一种基于三线耦合结构的无反射带通滤波器制造技术

基于三线耦合结构的无反射带通滤波器，包括带通滤波器和吸收网络，带通滤波器为对称的三线耦合结构，包括输入端口、输出端口、四分之一波长输入耦合馈线、四分之一波长中心短路枝节和四分之一波长输出耦合馈线，以及加载于四分之一波长输出耦合馈线末端的四分之一波长短路枝节；吸收网络包括：第一吸收电阻、经第一吸收电阻加载于输入端口的四分之一波长短路枝节、第二吸收电阻、经第二吸收电阻加载于四分之一波长输入耦合馈线末端的四分之一波长短路枝节，所述四分之一波长输入耦合馈线同时作为吸收网络中的四分之一波长传输线。本发明专利技术带通滤波器有效地减小了电路尺寸，实现了带宽可控的小型化输入无反射带通滤波器的设计。可控的小型化输入无反射带通滤波器的设计。可控的小型化输入无反射带通滤波器的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三线耦合结构的无反射带通滤波器


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种基于三线耦合结构的无反射带通滤波器。

技术介绍

[0002]微波滤波器作为现代通信系统中重要的二端口元件,可使得通带内的信号无损耗地通过，并抑制阻带内的信号传输,得以实现系统信号在特定频率段内的滤波响应。由于通信系统的不断发展，频谱资源也愈发有限,为保证射频系统的正常工作,对系统中信号的频率响应提出了更高的要求。微波滤波器广泛应于各种通信系统,雷达系统和电子对抗系统中,正是由于我们对于这些系统应用的要求越来越高,因此对于系统中的滤波器的要求也越来越高。其中带通滤波器作为重要的选频元件被广泛地应用于射频系统中，为了有更好的频带选择性能，带宽可控的带通滤波器已经成为当前滤波器的研究热点。然而，传统的带通滤波器其不可避免的带外反射能量会干扰整个射频系统的稳定性，因此近些年来越来越多的学者考虑到了带外的匹配问题，提出了无反射带通滤波器的设计。不同于传统的通过额外添加隔离器和衰减器的解决干扰问题的方法，无反射带通滤波器通过有损元件电阻将带外反射能量在其内部耗散，从而无需添加额外的电路，便于集成。
[0003]随着通信系统的发展，小型化的需求也愈加强烈。电路尺寸紧凑的耦合结构被广泛应用于射频滤波器件的设计中。与双线耦合结构的带通滤波器相比，基于三线耦合的带通滤波器更容易实现宽带的设计，从而可节省级联多个双线耦合结构的电路尺寸。
[0004]基于互补双工器的拓扑结构常常被用于单端无反射带通滤波器设计中，通常将其分为吸收网络和带通滤波器部分。其带内的能量从输入端口输入通过带通滤波器传输到输出端口，其带外反射能量被吸收网络中的吸收电阻吸收。同时基于互补双工器拓扑结构的无反射带通滤波器设计通常采用多个吸收网络并联多个带通谐振单元来获得多阶的设计提高通带选择性，从而导致电路尺寸过大。解决尺寸问题的通常办法是采用双线耦合结构的带通滤波器替代分支线结构的带通滤波器。然而为获得较宽的带宽和良好的通带选择性，通常需要级联多个双线耦合结构的带通滤波器来实现。除此以外，对于特定频谱的滤波需求以及不同的应用场景，带宽可控的无反射带通滤波器的设计显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，解决上述现有技术中的不足，提出一种基于三线耦合结构的无反射带通滤波器，有效地减小了电路尺寸，实现了小型化输入无反射带通滤波器的设计。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供基于三线耦合结构的无反射带通滤波器，滤波器由上层金属带条，中间一层介质基板和下层金属地构成。带通滤波器部分为基于三线耦合结构的设计，并且其输出馈线的末端加载了四分之一波长短路枝节(Z4，θ4)，其中三线耦合结构为对称结构，两边金属微带的线宽为w1，中间的线宽为w0，相邻两线之间的距离为s。吸收网络部分由两个吸收电阻(R1,R2)，两个短路枝节(Z1,θ1；Z2,θ2)和一个四分之一波长传
输线(Z3，θ3)构成。其中吸收网络部分和带通滤波器部分共用一个四分之一波长传输线(Z3，θ3)，共用传输线既可视作为带通滤波器部分的耦合馈线又可为吸收网络部分提供带阻响应。
[0007]对于吸收带阻部分，给出了输入阻抗(Z
in1
)和反射系数(|S
11
|)的计算公式，通过分析变化的各个枝节特性阻抗和吸收电阻阻值对反射带宽的影响。其中共用枝节阻抗Z3对吸收网络部分带宽影响最为明显，Z3越大，吸收网络部分带宽越窄。随着Z3不断增大，其吸收带阻部分带宽变窄的趋势减弱，而在中心频率(f0)附近的匹配性能明显衰退，即为无反射性能的恶化。
[0008]对于基于三线耦合结构的带通滤波器部分，给出了六端口电路阻抗矩阵的经验公式，考虑到三线耦合结构非相邻两线之间的交叉耦合，为了精确的拟合频率响应引入了变量k
cc
，表征为非相邻两线耦合系数与相邻两线间耦合系数之比。通过代入端口条件和公式转换计算可得传输系数(S
21
)和反射系数(S
11
)的表达式，从而可得紧凑的三线耦合结构的带通滤波器能够产生三个传输极点和两个带外传输零点，并且可以通过改变共用传输线线宽w1或耦合线间距离s改变传输极点位置从而改变带宽。在输出端口的耦合馈线末端加载的四分之一波长短路枝节可以带来更陡峭的通带滚降度，同时改变其阻抗值Z4也可灵活地调整带通滤波器部分的带宽。
[0009]通过上述分析，吸收网络部分和带通滤波器部分可进行良好地互补融合，从而构成最终的输入无反射带通滤波器电路。可通过ABCD矩阵得到本专利技术输入无反射带通滤波器的频率响应。为便于分析定义了吸收网络部分的带宽与带通滤波器部分的带宽之比为α、3dB与1dB输入无反射带通滤波器带宽之比为PL表征通带平坦度以及整个频带内最大反射系数为R
max
。通过频率响应和不同α下R
max
和PL的变化曲线分析可得：1、输入无反射带通滤波器的带宽可由吸收网络部分的带宽和带通滤波器部分的带宽灵活控制。2、无论α的值是多少，输入无反射带通滤波器的带宽都比吸收网络部分和带通滤波器部分的带宽窄。3、α的取值区间为1.18～1.625时可获得良好无反射性能以及平坦的通带。
[0010]本专利技术具有以下创新点：
[0011]1、采用了基于三线耦合结构的带通滤波器单元，大大的减小了电路尺寸，并且带通滤波器部分和吸收网络部分共用一个传输线进一步有效的减小了电路尺寸，实现了小型化的输入无反射带通滤波器设计。
[0012]2、输入无反射带通滤波器响应带宽可通过调整吸收网络部分响应带宽和带通滤波器部分响应带宽来调控。
[0013]3、分析了吸收网络部分带宽与带通滤波器部分带宽之比对输入无反射带通滤波器的无反射性能和通带平坦度的影响，便于电路参数优化。
[0014]本专利技术有益效果如下：
[0015]吸收网络部分和带通滤波器部分共用一个传输线解决了普遍存在地尺寸问题，并且带通滤波器部分采用了紧凑的三线耦合结构有效的减小了带通滤波器部分的电路尺寸，实现了小型化的输入无反射带通滤波器的设计。在基于三线耦合结构的带通滤波器部分的输出端耦合馈线末端加载四分之一波长短路枝节提高了通带的滚降度，并且能够灵活地调整带通滤波器部分的带宽。通过调整吸收网络部分的带宽和带通滤波器部分的带宽可以灵活地调控合成后的输入无反射带通滤波器的带宽，从而轻松实现了带宽可控的基于三线耦
合结构的输入无反射带通滤波器。
附图说明
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明；
[0017]图1是本专利技术基于三线耦合结构的无反射带通滤波器的俯视透视图。
[0018]图2是本专利技术基于三线耦合结构的无反射带通滤波器结构示意图。
[0019]图3是本专利技术基于三线耦合结构的无反射带通滤波器在0和2f0时的结构示意图。
[0020]图4是本专利技术基于三线耦合结构的无反射带通滤波器的吸收网络部分结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三线耦合结构的无反射带通滤波器，包括带通滤波器和吸收网络，其特征在于：所述带通滤波器为对称的三线耦合结构，包括输入端口（S1）、输出端口（S2）、四分之一波长输入耦合馈线（2）、四分之一波长中心短路枝节（3）和四分之一波长输出耦合馈线（2
’
），以及加载于四分之一波长输出耦合馈线（2
’
）末端的第一四分之一波长短路枝节（6）；吸收网络包括：第一吸收电阻（R1）、经第一吸收电阻（R1）加载于输入端口（S1）的第二四分之一波长短路枝节（4）、第二吸收电阻（R2）、和经第二吸收电阻（R2）加载于四分之一波长输入耦合馈线（2）末端的第三四分之一波长短路枝节（5），所述四分之一波长输入耦合馈线（2）同时作为吸收网络中的四分之一波长传输线。2.根据权利要求1所述的基于三线耦合结构的无反射带通滤波器，其特征在于：所述输入端口（S1）通过输入端传输线（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建新，朱雅慧，蔡璟，秦伟，杨汶汶，沈一春，符小东，蓝燕锐，房洪莲，马宗仰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：