本發(fā)明屬于電子元件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙通帶微帶濾波器，可用于無線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近些年，隨著微電子技術(shù)、微波集成電路的發(fā)展，無線通信技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，加速了人類信息化的進(jìn)程，無線通信被廣泛應(yīng)用于天文、工業(yè)、軍事、醫(yī)療、通信、海洋等諸多領(lǐng)域。無線通信技術(shù)的發(fā)展帶來了頻譜資源的緊張匱乏，而濾波器的主要作用就是選擇有用信號，濾除其他無用信號，濾波器是無線通信系統(tǒng)中的基本元件，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量通信系統(tǒng)的保障。

傳統(tǒng)的濾波器只能處理單一的頻段，如需在多個頻段上工作，就需要多個單頻段的濾波器進(jìn)行級聯(lián)，這樣的疊加不僅導(dǎo)致收發(fā)系統(tǒng)的體積、而且增加了設(shè)備成本，同時(shí)降低其傳輸性能。多模諧振器可以實(shí)現(xiàn)減小設(shè)備的尺寸，降低設(shè)備成本增加信息容量。

近幾年來，關(guān)于多頻濾波器的研究成果相當(dāng)可觀，出現(xiàn)了不少多頻濾波器的新理論和新結(jié)構(gòu)。

作者陳付昌在其發(fā)表的論文“新型平面多頻帶濾波器研究”(《華南理工大學(xué)》，2010年)中利用階躍阻抗諧振器設(shè)計(jì)了工作于2.4GHz和5.2GHz的雙通帶濾波器。該濾波器兩個通帶中心頻率處的插入損耗分別為2.4dB和1.3dB，回波損耗分別為5dB和27dB。該濾波器的第二通帶性能良好，但是第一通帶反射非常大，通帶性能較差。

作者孫守家在其發(fā)表的論文“多模諧振器的研究及其在微波濾波器中的應(yīng)用”(《西安電子科技大學(xué)》，2014年)提出了一個四模諧振器。該諧振器通過在方形諧振器中加載短路枝節(jié)線來實(shí)現(xiàn)，四個諧振頻率可以靈活控制。根據(jù)該諧振器，作者設(shè)計(jì)了一個工作于2.4GHz和3.5GHz的雙通帶濾波器。該濾波器的兩個通帶中心頻率處的插入損耗分別為1.34dB和0.97dB，回波損耗分別為20dB和18dB。該濾波器尺寸雖小，但插入損耗較大，導(dǎo)致傳輸?shù)男盘柟β式档汀?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于組合諧振器的雙通帶微帶濾波器，以提升通帶性能，減小插入損耗，提高回波損耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一.技術(shù)原理

多頻段濾波器能工作在多個頻段上，其作用等效為多個單頻段濾波器的級聯(lián)，并且由于器件的重復(fù)使用，可使得系統(tǒng)的功耗、設(shè)備成本大大降低。

諧振器是濾波器中的核心組成部件，其結(jié)構(gòu)和尺寸對濾波器的性能產(chǎn)生巨大的影響。均勻阻抗諧振器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)比較簡單，故而廣泛地使用在濾波器中。然而，它也存在各種各樣的缺陷，其中之一就是本振頻率整數(shù)倍的雜散響應(yīng)。另外，枝節(jié)線加載諧振器能改善均勻阻抗諧振器的這一缺陷，其諧振頻率容易控制，通過調(diào)整枝節(jié)線的長度，可使奇模諧振頻率保持不變的條件下僅改變偶模諧振頻率。因此，設(shè)計(jì)具有兩個諧振單元的組合諧振器，每個諧振單元各自的奇偶模諧振頻率組合在一起可構(gòu)成一個通帶，在此基礎(chǔ)上通過引入合適的外部耦合結(jié)構(gòu)就可構(gòu)成具有性能好、頻率選擇性高、帶外抑制能力強(qiáng)且兩個通帶的中心頻率和帶寬獨(dú)立可控的雙頻段濾波器。

本發(fā)明利用微帶形式的短路枝節(jié)線加載雙模方環(huán)諧振器和短路枝節(jié)線加載均勻半波長諧振器構(gòu)成組合諧振器，組合諧振器中方環(huán)諧振器的兩個模式形成濾波器的第一個通帶，而均勻半波長諧振器的兩個模式形成濾波器的第二個通帶。該組合諧振器的兩部分通過同一個接地柱與接地板相連接，在這種組合情況下，諧振器的諧振頻率不會相互影響。由于該組合諧振器具有結(jié)構(gòu)對稱特性，可以利用奇偶膜理論分析其諧振特性。這樣的設(shè)計(jì)方法給雙通帶濾波器的設(shè)計(jì)提供了相當(dāng)?shù)淖杂啥取?/p>

二.實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

本發(fā)明基于組合諧振器的雙通帶微帶濾波器,包括介質(zhì)基板和分別位于該介質(zhì)基板上、下表面的微帶貼片和金屬接地板，其特征在于：

微帶貼片，包括組合諧振器、平行耦合饋線和端口饋線，該組合諧振器由方環(huán)諧振器和均勻半波長諧振器連接構(gòu)成，該平行耦合饋線包括輸入平行耦合饋線和輸出平行耦合饋線，該端口饋線包括輸入端口饋線和輸出端口饋線。

進(jìn)一步，所述方環(huán)諧振器的一組對角上加載有短路枝節(jié)線，形成奇偶雙模諧振模式，該雙模諧振模式對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)均為雙端短路均勻阻抗諧振器結(jié)構(gòu)，即均為典型的λ_g/2型諧振器，調(diào)節(jié)其短路枝節(jié)線的長度僅對偶模的諧振頻率產(chǎn)生影響，而保證奇模諧振頻率不變。

進(jìn)一步，所述半波長諧振器的中心加載有短路枝節(jié)線，形成奇偶雙模諧振模式，該雙模諧振模式對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)均為單端短路均勻阻抗諧振器結(jié)構(gòu)，即均為典型的λ_g/4型諧振器，調(diào)節(jié)其短路枝節(jié)線的長度僅對偶模的諧振頻率產(chǎn)生影響，而保證奇模諧振頻率不變。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有的濾波器具有以下的特性和優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明由于采用由方環(huán)諧振器和半波長諧振器連接在一起的組合諧振器，避免了多個濾波器件的級聯(lián)造成插入損耗增大和通帶性能惡化，提高了濾波器的通帶性能。

2)本發(fā)明由于在方環(huán)諧振器和半波長諧振器上添加短路枝節(jié)線，使得每個諧振器成為諧振頻率靈活獨(dú)立可控的雙模諧振器，進(jìn)一步降低了濾波器的插入損耗，并提高回波損耗。

3)本發(fā)明由于在方環(huán)諧振器和半波長諧振器中使用了平行耦合饋線饋電，可通過調(diào)節(jié)耦合饋線的長度和耦合縫隙寬度，進(jìn)一步降低濾波器插入損耗的作用。

4)本發(fā)明由于端口饋線上添加刺線，在兩個通帶之間產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，并且傳輸零點(diǎn)的位置可通過改變刺線的電長度靈活可調(diào)，致使濾波器通帶的隔離度提高，進(jìn)一步提高了濾波器的傳輸性能。

仿真結(jié)果表明，本發(fā)明的雙通帶微帶濾波器在中心頻率為1.5GHz的插入損耗是0.5dB，回波損耗為18dB，在中心頻率為2.4GHz處的插入損耗是0.6dB，回?fù)軗p耗是17dB。相比于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明在保證濾波器小尺寸、多模式、頻帶和傳輸零點(diǎn)獨(dú)立可控的條件下，減小了濾波器的插入損耗，提高濾波器的匹配性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1的側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明的仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明做更詳細(xì)的描述：

參照圖1和圖2，本發(fā)明包括介質(zhì)基板10、微帶貼片12及金屬接地板11。其中微帶貼片12位于介質(zhì)基板10的上方，接地板11位于介質(zhì)基板10的下方。其中介質(zhì)基板11采用介電常數(shù)ε_r為2.65的聚四氟乙烯材料，該介質(zhì)基板的厚度h為1mm，介質(zhì)基板下表面的接地板以及上表面的微帶貼片均采用銅材料，厚度為0.1mm；微帶貼片12包括組合諧振器、平行耦合饋線和端口饋線。

所述組合諧振器，由方環(huán)諧振器2和均勻半波長諧振器3連接構(gòu)成，方環(huán)諧振器2的一組對角上加載有短路枝節(jié)線，形成第一奇偶雙模諧振器，該諧振器的奇偶雙模諧振模式對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)均為雙端短路均勻阻抗諧振器結(jié)構(gòu)，即均為典型的λ_g/2型諧振器；半波長諧振器3的中心加載有短路枝節(jié)線，形成第二奇偶雙模諧振器，該諧振器的奇偶雙模諧振模式對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)均為單端短路均勻阻抗諧振器結(jié)構(gòu)，即均為典型的λ_g/4型諧振器。通過調(diào)節(jié)第一奇偶雙模諧振器中枝節(jié)線長度，僅對其中偶模的諧振頻率產(chǎn)生變化，而使其中的奇模諧振頻率保持不變。通過調(diào)節(jié)第二奇偶雙模諧振器中枝節(jié)線長度，僅對其中偶模的諧振頻率產(chǎn)生變化，而保持其中奇模的諧振頻率不變。方環(huán)諧振器2的一根短路枝節(jié)線與半波長諧振器3的短路枝節(jié)線段通過一個接地柱5連接在一起。

所述平行耦合饋線，包括輸入平行耦合饋線1和輸出平行耦合饋線7，輸入平行耦合饋線1放置在方環(huán)諧振器(2)與半波長諧振器(3)相連接的接地柱5一側(cè)的間隙處，輸出平行耦合饋線7放置在接地柱5另一側(cè)的間隙處，輸入平行耦合饋線(1)和輸出平行耦合饋線(7)同時(shí)為兩個諧振器提供外部耦合，通過調(diào)節(jié)其耦合饋線的長度及其與每個諧振器的間隙實(shí)現(xiàn)對諧振器耦合強(qiáng)度的控制，使外部耦合的強(qiáng)度達(dá)到各自通帶性能和插入損耗指標(biāo)所需的要求。

所述端口饋線，包括特性阻抗均為50歐姆，即寬帶w為2.86mm的輸入端口饋線8和輸出端口饋線9。輸入端口饋線8與輸入平行耦合饋線1連接，輸出端口饋線9與輸出平行耦合饋線7連接，輸入端口饋線8和輸出端口饋線9折疊放置并添加有同樣的四分之一介質(zhì)波導(dǎo)波長的刺線，用于增加濾波器的傳輸零點(diǎn)，調(diào)節(jié)刺線的長度可使傳輸零點(diǎn)的位置處于兩通帶的中間頻點(diǎn)，提高濾波器的選擇性，優(yōu)化傳輸性能。

本發(fā)明的效果通過以下仿真結(jié)果進(jìn)一步說明：

利用全波電磁仿真軟件對本發(fā)明在1GHz-4GHz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，仿真其插入損耗和回?fù)軗p耗，結(jié)果如圖3。

從圖3可見，本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙通帶微帶濾波器在第一通帶中心頻率為1.5GHz處的插入損耗S₂₁為0.5dB，整個帶內(nèi)回?fù)軗p耗S₁₁優(yōu)于18dB，在第二通帶中心頻率為2.4GHz處的插入損耗S₂₁為0.6dB，整個帶內(nèi)回?fù)軗p耗S₁₁優(yōu)于17dB。