專利名稱：一種基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波微帶濾波器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及開路環(huán)耦合帶通濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
濾波器是無線通信系統(tǒng)中一個非常重要的器件，低成本和高性能的各種類型的濾波器一直是各種射頻和微波電路中不可缺少的。理想的濾波器特性應(yīng)當(dāng)是在通帶內(nèi)無衰減，而在禁帶內(nèi)有盡可能大的衰減。對于某些要求具有非常陡峭的過渡帶濾波器，一般可以通過級聯(lián)多節(jié)的濾波器來達到需要的性能，同時也增加帶外的衰減，但是節(jié)數(shù)的增加將引起較大的插入損耗。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的濾波器，因為其高Q值，低插入損耗等優(yōu)點在一些窄帶濾波中得到了廣泛的應(yīng)用，但是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的濾波器，加工難度高，機械加工精度差，往往需要后續(xù)的手工調(diào)試，因此導(dǎo)致成本較高。
開路環(huán)微帶耦合帶通濾波器是由Jia-Sheng Hong在1995年首次提出，并且在平面微波電路中得到了廣泛的應(yīng)用。該類型的濾波器具有很好的頻率選擇性，面積較小，普通印刷電路板工藝上就可實現(xiàn)，無需通孔接地等優(yōu)點。但是在該濾波器在帶外衰減較小，特別是在二階諧波處僅有4dB左右的衰減，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際應(yīng)用的需要，往往需要外加低通濾波器來抑制諧波。
圖1顯示了傳統(tǒng)的開路環(huán)微帶耦合帶通濾波器的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看到，該耦合濾波器由兩個開路諧振環(huán)對稱耦合，并且采用非對稱的50Ω輸入輸出饋線。該開路環(huán)微帶耦合帶通濾波器，工作中心頻率為1.8GHz，使用微波襯底材料，相對介電常數(shù)為2.65，厚度為1mm，開路耦合環(huán)的長度為56mm，為工作頻率的二分之一導(dǎo)波長。圖2為此濾波器的仿真和測試的頻率響應(yīng)圖。圖中，S21是該濾波器的傳輸特性，通帶內(nèi)插入損耗小于2.7dB(包含兩個SMA連接頭)，；S11是該濾波器的駐波特性，在通帶范圍內(nèi)都大于12.6dB，在工作頻率的二階諧波處，最小的帶外衰減為12dB。由此可見，該開路環(huán)微帶耦合帶通濾波器在通帶內(nèi)具有很好的濾波特性。但是由于微帶電路的寄生通帶效應(yīng)，在二階諧波處衰減較小，不能很好的滿足實際電路中的需要和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)存在的上述不足，提出一種具有諧波抑制功能的微帶開路環(huán)耦合帶通濾波器，該開路環(huán)耦合帶通濾波器在開路環(huán)內(nèi)，增加微帶電容負(fù)載，使其在不影響通帶內(nèi)特性的情況下，能夠增大濾波器帶外的抑制度，同時，該濾波器的面積也大大減小。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器，包括輸入饋線、輸出饋線和開路環(huán)耦合器，其特征在于，開路環(huán)耦合器的每個開路環(huán)的終端分別級聯(lián)一對微帶電容負(fù)載，所述微帶電容負(fù)載位于開路環(huán)內(nèi)部。
所述輸入輸出饋線線寬為50Ω特征線寬，采用非對稱饋線，也可以采用對稱饋線。
每個開路環(huán)內(nèi)的微帶電容負(fù)載大小相同，所述微帶電容負(fù)載的大小與開路環(huán)內(nèi)部的面積相適應(yīng)。
所述開路環(huán)的線寬為50Ω特征線寬，諧振器長度因為微帶的負(fù)載電容效應(yīng)，減小為帶通濾波器中心頻率波長的四分之一左右。而傳統(tǒng)開路環(huán)帶通耦合器的開路環(huán)總長度為工作頻率的二分之一。
所述具有微帶電容負(fù)載的開路環(huán)終端耦合間隙和兩個開路環(huán)之間的耦合間隙視具體濾波器中心頻率和襯底而定。
由以上公開的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的有益效果如下帶外抑制和減小濾波器面積。
本發(fā)明基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器，在傳統(tǒng)的開路環(huán)耦合帶通濾波器的基礎(chǔ)上，在開路環(huán)終端級聯(lián)微帶電容負(fù)載，依靠其慢波的特性來達到減小濾波器面積的效果。與此同時由于微帶的負(fù)載電容效應(yīng)，使得該濾波器的禁帶抑制度大大增加，消除了傳統(tǒng)開路環(huán)耦合大同濾波器具有的諧波響應(yīng)。本發(fā)明可應(yīng)用于任何微波頻率，適合各種微波電路的襯底材料制作。


圖1為傳統(tǒng)開路環(huán)耦合帶通濾波器結(jié)構(gòu)布局示意圖；圖2為中心頻率為900MHz的傳統(tǒng)開路環(huán)耦合帶通濾波器頻率響應(yīng)圖；圖3為本發(fā)明的基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器結(jié)構(gòu)布局示意圖；圖4為本發(fā)明的中心頻率為900MHz的基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器頻率響應(yīng)圖；以上各頻率響應(yīng)圖中，S21表示根據(jù)模擬值繪制的該濾波器的傳輸特性曲線，S21’表示根據(jù)測量值繪制的該濾波器的傳輸特性曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明設(shè)計的基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器實施例及詳細(xì)說明如下，所述的實施例制作在介電常數(shù)為2.65，厚度為1mm的微波襯底上，帶通濾波器的中心頻率為900MHz。
如圖3所示，本發(fā)明設(shè)計的基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器包括輸入饋線31和輸出饋線34，基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合器32和33。本發(fā)明在如圖1所示的傳統(tǒng)開路環(huán)耦合帶通濾波器的基礎(chǔ)上，分別在開路環(huán)耦合器12、13的終端，各級聯(lián)了兩個微帶電容負(fù)載，微帶電容負(fù)載位于開路環(huán)耦合器的內(nèi)部，不影響開路環(huán)耦合器之間的耦合。因為微帶負(fù)載具有的慢波效應(yīng)，可以使該濾波器的面積大大減小，本發(fā)明所示的實施例為例，面積是傳統(tǒng)開路環(huán)耦合帶通濾波器的一半。同時因為微帶電容負(fù)載效應(yīng)，消除了諧波寄生響應(yīng)，增大了禁帶的抑制度。圖4顯示了仿真和測試的基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器的頻率響應(yīng)圖，與圖2所示的傳統(tǒng)的開路環(huán)耦合帶通濾波器的頻率響應(yīng)圖相比較傳統(tǒng)的開路環(huán)耦合帶通濾波器，在2階諧波1800MHz處，因為寄生效應(yīng)的影響，該處僅有4dB的諧波抑制度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際使用的要求，而基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器在上禁帶內(nèi)從1GHz到3GHz的頻段內(nèi)的衰減都大于28dB，提高了24dB的禁帶衰減；通帶內(nèi)的插入損耗為2.8dB，比傳統(tǒng)的開路環(huán)耦合帶通濾波器的插入損耗大了1.4dB，這主要是因為微帶電容負(fù)載的損耗引起的。
如圖3所示本發(fā)明基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器，輸入、輸出端31、34的線寬為2.7mm，為50Ω特征線寬。開路環(huán)32、33的線寬也同樣是50Ω特征線寬2.7mm。微帶電容負(fù)載的大小為10.5mm×9.9mm，微帶電容負(fù)載耦合間隙為0.3mm，開路環(huán)32和33之間的耦合間隙為0.3mm。整個基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器的大小為26mm×33.1mm，傳統(tǒng)開路環(huán)耦合帶通濾波器的大小為36.5mm×53.2mm，本發(fā)明的濾波器面積僅為傳統(tǒng)開路環(huán)耦合帶通濾波器面積的45％。
權(quán)利要求
1.一種基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器，包括輸入饋線、輸出饋線和開路環(huán)耦合器，其特征在于，開路環(huán)耦合器的每個開路環(huán)的終端分別級聯(lián)一對微帶電容負(fù)載，所述微帶電容負(fù)載位于開路環(huán)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開路環(huán)耦合帶通濾波器，其特征在于，每個開路環(huán)內(nèi)的微帶電容負(fù)載大小相同，所述微帶電容負(fù)載的大小與開路環(huán)內(nèi)部的面積相適應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開路環(huán)耦合帶通濾波器，其特征在于，所述輸入輸出饋線線寬為50Ω特征線寬，為非對稱饋線或?qū)ΨQ饋線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開路環(huán)耦合帶通濾波器，其特征在于，所述開路環(huán)的線寬為50Ω特征線寬，總長度為帶通濾波器中心頻率導(dǎo)波波長的四分之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微帶電容負(fù)載的開路環(huán)耦合帶通濾波器，包括輸入饋線、輸出饋線和開路環(huán)耦合器，其特征在于，開路環(huán)耦合器的每個開路環(huán)的終端分別級聯(lián)一對微帶電容負(fù)載，所述微帶電容負(fù)載位于開路環(huán)內(nèi)部。本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的開路環(huán)耦合帶通濾波器的基礎(chǔ)上，在開路環(huán)終端級聯(lián)微帶電容負(fù)載，依靠其慢波的特性來達到減小濾波器面積的效果。同時由于微帶的電容負(fù)載效應(yīng)，使得該濾波器的禁帶抑制度大大增加，消除了傳統(tǒng)開路環(huán)耦合大同濾波器具有的諧波響應(yīng)。本發(fā)明可應(yīng)用于任何微波頻率，適合各種微波電路的襯底材料制作。
文檔編號H01P1/212GK101038977SQ20061002474
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月16日
發(fā)明者顧建忠, 孫曉瑋 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所