CN117317551A - 一种滤波器以及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及通信技术领域，公开了一种滤波器,所述滤波器包括第三微带线，所述第三微带线的一端与第一平行线的一端、第二平行线的一端，第三平行线的一端相连，所述第三微带线的另一端与第三开路枝节的一端相连；所述第一平行线的另一端与输入端和第一微带线的一端相连，所述第一微带线的另一端与第一开路枝节的一端相连；所述第二平行线的另一端与输出端和第二微带线的一端相连，所述第二微带线的另一端与第二开路枝节的一端相连；第三平行线的另一端接地。通过上述方式，本申请实施例能够使得宽双通带滤波器同时具有选择性好、结构紧凑、隔离度高、插入损耗小、通带中心频率比值小等特点。
Description
技术领域
本申请实施例涉及通信技术领域，特别是涉及一种滤波器以及通信设备。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，射频接收前端需要兼容不同的通信制式和提供更丰富的业务才能满足人们日益增长的数字化应用需求。在此背景下，对具有成本低、型面低、重量轻、易于集成的微带宽双通带滤波器的小型化和高选择性的研究，具有极高的科研和商用价值。
在实施本申请实施例的过程中，发明人发现：目前已报到的微带宽双通带滤波器，存在选择性差、结构不紧凑、隔离度差，插入损耗大等缺陷，严重限制其在现代无线通信系统中使用。
发明内容
本申请实施例主要解决的技术问题是提供一种滤波器，能够同时拥有宽双通带、选择性好、结构紧凑、隔离度高、插入损耗小、通带中心频率比值小等特点。
为解决上述技术问题，本申请实施例采用的一个技术方案是：提供一种滤波器，包括第三微带线，所述第三微带线的一端与第一平行线的一端、第二平行线的一端，第三平行线的一端相连，所述第三微带线的另一端与第三开路枝节的一端相连；所述第一平行线的另一端与输入端和第一微带线的一端相连，所述第一微带线的另一端与第一开路枝节的一端相连；所述第二平行线的另一端与输出端和第二微带线的一端相连，所述第二微带线的另一端与第二开路枝节的一端相连；第三平行线的另一端接地。
可选地，所述第一微带线、第二微带线、第一平行线、第二平行线和第三开路枝节平行放置，且均与第三微带线、第三平行线、第一开路枝节和第二开路枝节垂直放置。
可选地，所述输入端和输出端关于所述第三平行线对称设置，所述第一平行线和第二平行线关于所述第三平行线对称设置，所述第一微带线和第二微带线关于所述第三平行线对称设置，所述第一开路枝节和第二开路枝节关于所述第三平行线对称设置。
可选地，所述第一平行线由第一传输线和第二传输线组成；所述第二平行线由第三传输线和第四传输线组成；所述第三平行线由第五传输线和第六传输线组成；所述第一传输线的一端连接输入端，所述第二传输线的一端连接所述第四传输线的一端、第五传输线的一端和第三微带线的一端，所述第三传输线的一端连接输出端，所述第六传输线的一端接地；所述第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线相互平行且均与第五传输线和第六传输线垂直。
可选地，所述第一平行线的电长度、第二平行线的电长度、第三平行线的电长度均为所述滤波器两个通带之间的阻带中心频率对应的四分之一波长。
可选地，所述第一微带线的电长度和第一开路枝节的电长度之和为所述滤波器两个通带之间的阻带内第一个传输零点所对应的频率的四分之一波长，所述第二微带线的电长度和第二开路枝节的电长度之和为所述滤波器两个通带之间的阻带内第一个传输零点所对应的频率的四分之一波长。
可选地，所述第三微带线的电长度和第三开路枝节的电长度之和为所述滤波器两个通带之间的阻带内第二个传输零点所对应的频率的四分之一波长。
可选地，所述第一平行线的奇模特征阻抗与所述第二平行线的奇模特征阻抗相等，所述第一平行线的偶模特征阻抗和第二平行线的偶模特征阻抗相等。
可选地，所述第一微带线的特征阻抗、第二微带线的特征阻抗、第一开路枝节的特征阻抗和第二开路枝节的特征阻抗相等。
为解决上述技术问题，本申请实施例采用的另一个技术方案是：提供一种通信设备，包括上述任一项滤波器。
本申请实施例提供一种滤波器，包括第三微带线，所述第三微带线的一端与第一平行线的一端、第二平行线的一端，第三平行线的一端相连，所述第三微带线的另一端与第三开路枝节的一端相连；所述第一平行线的另一端与输入端和第一微带线的一端相连，所述第一微带线的另一端与第一开路枝节的一端相连；所述第二平行线的另一端与输出端和第二微带线的一端相连，所述第二微带线的另一端与第二开路枝节的一端相连；第三平行线的另一端接地。通过上述设置，可以形成一个选择性好、结构紧凑、隔离度高、插入损耗小、通带中心频率比值小的宽双通带滤波器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本申请实施例滤波器的拓扑结构；
图2是本申请实施例滤波器的一个布局版图；
图3是本申请实施例滤波器的奇模形式的拓扑结构；
图4是本申请实施例滤波器的偶模形式的拓扑结构；
图5是本申请实施例滤波器的另一个布局版图；
图6是本申请实施例滤波器的仿真结果参数图。
具体实施方式中的附图标号如下：100、滤波器；10、输入端；20、第一微带线；21、第二微带线；22、第三微带线；30、第一开路枝节；31、第二开路枝节；32、第三开路枝节；40、第一平行线；41、第二平行线；42、第三平行线；401、第一传输线；402、第二传输线；411、第三传输线；412、第四传输线；421、第五传输线；422、第六传输线；50、输出端。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1和图2，所述滤波器100包括第三微带线22，所述第三微带线22的一端与第一平行线40的一端、第二平行线41的一端，第三平行线42的一端相连，所述第三微带线22的另一端与第三开路枝节32的一端相连；所述第一平行线40的另一端与输入端10和第一微带线20的一端相连，所述第一微带线20的另一端与第一开路枝节30的一端相连；所述第二平行线41的另一端与输出端50和第二微带线21的一端相连，所述第二微带线21的另一端与第二开路枝节31的一端相连；第三平行线42的另一端接地。通过上述设置，可以形成一个选择性好、结构紧凑、隔离度高、插入损耗小、通带中心频率比值小的宽双通带滤波器100。
在本实施例中，所述第一微带线20、第二微带线21、第一平行线40、第二平行线41和第三开路枝节32平行放置，且均与第三微带线22、第三平行线42、第一开路枝节30和第二开路枝节31垂直放置；所述输入端10和输出端50关于所述第三平行线42对称设置，所述第一平行线40和第二平行线41关于所述第三平行线42对称设置，所述第一微带线20和第二微带线21关于所述第三平行线42对称设置，所述第一开路枝节30和第二开路枝节31关于所述第三平行线42对称设置。
请参阅图2，所述第一平行线40由第一传输线401和第二传输线402组成；所述第二平行线41由第三传输线411和第四传输线412组成；所述第三平行线42由第五传输线421和第六传输线422组成；所述第一传输线401的一端连接输入端10，所述第二传输线402的一端连接所述第四传输线412的一端、第五传输线421的一端和第三微带线22的一端，所述第三传输线411的一端连接输出端50，所述第六传输线422的一端接地；所述第一传输线401、第二传输线402、第三传输线411、第四传输线412相互平行且均与第五传输线421和第六传输线422垂直。所述第一平行线40的电长度、第二平行线41的电长度、第三平行线42的电长度均为所述滤波器100两个通带之间的阻带中心频率对应的四分之一波长。所述第一微带线20的电长度和第一开路枝节30的电长度之和为所述滤波器100两个通带之间的阻带内第一个传输零点所对应的频率的四分之一波长，所述第二微带线21的电长度和第二开路枝节31的电长度之和为所述滤波器100两个通带之间的阻带内第一个传输零点所对应的频率的四分之一波长。所述第三微带线22的电长度和第三开路枝节32的电长度之和为所述滤波器100两个通带之间的阻带内第二个传输零点所对应的频率的四分之一波长。所述第一平行线40的奇模特征阻抗与所述第二平行线41的奇模特征阻抗相等，所述第一平行线40的偶模特征阻抗和所述第二平行线41的偶模特征阻抗相等。所述第一微带线20的特征阻抗、第二微带线21的特征阻抗、第一开路枝节30的特征阻抗和所述第二开路枝节31的特征阻抗相等。
在本申请实施例中，所述第一平行线40的电长度、第二平行线的电长度41和第三平行线42的电长度均用θ表示，为滤波器100两个通带之间的阻带中心频率对应的四分之一波长；第一微带线20的电长度和第一开路枝节30的电长度之和以及第二微带线21的电长度和第二开路枝节31的电长度之和均用θ1表示；所述第三微带线22的电长度和第三开路枝节32的电长度用θ2表示；所述第一平行线40的奇模特征阻抗和第二平行线41的奇模特征阻抗均用表示；所述第一平行线40的偶模特征阻抗和第二平行线41的偶模特征阻抗均用表示；所述第三平行线42的奇模阻抗用/>表示；所述第三平行线42的偶模阻抗用/>表示；所述第一微带线20的特征阻抗、第二微带线21的特征阻抗、第一开路枝节30的特征阻抗、第二开路枝节31的特征阻抗均用Z1表示；所述第三微带线22的特征阻抗和第三开路枝节32的特征阻抗用Z2表示。
由于滤波器100可等效为对称结构，其传输极点可以用奇偶模分析的方式得出。为了简化分析，将θ1和θ2设置为等于θ。考虑到θ为所述滤波器100两个通带之间的阻带中心频率对应的四分之一波长，所述滤波器100的奇模形式的拓扑结构如图3所述。
当Yino＝∞时，所述滤波器100有两个奇模传输极点，且该两个奇模传输极点对应的频率分别为：
其中，f0为所述滤波器100为两个通带之间的阻带的中心频率。
请结合图4，图4为所述滤波器100的偶模形式的拓扑结构。当Yine＝0时，所述滤波器100有四个偶模传输极点，且该四个偶模传输极点对应的频率分别为：
其中
此处，f0为所述滤波器100为两个通带之间的阻带的中心频率。
在本申请中，所述滤波器100的传输零点可以通过以下方法算出：将组成拓扑结构的级联谐振器的ABCD矩阵依次相乘，得到该拓扑结构对应的ABCD矩阵；将该拓扑结构的ABCD矩阵转化为对应的S矩阵。当IS21I＝0时，可得出此拓扑结构有三个传输零点，且三个传输零点对应的频率分别为：
fz2＝f0
其中，f0为所述滤波器100为两个通带之间的阻带的中心频率。
由以上分析可知，在θ1和θ2等于θ的情况下，滤波器100拥有两个奇模传输极点、四个偶模传输极点和三个传输零点。且对于任意参数 和/>传输极点和传输零点的相对位置仅能满足以下关系：fz1<fep1<fop1<fep2<fz2＝f0<fop2<fep3<fep4<fz3。因此，所述滤波器100为双通带滤波器100，每一个通带内有三个传输极点以保证通带的平坦度，第一通带边的下方和第四通带边的上方均有一个传输零点，以保证高选择性；在第二通带边和第三通带边中间有一个传输零点，以形成一个窄阻带。很明显地，由于第二通带边和第三通带边之间仅有一个传输零点，其在第二通带边和第三通带边处的选择性不高。为提高此处的选择性，需要在两个通带中间的阻带添加传输零点。
在本发明实施例中，当参数和/>为确定值的时候，适当调整电长度θ1和θ2的取值不会改变滤波器100的带宽和中心频率，仅会改变两个通带中间的阻带内传输零点的数目和位置。当θ1和θ2的取值不相等的时候，此时两个通带中间的阻带内传输零点的数目为2。假设θ2＜θ1且λ为两个通带中间的阻带中心频率对应的一个波长时，两个通带之间的阻带处的第一传输零点对应的频率f2L和第二传输零点对应的频率f2H与两个通带之间的阻带中心频率f0之间的关系可表示为
由于适当改变电长度θ1和θ2的值不会改变所述滤波器100的带宽和中心频率，仅会改变两个通带中间的阻带内传输零点的数目和位置，因此，参数和/>无论如何改，传输零极点的相对位置fz1<fep1<fop1<fep2<f2L<f2H<fop2<fep3<fep4<fz3,不变，因此，当θ1和θ2的取值不相等的时候，可以设计出双通带滤波器100，并且在每一个通带内均有三个传输极点以保证平坦度，在阻带内有四个传输零点以保证高选择性和高隔离度。
请参阅图5，在一些实施例中，所述滤波器100被设计在介电损耗为0.0022，厚度为0.813mm的电路板上，且该电路板的尺寸为19.9mm*12.6mm。所述第一平行线40的长度和所述第二平行线41的长度均用lH表示，取值为8.1mm；所述第一传输线401和第二传输线402之间间隔的距离以及第三传输线411和第四传输线412之间间隔的距离均用sH表示，取值为0.1mm；所述第一传输线401的宽度、第二微带线402的宽度、第三微带线411的宽度、第四微带线412的宽度均用wH表示，取值为0.1mm；第三平行线42的长度用lV表示，取值为7.9mm；所述第五传输线421和第六传输线422之间间隔的距离用sV表示，取值为0.1mm；所述第五传输线421的宽度和第六传输线422的宽度均用wV表示，取值为0.1mm；所述第一微带线20的长度和第二微带线21的长度均用l1表示，取值为6.2mm；所述第一开路枝节30的长度和第二开路枝节31的长度均用l2表示，取值为2.2mm；第三微带线22的长度用l3表示，取值为1.9mm；所述第三开路枝节32的长度用l4表示，取值为6.1mm；所述第一微带线20的宽度、所述第二微带线21的宽度、所述第一开路枝节30的宽度、所述第二开路枝节31的宽度均用w1表示,取值为0.4mm；所述第三微带线22的宽度和第三开路枝节32的宽度均用w2表示，取值为0.1mm。
对于上述设计的滤波器100，其S参数仿真结果如图6所示。由图可知，在第一通带内，其反射系数小于-10dB的阻抗带宽范围为4.43到5.63GHz,通带中心频率为5.03GHz，通带绝对带宽为1.2GHz，通带相对带宽为23.9％；在其第二通带内，其反射系数小于-10dB的阻抗带宽范围为6.86到7.92GHz,通带中心频率为7.39GHz，通带绝对带宽为1.06GHz，通带相对带宽为14.3％。由此两个通带的带宽仿真可知，所述滤波器100是宽双通带滤波器100。在第一个通带内，最大插入损耗为0.78dB；在第二个通带内，最大插入损耗为0.89dB。由此可知，所述滤波器100具有低插入损耗特性。此外，在第一通带内有三个传输极点，分别位于4.52，4.99，5.58GHz；在第二通带内也有两个传输极点，分别位于7.04，7.31，7.82GHz。这六个传输极点可以保证通带内的平坦度。
在两个通带中间的阻带内，所述滤波器100隔离度大于15dB的阻带带宽范围为5.692到6.368GHz，阻带中心频率为6.03GHz，阻带绝对带宽为0.676GHz，阻带相对带宽为11.2％。
阻带内还有四个传输零点，分别位于4.22，5.99，6.38，8.16GHz。这四个传输零点不仅确保了宽双通带滤波器100的高选择性，也确保了阻带的高隔离度。
由综合仿真结果可知，对于第一通带相对带宽为23.9％，第二通带相对带宽为14.3％的双通带滤波器100，其两个通带的中心频率比值仅为1.47，具有通带中心频率比值小的特征。
本申请实施例提供一种滤波器100，包括第三微带线22，所述第三微带线22的一端与第一平行线40的一端、第二平行线41的一端，第三平行线42的一端相连，所述第三微带线22的另一端与第三开路枝节32的一端相连；所述第一平行线40的另一端与输入端10和第一微带线20的一端相连，所述第一微带线20的另一端与第一开路枝节30的一端相连；所述第二平行线41的另一端与输出端50和第二微带线21的一端相连，所述第二微带线21的另一端与第二开路枝节31的一端相连；第三平行线42的另一端接地。通过上述设置，可以形成一个选择性好、尺寸小、隔离度高、插入损耗小、通带中心频率比值小的宽双通带滤波器100。
本申请还提供了一种通信设备实施例，所述通信设备实施例请参阅上述滤波器100实施例，此处不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种滤波器，其特征在于，包括第三微带线，所述第三微带线的一端与第一平行线的一端、第二平行线的一端，第三平行线的一端相连，所述第三微带线的另一端与第三开路枝节的一端相连；所述第一平行线的另一端与输入端和第一微带线的一端相连，所述第一微带线的另一端与第一开路枝节的一端相连；所述第二平行线的另一端与输出端和第二微带线的一端相连，所述第二微带线的另一端与第二开路枝节的一端相连；第三平行线的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第一微带线、第二微带线、第一平行线、第二平行线和第三开路枝节平行放置，且均与第三微带线、第三平行线、第一开路枝节和第二开路枝节垂直放置。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，
所述输入端和输出端关于所述第三平行线对称设置，所述第一平行线和第二平行线关于所述第三平行线对称设置，所述第一微带线和第二微带线关于所述第三平行线对称设置，所述第一开路枝节和第二开路枝节关于所述第三平行线对称设置。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第一平行线由第一传输线和第二传输线组成；所述第二平行线由第三传输线和第四传输线组成；所述第三平行线由第五传输线和第六传输线组成；所述第一传输线的一端连接输入端，所述第二传输线的一端连接所述第四传输线的一端、第五传输线的一端和第三微带线的一端，所述第三传输线的一端连接输出端，所述第六传输线的一端接地；所述第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线相互平行且均与第五传输线和第六传输线垂直。
5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第一平行线的电长度、第二平行线的电长度、第三平行线的电长度均为所述滤波器两个通带之间的阻带中心频率对应的四分之一波长。
6.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第一微带线的电长度和第一开路枝节的电长度之和为所述滤波器两个通带之间的阻带内第一个传输零点所对应的频率的四分之一波长，所述第二微带线的电长度和第二开路枝节的电长度之和为所述滤波器两个通带之间的阻带内第一个传输零点所对应的频率的四分之一波长。
7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第三微带线的电长度和第三开路枝节的电长度之和为所述滤波器两个通带之间的阻带内第二个传输零点所对应的频率的四分之一波长。
8.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第一平行线的奇模特征阻抗与所述第二平行线的奇模特征阻抗相等，所述第一平行线的偶模特征阻抗和所述第二平行线的偶模特征阻抗相等。
9.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述第一微带线的特征阻抗、第二微带线的特征阻抗、第一开路枝节的特征阻抗和所述第二开路枝节的特征阻抗相等。
10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的滤波器。
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|---|---|---|---|---|
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-
2023
- 2023-10-31 CN CN202311440317.2A patent/CN117317551A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117767901A (zh) * | 2024-02-22 | 2024-03-26 | 长光卫星技术股份有限公司 | 开路短截线加载的带阻滤波器 |
| CN117767901B (zh) * | 2024-02-22 | 2024-05-28 | 长光卫星技术股份有限公司 | 开路短截线加载的带阻滤波器 |
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