找到一组物理参数，使得各个通带的滤波响应都达到最佳。对于两个通带的带宽相差较大的双通带滤波器，设计更是面临极大困难：
(1)谐振器是构成滤波器的基本单元，滤波器的通带宽度决定了谐振器之间的所需的耦合强度，从而决定了谐振器之间的耦合距离。若两个通带的带宽相差较大，意味着同一对谐振器要在两个不同的频率处实现差异极大的耦合强度，因而需要在耦合距离外增加可调参数；
(2)带宽相关较大还意味着馈线需要在两个不同的频率处实现差异较大的外部耦合。
实用新型内容
本实用新型针对带宽比极大的双通带滤波器的需求和难点，提供了一种通过调节多模谐振器的主体和加载部分的尺寸、辅助耦合块的尺寸实现两通带所需频率和内部耦合，通过相位匹配型分支馈线实现外部耦合，从而能够实现大带宽比的双通带滤波器。
为了实现上述目的，本实用新型具有如下构成：
本实用新型提供一种双通带滤波器，所述双通带滤波器包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，所述馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支，所述多模谐振器包括主体和加载部分；
所述多模谐振器用于将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围；
所述辅助耦合块用于改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度；
所述馈线第一分支和馈线第二分支用于将第一通带的外部耦合强度和第二通带的外部耦合强度分别调节至第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求。
可选地，所述多模谐振器的主体包括微带叉指电容和蜿蜒微带，所述多模谐振器的加载部分包括块状电容和蜿蜒微带。
可选地，所述辅助耦合块放置在所述多模谐振器的需加强或减弱的耦合路径上。
可选地，所述馈线第一分支用于将第一通带的外部耦合强度调节至第一通带的外部耦合强度需求，所述馈线第一分支和所述馈线第二分支用于将第二通带的外部耦合强度调节至第二通带的外部耦合强度需求。
可选地，所述第一通带的外部耦合为搭接式时，所述馈线第一分支搭接于第一节多模谐振器的主体，如果第二通带的外部耦合为容性耦合式，馈线第一分支容性耦合于第一节多模谐振器的主体。
可选地，如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度恰好等于第二通带的外部耦合强度，则不设置馈线第二分支；
如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度小于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为同相相加型馈线分支；
如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度大于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为反相相消型馈线分支。
可选地，在所述多模谐振器的需加强或减弱的耦合路径上放置所述辅助耦合块，所述辅助耦合块的位置、尺寸、形状以及开路或短路的状态由需改变的耦合路径的耦合强度的增加量或减小量决定。
可选地，所述第一通带的工作频率由所述多模谐振器的主体的尺寸参数确定，所述第二通带的工作频率由所述多模谐振器的主体和加载部分的尺寸参数确定。
本实用新型所提供的双通带滤波器，具有如下有益效果：
采用了本实用新型的结构，可以实现带宽比极大的双通带滤波器，滤波器的两个通带频率和带宽可以自由定制，而且寄生模式远离两工作通带，实现简单，自由度大，可实现阶数高，提高了滤波性能，可以实现具有大带宽比的双通带滤波器，且其相应的双通带滤波器体积更小，滤波性能更好，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1a和图1b为本实用新型的带宽比极大的双通带滤波器所使用的多模谐振器的示意图及频率响应曲线；
图2a和图2b为本实用新型一对多模式谐振器及其在两通带处形成强度差异较大的耦合示意图；
图3为本实用新型的带宽比极大的双通带滤波器所使用的馈线结构图；
图4为本实用新型的4阶双通带超导滤波器的整体微带电路图；
图5为本实用新型的4阶双通带超导滤波器的通带频率响应图；
图6为本实用新型的4阶双通带超导滤波器的宽频带频率响应图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
为了解决现有技术中的技术问题，本实用新型提供了一种双通带滤波器。本发明的双通带滤波器包括数个多模谐振器和数个辅助耦合块，多模谐振器用以将双通带滤波器的工作频率调节至相应频率，并将多模谐振器的二次以上寄生模式频率推至远离多通带滤波器工作通带的频率处，辅助耦合块用以改变多模谐振器的耦合路径的耦合强度，具体地，通过调节多模谐振器的主体及加载部分的尺寸参数，主要包括主体部分的微带叉指电容和蜿蜒微带、加载部分的块状电容和蜿蜒微带尺寸，来改变双通带滤波器的工作频率，并将多模谐振器的寄生模式频率推至远离多通带滤波器工作通带的频率处，尤其是将二次以上的寄生杂模推至远离工作通带的频率处，通过调节所述的辅助耦合块的形式来改变多模谐振器的耦合路径的耦合强度。
多模谐振器的主体部分由微带叉指电容和蜿蜒微带构成，主体部分决定了第一通带的频率，多模谐振器的加载部分由块状电容和蜿蜒微带构成，主体部分和加载部分共同决定第二通带的频率。
通过调节辅助耦合块的形式来改变多模谐振器之间的耦合路径的耦合强度，具体为：
在多模谐振器之间的需加强或减弱的耦合路径上放置辅助耦合块，辅助耦合块的位置、尺寸、形状和开路或短路的状态由需改变的耦合路径的增加量或减小量决定。
双通带滤波器的馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支。设计馈线时，先根据第一通带的外部耦合强度需求，设计馈线第一分支。第二通带所需的外部耦合由馈线第一分支和馈线第二分支共同提供。在馈线第一分支决定以后，视第二通带的外部耦合强度需求，设计馈线第二分支。如果馈线第一分支在第二通带处形成的耦合强度较小，则需要设计同相相加型馈线分支，若馈线第一分支提供的外部耦合强度超过了第二通带所需，则需要设计反相相消型馈线分支。馈线分支的具体构型可借助电磁仿真软件来设计。
单通带滤波器设计流程大致分为四大步骤：1、谐振器单元设计；2、谐振器间耦合设计；3、首末节谐振器与输入输出馈线的外部耦合设计；4、整体优化。对于多通带滤波器，就是每一个通带都要同时考虑这些要求。现以双通带滤波器为例，介绍本实用新型的多通带滤波器的构成。
一个双通带滤波器应包括由介质基片、位于介质基片上表面的主线路和位于介质基片下表面的金属地板构成的微带电路和封装盒，主线路应包括谐振器和输入输出馈线，微带电路优选超导材料。
图1a为本实用新型的双通带滤波器所使用的一种多模谐振器的示意图，该多模谐振器由谐振器主体和加载部分构成，其中，谐振器主体11包括微带叉指电容和蜿蜒微带，目的是推高寄生模式，加载部分12包括蜿蜒微带和块状电容，它们形成阶跃阻抗，同样是为了推高寄生模式。同时末端采用块状电容方便与相邻谐振器在辅助耦合块作用下形成通带二所需的强耦合。
如图1b为该优化后的单个多模谐振器的频率响应图，其中F1和F2分别为多模谐振器的最低两个频率(奇模频率和偶模频率)，F1、F2需分别调节到第一通带和第二通带的中心频率，是形成两个通带的基础。增大多模谐振器的主体部分的叉指电容和加载部分的块状电容，可以将谐振器的寄生谐振频率，推至远离F1、F2的高频率处(即与F1、F2的差值大于预设频率差阈值)，避免干扰到所需工作通带，影响滤波性能。单独一个多模谐振器可以形成低阶双通带滤波器，但是只能保证两个中心频率可调节，假如需要带宽可调，则要改变耦合系数，那就意味着需要改变多模谐振器的耦合距离，但是两个通带共享一个耦合距离，一个距离难于保证两个带宽同时达到所需强度，局限性较大，因此增加辅助耦合块，通过调节所述的辅助耦合块的形式来灵活调控各谐振器间在两个通带频率处的耦合强度。辅助耦合块的形式包括但不限于辅助耦合块的形状、位置、尺寸和开路或短路的状态等。
图2a为两个耦合多模谐振器增加辅助耦合结构后的示意图，其中示出了两个多模谐振器1、2以及辅助耦合块9的组合方式。图2b为辅助耦合块调控下两个耦合多模谐振器的频率响应图，由图中可见，辅助耦合结构可以在保持第一通带耦合强度基本不变的条件下独立地较大范围地调控第二通带的耦合强度(耦合强度越大在频率响应曲线中表现为频率分叉越开)，从而独立地较大范围地调控第二通带的带宽。
在双通带滤波器的设计中，除了谐振器单元设计与谐振器间耦合的设计，还需要设计首末节谐振器与输入输出馈线的外部耦合。
如图3所示，为双通带滤波器输入输出端的馈线结构图，双通带滤波器外部耦合通过采用双馈线结构来实现，双馈线结构由输入输出端口的连接SMA接头的50Ω公共微带和与两个分支馈线构成。馈线第一分支L1搭接到多模谐振器1的合适位置以提供第一通带所需的外部耦合，馈线第二分支L2则采用与首末多模谐振器1耦合方式，与加载部分耦合，与L1一起协同提供第二通带所需要的外部耦合。馈线第一分支L1的构形对第一通带和第二通带都有影响，而馈线第二分支L2主要影响第二通带。因此，先根据第一通带的外部耦合要求设计好馈线第一分支L1的尺寸和搭接位置，然后保持该尺寸和位置不变，设计馈线第二分支L2，以达到第二通带外部耦合的要求。若L1提供的外部耦合超过第二通带所需强度，则L2需设计成反相相消型分支以提供强度适合的外部耦合。
如图4所示，为本实用新型一实施例的通带为1565MHz-1585MHz和2350-2550MHz的4阶双通带超导滤波器的微带线路图。该双通带超导滤波包括4个多模谐振器1、2、3、4和3个可以改变多模谐振器的耦合强度的“工”字型辅助耦合块9。由于馈线的影响，首末谐振器1、4的尺寸需要略作修正。滤波器所用材料为YBCO\/MgO高温超导基片，基片介电常数为9.78，厚度为0.5mm。谐振器具体尺寸主要由两通带频率决定。CP1表示耦合路径一，主要覆盖滤波器的上半部分，即横跨各谐振器的主体部分，CP2表示耦合路径二，主要覆盖滤波器的下半部分，即横跨各谐振器的加载部分。第一通带所需谐振器内部耦合主要由CP1上的耦合强度决定，而第二通带所需的谐振器内部耦合主要由CP1和CP2上的耦合强度共同决定。多模谐振器的距离由两个通带所需的耦合强度中较弱者决定，为了使另一个通带满足较强耦合强度的需求，在多模谐振器的所需改变的通带耦合路径上放置辅助耦合块，辅助耦合块的尺寸由所需耦合强度的增加量决定。在决定辅助耦合块尺寸时，可以借助全波仿真软件SONNET进行。辅助耦合块9可以是辅助调节谐振器耦合强度的微带线，尺寸很小，会引起滤波器主体的谐振频率小的偏移，这种偏移在滤波器整体优化时需要作小的修正。
如图5为4阶双通带超导滤波器的频率响应图，由图可知，两个通带的中心频率和带宽均达到了预定的设计指标，实现了两通带频率可定制，带宽比达到10倍量级。
如图6所示，为含有寄生通带的4阶双通带超导滤波器的频率响应图，带外寄生通带被推到远离所需双通带的位置，本例中为6.2GHz以外。
本实用新型所提供的双通带滤波器，具有如下有益效果：
采用了本实用新型的结构，可以实现带宽比极大的双通带滤波器，滤波器的两个通带频率和带宽可以自由定制，而且寄生模式远离两工作通带，实现简单，自由度大，可实现阶数高，提高了滤波性能，可以实现具有大带宽比的双通带滤波器，且其相应的多通带滤波器体积更小，滤波性能更好，具有广阔的应用前景。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920103682.7
申请日:2019-01-22
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:33(浙江)
授权编号:CN209374636U
授权时间:20190910
主分类号:H01P 1/20
专利分类号:H01P1/20;H01P7/10;G06F17/50
范畴分类:38G;38K;
申请人:绍兴文理学院
第一申请人:绍兴文理学院
申请人地址:312000 浙江省绍兴市环城西路508号
发明人:王振宇;卢新祥;黄贤盛;何旗凯;张怀洲
第一发明人:王振宇
当前权利人:绍兴文理学院
代理人:周正辉
代理机构:33285
代理机构编号:绍兴市寅越专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计