阅读说明：本技术 工作频段可调的4通带滤波器 (4-passband filter with adjustable working frequency band ) 是由 王韧 于 2021-11-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种工作频段可调的4通带滤波器,包括中间微带线和位于中间微带线两侧的两个阶跃阻抗谐振器,阶跃阻抗谐振器均为E型微带结构；所述中间微带线中间断开,E型微带结构的中部微带线两侧分别设有竖直微带线,E型微带结构的开口朝向中间微带线,E型微带结构的中部微带线位于中间微带线中间的断开处。本发明提供了一种可实现4个通带的带通微带滤波器,分别由两个位于输入和输出端两侧的尺寸不同的E型SIR构成,每个E型SIR和同侧的交叉耦合线均可组成两个通带,因此该结构可以实现2组低频和高频的4个通带,通带频段由谐振环尺寸和交叉耦合线尺寸共同决定。(The invention discloses a 4-passband filter with an adjustable working frequency band, which comprises a middle microstrip line and two step impedance resonators positioned at two sides of the middle microstrip line, wherein the step impedance resonators are all E-shaped microstrip structures; the middle of the middle microstrip line is disconnected, vertical microstrip lines are arranged on two sides of the middle microstrip line of the E-shaped microstrip structure respectively, an opening of the E-shaped microstrip structure faces the middle microstrip line, and the middle microstrip line of the E-shaped microstrip structure is located at the disconnection position in the middle of the middle microstrip line. The invention provides a band-pass microstrip filter capable of realizing 4 pass bands, which is respectively composed of two E-shaped SIRs with different sizes positioned at two sides of an input end and an output end, wherein each E-shaped SIR and a cross coupling line at the same side can form two pass bands, so that the structure can realize 4 pass bands with 2 groups of low frequencies and high frequencies, and the pass band is jointly determined by the size of a resonance ring and the size of the cross coupling line.)

工作频段可调的4通带滤波器

技术领域

本发明涉及一种工作频段可调的4通带滤波器。

背景技术

随着通信系统的不断发展，对微带滤波器的要求也越来越高，其性能能够直接影响整个通信系统的质量。一般的双频段或者多频段无线通信系统中，每个频段上都使用一套独立的天线、滤波器和放大器等电子元器件。目前双频段或者多频段滤波器的设计主要有如下五个方法：

1、滤波器“并联”组合，即将两个主频率不同的带通滤波器“并联”起来，这两个带通滤波器分别有自己的输入端口和输出端口。

2、原型滤波器变换，即已知原型电路参数值，通过他们之间的变换来得到需要的电路参数。

3、利用耦合谐振器的寄生通带。

4、零点和极点综合，主要有两种方法，一种是利用带阻结构的特性在电路中生成传输零点的方法；另一种是通过给定的滤波器的零极点位置综合其响应特性曲线的系统函数综合法。

5、利用LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramics)技术，将两个滤波电路集成在一起制成三维电路基板，其表面还可以集成IC和有源器件。

由于无线通信系统的发展趋势为小型化，低功耗和高稳定性，因此双频段或者多频段无线通信系统中，每个频段上都使用一套独立的天线、滤波器和放大器等电子元器件会使得整个通信系统的体积，重量和功耗大大增加，并且多个天线、滤器和放大器等元件将降低整个系统运行的稳定性。而目前普遍采用的5种方法都存在一定的不足，例如将两个单频工作的滤波器“并联”，两个带通滤波器分别有自己的输入端口和输出端口，而系统需要单端口的输入和输出，所以需要将两个滤波器共用输入和输出端口，将引起的端口阻抗失配的问题，就须要在输入端增加输入阻抗匹配电路，如此将会增大滤波器的尺寸并引起过多的损耗。而原型滤波器变换，虽然设计方面比较简单，但是当两个通带的距离相近时，阻带的抑制能力较差。耦合谐振器的寄生通带的中心频率通常是主频通带中心频率的两倍至三倍，所以此方法较适用于两个通带频率相差较大的场合。零点和极点综合法中由于传输零点是在通带内部生成，零极点位置综合的方法也是如此，所以零点和极点综合的方法比较适合用于所需要的两个或几个通带的主频率相差比较小的情况。而LTCC技术会增加设计和加工难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现4个通带的带通微带滤波器，分别由两个位于输入和输出端两侧的尺寸不同的E型SIR构成，每个E型SIR和同侧的交叉耦合线均可组成两个通带，因此该结构可以实现2组低频和高频的4个通带，通带频段由谐振环尺寸和交叉耦合线尺寸共同决定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：工作频段可调的4通带滤波器，包括中间微带线和位于中间微带线两侧的两个阶跃阻抗谐振器，阶跃阻抗谐振器均为E型微带结构；所述中间微带线中间断开，E型微带结构的中部微带线两侧分别设有竖直微带线，E型微带结构的开口朝向中间微带线，E型微带结构的中部微带线位于中间微带线中间的断开处；

中间微带线的两端分别作为两个阶跃阻抗谐振器的公用输入端和输出端；竖直微带线作为交叉耦合微带线，其靠近中间微带线的一端设有开口，开口分别位于中间微带线中间断开处的两个端口处，交叉耦合微带线通过开口与中间微带线连接或断开。

进一步地，两个E型微带结构的大小不同；当大的E型微带结构的交叉耦合微带线与中间微带线连接，小的E型微带结构的交叉耦合微带线与中间微带线断开时，构成低频段的两个通带；反之则构成高频段的两个通带；或者E型微带结构的交叉耦合线微带线同时与中间微带线连接，实现4个通带同时工作。

本发明的有益效果是：本发明提供一种可实现4个通带的带通微带滤波器，4个通带可以分为低频和高频两组，分别由两个位于输入和输出端两侧的尺寸不同的E型阶跃阻抗谐振器(Stepped-Impedance Resonator,SIR)构成。两个SIR结构使用同一个输入输出端口，在该输入和输出端两侧加载有交叉耦合微带线，和两个E型SIR结构进行耦合。交叉耦合微带线上设置有开口，通过选择连接或者断开两侧的开口，可实现和两侧尺寸不同的E型SIR结构的偶合与否，实现在低频和高频两组工作频段之间进行选择，交叉耦合线上两端的开口也可以同时连接，实现4个通带同时工作。

附图说明

图1为本发明的4通带滤波器结构示意图；

图2为本发明的E型微带结构示意图；

图3为本发明的公用输入输出微带线和两侧的交叉耦合线示意图；

图4为本发明的4通带滤波器侧视图；

图5为本实施例形成的4个通带的S参数曲线图。

附图标记说明：1，2-共用输入端和输出端，3,4-E型微带结构，5-中间微带线，6，8-交叉耦合线，7,9-交叉耦合线开口，10-介质板，11-金属接地板。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图1、图2和图3所示，本发明的工作频段可调的4通带滤波器，包括中间微带线5和位于中间微带线两侧的两个阶跃阻抗谐振器(Stepped-Impedance Resonator,SIR)3和4，阶跃阻抗谐振器均为E型微带结构；所述中间微带线中间断开，E型微带结构的中部微带线两侧分别设有竖直微带线6和7，E型微带结构的开口朝向中间微带线，E型微带结构的中部微带线位于中间微带线中间的断开处；

中间微带线的两端1和2分别作为两个阶跃阻抗谐振器的公用输入端和输出端；竖直微带线作为交叉耦合微带线，其靠近中间微带线的一端设有开口8和9，开口分别位于中间微带线中间断开处的两个端口处，交叉耦合微带线通过开口与中间微带线连接或断开。

本发明的4通带滤波器位于介质板10上方，介质板10背面为金属接地板11。

两个E型微带结构的大小不同；当大的E型微带结构的交叉耦合微带线与中间微带线连接，小的E型微带结构的交叉耦合微带线与中间微带线断开时，构成低频段的两个通带；反之则构成高频段的两个通带；通过选择断开或连接两侧的开口可以选择哪一组带通滤波器工作，或者E型微带结构的交叉耦合线微带线同时与中间微带线连接，实现4个通带同时工作。

所述两个E型微带结构均由不同特性阻抗的多个微带线串接而成，其等效图如图4所示。中间的微带线等效于E型微带结构的中间横向微带线，对应电长度为2θ₁，对应的特性阻抗为Z₁；两端部分的微带线分别等效于型微带结构两端竖向的微带线，其对应电长度分别为θ₂，对应特性阻抗为Z₂；E型微带结构中部的微带线为附加结构，其目的是与两侧的竖直微带线形成耦合效果；阻抗比为K＝Z₂/Z₁＞1，将E型微带结构看成为三个二端口网络级联，输入端导纳为：

Y₂为θ₂微带线的导纳，即Z₂的倒数；

当Y_in＝0时，获得谐振条件：根据(1)式，得到K＝tanθ₁·tanθ₂；

设θ₁＝θ₂＝θ，那么E型微带结构两端部分长度应该为中间部分长度为2θ；并且此时(1)式的输入导纳变成：

每个交叉耦合结构和中间微带线组成的结构能够提供3个传输零点：中间微带线连接任意向上或者向下的交叉耦合线，例如中间微带线和向上的两根交叉耦合线相连，其余结构(包括上下两个E型微带结构)全部去掉时，1端口输入，2端口输出，就会形成3个频点无输出的现象，形成3个传输零点。两根交叉耦合线相当于加载枝节线，起到电感作用。耦合线之间的空隙相当于电容，共同构成并联电感电容结构，实现3个频点滤波功能，对应的三个谐振为f₂、f₃和f₄。

设E型微带结构的基本谐振频率为f₁，前三个高次谐振为f₂、f₃和f₄对应的电长度分别为θ₂、θ₃和θ₄，当满足谐振条件Y_in＝0时，由(2)式获得：

Ktanθ₂＝∞

tan²θ₃-K＝0 (3)

tanθ₄＝0

由(3)式得到：

那么有：

根据(5)式知，SIR结构的高次谐振频率出现位置取决于阻抗比K，而阻抗比K又可以通过调节图1所示的SIR结构两端和中间的尺寸来调节，因此可以通过调节SIR结构的尺寸，来实现谐振频点的调整。

图5为本实施例形成的4个通带的S参数曲线图，其中，(a)为只连接上部交叉耦合，大的E型微带结构时，形成两个低频通带的S参数曲线图；(b)为只连接下部交叉耦合，小的E型微带结构时，形成两个高频通带的S参数曲线图。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。