CN204205007U - 基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，包括第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器、第一传输线、第二传输线、第一输入输出端口I/O、第二输入输出端口I/O，第一传输线一端与第一输入输出端口I/O连接，另一端与第二传输线一端连接，第二传输线另一端与第二输入输出端口I/O连接；第一阶跃阻抗谐振器分别与第一输入输出端口I/O和第一传输线一端连接，第二阶跃阻抗谐振器分别与第一传输线另一端和第二传输线一端连接，第三阶跃阻抗谐振器分别与第二传输线另一端和第二输入输出端口I/O连接。本实用新型可以获得两个宽带宽的阻带，并且阻带具有优异的边缘选择性。

Description

基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器

技术领域

本实用新型涉及高频组件的技术领域，尤其是指一种基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器。

背景技术

由于无线通信技术的迅速发展以及人们对无线通信的需要日益增加，当今市场2G、3G、4G网络并存，许多无线终端，比如移动电话、平板电脑等，在设计时都希望能兼容多个通信标准，这就可以让终端用户同时享受不同运营商提供的服务。多频滤波器在一个电路上同时实现多个通带或者阻带，能显著减小电路尺寸并降低成本，因此是一个研究的热点。

随着近年来无线信息产业的蓬勃发展，微波频谱资源越来越匮乏，频带的划分越来越精细，利用率越来越高，为了适应合理的频谱应用以及提高无线通信系统的性能，带阻滤波器成为了电路系统里重要的组成部分之一，其性能的优劣也很大程度决定了系统的工作质量。带阻滤波器是指能通过大部分频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带通滤波器的概念相对。带阻滤波器广泛应用于无线通信系统中，用来抑制高功率发射机的杂散输出以及非线性功放或带通滤波器产生的寄生通带等。

扩展带宽对于提升通信速度有着重要意义。由于宽带通信的发展，无线通信工业对宽带器件的需求越来越多。然而，现在却很少有关于双频的宽带带阻滤波器的设计。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，通过使用三个阶跃阻抗谐振器，可以获得两个宽带宽的阻带，并且阻带具有优异的边缘选择性，可以大大提高滤波效果。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，包括有第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器、第一传输线、第二传输线、第一输入输出端口I/O、第二输入输出端口I/O，其中，所述第一传输线的一端与第一输入输出端口I/O连接，其另一端与第二传输线的一端连接，所述第二传输线的另一端与第二输入输出端口I/O连接，信号从其中一个输入输出端口I/O馈入，从另一个输入输出端口I/O输出；所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器间隔并排，所述第一阶跃阻抗谐振器分别与第一输入输出端口I/O和第一传输线的一端连接，所述第二阶跃阻抗谐振器分别与第一传输线的另一端和第二传输线的一端连接，所述第三阶跃阻抗谐振器分别与第二传输线的另一端和第二输入输出端口I/O连接；所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器均由两条宽窄不一的传输线串接而成。

所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器的输入阻抗Z_in通过下面的公式计算出来：

$Z_{\mathrm{in}}=j{Z}_A\frac{Z_A\tan {\mathrm{\θ}}_A-Z_B\cot {\mathrm{\θ}}_B}{Z_A+Z_B\tan {\mathrm{\θ}}_A\cot {\mathrm{\θ}}_B}---\left(1\right)$

式中，j为虚数单位，Z_A、Z_B分别为阶跃阻抗谐振器的两条传输线的阻抗，θ_A、θ_B分别为阶跃阻抗谐振器的两条传输线的电长度；

通过令Z_in＝0可求得阶跃阻抗谐振器的谐振条件为：

$\frac{Z_A}{Z_B}=\frac{\cot {\mathrm{\θ}}_B}{\tan {\mathrm{\θ}}_A}---\left(2\right)$

由两条传输线构成的阶跃阻抗谐振器在谐振时可以产生两个可控的传输零点，因此，所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器共可以产生六个传输零点，传输零点的频率可由上面公式(1)、(2)求得，也就是说，两个传输零点的位置均可以由阶跃阻抗谐振器的阻抗(Z_A，Z_B)和电长度(θ_A，θ_B)完全控制。

所述第一阶跃阻抗谐振较宽的那条传输线分别与第一输入输出端口I/O和第一传输线的一端连接。

所述第二阶跃阻抗谐振较窄的那条传输线分别与第一传输线的另一端和第二传输线的一端连接。

所述第三阶跃阻抗谐振较窄的那条传输线分别与第二传输线的另一端和第二输入输出端口I/O连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、现在技术的带阻滤波器一般仅能实现宽带带阻，或者实现双频带阻，却难以同时实现宽带和双频，而本实用新型提出的滤波器结构，可以方便地实现双频宽带带阻响应；

2、本实用新型提出的滤波器结构简单，便于设计与调试，通过调整阶跃阻抗谐振器的阻抗比和长度，可以很好地控制两个阻带的频率比和带宽比；

3、本实用新型提出的双频宽带带阻滤波器，两个阻带都有优异的边缘选择性，可以大大提高滤波效果；

4、本实用新型提出的双频宽带带阻滤波器可用于多标准多频率的通信系统中，有效减小通信系统体积并降低成本。

附图说明

图1为本实用新型所述双频宽带带阻滤波器的结构示意图。

图2为一个阶跃阻抗谐振器的示意图。

图3为本实用新型所述双频宽带带阻滤波器的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例所述的基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，包括有第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器、第一传输线7、第二传输线8、第一输入输出端口I/O9、第二输入输出端口I/O10，其中，所述第一传输线7的一端与第一输入输出端口I/O9连接，其另一端与第二传输线8的一端连接，所述第二传输线8的另一端与第二输入输出端口I/O10连接，信号从其中一个输入输出端口I/O馈入，从另一个输入输出端口I/O输出。所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器间隔并排，所述第一阶跃阻抗谐振器分别与第一输入输出端口I/O9和第一传输线7的一端连接，所述第二阶跃阻抗谐振器分别与第一传输线7的另一端和第二传输线8的一端连接，所述第三阶跃阻抗谐振器分别与第二传输线8的另一端和第二输入输出端口I/O10连接。

所述第一阶跃阻抗谐振器由宽窄不一的两条传输线1、4串接而成，其中，传输线1较窄，传输线4较宽，该传输线4分别与第一输入输出端口I/O9和第一传输线7的一端连接。

所述第二阶跃阻抗谐振器由宽窄不一的两条传输线2、5串接而成，其中，传输线2较宽，传输线5较窄，该传输线5分别与第一传输线7的另一端和第二传输线8的一端连接。

所述第三阶跃阻抗谐振器由宽窄不一的两条传输线3、6串接而成，其中，传输线3较宽，传输线6较窄，该传输线6分别与第二传输线8的另一端和第二输入输出端口I/O10连接。

在本实施例中，所有传输线在工业实际应用中可以使用微带线、带状线等常见工艺实现。

如图2所示，所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器的输入阻抗Z_in可以通过下面的公式计算出来：

$Z_{\mathrm{in}}=j{Z}_A\frac{Z_A\tan {\mathrm{\θ}}_A-Z_B\cot {\mathrm{\θ}}_B}{Z_A+Z_B\tan {\mathrm{\θ}}_A\cot {\mathrm{\θ}}_B}---\left(1\right)$

式中，j为虚数单位，Z_A、Z_B分别为阶跃阻抗谐振器的两条传输线的阻抗，θ_A、θ_B分别为阶跃阻抗谐振器的两条传输线的电长度；

通过令Z_in＝0可求得阶跃阻抗谐振器的谐振条件为：

$\frac{Z_A}{Z_B}=\frac{\cot {\mathrm{\θ}}_B}{\tan {\mathrm{\θ}}_A}---\left(2\right)$

由两条传输线构成的阶跃阻抗谐振器在谐振时可以产生两个可控的传输零点，因此，所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器共可以产生六个传输零点，传输零点的频率可由上面公式(1)、(2)求得，也就是说，两个传输零点的位置均可以由阶跃阻抗谐振器的阻抗(Z_A，Z_B)和电长度(θ_A，θ_B)完全控制。根据指标需求设置这六个零点的位置，则可以实现性能优异的双频宽带带阻滤波器。

在本实施例中，给定第一阻带3dB带宽为450MHz～1941MHz(1491MHz,124％)，第二阻带3dB带宽为2095MHz～3550MHz(1255MHz,51.6％)。通过公式(1)、(2)以及软件仿真微调，可以得到最优化的零点分布。通过优化后，图1中滤波器的设计参数为：Z₁＝23Ω,θ₁＝90°,Z₂＝450.8Ω,θ₂＝90°,Z₃＝151.2Ω,θ₃＝90°,Z₄＝27Ω,θ₄＝90°,Z₅＝62Ω,θ₅＝90°,Z₆＝31Ω,θ₆＝90°,Z₇＝163Ω,θ₇＝90°。

使用电路仿真软件AWR-Microwave Office的仿真结果如图3所示。其中，横轴表示本实用新型的双频宽带带阻滤波器的信号频率，纵轴表示幅值，包括插入损耗(S₂₁)的幅值和回波损耗(S₁₁)的幅值。S₂₁表示通过本实用新型的双频宽带带阻滤波器的信号的输入功率与信号的输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：输出功率/输入功率(dB)＝20×log|S₂₁|。在本实用新型的双频宽带带阻滤波器的信号传输过程中，信号的部分功率被反射回信号源，被反射的功率成为反射功率。S₁₁表示通过本实用新型的双频宽带带阻滤波器的信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系，其相应的数学函数如下：反射功率/入射功率＝20×log|S₁₁|。

本实用新型包括并不仅限于上述给出的实施方案，本领域技术人员在本实用新型的构思下，在不脱离本实用新型原理的前提下，可作出不同的变形和替换，例如使用不同的工艺来实现本实用新型提出的滤波器结构(如微带线，带状线，槽线等)，改变设计参数的值，增加滤波器的阶数等，这些变形和替换也属于本专利保护范围。

Claims (5)

1.基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，其特征在于：包括有第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器、第一传输线(7)、第二传输线(8)、第一输入输出端口I/O(9)、第二输入输出端口I/O(10)，其中，所述第一传输线(7)的一端与第一输入输出端口I/O(9)连接，其另一端与第二传输线(8)的一端连接，所述第二传输线(8)的另一端与第二输入输出端口I/O(10)连接，信号从其中一个输入输出端口I/O馈入，从另一个输入输出端口I/O输出；所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器间隔并排，所述第一阶跃阻抗谐振器分别与第一输入输出端口I/O(9)和第一传输线(7)的一端连接，所述第二阶跃阻抗谐振器分别与第一传输线(7)的另一端和第二传输线(8)的一端连接，所述第三阶跃阻抗谐振器分别与第二传输线(8)的另一端和第二输入输出端口I/O(10)连接；所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器均由两条宽窄不一的传输线串接而成。

2.根据权利要求1所述的基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，其特征在于：所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器的输入阻抗Z_in通过下面的公式计算出来：

$Z_{\mathrm{in}}={\mathrm{jZ}}_A\frac{Z_A\tan {\mathrm{\θ}}_A-Z_B\cot {\mathrm{\θ}}_B}{Z_A+Z_B\tan {\mathrm{\θ}}_A\cot {\mathrm{\θ}}_B}---\left(1\right)$

式中，j为虚数单位，Z_A、Z_B分别为阶跃阻抗谐振器的两条传输线的阻抗，θ_A、θ_B分别为阶跃阻抗谐振器的两条传输线的电长度；

通过令Z_in＝0可求得阶跃阻抗谐振器的谐振条件为：

$\frac{Z_A}{Z_B}=\frac{\cot {\mathrm{\θ}}_B}{\tan {\mathrm{\θ}}_A}---\left(2\right)$

由两条传输线构成的阶跃阻抗谐振器在谐振时可以产生两个可控的传输零点，因此，所述第一阶跃阻抗谐振器、第二阶跃阻抗谐振器、第三阶跃阻抗谐振器共可以产生六个传输零点，传输零点的频率可由上面公式(1)、(2)求得，也就是说，两个传输零点的位置均可以由阶跃阻抗谐振器的阻抗(Z_A，Z_B)和电长度(θ_A，θ_B)完全控制。

3.根据权利要求1所述的基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，其特征在于：所述第一阶跃阻抗谐振较宽的那条传输线分别与第一输入输出端口I/O(9)和第一传输线(7)的一端连接。

4.根据权利要求1所述的基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，其特征在于：所述第二阶跃阻抗谐振较窄的那条传输线分别与第一传输线(7)的另一端和第二传输线(8)的一端连接。

5.根据权利要求1所述的基于多阶跃阻抗谐振器加载结构的双频宽带带阻滤波器，其特征在于：所述第三阶跃阻抗谐振较窄的那条传输线分别与第二传输线(8)的另一端和第二输入输出端口I/O(10)连接。