阅读说明：本技术 一种高选择性双通带滤波器 (High-selectivity dual-passband filter ) 是由 王建朋 顾辉 葛磊 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高选择性双通带滤波器。所述高选择性双通带滤波器包括第一基板、第二基板、两枝节加载环形谐振器。本发明技术方案通过在第一基板和第二基板之间设置两个枝节加载环形谐振器,两个枝节加载环形谐振器关于第一基板的短边中轴线对称设置,且两个枝节加载环形谐振器相互耦合,其中,馈电信号自一个枝节加载环形谐振器进入,经过频率选择后的信号自另一个枝节加载环形谐振器输出,利用一对耦合的枝节加载环形谐振器,可在观测频段产生12个传输零点,从而能够实现陡峭的频带边沿、较高的通带间隔离度以及宽范围内的阻带抑制。(The invention provides a high-selectivity dual-passband filter. The high-selectivity dual-passband filter comprises a first substrate, a second substrate and two branch-loaded ring resonators. According to the technical scheme, two branch loading ring resonators are arranged between a first substrate and a second substrate, the two branch loading ring resonators are symmetrically arranged about a short side central axis of the first substrate, and the two branch loading ring resonators are mutually coupled, wherein a feed signal enters from one branch loading ring resonator, a signal subjected to frequency selection is output from the other branch loading ring resonator, and 12 transmission zeros can be generated in an observation frequency band by utilizing a pair of coupled branch loading ring resonators, so that steep frequency band edges, high isolation between passbands and stop band suppression in a wide range can be realized.)

一种高选择性双通带滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种高选择性双通带滤波器。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，电磁环境日益复杂，频谱资源愈加紧张。

为了获得高可靠性、高速率以及大容量的通讯传输能力，提升通信系统中硬件设备的性能至关重要。由于电磁波频谱资源有限，可用频段越来越拥挤，为了避免不同频率信号之间的串扰，具有频率选择或抑制功能的滤波器在无线通信系统中必不可少。

现有的双通带滤波器设计技术无法兼顾通带间高隔离度、加宽通带的带宽和阻带抑制等性能，无法满足无线通信系统的一些高性能需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高选择性双通带滤波器，旨在解决现有的双通带滤波器设计技术无法兼顾通带间高隔离度、加宽通带的带宽和阻带抑制等性能的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种高选择性双通带滤波器，所述高选择性双通带滤波器包括：

依次层叠设置的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板相互远离的表面上各设置有接地板，以形成带状线结构；

两枝节加载环形谐振器，两所述枝节加载环形谐振器均设置于所述第一基板和所述第二基板之间，两所述枝节加载环形谐振器耦合设置，其中一个所述枝节加载环形谐振器接收馈电信号，另一个所述枝节加载环形谐振器输出经过所述滤波器频率选择后的信号，两所述枝节加载环形谐振器用于产生两通带内的四个传输极点及两通带外的传输零点，从而能够加宽通带的带宽和提高阻带抑制。

优选的，每个所述枝节加载环形谐振器均包括：

阶梯阻抗闭合环，其中一个所述阶梯阻抗闭合环接收馈电信号，另一个所述阶梯阻抗闭合环输出经过所述滤波器频率选择后的信号，两所述阶梯阻抗闭合环之间的耦合用于控制通带的带宽和阻带的抑制；

T形枝节，所述T形枝节一端加载于所述阶梯阻抗闭合环上，所述T形枝节用于控制两个通带的传输极点和通带两侧的传输零点。

优选地，两个阶梯阻抗闭合环间隔设置，两所述阶梯阻抗闭合环之间的间距越小，则通带的带宽越大。

优选地，所述T形枝节的阻抗值越大，两个通带之间的频率间距越小。

优选地，每一所述阶梯阻抗闭合环包括：

第一平行带；

第二平行带，所述第一平行带的两端与所述第二平行带的两端连接，以形成环状结构，所述第一平行带与所述第二平行带的连接位置用于接收馈电信号或者输出经过所述滤波器频率选择后的信号，所述第一平行带的阻抗和所述第二平行带的阻抗不同，且所述第一平行带的电长度和所述第二平行带的电长度相同，所述第一平行带的阻抗和所述第二平行带的阻抗之间的比值越大，两个通带之间的频率间距越小。

优选地，所述T形枝节包括：

开路枝节，所述开路枝节与所述第二平行带平行设置；

中线加载条带，所述中线加载条带的两端连接所述开路枝节和所述第二平行带。

优选地，所述中线加载条带的两端连接所述开路枝节的中心位置和所述第二平行带的中心位置。

优选地，所述开路枝节的阻抗与所述第二平行带的阻抗不同，所述开路枝节的阻抗与所述第二平行带的阻抗之间比值越大，两个通带之间的间距越小。

优选地，所述高选择性双通带滤波器还包括：

输入端口馈线，所述输入端口馈线与其中一个所述阶梯阻抗闭合环电性连接，所述输入端口馈线接收馈电信号；

输出端口馈线，所述输出端口馈线与另外一个所述阶梯阻抗闭合环电性连接，所述输出端口馈线输出经过所述滤波器频率选择后的信号。

优选地，所述输入端口馈线上开设有第一探针凹槽，所述输出端口馈线上开设有第二探针凹槽，所述第一探针凹槽和所述第二探针凹槽用于在测试时分别***馈电探针。

本发明技术方案通过在第一基板和第二基板之间设置两个枝节加载环形谐振器，两个枝节加载环形谐振器关于第一基板的短边中轴线对称设置，且两个枝节加载环形谐振器相互耦合，其中,馈电信号自一个枝节加载环形谐振器进入，经过频率选择后的信号自另一个枝节加载环形谐振器输出，利用一对耦合的枝节加载环形谐振器，可在观测频段产生12个传输零点，从而能够实现陡峭的频带边沿、较高的通带间隔离度以及宽范围内的阻带抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明高选择性双通带滤波器一实施例的结构示意图；

图2为本发明高选择性双通带滤波器另一实施例的结构示意图；

图3为本发明高选择性双通带滤波器又一实施例的结构示意图；

图4为本发明高选择性双通带滤波器一实施例的S参数仿真示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出了一种高选择性双通带滤波器100。

如图1至图2所示，所述高选择性双通带滤波器100包括：依次层叠设置的第一基板1和第二基板2，所述第一基板1和所述第二基板2相互远离的表面上各设置有接地板(图未示)，以形成带状线结构；两枝节加载环形谐振器3，两所述枝节加载环形谐振器3均设置于所述第一基板1和所述第二基板2之间，两所述枝节加载环形谐振器3耦合设置，其中一个所述枝节加载环形谐振器3接收馈电信号，另一个所述枝节加载环形谐振器3用于输出经过所述滤波器100频率选择后的信号，两所述枝节加载环形谐振器100用于产生两通带内的四个传输极点及两通带外的传输零点，从而能够加宽通带的带宽和提高阻带抑制。

随着现代无线通信技术的快速发展，电磁环境日益复杂，频谱资源愈加紧张。为了获得高可靠性、高速率以及大容量的通讯传输能力，提升通信系统中硬件设备的性能至关重要。由于电磁波频谱资源有限，可用频段越来越拥挤，为了避免不同频率信号之间的串扰，具有频率选择或抑制功能的滤波器在无线通信系统中必不可少。作为双频通信系统的关键器件之一，高选择性双通带滤波器100在其实现方法、综合理论、性能提升以及尺寸缩小等方面的研究都受到了广泛的关注。

为了实现低成本、高性能、小型化的设计目标，国内外专家学者对双通带滤波器的设计进行了大量的研究。基于不同的应用背景，如移动通信基站与终端，或者卫星通信中的卫星端、地面端和用户端，滤波器的设计形式常常多种多样，比如利用微带线或微带贴片、波导或基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)、高温超导(HighTemperature Superconductor,HTS)、和介质谐振器(Dielectric Resonator,DR)等，在这些双通带滤波器设计中，大多数着眼于两个通带的频率比和带宽比可控制性，而关于两个通带之间的隔离水平以及上下阻带的抑制性能的研究相对较少，甚至没有二者性能同时兼顾的双通带滤波器。

鉴于此，本实施例中，利用第一基板1和第二基板2层叠设置，并在第一基板1和第二基板2相互远离的表面上各设置接地板，第一接地板和第二接地板之间形成带状线结构，例如，第一基板1和第二基板2可以采用PCB板，而带状线结构可使第一基板1和第二基板2之间具有自封装特性，保障信号的稳定传输。可以理解的是，第一基板1和第二基板2的尺寸均可以设置成0.51导波长(λg)*0.16导波长(λg)，使第一基板1和第二基板2结构紧凑。其次，在第一基板1和第二基板2之间设置两个枝节加载环形谐振器3，两个枝节加载环形谐振器3关于第一基板1的短边中轴线对称设置，且两个枝节加载环形谐振器3相互耦合，其中一个枝节加载环形谐振器3接收馈电信号，另一个枝节加载环形谐振器3输出经过所述滤波器100频率选择后的信号，其中,馈电信号自一个枝节加载环形谐振器3进入，经过频率选择后的信号自另一个枝节加载环形谐振器3输出，两枝节加载环形谐振器3均用于产生两通带内的四个传输极点及两通带外的传输零点，从而能够加宽通带的带宽和提高阻带抑制。具体为，利用一对耦合的枝节加载环形谐振器3，可在观测频段产生12个传输零点，从而能够实现陡峭的频带边沿、较高的通带间隔离度以及宽范围内的阻带抑制。

可以理解的是，枝节加载环形谐振器3可以是阶梯阻抗形式枝节加载环形谐振器3，通过阻抗比对两个通带频率的位置进行控制，具体可参照下述实施例，在此先不作具体详述。

具体地，每个所述枝节加载环形谐振器3均包括：阶梯阻抗闭合环31，其中一个所述阶梯阻抗闭合环31接收馈电信号，另一个所述阶梯阻抗闭合环31输出经过所述滤波器100频率选择后的信号，两所述阶梯阻抗闭合环31之间的耦合用于控制通带的带宽和阻带的抑制；T形枝节32，所述T形枝节32设置于所述阶梯阻抗闭合环31上，所述T形枝节32用于控制两个通带的传输极点和通带两侧的传输零点。本实施例中，可设置两个阶梯阻抗闭合环31，两个阶梯阻抗闭合环31对称设置，两个阶梯阻抗闭合环31用于陡峭的频带边沿、宽范围内的阻带抑制，其次，另外设置两个T形枝节32，两个T形枝节32分别设置于两个阶梯阻抗闭合环31上，用于控制两个通带的传输极点和通带两侧的传输零点，以形成较高的通带间隔离度。

具体地，两个阶梯阻抗闭合环31间隔设置，两所述阶梯阻抗闭合环31之间的间距越小，则通带的带宽越大。本实施例中，由于两个阶梯阻抗闭合环31之间相互耦合，因此，两个阶梯阻抗闭合环31之间的间距决定通带的带宽，即两个阶梯阻抗闭合环31之间间距越小，则两个阶梯阻抗闭合环31之间的耦合强度越大，则本发明的高选择性双通带滤波器100可实现通带带宽越大。

具体地，所述T形枝节32的阻抗值越大，两个通带之间的频率间距越小。本实施例中，可以通过改变T形枝节32的整体阻抗，进而调节两个通带的频率位置，并且阻抗越大，两个通带之间频率间距越小。

具体地，每一所述阶梯阻抗闭合环31包括：第一平行带311；第二平行带312，所述第一平行带311的两端与所述第二平行带312的两端连接，以形成环状结构，所述第一平行带311与所述第二平行带312的连接位置用于接收馈电信号或者输出经过所述滤波器100频率选择后的信号，所述第一平行带311的阻抗和所述第二平行带312的阻抗不同，且所述第一平行带311的电长度和所述第二平行带312的电长度相同，所述第一平行带311的阻抗和所述第二平行带312的阻抗之间的比值越大，两个通带之间的频率间距越小。本实施例中，每个阶梯阻抗闭合环31包括第一平行带311和第二平行带312，可在第一平行带311的两端和第二平行带312的两端设置短边微带线，使其形成环状结构，第一平行带311与第二平行带312的连接位置可用于接收馈电信号或者输出经过所述滤波器100频率选择后的信号，使第一平行带311和第二平行带312的阻抗设置成不同值，第一平行带311的电长度和所述第二平行带312的电长度相同，且电长度值为两通带间中心频率处的半波长。

可以理解的是，每个通带都具有中心频率，则第一平行带311的中心频率的值加上第二平行带312的中心频率的值的和，再除以2，得出两个中心频率的平均值，第一平行带311的阻抗和第二平行带312的阻抗之间的比值越大，该平均值越小。

具体地，所述T形枝节32包括：开路枝节321，所述开路枝节321与所述第二平行带312平行设置；中线加载条带322，所述中线加载条带322的两端连接所述开路枝节321和所述第二平行带312。本实施例中，开路枝节321用于产生多个传输零点，而中线加载条带322用于连接开路枝节321和第二平行带312。

具体地，所述中线加载条带322的两端连接所述开路枝节321的中心位置和所述第二平行带312的中心位置。作为一个可选实施例，开路枝节321与中线加载条带322垂直，且中线加载条带322的两端连接开路枝节321的中心位置和第二平行带312的中心位置，开路枝节321长度的二分之一与中线加载条带322的长度之和为四分之一导波长，以使信号传输更加稳定。

具体地，所述开路枝节321的阻抗与所述第二平行带312的阻抗不同，所述开路枝节321的阻抗与所述第二平行带312的阻抗之间比值越大，两个通带之间的间距越小。本实施例中，使开路枝节321的阻抗和第二平行带312的阻抗设置成不同值，两者的阻抗比值越大，两个通带的间距越小，反之则越大。

具体地，所述高选择性双通带滤波器100还包括：输入端口馈线4，所述输入端口馈线4与其中一个所述阶梯阻抗闭合环31电性连接，所述输入端口馈线4接收馈电信号；输出端口馈线5，所述输入端口馈线5与另外一个所述阶梯阻抗闭合环31电性连接，所述输入端口馈线5输出经过所述滤波器100频率选择后的信号。本实施例中，输入端口馈线4与其中一个所述阶梯阻抗闭合环31电性连接，用于接收馈电信号，而输出端口馈线5与另一个所述阶梯阻抗闭合环31电性连接，用于输出经过所述滤波器100频率选择后的信号。例如：第一平行带311与所述第二平行带312形成方形环状结构，第一平行带311与所述第二平行带312的连接位置形成两条对称短边，两条对称短边可以分别与输入端口馈线4和输出端口馈线5连接。

可以理解的是，输入端口馈线4和输出端口馈线5可以关于第一基板1的短边中轴线对称设置，也可不对称设置，在此不做限定。

具体地，所述输入端口馈线4上开设有第一探针凹槽A，所述输出端口馈线5上开设有第二探针凹槽B，所述第一探针凹槽A和所述第二探针凹槽B用于在测试时分别***馈电探针。本实施例中，输入端口馈线4上开设第一探针凹槽A，输出端口馈线5上开设第二探针凹槽B，以便于通过第一探针凹槽A内插置馈电探针、第二探针凹槽B内插置馈电探针，以便于与外接设备进行通信连接。

如图3所示，作为一个可选实施例，第一基板1和第二基板2的介电常数为2.2，且厚度为1.75mm，损耗角正切为0.0009，第一平行带311的长度L1为38.7mm，第一平行带311的宽度W1为0.4mm，第一平行带311与第二平行带312之间的间距W2为1mm，第二平行带312与开路枝节321之间的间隙L3为2mm，中线加载条带322的宽度W3为3.5mm，输入端口馈线4至中线加载条带322范围内的开路枝节321的长度L4为18mm，开路枝节321减去L4和W3剩下的长度L5为17.5mm，输入端口馈线4的长度Lp1为8.5mm，输入端口馈线4与第一平行线或者第二平行线之间的长度Lp2＝为3.6mm，输出端口馈线5的宽度Wp为2.6mm，第一探针凹槽A的深度Ls为2.5mm，第二探针凹槽B的直径Ws为0.5mm，两个第一平行带311之间的间距g为1mm。

设定第一基板1和第二基板2面积相同，均为41*12.8mm²，对应的导波长尺寸为0.51λg×0.16λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。

本实施例的高选择性双通带滤波器100是在电磁仿真软件中建模仿真测试，电磁仿真软件例如Ansys EM 18.0，如图4所示为本实施例中高选择性双通带滤波器100的S参数仿真图，从图中可以看出，该高选择性双通带滤波器100的两个通带的中心频率分别为1.93GHz和3.165GHz(频率比1.64)，对应各自的3-dB分数带宽分别为9.3％和4.1％，带内的回波损耗分别大于24.7dB和28.9dB，最小的***损耗分别为0.48dB和0.86dB。下阻带的三个传输零点分别位于0GHz、0.75GHz和1.62GHz，阻带抑制水平为21.5dB；

两个通带中间的三个传输零点分别位于2.16GHz、2.51GHz和3GHz，抑制水平为25dB，3-dB阻带带宽与25-dB阻带带宽的比值为1.2；

上阻带的六个传输零点分别位于3.43GHz、4.22GHz、5.01GHz、5.11GHz、5.71GHz和6.61GHz，抑制水平为21dB，该水平下阻带的相对带宽为66.8％。

综上所述，本发明高选择性双通带滤波器100利用一对耦合的枝节加载环形谐振器3产生多个传输零点，实现了高选择性、高通带隔离度和宽阻带的滤波性能，并且该高选择性双通带滤波器100的结构紧凑，加工成本低，自带封装特性，频率比和带宽均可控。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。