CN211957852U

CN211957852U - 一种基于共面波导传输线的滤波器

Info

Publication number: CN211957852U
Application number: CN202020317627.0U
Authority: CN
Inventors: 翁林扬
Original assignee: Shenzhen Puwei Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Lianzhou International Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2030-03-13

Abstract

本实用新型公开了一种基于共面波导传输线的滤波器，由介质基板、设置在介质基板第一表面的第一金属接地面、设置在介质基板第二表面的第二金属接地面和设置在第一金属接地面上的共面波导传输线组成；共面波导传输线包括首尾依次连接的第一至第七传输线，第一传输线的第一端和第七传输线的第二端均开路；共面波导传输线还包括第八和第九传输线，第八传输线的第一端与第二传输线上的第一连接点连接，第九传输线的第一端与第六传输线上的第二连接点连接；第一传输线和第七传输线的长度相同；第二传输线至第六传输线的长度相同；第八和第九传输线的长度相同。本实用新型实施例提供的滤波器具有良好的低通滤波器特性，面积小，成本低。

Description

一种基于共面波导传输线的滤波器

技术领域

本实用新型涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种基于共面波导传输线的滤波器。

背景技术

在通信过程中，系统每一次传输数据都会占用一个工作频率，而工作频率被占用后就会对工作于相邻频率的其他系统产生干扰，可能产生数据包遗失、资料不连续等问题，甚至在本系统中也会对工作于其他非相邻频率的信号产生干扰，为了滤除干扰信号，通常需要在信号线路上增加适当的滤波器，以抑制其他工作频率的信号干扰，使得本系统对外界或内部杂波信号具有免疫的能力，因此，滤波器为通讯系统中广泛用到的重要组件之一。

传统的滤波器由一系列的集总组件(电容和电感)所构成，当滤波器应用于高频时，由于波长变短导致滤波器的电容和电感在高频时会产生寄生效应，因此，由集总组件所构成的滤波器在应用于高频时具有一定的局限性，并且此时电容和电感的尺寸也无法再被忽略，导致滤波器的面积较大，另外，集总组件的成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于共面波导传输线的滤波器，具有良好的低通滤波器特性，面积小，成本低。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于共面波导传输线的滤波器，所述滤波器由介质基板、设置在所述介质基板第一表面的第一金属接地面、设置在所述介质基板第二表面的第二金属接地面和设置在所述第一金属接地面上的共面波导传输线组成；其中，所述共面波导传输线呈左右对称；

所述共面波导传输线包括首尾依次连接的第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线、第六传输线和第七传输线，且所述第一传输线的第一端和所述第七传输线的第二端均开路；所述第一传输线至所述第七传输线构成一个二分之一波长的谐振器；

所述共面波导传输线还包括第八传输线和第九传输线，所述第八传输线的第一端与所述第二传输线上的第一连接点连接，所述第九传输线的第一端与所述第六传输线上的第二连接点连接；所述第八传输线为所述滤波器的第一馈入线，所述第九传输线为所述滤波器的第二馈入线；

所述第一传输线和所述第七传输线的长度均为第一长度；所述第二传输线至所述第六传输线的长度均为第二长度；所述第八传输线和所述第九传输线的长度均为第三长度。

进一步地，所述第一连接点将所述第二传输线划分为第一部分和第二部分，所述第一部分、所述第一传输线和所述第八传输线构成一个四分之一波长的第一传输零点；其中，所述第一部分与所述第一传输线连接；

所述第二连接点将所述第六传输线划分为第三部分和第四部分，所述第四部分、所述第七传输线和所述第九传输线构成一个四分之一波长的第二传输零点；其中，所述第四部分与所述第七传输线连接。

进一步地，所述第一长度为91mil，所述第二长度为72.8mil，所述第三长度为40mil。

进一步地，所述第一部分的长度为72.5mil，所述第二部分的长度为0.3mil；所述第三部分的长度为0.3mil，所述第四部分的长度为72.5mil。

进一步地，所述共面波导传输线的阻抗为50Ω，线宽为10mil。

进一步地，所述介质基板的介电系数为4.4。

进一步地，所述介质基板的厚度为4mil。

进一步地，所述第一金属接地面和所述第二金属接地面均为铜镀层。

进一步地，所述第一金属接地面和所述第二金属接地面的厚度均为1.5mil。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供了一种基于共面波导传输线的滤波器，由介质基板、设置在介质基板第一表面的第一金属接地面、设置在介质基板第二表面的第二金属接地面和设置在第一金属接地面上的共面波导传输线组成；其中，共面波导传输线呈左右对称，共面波导传输线的第一传输线至第七传输线构成一个二分之一波长的谐振器，共面波导传输线的第八传输线和第九传输线分别为滤波器的第一馈入线和第二馈入线；该滤波器具有良好的低通滤波器特性，面积小，成本低。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于共面波导传输线的滤波器的一个优选实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种基于共面波导传输线的滤波器的一个优选实施例的尺寸示意图；

图3是本实用新型提供的一种基于共面波导传输线的滤波器的二维仿真结果图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本技术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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种基于共面波导传输线的滤波器，参见图1和图2所示，其中，图1是本实用新型提供的一种基于共面波导传输线的滤波器的一个优选实施例的结构示意图，图2是本实用新型提供的一种基于共面波导传输线的滤波器的一个优选实施例的尺寸示意图。

所述滤波器由介质基板1、设置在所述介质基板1第一表面的第一金属接地面2、设置在所述介质基板1第二表面的第二金属接地面3和设置在所述第一金属接地面2上的共面波导传输线组成；其中，所述共面波导传输线呈左右对称；

所述共面波导传输线包括首尾依次连接的第一传输线L1、第二传输线L2、第三传输线L3、第四传输线L4、第五传输线L5、第六传输线L6和第七传输线L7，且所述第一传输线L1的第一端和所述第七传输线L7的第二端均开路；所述第一传输线L1至所述第七传输线L7构成一个二分之一波长的谐振器；

所述共面波导传输线还包括第八传输线L8和第九传输线L9，所述第八传输线L8的第一端与所述第二传输线L2上的第一连接点连接，所述第九传输线L9的第一端与所述第六传输线L6上的第二连接点连接；所述第八传输线L8为所述滤波器的第一馈入线，所述第九传输线L9为所述滤波器的第二馈入线；

所述第一传输线L1和所述第七传输线L7的长度均为第一长度l1；所述第二传输线L2至所述第六传输线L6的长度均为第二长度l2；所述第八传输线L8和所述第九传输线L9的长度均为第三长度l3。

具体的，介质基板1的第一表面(即上表面)上铺有第一金属接地面2，介质基板1的第二表面(即下表面)上铺有第二金属接地面3，第一金属接地面2、介质基板1和第二金属接地面3整体称为滤波器的印制板，共面波导(Coplanar Waveguide，CPW)传输线设置在印制板的上表面，即第一金属接地面2上，由CPW输线构成的滤波器的结构呈左右对称。

CPW传输线包括第一传输线L1、第二传输线L2、第三传输线L3、第四传输线L4、第五传输线L5、第六传输线L6和第七传输线L7，第一传输线L1的第一端开路，第一传输线L1的第二端与第二传输线L2的第一端连接，第二传输线L2的第二端与第三传输线L3的第一端连接，第三传输线L3的第二端与第四传输线L4的第一端连接，第四传输线L4的第二端与第五传输线L5的第一端连接，第五传输线L5的第二端与第六传输线L6的第一端连接，第六传输线L6的第二端与第七传输线L7的第一端连接，第七传输线L7的第二端开路，由第一传输线L1至第七传输线L7连接构成了一个二分之一波长的谐振器，代表了滤波器通带的谐振频率，其中，选择二分之一波长是为了使电磁波产生驻波以构成谐振器。

CPW传输线还包括第八传输线L8和第九传输线L9，第八传输线L8的第一端与第二传输线L2上的第一连接点连接，第八传输线L8的第二端与滤波器的输入端或输出端连接，第八传输线L8为滤波器的第一馈入线；第九传输线L9的第一端与第六传输线L6上的第二连接点连接，第九传输线L9的第二端与滤波器的输出端或输入端连接，第九传输线L9为滤波器的第二馈入线。

可以理解的，滤波器的尺寸为：长度*宽度＝l1*(3*l2)，二分之一波长的谐振器的长度(即构成谐振器的CPW传输线的长度)为2*l1+5*l2，其中需要说明的是，CPW传输线本身具有线宽，为了显示清楚，图2所示的CPW传输线具有一定的宽度，在尺寸计算时，以滤波器的宽度为例，滤波器的宽度实际应该为3*l2+2*线宽，但是，由于CPW传输线的线宽交小，一般与传输线的长度相差较大，因此可以将CPW传输线的线宽忽略不计，认为滤波器的宽度为3*l2，其他地方同理可以忽略线宽，不再赘述。

需要说明的是，图1所示为滤波器的俯视图，显示的为印制板的上表面，并且图1所示的CPW传输线的各传输线之间均为垂直连接(可以优化滤波器的面积)，仅为传输线连接关系的一种优选实施例的结构示意图，本实用新型对各传输线之间的连接角度不作具体限定。

本实用新型实施例所提供的一种基于共面波导传输线的滤波器，由介质基板、设置在介质基板第一表面的第一金属接地面、设置在介质基板第二表面的第二金属接地面和设置在第一金属接地面上的CPW传输线组成；其中，CPW传输线呈左右对称，CPW传输线的第一传输线至第七传输线构成一个二分之一波长的谐振器，CPW传输线的第八传输线和第九传输线分别为滤波器的第一馈入线和第二馈入线；相较于传统的集总组件滤波器，该滤波器具有良好的低通滤波器特性，并且面积小，成本低，能够降低电磁干扰的机会，更加适用于射频微波通信。

另外，由于CPW传输线的结构具有灵活的设计度和易于电路集成设计的特点，可以通过改变CPW传输线的布局来调整滤波器的设计，因此CPW传输线有利于滤波器的多频化和芯片化的设计。

在另一个优选实施例中，所述第一连接点将所述第二传输线L2划分为第一部分和第二部分，所述第一部分、所述第一传输线L1和所述第八传输线L8构成一个四分之一波长的第一传输零点；其中，所述第一部分与所述第一传输线L1连接；

所述第二连接点将所述第六传输线L6划分为第三部分和第四部分，所述第四部分、所述第七传输线L7和所述第九传输线L9构成一个四分之一波长的第二传输零点；其中，所述第四部分与所述第七传输线L7连接。

具体的，结合图1所示，第二传输线L2上的第一连接点将第二传输线L2划分为两段，即第一部分和第二部分，第一部分与第一传输线L1连接，第二部分与第三传输线L3连接，由第一部分、第一传输线L1和第八传输线L8连接构成了滤波器的一个四分之一波长的开路的传输零点，即第一传输零点；第六传输线L6上的第二连接点将第六传输线L6划分为两段，即第三部分和第四部分，第三部分与第五传输线L5连接，第四部分与第七传输线L7连接，由第四部分、第七传输线L7和第九传输线L9连接构成了滤波器的另一个四分之一波长的开路的传输零点，即第二传输零点。

本实用新型实施例所提供的一种基于共面波导传输线的滤波器，通过两个四分之一波长的开路传输线，形成两个高频零点，使得滤波器在高频具有较高的抑制度。

作为优选方案，所述第一长度为91mil，所述第二长度为72.8mil，所述第三长度为40mil。

结合上述实施例，本实用新型实施例限定了各传输线的长度参数，即l1＝91mil，l2＝72.8mil，l3＝40mil，该参数具体为设计一种基于共面波导传输线的5GHz的低通滤波器所需的参数，且高频零点使得滤波器在5GHz的二倍频处具有极高的抑制度。

作为优选方案，所述第一部分的长度为72.5mil，所述第二部分的长度为0.3mil；所述第三部分的长度为0.3mil，所述第四部分的长度为72.5mil。

结合上述实施例，本实用新型实施例限定了第二传输线L2的第一部分、第二部分以及第六传输线L6的第三部分、第四部分的长度参数，该参数具体为使滤波器的谐振点产生于11GHz所需的参数，此时构成四分之一波长的开路的传输零点的传输线的长度为l1+l4＝91mil+72.5mil＝163.5mil。

在又一个优选实施例中，所述共面波导传输线的阻抗为50Ω，线宽为10mil。

需要说明的是，一般的传输线特性阻抗都用50Ω，不会有反射损耗。

优选地，所述介质基板的介电系数为4.4。

优选地，所述介质基板的厚度为4mil。

优选地，所述第一金属接地面和所述第二金属接地面均为铜镀层。

优选地，所述第一金属接地面和所述第二金属接地面的厚度均为1.5mil。

优选地，印制板的厚度为7mil。

需要说明的是，L2～L6等长并且长度都小于L1，L1在电磁场上会有比较大的比重，滤波器的L2～L6的长度较短能够达到面积大幅度缩小的目的，同时，在四分之一波长开路传输线且谐振点在11GHz的部分，L1电磁场同样会有比较大的比重，使得L1成为决定频率响应的主要条件，调整L1的长度则可以同时显著影响低通滤波器的响应频率和高频零点，在设计滤波器时可以大幅度减小其他因素的影响，从而节省研发时间，降低研发难度。

为了了解本实用新型实施例提供的基于共面波导传输线的滤波器的滤波特性，通过HFSS软件对设计的滤波器进行模拟仿真，具体的仿真参数设置如表1所示：

表1滤波器仿真参数表

表1中的l1、l2、l3、l4的含义与上述实施例中的l1、l2、l3、l4的含义相同，表1中的其他参数均为模拟时所需的参数设定。

根据表1中的参数设定对滤波器进行仿真，相应获得的二维仿真结果如图3所示，图3的横坐标表示滤波器的工作频率，单位为GHz，纵坐标表示滤波器的损耗，单位为dB，m1～m6为检测点，其中，曲线S11表示回波损耗，曲线S21表示插入损耗，由图3可知，当滤波器的工作频率为5GHz时，回波损耗小于14dB，插入损耗约为0.61dB，在二倍频率10GHz处的插入损耗非常大，约不小于30dB，因此，该滤波器具有良好的低通滤波器特性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述滤波器由介质基板、设置在所述介质基板第一表面的第一金属接地面、设置在所述介质基板第二表面的第二金属接地面和设置在所述第一金属接地面上的共面波导传输线组成；其中，所述共面波导传输线呈左右对称；

2.如权利要求1所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述第一连接点将所述第二传输线划分为第一部分和第二部分，所述第一部分、所述第一传输线和所述第八传输线构成一个四分之一波长的第一传输零点；其中，所述第一部分与所述第一传输线连接；

3.如权利要求1所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述第一长度为91mil，所述第二长度为72.8mil，所述第三长度为40mil。

4.如权利要求2所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述第一部分的长度为72.5mil，所述第二部分的长度为0.3mil；所述第三部分的长度为0.3mil，所述第四部分的长度为72.5mil。

5.如权利要求1～4任一项所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述共面波导传输线的阻抗为50Ω，线宽为10mil。

6.如权利要求1～4任一项所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述介质基板的介电系数为4.4。

7.如权利要求1～4任一项所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述介质基板的厚度为4mil。

8.如权利要求1～4任一项所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述第一金属接地面和所述第二金属接地面均为铜镀层。

9.如权利要求1～4任一项所述的基于共面波导传输线的滤波器，其特征在于，所述第一金属接地面和所述第二金属接地面的厚度均为1.5mil。