專利名稱：具有陷波特性的超寬帶濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通信技術領域的濾波器，具體涉及一種具有超寬帶功能、緊湊型、 并具有網絡干擾信號抑制功能的平面濾波器。
背景技術：
隨著通信技術的迅速發展，人們對信息傳輸系統的要求越來越高。在此背景下， UWB超寬帶技術以其系統簡單、成本低、功耗小、數據傳輸速度快、安全性高等優點成為目前通信領域的一個研究熱點。從20世紀60年代出現到20世紀90年代之前，UffB技術主要采用其最初的脈沖通信形式，并主要應用于軍事上的雷達和低截獲率的通信系統。近年來， 隨著微電子器件的技術和工藝的提高，UWB技術開始應用于民用領域，并在國際上掀起了對其研究、開發和應用的熱潮。而超寬帶系統及其器件的研究越來越受到人們的關注，如UWB 天線、UWB濾波器、UffB放大器等。現有技術中，平行耦合線結構與其他耦合濾波器結構相比，通過調節平行耦合線的線寬和間距就能夠得到較大的耦合系數，因而這種結構常常被用于設計相對帶寬較大的微波濾波器。但是，用平行耦合結構設計相對帶寬大于100%超寬帶濾波器會產生一些問題，如圖1，在濾波器中采用傳統的四分之一波長平行耦合線結構，濾波器體積會隨著級數的增加而增加，相對帶寬會減小，中心頻率處出現寄生通帶等等。近年來，WLAN無線局域網技術發展迅速，相繼發布了 IEEE802. 11系列的很多標準。其中，5. 8GHz是WLAN的一個使用頻率段，為避免WLAN與UWB之間的互相干擾，我們需要在UWB濾波器的5. 8GHz頻段產生一個陷波。而產生陷波的方法有很多，大致可以分為三類一類是在諧振器通過間距耦合一個WR型枝節，該方法缺點是增大濾波器體積。另一類是在濾波器部分級聯四分之一開路枝節，如圖3，采用傳統的實現陷波特性的四分之一波長開路枝節結構，缺點也是增大濾波器體積。再有一類是可以在濾波器上使用縫隙產生一個陡峭的陷波，但是之前的研究主要集中是在輸入輸出部分增加陷波特性的縫隙結構，也增大了濾波器體積。目前通信系統的發展，對濾波器的邊帶要求越來越高，有效的提高濾波器的邊帶特性的方法主要有兩類一個是增加濾波器的級數，缺點是濾波器體積會很大。一個是通過增加短路或是開路枝節來提高邊帶特性。所以尋求以平行耦合線結構為基礎，制作具有陡峭陷波的超寬帶濾波器是具有重要意義的。但目前的超寬帶濾波器的功能還不夠理想，不能滿足各種不同領域對高品質、高性能濾波器的大量需求。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足并提供一種具有陷波特性的超寬帶濾波器，這種濾波器具有良好陷波特性，耦合系數高，體積小，容易加工，通帶內具有一個陡峭的陷波，且相對帶寬大于125%，有陡峭的邊帶特性，有很好的頻率選擇性，實現了小型化的要求。
為達到上述發明目的，本發明的構思是
1.為了增加耦合結構的耦合系數，在傳輸平行耦合的基礎上，提出了新型的四線耦合結構，實現了更好的濾波性能。2.為在通帶內增加一個陡峭的陷波，且不增加濾波器的體積，我們采用在半波長微帶線上開槽，即微帶縫隙。3.在輸入輸出端口處連接兩個短路枝節，實現了邊帶的陡峭特性，為了使得濾波器更易于加工，采用了金屬通孔的短路方式。4.本發明采用如下的介質板材料介質基板選用介電常數為 Sr =9. 8，厚度 h=l. 27_。5.加工后的電路板共分三層，即正面為金屬微帶線結構，中間是介質板層、金屬通孔及輸入輸出端口，介質板材背面為一層金屬鍍層，其中輸入輸出端口處焊接兩個SMA接頭，用于實際測量。正面金屬微帶線結構是由兩段具有金屬通孔的短路枝節，兩段四線耦合結構和一段有縫隙的微帶線結構組成，實現了陡峭陷波的超寬帶濾波特性。根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案
一種具有陷波特性的超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層和中間層的介質板，中間層的介質板具有兩個SMA接頭，所述SMA接頭分別與輸入輸出接口電連接。金屬微帶線由四分之一波長的梳狀耦合微帶線和半波長的微帶線間隔連接形成直線型級聯微帶線結構，半波長的微帶線帶有微帶縫隙，直線型級聯微帶線結構的兩端分別設有兩段梳狀耦合微帶線，直線型級聯微帶線結構的饋入和饋出電磁信號的兩端分別為兩個梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部，梳狀耦合微帶線的內端均勻傳輸部與半波長的微帶線的端部電性連接，梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部和內端均勻傳輸部皆為非耦合部位，兩個梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部分別與輸入輸出接口電性連接，兩個梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部還分別與兩段四分之一波長短路枝節電性連接，短路枝節與直線型級聯微帶線結構并聯，即四分之一波長短路枝節的自由端與反面部分的金屬鍍層電性連接。作為本發明的一種技術方案，上述金屬微帶線由兩段梳狀耦合微帶線、一段半波長微帶線和兩段短路枝節成，半波長微帶線位于中間，兩段梳狀耦合微帶線分別對稱設置于半波長微帶線的兩側，兩段梳狀耦合微帶線和一段半波長微帶線形成簡短式的直線型級聯微帶線結構。上述梳狀耦合微帶線由四段相同的微帶線通過相同的間隙四線交插耦合形成，其中的兩段不相鄰的微帶線通過梳狀耦合微帶線內端均勻傳輸部與半波長的微帶線兩端電性連接，另兩段相鄰的微帶線與梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部電性連接，與半波長的微帶線連接的兩段相鄰的微帶線插入另外兩段不相鄰的微帶線所形成的空隙中，形成一組四線交插的梳狀耦合微帶線結構，與傳統的平行耦合結構性比，實現了性能更好的新的耦合結構。上述半波長微帶線包括一個具有內部空隙的閉環微帶線，在內部空隙中引出一段與閉環微帶線電連接的指形開放式微帶線，指形開放式微帶線與閉環微帶線之間形成寬度均勻的U形的微帶縫隙。本發明的半波長微帶線中的縫隙結構，實現了 5.8GHz的陡峭的陷波特性，且不增加濾波器的體積。上述四分之一波長短路枝節與梳狀耦合微帶線的四條互相平行的均勻微帶線垂直，增強了濾波器的邊帶特性。作為本發明的改進，上述中間層的介質板具有兩個金屬化通孔，金屬化通孔使短路枝節的自由端與反面部分的金屬鍍層電性連接。短路枝節的自由端與一個金屬連接部電連接，金屬連接部直接通過金屬化通孔與反面部分的金屬鍍層電性連接，使短路枝節與金屬鍍層實現間接電性連接，金屬連接部具有一個與金屬化通孔尺寸相同、位置對應的通孔，使得濾波器更易于加工制作。兩段上述梳狀耦合微帶線的形狀和尺寸相同，左右位置對稱。兩段上述短路枝節的形狀和尺寸相同，左右位置對稱。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點
1.本發明采用新型的四線耦合結構，與傳統的平行耦合結構性比，體積相同，但具有通帶性能更好，通帶相對帶寬更大的優點。2.在濾波器內部采用微帶縫隙實現陷波特性，可以實現更陡峭的陷波特性，且不會額外增大濾波器體積。3.采用并聯短路枝節，雖然不產生傳輸零點，但是可以很大程度改善濾波器帶外性能。4.本諧振器結構的饋線方式采用的是直接接入，直接接入法是用特性阻抗為50 歐姆的微帶線直接接到諧振器上。5.具有良好的帶內和帶外特性，結構簡單，易于加工。


圖1是現有技術濾波器的四分之一波長平行耦合線結構示意圖。圖2是現有技術濾波器的具有陷波特性的開路枝節結構示意圖。圖3是本發明濾波器的四線耦合結構示意圖。圖4是本發明濾波器的實現陷波特性的微帶縫隙結構示意圖。圖5是本發明具有良好陷波特性的超寬帶濾波器結構示意圖。圖6是本發明具有良好陷波特性的超寬帶濾波器的頻率響應意圖。
具體實施例方式本發明的優選實施例結合

如下 實施例一
參見圖3和圖4，一種具有陷波特性的超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層8和中間層的介質板9，中間層的介質板9具有兩個SMA接頭，輸入輸出接口 1和輸入輸出接口 5分別與SMA接頭電連接，其特征在于金屬微帶線由四分之一波長的梳狀耦合微帶線2和半波長的微帶線4間隔連接形成直線型級聯微帶線結構，半波長的微帶線4帶有微帶縫隙3，直線型級聯微帶線結構的兩端分別設有兩段梳狀耦合微帶線2， 直線型級聯微帶線結構的饋入和饋出電磁信號的兩端分別為兩個梳狀耦合微帶線2的外端均勻傳輸部，梳狀耦合微帶線2的內端均勻傳輸部與半波長的微帶線4的端部電性連接，梳狀耦合微帶線2的外端均勻傳輸部和內端均勻傳輸部皆為非耦合部位，兩個梳狀耦合微帶線2的外端均勻傳輸部分別與輸入輸出接口 1和輸入輸出接口 5電性連接，兩個梳狀耦合微帶線2的外端均勻傳輸部還分別與兩段四分之一波長短路枝節7電性連接，短路枝節7 與直線型級聯微帶線結構并聯，即四分之一波長短路枝節7的自由端與反面部分的金屬鍍層8電性連接。在本實施例中，在傳輸平行耦合的基礎上，四分之一波長的梳狀耦合微帶線 2增加耦合結構的耦合系數，可實現了更好的濾波性能；采用在半波長的微帶線4上開槽， 即微帶縫隙，使通帶內增加一個陡峭的陷波，且不增加濾波器的體積；在輸入輸出接口 1和輸入輸出接口 5處分別連接兩段四分之一波長短路枝節7，實現了邊帶的陡峭特性。本諧振器結構的饋線方式采用的是直接接入，直接接入法是用特性阻抗為50歐姆的微帶線直接接到諧振器上。參見圖5，本實施例的金屬微帶線優選由兩段梳狀耦合微帶線2、一段半波長微帶線4和兩段短路枝節7組成，半波長微帶線4位于中間，兩段梳狀耦合微帶線2分別對稱設置于半波長微帶線4的兩側，兩段梳狀耦合微帶線2和一段半波長微帶線4形成簡短式的直線型級聯微帶線結構。本實施例超寬帶濾波器包括三層結構正面包括兩段四分之一波長短路枝節7、兩段梳狀耦合微帶線2和一段半波長微帶線4，中間包括介質層、輸入輸出的 SMA接頭，背面包括完整的金屬鍍層。本實施例的梳狀耦合微帶線2由四段相同的微帶線通過相同的間隙四線交插耦合形成，其中的兩段不相鄰的微帶線通過梳狀耦合微帶線2內端均勻傳輸部與半波長的微帶線4兩端電性連接，另兩段相鄰的微帶線與梳狀耦合微帶線2的外端均勻傳輸部電性連接，與半波長的微帶線4連接的兩段相鄰的微帶線插入另外兩段不相鄰的微帶線所形成的空隙中，形成一組四線交插的梳狀耦合微帶線2結構。本實施例的新型四線耦合結構如示意圖如圖3所示，它是在如圖1所示的傳統平行耦合線結構的基礎上改進的，與傳統的平行耦合結構性比，體積相同，但具有通帶性能更好，通帶相對帶寬更大的優點。四線耦合結構克服了平行耦合結構對間隙精度很高的缺點同時實現了更大的耦合系數，具有更好的回波特性，增加了耦合性能，可是使得濾波器在通帶內的濾波性能更好。本實施例的半波長微帶線4包括一個具有內部空隙的閉環微帶線，在內部空隙中引出一段與閉環微帶線電連接的指形開放式微帶線，指形開放式微帶線與閉環微帶線之間形成寬度均勻的U形的微帶縫隙3。增加帶內陷波特性的方法很多，通常采用兩種一種是在輸入輸出四分之一波長處并聯四分之一波長的開路枝節，該方法缺點濾波器體積增大， 如圖2是傳統的實現陷波特性的四分之一波長開路枝節結構示意圖；另一種可以在濾波器內部采用微帶縫隙3實現陷波特性，該方法可以實現更陡峭的陷波特性，且不會額外增大濾波器體積，在本實施例中，采用的微帶縫隙3結構可實現的陡峭陷波特性，如圖4所示。參見圖5，本實施例的四分之一波長短路枝節7與梳狀耦合微帶線2的四條互相平行的均勻微帶線垂直。提高濾波器帶外特性的方法大致可以分為一是增加濾波器級數， 缺點是濾波器體積太大。另一種是并聯枝節，其中又包括采用開路或是短路枝節兩種，采用開路枝節可以在通帶兩端增加傳輸零點，提高帶外特性，缺點是通帶的相對帶寬不能超過 110%，而短路枝節7雖然不產生傳輸零點，但是可以很大程度改善濾波器帶外性能。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于參見圖5，本實施例的中間層的介質板9具有兩個金屬化通孔6，金屬化通孔6使短路枝節7的自由端與反面部分的金屬鍍層8電性連接。本實施例的中間層的介質板9采用了金屬化通孔6的短路方式。為了使得濾波器更易于加工制作，短路枝節7的自由端優選與一個金屬連接部電連接，金屬連接部直接通過金屬化通孔6與反面部分的金屬鍍層8電性連接，使短路枝節7 與金屬鍍層8實現間接電性連接，金屬連接部具有一個與金屬化通孔6尺寸相同、位置對應的通孔。上述實施例的兩段梳狀耦合微帶線2的形狀和尺寸相同，左右位置對稱。便于加工制作，方便調整和確定通帶的范圍。上述實施例的兩段短路枝節7的形狀和尺寸相同，左右位置對稱。便于加工制作， 便于調整邊帶的陡峭特性的實現效果。本新型的具有良好陷波特性的超寬帶濾波器，包括三層結構正面包括兩段四分之一波長短路枝節7、四線耦合微帶線結構和帶有微帶縫隙的半波長微帶線4結構，中間包括介質層、兩個金屬通孔、輸入輸出的SMA接頭，背面包括完整的金屬鍍層。金屬微帶線、中間的金屬通孔部分、反面部分的金屬鍍層可以是導電性能較好的金屬材料，如金、或銀、或銅。中間層的介質板的介電常數可以是各種數值，因為介電常數與諧振器的長度的平方成反比，所以介電常數越高則對應濾波器的尺寸越小。實施例三
本實施例與實施例一和實施例二基本相同，特別之處在于
圖5是本實施例的結構示意圖，經過設計、仿真和優化，最終確定新型的具有良好陷波特性的超寬帶濾波器的主要材質參數和具體尺寸如下
中間層的介質板9為介電常數I =9.8的介質板，該介質板厚度h =1. 27mm，金屬化
通孔6為打孔后內壁覆導電金屬；梳狀耦合微帶線2的四線交插耦合微帶線的長度皆為 L3=4. 4mm，其寬度皆為Wl=O. 1mm，相鄰的耦合微帶線的間隙寬度G=O. Imm;半波長的微帶線4的總長度L4=8. 4mm，其總寬度W5=l. 7mm，其內部空隙長度L5=5. 9mm，其內部空隙寬度 W2=0. 2mm，其指形開放式微帶線的開放端與所述半波長的微帶線4的閉環微帶線的距離 W4=0. 6mm ；短路枝節7的長度Ll=4. 4mm，其寬度W3=0. 3mm ；金屬化通孔6的半徑R=O. 92mm ； 金屬連接部沿所述短路枝節7延伸方向的長度為L2=l. 32mm。參見圖6，基于上述方法設計了中心頻率為6. 65GHz，相對帶寬約為126. 3%的超寬帶濾波器，通過電磁仿真軟件HFSS進行仿真，調試。參見圖6，圖中顯示了本實施例具有良好陷波特性的超寬帶濾波器的頻率響應，結果表明本實施例濾波器的兩個邊帶都比較陡峭，帶內插入損耗較小，帶內的5. 8GHz的陷波很陡峭，相對帶寬達到126. 3%。而且濾波器的結構簡單，不僅實現了 5. 8GHz的陡峭的陷波特性，有效避免了與WLN系統干擾，而且實現了小型化。以上結果表明
1.通帶帶寬約為8. 4GHz，帶內插入損耗均小于0. 2dB。2.通帶截止邊沿陡峭。3.陷波中心頻率為5. 8GHz,插入損耗達到25dB，陷波_3dB帶寬僅為0. 2GHz，達到了陡峭的特性。4.帶內，帶外性能良好，同時結構簡單，易于加工。上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合具有陷波特性的超寬帶濾波器的結構和構造原理，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種具有陷波特性的超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層(8)和中間層的介質板(9)，所述中間層的介質板(9)具有兩個SMA接頭，所述SMA接頭分別與輸入輸出接口(1、5)電連接，其特征在于所述金屬微帶線由四分之一波長的梳狀耦合微帶線(2)和半波長的微帶線(4)間隔連接形成直線型級聯微帶線結構，所述半波長的微帶線(4)帶有微帶縫隙(3)，所述直線型級聯微帶線結構的兩端分別設有兩段梳狀耦合微帶線(2)，所述直線型級聯微帶線結構的饋入和饋出電磁信號的兩端分別為兩個所述梳狀耦合微帶線(2)的外端均勻傳輸部，所述梳狀耦合微帶線(2)的內端均勻傳輸部與所述半波長的微帶線(4)的端部電性連接，所述梳狀耦合微帶線(2)的外端均勻傳輸部和內端均勻傳輸部皆為非耦合部位，兩個所述梳狀耦合微帶線(2)的外端均勻傳輸部分別與輸入輸出接口(1、5)電性連接，兩個所述梳狀耦合微帶線(2)的外端均勻傳輸部還分別與兩段四分之一波長短路枝節(7)電性連接，所述短路枝節(7)與所述直線型級聯微帶線結構并聯，即所述四分之一波長短路枝節(7)的自由端與所述反面部分的金屬鍍層(8)電性連接。
2.根據權利要求1所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于所述金屬微帶線由兩段梳狀耦合微帶線(2)、一段半波長微帶線(4)和兩段短路枝節(7)組成，所述半波長微帶線(4)位于中間，兩段所述梳狀耦合微帶線(2)分別對稱設置于所述半波長微帶線 (4 )的兩側，兩段所述梳狀耦合微帶線(2 )和一段所述半波長微帶線(4 )形成簡短式的直線型級聯微帶線結構。
3.根據權利要求1或2所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于所述梳狀耦合微帶線(2)由四段相同的微帶線通過相同的間隙四線交插耦合形成，其中的兩段不相鄰的微帶線通過所述梳狀耦合微帶線(2)內端均勻傳輸部與所述半波長的微帶線(4)兩端電性連接，另兩段相鄰的微帶線與所述梳狀耦合微帶線(2)的外端均勻傳輸部電性連接，與所述半波長的微帶線(4)連接的兩段相鄰的微帶線插入另外兩段不相鄰的微帶線所形成的空隙中，形成一組四線交插的梳狀耦合微帶線(2)結構。
4.根據權利要求3所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于所述半波長微帶線(4)包括一個具有內部空隙的閉環微帶線，在所述內部空隙中引出一段與所述閉環微帶線電連接的指形開放式微帶線，所述指形開放式微帶線與所述閉環微帶線之間形成寬度均勻的U形的微帶縫隙(3)。
5.根據權利要求4所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于所述四分之一波長短路枝節(7)與所述梳狀耦合微帶線(2)的四條互相平行的均勻微帶線垂直。
6.根據權利要求5所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于所述中間層的介質板(9)具有兩個金屬化通孔(6)，所述金屬化通孔(6)使所述短路枝節(7)的自由端與所述反面部分的金屬鍍層(8)電性連接。
7.根據權利要求6所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于所述短路枝節 (7)的自由端與一個金屬連接部電連接，所述金屬連接部直接通過所述金屬化通孔(6)與所述反面部分的金屬鍍層(8)電性連接，使所述短路枝節(7)與所述金屬鍍層(8)實現間接電性連接，所述金屬連接部具有一個與所述金屬化通孔(6)尺寸相同、位置對應的通孔。
8.根據權利要求4所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于兩段所述梳狀耦合微帶線(2)的形狀和尺寸相同，左右位置對稱。
9.根據權利要求8所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于兩段所述短路枝節(7)的形狀和尺寸相同，左右位置對稱。
10.根據權利要求9所述的具有陷波特性的超寬帶濾波器，其特征在于特性的超寬帶濾波器的主要材質參數和具體尺寸如下所述中間層的介質板9為介電常數Er =9.8的介質板，該介質板厚度力=1. 27mm，金屬化通孔6為打孔后內壁覆導電金屬；所述梳狀耦合微帶線(2)的四線交插耦合微帶線的長度皆為L3=4. 4mm，其寬度皆為 Wl=O. 1mm，相鄰的耦合微帶線的間隙寬度G=O. Imm ；所述半波長的微帶線(4)的總長度L4=8. 4mm，其總寬度W5=l. 7mm，其內部空隙長度 L5=5. 9mm，其內部空隙寬度W2=0. 2mm，其指形開放式微帶線的開放端與所述半波長的微帶線(4)的閉環微帶線的距離W4=0. 6mm ；所述短路枝節(7)的長度Ll=4. 4_，其寬度W3=0. 3mm ； 所述金屬化通孔(6)的半徑R=O. 92mm ；所述金屬連接部沿所述短路枝節(7)延伸方向的長度為L2=l. 32mm。
全文摘要
本發明公開了一種具有陷波特性的超寬帶濾波器，包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層和中間層的介質板。金屬微帶線由四分之一波長的梳狀耦合微帶線和半波長的微帶線間隔連接形成直線型級聯微帶線結構，半波長的微帶線帶有微帶縫隙，兩個梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部分別與輸入輸出接口電性連接，兩個梳狀耦合微帶線的外端均勻傳輸部還分別與兩段四分之一波長短路枝節電性連接，四分之一波長短路枝節的自由端與反面部分的金屬鍍層電性連接。本發明濾波器具有良好陷波特性，耦合系數高，體積小，容易加工，通帶內具有一個陡峭的陷波，且相對帶寬大于125%，有陡峭的邊帶特性，有很好的頻率選擇性，實現了小型化的要求。
文檔編號H01P1/203GK102361111SQ20111029506
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者張魯紅, 楊在峰, 熊晗, 翟清波, 馬哲旺 申請人:上海大學