基于改进型十字形结构的宽带滤波器及设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器及设计方法，涉及微带滤波器技术领域。本发明专利技术的基于改进型十字形结构的宽带滤波器，包括四条耦合线以及两条传输线；所述每条耦合线均由两条相同的平行微带线构成，其中两条耦合线位于滤波器结构的两端作为端口进行馈电，另外两条耦合线首尾相连形成环装耦合线，所述传输线一端分别连接端口处的耦合线，另一端位于环形耦合线的中间形成带通滤波器。通过使用奇偶模的电路分析方法，对该滤波器进行初步的分析和设计，有五个传输极点，和四个传输零点，通带频率是4.4GHz‑9.6GHz,能够实现目前通信系统对于超宽带滤波器的要求。

【技术实现步骤摘要】
基于改进型十字形结构的宽带滤波器及设计方法
本专利技术涉及微带滤波器
，尤其涉及一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器及设计方法。
技术介绍
宽带与UWB带通滤波器是高数据传输率通信系统射频前端关键部件之一。自从2002年扩宽了民用带宽的宽度以来，宽带带通滤波器一直是射频器件的研究重点。KoseiTanii,KojiWada.WidebandBand-passFilterComposedofDual-PathResonatorsUsingCoupled-LineandTransmissionLinewithInductiveElements.IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2014,24(1):14-16.使用耦合线和带有感应元件的传输线构成宽带带通滤波器，具有陡峭的上升沿和下降沿；Bin-FengZong,Guang-MingWang,Jian-GangLiang,andChengZhou.CompactBand-passFilterWithTwoTunableTransmissionZerosUsingHybridResonators.IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2015,25(2):88-90.具有紧凑的带通滤波器，带有两个可调传输零点的混合谐振器，但是下降沿和上升沿并不陡峭；LiGao,Xiu-YinZhang,Xiao-LanZhao,YaoZhang,andJin-XuXu.NovelCompactQuad-BandBand-passFilterwithControllableFrequenciesandBandwidths.IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2016,26(6):395-397.提出了一种具有可控制的频率和带宽的新型紧凑型四频带带通滤波器，每一个通带的带宽较小；QuanXue,Jun-YeJin.Band-passFiltersDesignedbyTransmissionZeroResonatorPairswithProximityCoupling.IEEETransactionsOnMicrowaveTheoryandTechniques,2017,65(11):4103-4110.提出了邻近耦合的传输零谐振器在带通滤波器中的应用，演示了一种诱导通带的新方法，通过该方法可以设计不同类型的带通滤波器；Liang-FengQiu,Lin-ShengWu,BingXie,Wen-YanYin,andJun-FaMao.SubstrateIntegratedWaveguideFilterWithFlatPassbandBasedonComplexCouplings.IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2018,28(6):494-496；通过使用复杂的耦合，提出了一种具有平坦通带和不对称响应的有损滤波器，但设计结构较为复杂，分析过程复杂难懂，制作工艺要求较高.KaiDaXu,FengyuZhang,YanhuiLiu,andQingHuoLiu.BandpassFilterUsingThreePairsofCoupledLinesWithMultipleTransmissionZeros[J].IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2018,28(7):576-578.提出了一种结构简单的带通滤波器，该滤波器仅使用三对具有多个传输零点和传输极点的耦合线，通过多个固定和可调的传输零点实现良好的带外抑制和陡峭的滚降边缘；Kai-DaXu,Feng-YuZhang,Yan-HuiLiuandWeiNie.HighSelectivitySeventh-orderWidebandBand-passFilterUsingCoupledLinesandOpenShortedStubs.ElectronicsLetters.2018,54(4):223–225.使用耦合线和短路截断线构成了一个具有陡峭边缘的滤波器，具有四个传输零点和五个传输极点；Kai-DaXu,Dong-HaoLi,andYan-HuiLiu.High-SelectivityWidebandBand-passFilterUsingSimpleCoupledLineswithMultipleTransmissionPolesandZeros.IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters.2019,29(2):107-109.使用具有多个传输极点和零点的简单耦合线的高选择性宽带带通滤波器。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器及设计方法。本专利技术所采取的技术方案是：一方面，本专利技术提供一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器，包括四条耦合线以及两条传输线；其中两条耦合线位于滤波器结构的两端作为端口进行馈电，馈电端的耦合线由两条相同的平行微带线构成，每条微带线的长度相等宽度相同；另外两条耦合线由四条微带线构成，这四条微带线长度宽度都相同，首尾相连形成环装耦合线，所述传输线一端分别连接馈电端口处的耦合线，另一端位于环形耦合线的中间形成带通滤波器。另一方面，本专利技术提供一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器的设计方法，包括以下步骤：步骤1：设计改进型十字形结构的宽带滤波器电路，根据微带传输线理论、奇偶模电路分析法，计算得到滤波器的传输零极点公式；步骤2：分析影响零极点变化的参数取值范围，确定参数的取值，利用负载端的耦合线奇偶模阻抗的表达式中Z1,环形耦合线奇偶模阻抗的表达式中的参数Z2,传输线阻抗Z3，馈电端的电路耦合线的耦合系数k1，环形耦合线的耦合系数k2对传输零点与传输极点的位置进行调节，确定最终的参数取值；步骤3：对于采用耦合线结构的带通滤波器，通过仿真软件，计算耦合线之间的距离和耦合线的宽度，在实际制作工艺的基础上实现最大耦合；步骤4：将得到的滤波器的初始尺寸画在三维全波电磁仿真软件中，得到滤波器的仿真结果。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过奇偶模电路和传输线理论得到零极点的公式，调节电路中的阻抗参数、耦合系数来调整零极点的位置，得到具有低插入损耗，低回波损耗，边缘滚降特性良好的微带滤波器，通带的零极点可根据实际需求，按照参数的关系进行调整。附图说明图1为本专利技术实施例滤波器电路示意图；其中图(a)-滤波器电路示意图；图(b)-十字耦合结构的偶模电路；图(c)-十字耦合结构的奇模电路；图2为本专利技术实施例滤波器电路零极点分布示意图；图3为本专利技术实施例参数z1,z2,z3变化对于滤波器传输极点的影响示意图；图4为本专利技术实施例参数k1和k2对于滤波器的影响示意图；其中图(a)-k1变化对于滤波器参数的影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器，其特征在于：包括四条耦合线以及两条传输线；所述每条耦合线均由两条相同的平行微带线构成，其中两条耦合线位于滤波器结构的两端作为端口进行馈电，另外两条耦合线首尾相连形成环形耦合线，所述传输线一端分别连接端口处的耦合线，另一端位于环形耦合线的中间形成带通滤波器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器，其特征在于：包括四条耦合线以及两条传输线；所述每条耦合线均由两条相同的平行微带线构成，其中两条耦合线位于滤波器结构的两端作为端口进行馈电，另外两条耦合线首尾相连形成环形耦合线，所述传输线一端分别连接端口处的耦合线，另一端位于环形耦合线的中间形成带通滤波器。


2.一种基于改进型十字形结构的宽带滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设计改进型十字形结构的宽带滤波器电路，根据微带传输线理论、奇偶模电路分析法，计算得到滤波器的传输零...

【专利技术属性】
技术研发人员：喇东升，关鑫，李钰莹，李弘诚，王梦宇，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北;13