專利名稱：基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器的制作方法
基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器技術領域
本發明屬于電子器件技術領域，特別涉及微帶雙模帶通濾波器，可用于無線通信系統射頻前端。
背景技術：
微波無線電技術對現代社會的發展產生了巨大的影響，尤其是隨著微波毫米波通信業務的日益增多，頻譜資源日漸緊張，頻帶資源劃分的更細，對無線終端設備的要求變得十分苛刻。迫切要求微波濾波器向著高性能、小型化、低成本、高集成的方向迅速發展，小型化高性能微帶濾波器的研究引起越來越多的注意。傳統的濾波器形式如巴特沃茲和切比雪夫濾波器只有通過增加濾波器級數才能滿足高選擇性要求，加工出來的濾波器體積和重量相對較大，不再適合現代通信系統設計的需求。橢圓函數或交叉耦合濾波器雖然具有很好的選擇性，但是設計起來相對復雜，變量不易控制。
雙模諧振器因為尺寸小、帶內高性能、帶外高抑制等優良特性，越來越多地應用于無線通信系統高性能濾波器設計中。雙模技術是微波濾波器產業中一項新興的技術，它的優勢在于每個雙模諧振腔可以使兩個諧振模式同時工作在一個頻點，起到了雙腔級聯的作用，這樣就可以使濾波器在同一指標下所需的諧振器數目減半，從而實現了濾波器小型化，結構緊湊的特點。并且諧振腔內的兩種模式帶有自耦合，可以本能的在阻帶產生傳輸零點，因此帶外具有高選擇性的優越性。基于以上特性的雙模濾波器綜合理論和設計技術近年來在國內外得到廣泛研究。但是由于這種傳統雙模濾波器是一個封閉環，因而其結構形式受到很大局限，后續的擴展也都是在此基礎上進行，造成實現形式單一，帶寬難以展寬的缺陷，不能滿足現代通信系統對濾波器帶寬設計靈活多變的要求。發明內容
本發明的目的在于針對現有技術存在的不足，提出一種基于雙端短路諧振器的雙模帶通濾波器，以靈活實現多種結構形式的變形，使帶寬展寬到30%以上，滿足現代通信系統對濾波器帶寬設計靈活多變的需求。
實現本發明目的的技術關鍵是在雙端短路微帶諧振器中心位置加載一個短路枝節，以實現雙端短路微帶諧振器中兩種模式的耦合，通過調節短路枝節的長度達到濾波器設計所需帶寬。其技術方案有如下三種
技術方案1
本發明基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，包括一對輸入輸出“T”形饋線、微帶介質板、金屬接地板和微帶諧振器，一對輸入輸出“T”形饋線和微帶諧振器設置在金屬接地板上方的微帶介質板上，其特征在于
諧振器采用直線型的雙端短路結構，且中心處加載有短路微帶枝節，以實現雙端短路諧振器中兩種諧振模式的耦合；
一對輸入輸出“T”形饋線水平放置在微帶諧振器的一側，且兩者之間形成大小滿4足0 < g< IOmm的縫隙，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性。
所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，直線型微帶諧振器的長度滿足: 4=4=^(/^7^)^*, λ8為介質波導波長，C為真空中的光速，ε e為該直線型微帶諧振器的有效介電常數，f0為直線型微帶諧振器的諧振頻率。
所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，中心加載短路枝節(12)，是寬度為Wl、 長度為L2的短路微帶線，L2滿足0 < L2 < λ g/4 -,W1滿足=W1 = L1^-L30
所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，縫隙產生于一對“Τ”型饋線的末端處， 縫隙大小滿足0 < g < 10mm。
技術方案2:
本發明基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，包括一對輸入輸出饋線，微帶開口諧振環，其特征在于，微帶開口諧振環采用折疊型的雙端短路結構，且中心處加載有短路枝節，以實現折疊型微帶開口諧振環中兩種諧振模式的耦合；一對輸入輸饋線垂直放置在折疊型微帶開口諧振環的一側，且一對輸入輸出饋線末端位置形成大小滿足0 < g < IOmm的縫隙，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性。
所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，折疊型微帶開口諧振環的總長度為 2\仏1+“+1^+“)，且滿足丄1+丄2+丄3+丄4 =/Lg/2 = c/(/QXA/[X2)，其中，Xg為介質波導波長，c為真空中的光速，ε e為該諧振環21的有效介電常數，L1為微帶線211的長度,L2為微帶線212的長度，L3為微帶線213的長度，L4為微帶線214的長度，f0為折疊型微帶諧振環21的諧振頻率。
技術方案3:
本發明基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，包括一對輸入輸出的“L”型饋線，和“L”型微帶枝節，封閉型方環微帶諧振器，其特征在于，封閉型方環微帶諧振器的任一個角位置短路，且在該角的對角位置加載短路枝節，以實現封閉型方環諧振器中兩種諧振模式的耦合；一對輸入輸出的“L”型饋線放置在封閉型方環諧振器的兩側；一個“L”型微帶枝節放置在一對輸入輸出的“L”型饋線的末端處，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性。
所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，封閉型方環微帶諧振器的總長度是 4L1;且滿足叫=Ag =^/(ΛΧλ/^)，其中Xg為介質波導波長，c為真空中的光速，ε e為該封閉型方環微帶諧振器的有效介電常數，L1為方環微帶諧振器的邊長，&為封閉型方環微帶諧振器的諧振頻率。
所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，“L”型微帶枝節(34)的長度L3滿足0 <L3< λ/2，其中Ag為介質波導波長，放置在一對輸入輸出“L”型饋線(33)的末端處。
本發明具有以下技術優點
1.本發明由于在微帶諧振器的兩端各加一個短路點，且在該諧振器中心位置加載微帶短路枝節，由于短路位置的等價性，實現了設計形式的靈活多變性，例如直線型、折疊型和封閉型，給擴展帶來了極大便利，可根據具體場合選擇具體的實現方案。
2.本發明由于兩種諧振模式在諧振器內部電場的最大值位置基本相同，可以同步的施加較強的外部耦合，實現諧振器的寬帶效應。
3.本發明由于饋線之間產生了耦合，會在通帶的左右兩端各實現一個傳輸零點， 實現了通帶外的高抑制性。


圖1為本發明第一實施例的三維結構示意圖2為圖1的俯視圖3為本發明第二實施例的平面結構示意圖4為本發明第三實施例的平面結構示意圖5為本發明實施例1的頻率響應曲線圖6為本發明實施例2的頻率響應曲線圖7為本發明實施例3的頻率響應曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明
實施例1
參照圖1和圖2，本發明主要由直線型雙端短路微帶諧振器11，短路枝節12，一對對稱輸入輸出“T”形饋線13，微帶介質板14，金屬接地板15組成。其中
微帶介質基板14，采用介電常數為2. 65，板厚為Imm的單面覆銅介質基板；
直線型雙端短路微帶諧振器11，由銅皮實現，加工在微帶介質基板14的上表面， 通過過孔使諧振器的11的兩端連接到金屬地板15上，微帶諧振器11的長度L1 = 48mm，等于一個波導波長，對應的諧振頻率=c/(A xV^)=3.9GHZ,、為該微帶介質基板14的有效介電常數；
短路枝節12，加載在雙端短路微帶諧振器11的中心處，長度L2 = 1.3mm、寬度W1 =2mm，用來實現兩種兼并模式的分裂和耦合；
—對輸入輸出“T”形饋線13，位于微帶介質基板14的上表面，由相互垂直的端口連接饋線131和耦合饋線132級聯而成，該端口連接饋線131用于端口匹配和焊接，其寬度 w = 2. 7mm，該耦合饋線132與微帶諧振器11平行，其長度L3 = 22mm，水平放置在微帶諧振器11的一側進行饋電，其距離微帶諧振器的距離d = 0. 1mm，且一對輸入輸出饋線13末端位置形成大小為g = Imm的縫隙14，以產生饋線之間的耦合，在通帶的左右端各產生一個傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性，其頻率響應曲線如圖5所示。
圖5中，|S21|為濾波器的傳輸特性曲線，IS11I為濾波器1端口的反射特性曲線。由圖5可知，該帶通濾波器的通帶中心頻率為3. 84GHz，相對帶寬為32. 4%，通帶左側0. 95GHz 出現一個傳輸零點，在通帶右側5. 09GHz出現一個傳輸零點，實現了帶外性能的高抑制性。
實施例2
參照圖3，本發明主要由折疊型雙端短路微帶諧振環21，短路枝節22，一對輸入輸出饋線23組成，微帶介質基板同實施例1中的一樣。其中
折疊型雙端短路微帶諧振環21，由銅皮實現，加工在微帶介質基板的上表面，通過過孔實現諧振環21兩端的短路，微帶諧振環21的總長度為2X (Li+L2+L3+L4) = 108mm，它等于一個波導波長，對應的諧振頻率/。=Ybxai +L2 +L3 +Z4)χ Vij=I-7GHz, ε e為該微帶介質基板的有效介電常數，其中，L1 = 15. 3謹，L2 = 20. 4謹，L3 = 12謹，L4 = 6. 2謹。
短路枝節22，加載在折疊型雙端短路微帶諧振環21的中心處，其長度L5 = 1. 6mm, 用來實現兩種兼并模式的分裂和耦合；
一對輸入輸出饋線23，位于微帶介質基板上表面，由端口連接饋線231和耦合饋線232級聯而成，端口連接饋線231用于端口匹配和焊接，其寬度w = 2. 7mm ；耦合饋線232， 其長度L6 = 19. 9mm,該耦合饋線垂直的放置在微帶諧振器21的一側進行饋電，且距離微帶諧振器21的距離d = 0. 2mm ；該一對輸入輸出饋線23末端位置形成大小g = Imm的縫隙 24，以產生饋線之間的耦合，在通帶的左右端各產生一個傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性，其頻率響應曲線如圖6所示。
圖6中，I^1I為濾波器的傳輸特性曲線，Is11I為濾波器1端口的反射特性曲線， 由圖6可知，該帶通濾波器的通帶中心頻率為1. 7GHz，相對帶寬為7. 3%，通帶左側1. 35GHz 出現一個傳輸零點，且通帶右側2. 07GHz處出現一個傳輸零點，實現了濾波器帶外高抑制特性。
實施例3
參照圖4，本發明主要由封閉型的雙端短路方形微帶諧振環31，中心加載短路枝節32，一對輸入輸出“L”型饋線33，和“L”型微帶線34組成，微帶介質基板同實施例1中的一樣。其中
封閉型雙端短路方環微帶諧振器31，由銅皮實現，加工在微帶介質基板的上表面， 通過過孔使方環諧振器31的任一角位置短路，封閉型方環微帶諧振器31的總長度是4k =77. 4mm，等于一個波導波長，對應的諧振頻率/。=￡;/(4><ζ )=2.380ΗΖ，ε e為該微帶介質基板的有效介電常數，其中，L1 = 19. 35mm。
短路微帶枝節32，加載在封閉型方環微帶諧振器31短路位置的對角位置，長度L2 =3mm，用來實現兩種兼并模式的分裂和耦合。
一對相互垂直的輸入輸出“L”型饋線33，位于微帶介質基板上表面，由相互垂直的端口連接饋線331和耦合饋線332級聯而成。端口連接饋線331用于端口匹配和焊接， 其寬度w = 2. 7mm ；耦合饋線332與微帶諧振器31平行，其長度L4 = 13. 9mm,該耦合饋線采用垂直放置的方式，放置在微帶諧振環31的兩側進行饋電，距離封閉型方環微帶諧振器 31的距離d = 0. 1_。
本實例由于將一個“L”型微帶線放置在輸入輸出饋線33的末端處，長度L3 = 7mm, 使一對輸入輸出饋線31產生耦合，因而可在通帶的左右端各產生一個傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性，其頻率響應曲線如圖7所示。
圖7中，Is1I為濾波器的傳輸特性曲線，Is11I為濾波器1端口的反射特性曲線，由圖7可知，該帶通濾波器的通帶中心頻率為2. 43GHz，相對帶寬為27. 1%，通帶左側1. IGHz出現一個傳輸零點，且通帶右側2. 98GHz處出現一個傳輸零點，實現了濾波器帶外高抑制特性。
上述實施例僅為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。權利要求
1.一種基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，包括一對輸入輸出“T”形饋線 (13)、微帶介質板(14)、金屬接地板(15)和微帶諧振器(11)，一對輸入輸出“T”形饋線 (13)和微帶諧振器(11)設置在金屬接地板(1 上方的微帶介質板(14)上，其特征在于諧振器(11)采用直線型的雙端短路結構，且中心處加載有短路微帶枝節(12)，以實現雙端短路諧振器中兩種諧振模式的耦合；一對輸入輸出“T”形饋線(13)水平放置在微帶諧振器(11)的一側，且兩者之間形成大小滿足0 < g < IOmm的縫隙(16)，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性。
2.根據權利要求1所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，直線型微帶諧振器(11) 的長度滿足:A =弋=c/(/。xV^)，其中，Xg為介質波導波長，c為真空中的光速，ee為該直線型微帶諧振器(11)的有效介電常數，&為直線型微帶諧振器的諧振頻率。
3.根據權利要求1所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，中心加載短路枝節(12)， 是寬度為W1、長度為L2的短路微帶線，L2滿足0 < L2 < λ g/4 -,W1滿足=W1 = L1^-L30
4.根據權利要求1所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，縫隙(16)產生于一對 “T”型饋線(13)的末端處，縫隙(16)大小滿足:0<g< 10mm。
5.一種基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，包括一對輸入輸出饋線(23)，微帶開口諧振環(21)，其特征在于，微帶開口諧振環采用折疊型的雙端短路結構，且中心處加載有短路枝節0 ，以實現折疊型微帶開口諧振環中兩種諧振模式的耦合；一對輸入輸饋線垂直放置在折疊型微帶開口諧振環的一側，且一對輸入輸出饋線03) 之間形成大小滿足O < g < IOmm的縫隙04)，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點， 實現帶外性能的高抑制性。
6.根據權利要求5所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，折疊型微帶開口諧振環 (21)的總長度為 2X (L^LJLJL4)，且滿足^+4+Z4= ^/2 = c/(/。χ·^χ2)，其中， 入8為介質波導波長，c為真空中的光速，、為該諧振環的有效介電常數，L1S微帶線 (211)的長度，L2S微帶線012)的長度，L3S微帶線013)的長度，L4為微帶線(214)的長度，fo為折疊型微帶諧振環的諧振頻率。
7.根據權利要求5所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，縫隙04)產生于一對輸入輸出饋線的末端處，長度g滿足0 < g < 10mm。
8.一種基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，包括一對輸入輸出的“L”型饋線 (33)，和“L”型微帶枝節(34)，封閉型方環微帶諧振器(31)，其特征在于，封閉型方環微帶諧振器(31)的任一個角位置短路，且在該角的對角位置加載短路微帶枝節(32)，以實現封閉型方環諧振器(31)中兩種諧振模式的耦合；一對輸入輸出的“L”型饋線(33)放置在封閉型方環諧振器(31)的兩側；一個“L”型微帶枝節(34)放置在一對輸入輸出的“L”型饋線(3 的末端處，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點，實現帶外性能的高抑制性。
9.根據權利要求8所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，封閉型方環微帶諧振器 (31)的總長度是4L1;且滿足4A =Ag =c/(/qXv^；)，其中Xg為介質波導波長，c為真空中的光速，ε e為該封閉型方環微帶諧振器(31)的有效介電常數，L1為方環微帶諧振器(31) 的邊長，&為封閉型方環微帶諧振器(31)的諧振頻率。
10.根據權利要求8所述的微帶雙模帶通濾波器，其特征在于，“L”型微帶枝節(34)的長度L3滿足0<L3< λ/2，其中Ag為介質波導波長，放置在一對輸入輸出“L”型饋線 (33)的末端處。
全文摘要
本發明公開了一種基于雙端短路諧振器的微帶雙模帶通濾波器，主要解決傳統微帶雙模濾波器形式單一、帶寬較窄的問題。該濾波器包括一對輸入輸出“T”形饋線(13)、微帶介質板(14)、金屬接地板(15)和微帶諧振器(11)，一對輸入輸出“T”形饋線(13)和微帶諧振器(11)設置在金屬接地板(15)上方的微帶介質板(14)上，其中諧振器(11)采用直線型的雙端短路結構，且中心處加載有短路微帶枝節(12)，一對輸入輸出“T”形饋線(13)水平放置在微帶諧振器(11)的一側，且兩者之間形成縫隙(16)，以產生饋線之間的耦合，增加帶外傳輸零點，本發明具有饋線間的耦合，設計形式靈活多變，頻帶寬的優點，可用于無線通信系統。
文檔編號H01P1/203GK102522616SQ20121000905
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月3日 優先權日2012年1月3日
發明者吳邊, 孫守家, 李雪峰, 楊帥, 梁昌洪, 鄧坤 申請人:西安電子科技大學