專利名稱：：嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種通信
技術(shù)領(lǐng)域：
的濾波器，具體是一種嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器。技術(shù)背景在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，小型化高性能的微帶濾波器有著廣泛的應(yīng)用。雙模諧振器可以用單個(gè)諧振器結(jié)構(gòu)作為雙調(diào)諧諧振電路，對(duì)于一個(gè)規(guī)定階數(shù)的濾波器而言，其諧振器的數(shù)目減少了一半，因此，濾波器的尺寸就大大減小了。近年來，微帶雙模濾波器以其尺寸小，損耗低，品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)勢(shì)成為無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵的無源器件之一，也成為研究熱點(diǎn)之一。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，1972年Wolff在ElectronicsLetters(電子快報(bào))第8巻第12期發(fā)表了"Microstripbandpassfilterusingdegeneratemodesofamicrostripringresonator(用微帶環(huán)形諧振器的簡(jiǎn)并模式實(shí)現(xiàn)的微帶帶通濾波器)"，在該文中首次提出了一種用分離諧振器的兩個(gè)簡(jiǎn)并模式實(shí)現(xiàn)圓環(huán)形平面雙模濾波器結(jié)構(gòu)。此后，很多作者提出了各式各樣的雙模諧振器結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)形，方環(huán)形，圓貼片形，方貼片形和蜿蜒環(huán)形結(jié)構(gòu)。其中絕大多數(shù)雙模諧振器的兩個(gè)簡(jiǎn)并模式TM,。。和rM"是由對(duì)角線上的小貼片、小缺口或短截線作為微擾激起并互相耦合的，其饋電方式為一對(duì)正交饋線。直到2007年，AdnanG6rtlr等人在ProceedingofAsia-PacificMicrowaveConference2007(2007亞太微波會(huì)議學(xué)報(bào))發(fā)表"AsymmetricDual-ModeMicrostripfilterswithadjustabletransmissionzero(具有可調(diào)整傳輸零點(diǎn)的不對(duì)稱雙模微帶濾波器)"，作者提出了一種輸入輸出饋線在同一水平線上的非正交饋電方式和傳輸零點(diǎn)可控的新型雙模諧振器結(jié)構(gòu)，并由垂直對(duì)稱線上的微擾激起并互相耦合兩個(gè)簡(jiǎn)并模式，通過不同的微擾大小來調(diào)節(jié)傳輸零點(diǎn)位置，這種水平饋線雙模諧振器結(jié)構(gòu)的提出適應(yīng)了無線通信系統(tǒng)對(duì)多樣化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求，但這種濾波器仍占據(jù)著較大的尺寸，不能滿足無線通信系統(tǒng)對(duì)濾波器小型化的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提出一種嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，使其能夠解決現(xiàn)有平行饋線的雙模濾波器占據(jù)較大尺寸的難題。經(jīng)過仿真和實(shí)測(cè)分析，在占據(jù)相同面積的情況下，本發(fā)明和傳統(tǒng)平行饋線的雙模濾波器的中心頻率分別為1.57GHz和3.52GHz，這意味著新型濾波器的尺寸減小了55%，實(shí)現(xiàn)了濾波器的小型化，同時(shí)該濾波器簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，選擇性高以及具有可調(diào)節(jié)的傳輸零點(diǎn)等良好性能，可以應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)窄帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)中。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的雙模濾波器包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層、中間層的介質(zhì)板和輸入輸出端口，其特征在于所述金屬微帶線的結(jié)構(gòu)是由多重嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)構(gòu)成雙模諧振器，其輸入輸出饋線在同一水平線上，并通過一對(duì)U型耦合臂與內(nèi)部諧振器間隙耦合，通過內(nèi)外環(huán)線線寬之差A(yù)附(=w3-m2或Am=-wl)和垂直對(duì)稱線上的小貼片共同作用形成的微擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)并模的控制和兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的調(diào)節(jié)。所述金屬微帶線和反面部分的金屬鍍層可以是導(dǎo)電性能較好的金屬材料，如金、或銀、或銅。所述嵌套形結(jié)構(gòu)的雙模諧振器的重?cái)?shù)為1-6重。所述的中間層可以是各種介電常數(shù)的介質(zhì)板，介電常數(shù)越高尺寸越小。所述輸入輸出饋線通過一對(duì)U型耦合臂與內(nèi)部諧振器間隙耦合的饋線位置隨著內(nèi)部環(huán)形結(jié)構(gòu)重?cái)?shù)的增多而向上調(diào)節(jié)。所述U型耦合臂為U型、或L型、或直線型。所述小貼片為三角形、或正方形、或五邊形、或六邊形、或圓形。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，是有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明保持了雙模濾波器的優(yōu)越性能，對(duì)諧振器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，充分利用內(nèi)部空間，通過內(nèi)部嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)平行饋線雙模濾波器的小型化設(shè)計(jì)。研究各種不同的微擾方式對(duì)兩個(gè)簡(jiǎn)并模的影響，通過微擾方式和微擾大小的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)雙模濾波器兩個(gè)簡(jiǎn)并模的控制和傳輸零點(diǎn)位置的調(diào)整。當(dāng)線寬變化么附=0.2mm和正方形小貼片的邊長(zhǎng)p=l.15誦時(shí)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)傳輸零點(diǎn)分別位于高、低阻帶處的準(zhǔn)橢圓函數(shù)特性；當(dāng)p不變，Arn^0時(shí)，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)傳輸零點(diǎn)都在高阻帶處的窄帶帶通特性。本發(fā)明濾波器傳輸插損大于-2dB，回波損耗在通帶內(nèi)小于-15dB，3dB帶寬為4%5%左右，具有良好的頻率選擇性。圖1是本發(fā)明嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的雙模濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳統(tǒng)平行饋線雙模濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是弱耦合狀態(tài)下，p-0時(shí)，兩個(gè)簡(jiǎn)并模式傳輸特性曲線隨zWz變化的示意圖。圖4是p二0時(shí)，兩簡(jiǎn)并模的諧振頻率和耦合系數(shù)隨Am變化的示意圖。4圖5是Am《.2mra時(shí)，兩個(gè)簡(jiǎn)并模式的諧振頻率和耦合系數(shù)隨p變化的示意圖。圖6是本發(fā)明仿真的頻率特性示意圖(a)p=l.15證，Aw=0;(b)p=l.15mm,Aw=0.2mm。圖7是本發(fā)明的實(shí)物照片。圖8是本發(fā)明仿真與實(shí)測(cè)頻率特性比較的示意圖(p=L15mm，Am^0.2隨)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，包括正面部分的金屬微帶線2、反面部分的金屬鍍層、中間層介質(zhì)板l和輸入輸出端口。金屬微帶線包括內(nèi)部嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)的雙模諧振器5，1)形耦合臂3和輸入\輸出饋線4、9。輸入\輸出饋線4、9在同一水平線上，并分別與一對(duì)U形耦合臂3相連，通過U形耦合臂3實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部諧振器5的間隙耦合。雙模諧振器5是由一個(gè)兩重嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)的諧振器構(gòu)成，并由內(nèi)外環(huán)線7、6線寬之差A(yù)w和垂直對(duì)稱線上的小貼片8所引起的，共同控制雙模諧振器的兩個(gè)簡(jiǎn)并模式的分離和傳輸零點(diǎn)的位置。金屬微帶線2和反面部分的金屬鍍層的金屬材料為金、或銀、或銅。本實(shí)施例選用相對(duì)介電常數(shù)sj3.5，厚度h-0.5mm的介質(zhì)板1,經(jīng)過設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，最終確定該帶通濾波器的具體尺寸如下a=b=13.8mm，ml=m2=0.5mm，m4=0.2mm,gl=0.2mm,g2=0.4mm's=l.l鵬，d=4mm，p=l.15腿，A附=0(情況a)或0.2mm(情況b)。雙模諧振器5的重?cái)?shù)為1-6重。U型耦合臂3為U型、或L型、或直線型。小貼片為三角形或正方形、或五邊形、或六邊形、或圓形。對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行模式分析，如圖3所示，在弱耦合狀態(tài)下，pi時(shí)，兩個(gè)簡(jiǎn)并模式隨Am變化的傳輸特性曲線示意圖。從圖中可以明顯看出Am不僅影響著雙模諧振器兩個(gè)簡(jiǎn)并模的分離，而且也影響著兩個(gè)傳輸零點(diǎn)的位置分布。當(dāng)Aw:O時(shí)，兩個(gè)傳輸零點(diǎn)都在高阻帶處；當(dāng)Aw-O.lmm時(shí)只有一個(gè)模式被激起；當(dāng)AwX).lmm時(shí)，一個(gè)零點(diǎn)移至低阻帶處，即兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別在高低阻帶處，并且隨著A附的增加，兩個(gè)簡(jiǎn)并模式分離得越明顯。如圖4所示，當(dāng)pi時(shí)，兩個(gè)簡(jiǎn)并模式的諧振頻率和耦合系數(shù)隨Aw變化的示意圖。模式l先增大后減小，模式2先減小后增大，當(dāng)Ami.lim時(shí)只有一個(gè)模式被激起，耦合系數(shù)也是先減小后增大，并且在Aw-O.l國(guó)時(shí)，耦合系數(shù)最小。從圖3和圖4中還可以看出，Aw=0和A^-0.2mm時(shí)雙模諧振器的兩個(gè)簡(jiǎn)并模具有相同的模式分離狀態(tài)，唯一不同的只是傳輸特性曲線S21的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)位置的變化。由此可以設(shè)計(jì)出具有可調(diào)傳輸零點(diǎn)的雙模濾波器。如圖5所示，當(dāng)Aw=0和Am=0.2mm時(shí)，兩簡(jiǎn)并模式的諧振頻率和耦合系數(shù)隨方形小貼片邊長(zhǎng)P變化的示意圖。因?yàn)樵谶@兩種情況下的簡(jiǎn)并模分離情況是相同的。如圖6所示為本實(shí)施例嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的雙模濾波器的仿真頻率特性曲線(濾波器(a):p=l.15mm，Aw=0，濾波器(b):p=l.15mm，Aw=0.2mm)。頻率特性曲線包括S21(傳輸損耗)參數(shù)、Sll(回波損耗)參數(shù)。其中橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位GHz;縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dB。如圖7所示為本實(shí)施例(p:1.15腿，Am-0.2mm)的實(shí)物照片。如圖8所示為本實(shí)施例(p=1.15mm，A/7^0.2mm)的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果的比較圖。頻率特性包括S21(傳輸損耗)參數(shù)、Sll(回波損耗)參數(shù)。其中橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位GHz;縱坐標(biāo)代表幅度變量，單位為dB。本實(shí)施例的傳輸響應(yīng)特性曲線S21的兩個(gè)傳輸零點(diǎn)分別在高低阻帶處，插損大于-2dB，Sll在通帶內(nèi)小于-15dB。在尺寸相同的情況下，新型結(jié)構(gòu)平行饋線的雙模濾波器和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如圖2所示)的中心頻率分別是1.57GHz和3.52GHz，相于尺寸減小了55%。權(quán)利要求1.一種嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，它包括正面部分的金屬微帶線(2)、反面部分的金屬鍍層、中間層的介質(zhì)板(1)和輸入\輸出端口，其特征在于所述金屬微帶線(2)的結(jié)構(gòu)是由多重嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)構(gòu)成雙模諧振器，其輸入輸出饋線(4、9)在同一水平線上，并通過一對(duì)U型耦合臂(3)與內(nèi)部諧振器(5)間隙耦合，通過內(nèi)外環(huán)線(7、6)線寬之差Δm和垂直對(duì)稱線上的小貼片(8)共同作用形成的微擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)并模的控制和兩個(gè)傳輸零點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，其特征在于所述金屬微帶線和反面部分的金屬鍍層的金屬材料采用導(dǎo)電性能好的金、或銀、或銅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，其特征在于所說嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)的雙模諧振器(5)的重?cái)?shù)可以為1-6重。4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，其特征在于所說輸入輸出饋線(4、9)通過一對(duì)U型耦合臂(3)與內(nèi)部諧振器(5)間隙耦合的饋線位置隨著內(nèi)部環(huán)形結(jié)構(gòu)重?cái)?shù)的增多而向上調(diào)節(jié)。15.根據(jù)權(quán)利要求1所說的嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，其特征在于所說U型耦合臂(3)為U型、或L型、或直線型。6.根據(jù)權(quán)利要求1所說的嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，其特征在于所說小貼片(8)的形狀為三角形、或正方形、或五邊形，或六邊形、或圓形。全文摘要本發(fā)明涉及一種嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)平行饋線的微帶雙模濾波器，它包括正面部分的金屬微帶線、反面部分的金屬鍍層、中間層的介質(zhì)板和輸入/輸出端口。金屬微帶線的結(jié)構(gòu)是由多重嵌套環(huán)形結(jié)構(gòu)的雙模諧振器構(gòu)成，其輸入輸出饋線在同一水平線上，并通過一對(duì)U型耦合臂與內(nèi)部諧振器間隙耦合，通過內(nèi)外環(huán)線線寬之差Δm和垂直對(duì)稱線上的小貼片共同作用形成的微擾實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)并模的控制和兩個(gè)傳輸零點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)越性在于與傳統(tǒng)的平行饋線的微帶雙模濾波器相比尺寸大大減小了，有更好的頻率選擇性，可以靈活地調(diào)整濾波器傳輸特性曲線的零點(diǎn)位置。本發(fā)明可以用于無線通信系統(tǒng)窄帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)中，適應(yīng)無線通信系統(tǒng)對(duì)濾波器小型化的要求。文檔編號(hào)H01P1/203GK101515661SQ20091004832公開日2009年8月26日申請(qǐng)日期2009年3月26日優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日發(fā)明者娟張,李國(guó)輝,王志彬,王慧娜,鋒鄒申請(qǐng)人:上海大學(xué)