交叉指型微带滤波器

1.本实用新型涉及微带型滤波器，特别涉及一种交叉指型微带滤波器。


背景技术：

2.随着无线通信的迅速发展，作为分离有用和无用信号的微带滤波器成为通信系统中的重要部件。现有的微带滤波器的结构主要有平行耦合形式、发夹形式、开环形式、梳状形式以及叉指形式等，微带滤波器本身就具有体积小、易加工实现和电路集成等优点，但是在追求微带滤波器优异性能、保证通信系统质量的同时，微带滤波器尺寸的小型化程度也成了微带滤波器性能评估的一个重要因素。
3.对于传统的交叉指型微带滤波器而言，在达到其性能指标的同时，其存在尺寸大这一缺点，不利于产品应用和电路集成化。在传统的交叉指型微带滤波器中，当只有四个谐振器平行交错分布并且与输入微带线、输出微带线组成一个交叉指型微带滤波器时，在改善传统微带滤波器的性能的过程中，只能通过调节谐振器的尺寸、谐振器之间的间距和输入、输出馈电线的尺寸位置来进行滤波器的性能参数调试。经过hfss的仿真分析，这种传统结构存在尺寸大、性能指标不理想的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种交叉指型微带滤波器，该滤波器能达到小型化的同时，可以使得插入损耗和回波损耗等性能指标达到理想效果。
5.本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种交叉指型微带滤波器，其特征在于，包括设置在介质基板的输入微带线、输出微带线及在输入微带线和输出微带线之间依次排列的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元；
6.输入微带线和输出微带线分别对应连接第一谐振单元和第四谐振单元；
7.输入微带线、第一谐振单元和第二谐振单元分别对应输出微带线、第四谐振单元和第三谐振单元呈对称关系；
8.第一谐振单元与第二谐振单元反向排列且之间为具有间隙的啮合关系；第三谐振单元与第四谐振单元反向排列且之间为具有间隙的啮合关系。
9.优选的，所述第一谐振单元包括第一谐振器和在第一谐振器上向外延伸的第一矩形微带线；
10.所述第二谐振单元包括第二谐振器和在第一谐振器上向外延伸的第二矩形微带线；
11.所述第三谐振单元包括第三谐振器和在第三谐振器上向外延伸的第三矩形微带线；
12.所述第四谐振单元包括第四谐振器和在第四谐振器上向外延伸的第四矩形微带线；
13.第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器的两端分别对应设置为开路状态和短路状态，对应定义为开路端和短路端；
14.第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器交错平行分布；具体为：第一谐振器和第四谐振器的短路端位于同一端，第二谐振器和第三谐振器的短路端位于同一端，第一谐振器和第四谐振器与第二谐振器和第三谐振器的短路端位于不同端。
15.更进一步的，第一谐振器至第四谐振器的短路端上设置有过孔；
16.第一谐振器至第四谐振器在开路端向外延伸相应长度和宽度对应得到第一矩形微带线至第四矩形微带线。
17.更进一步的，在高度方向上，第一谐振单元第一矩形微带线的边界不超过第二谐振器开路端的边界；
18.在高度方向上，第四矩形微带线的边界不超过第四谐振器开路端的边界；
19.在高度方向上，第二矩形微带线的边界不超过第二谐振器开路端的边界；
20.在高度方向上，第三矩形微带线的边界不超过第三谐振器开路端的边界。
21.更进一步的，第一谐振器至第四谐振器的短路端设置为与过孔互为同心圆的半圆结构；
22.第一谐振器至第四谐振器均为长条型。
23.更进一步的，所述输入微带线和第一矩形微带线分别位于第一谐振器的两侧，且两者其中一边界位于同一条水平线，即两者高度相同；
24.所述输出微带线和第四矩形微带线分别位于第四谐振器的两侧，且两者其中一边界位于同一条水平线，即两者高度相同。
25.更进一步的，第一谐振器和第二谐振器之间的距离、第三谐振器和第四谐振器之间的间距均为第一距离；
26.第二谐振器和第三谐振器之间的间距为第二距离；
27.第二距离小于第一距离。
28.更进一步的，所述输入微带线垂直于第一谐振器；所述输出微带线垂直于第四谐振器。
29.优选的，输入微带线采用直接馈电方式连接第一谐振单元；输出微带线直接连接第四谐振单元。
30.优选的，输入微带线和输出微带线、第一谐振单元和第四谐振单元、第二谐振单元和第三谐振单元之间的对称轴为介质基板的中心线。
31.本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
32.(1)本实用新型交叉指型微带滤波器，包括设置在介质基板的输入微带线、输出微带线及在输入微带线和输出微带线之间依次排列的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元和第四谐振单元；输入微带线、第一谐振单元和第二谐振单元分别对应与输出微带线、第四谐振单元和第三谐振单元呈对称关系；第一谐振单元与第二谐振单元反向排列且之间为具有间隙的啮合关系；第三谐振单元与第四谐振单元反向排列且之间为具有间隙的啮合关系。相比传统的交叉指型微带滤波器，本实用新型上述结构使得滤波器的带内耦合度更好，在满足性能指标(插入损耗和回波损耗)的同时，也做到了尺寸的小型化。
33.(2)本实用新型交叉指型微带滤波器，第一谐振单元至第四谐振单元的谐振器分
别拓展一定宽度和长度的矩形微带线，得到l型的谐振单元。基于各谐振单元上谐振器宽度和长度的调节即谐振器尺寸大小的调节能够控制滤波器的中心工作频率，确保滤波器的中心工作频率为4.9gh，另外，通过调节谐振器上矩形微带线的宽度和长度可以调节各谐振单元之间的间隙，从而调节带内耦合程度，因此基于本实用新型滤波器的结构可以确保滤波器的中心工作频率为4.9ghz的同时，保证滤波器的低回波损耗。
34.(3)本实用新型交叉指型微带滤波器，输入微带线和输出微带线的结构左右对称，通过调节输入微带线和/或输出微带线的尺寸和位置可以调整滤波器的阻抗匹配程度。在本实用新型中，输入微带线的位置高度可以设置为和第一谐振单元上第一矩形微带线的高度相同，即两者的上边位于同一条水平线上，此时可以使得滤波器的阻抗匹配为最佳。
35.(4)本实用新型交叉指型微带滤波器，在各谐振单元谐振器的短路端上设置有过孔，本实用新型通过调整该过孔的尺寸也能够实现带内耦合调节，进一步扩展带内耦合调节的方式。
36.(5)本实用新型交叉指型微带滤波器，可以设置各谐振单元上矩形微带线的边界不超过对应谐振器开路端的边界，具体两者可以是同一边界或边界存在一定的高度差，基于此，可以获取到使得滤波器的回波损耗s11更好。另外，第一至第四矩形微带线在不超过对应谐振器长度边界的情况下是可以进行上下移动调整的，进一步的，通过调整矩形微带线和谐振器之间以及矩形微带线之间的距离来使滤波器得到不错的耦合效果和良好的结构匹配。
附图说明
37.图1是本实用新型交叉指型微带滤波器的结构示意图。
38.图2是本实用新型交叉指型微带滤波器第一谐振单元和第二谐振单元啮合关系图。
39.图3是本实用新型交叉指型微带滤波器第三谐振单元和第四谐振单元啮合关系图。
40.图4是本实用新型交叉指型微带滤波器标注尺寸标识的结构示意图。
41.图5是本实用新型交叉指型微带滤波器第一谐振单元和第二谐振单元标注尺寸标识的结构示意图。
42.图6是本实用新型交叉指型微带滤波器结构采用fr-4介质基板的s参数仿真结果图。
43.图7是本实用新型交叉指型微带滤波器结构采用rogers ro4350介质基板的s参数仿真结果图。
具体实施方式
44.下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
45.实施例1
46.在5g通信系统的发展下，4.9ghz成了一大重要频段，在考虑成本、尺寸小型化的情况下，本实施例在传统的交叉指型微带滤波器上进行了改进，利用其紧凑的结构，能同时做
到尺寸小和达到滤波器的性能指标。
47.如图1所示，本实施例交叉指型微带滤波器包括设置在介质基板的输入微带线1、输出微带线6及在输入微带线1和输出微带线6之间依次排列的第一谐振单元2、第二谐振单元3、第三谐振单元4和第四谐振单元5。
48.其中，输入微带线1和输出微带线6分别对应连接第一谐振单元2和第四谐振单元5；在本实施例中，输入微带线1通过直接馈电的方式连接第一谐振单元2，输入微带线1在长度方向上垂直于第一谐振单元2。输出微带线6通过直接馈电的方式连接第四谐振单元5，输出微带线6在长度方向上垂直于第四谐振单元5。
49.本实施例中，输入微带线1、第一谐振单元2和第二谐振单元3分别对应与输出微带线6、第四谐振单元5和第三谐振单元4呈对称关系；即输入微带线1和输出微带线6、第一谐振单元2和第四谐振单元5、第二谐振单元3和第三谐振单元4的结构尺寸均完全相同，并且在基板上为左右对称关系，对称轴可以为基板的中心线。
50.本实施例中，如图2所示，第一谐振单元2与第二谐振单元3反向排列且之间为具有间隙的啮合关系，即第一谐振单元和第二谐振单元两者之间如齿轮般紧密联系；第三谐振单元4与第四谐振单元5反向排列且之间为具有间隙的啮合关系，即第三谐振单元和第四谐振单元两者之间如齿轮般紧密联系，其中四个谐振单元之间均保持着一定的间隙。
51.本实施例中，第一谐振单元2包括第一谐振器22和在第一谐振器22上向外延伸的第一矩形微带线23。
52.第二谐振单元3包括第二谐振器32和在第一谐振器上向外延伸的第二矩形微带线33。
53.第三谐振单元4包括第三谐振器42和在第三谐振器42上向外延伸的第三矩形微带线43；
54.第四谐振单元5包括第四谐振器52和在第四谐振器52上向外延伸的第四矩形微带线53。
55.第一谐振器2、第二谐振器3、第三谐振器4和第四谐振器5的两端分别对应设置为开路状态和短路状态，对应定义为开路端和短路端；
56.第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器交错平行分布；具体为：第一谐振器和第四谐振器的短路端位于同一端，第二谐振器和第三谐振器的短路端位于同一端，第一谐振器和第四谐振器与第二谐振器和第三谐振器的短路端位于不同端。
57.本实施例中，如图1至5中所示，第一谐振器至第四谐振器均为长条型，第一谐振器至第四谐振器在开路端均向外延伸一定长度l23和宽度w23，对应得到第一矩形微带线至第四矩形微带线，使第一谐振单元至第四谐振单元呈l型结构。在本实施例中，如图4中视角下的滤波器，输入微带线1和第一矩形微带线23分别位于第一谐振单元2的左右两侧，第二矩形微带线33位于第二谐振单元的左侧，因此第一矩形微带线23和第二矩形微带线33处于第一谐振器22和第二谐振器32之间，并为上下的相对关系，在高度方向上，两者存在间隙g231。第四矩形微带线53和输出微带线6分别位于第四谐振单元5的左右两侧，第三矩形微带线43位于第二谐振单元的右侧，因此第三矩形微带线43和第四矩形微带线53处于第三谐振器42和第四谐振器52之间，并且为上下的相对关系，在高度方向上，两者之间存在间隙g231。
58.本实施例中，第一谐振器22的短路端上均设置有第一过孔21；第二谐振器32的短路端上均设置有第二过孔31；第三谐振器42的短路端上均设置有第三过孔41；第四谐振器52的短路端上均设置有第四过孔51；第一谐振器至第四谐振器的短路端设置为与其上过孔互为同心圆的半圆结构，半圆结构的半圆直径与的对应谐振器的宽度w2保持一致。
59.本实施例中，输入微带线为长方形，在如图4中视角下的滤波器中，输入微带线上方的边界和第一矩形微带线上方的边界位于同一水平线上，即在位置上，输入微带线的高度和第一矩形微带线的高度(对应第一矩形微带线的长度l23)保持一致，两者位置高度保持一致的情况下，可以使得阻抗匹配最佳。同样的，输出微带线的高度和第四矩形微带线的高度保持一致。
60.本实施例中，第一谐振器和第二谐振器之间的距离、第三谐振器和第四谐振器之间的间距均为第一距离g23；第二谐振器和第三谐振器之间的间距为第二距离g34；其中第二距离g34小于第一距离g23。
61.本实施例中，如图4和5中所示，结构中可以通过调节各谐振器的尺寸大小来控制滤波器的中心工作频率，通过调节各矩形微带线的尺寸(l23、w23(第一矩形微带线和第四矩形微带线的尺寸)、l33、w33(第二矩形微带线和第三矩形微带线的尺寸))来控制谐振单元之间的间隙(g231、g451、g452)，本实施例中，通过调节谐振单元之间的间隙(g231、g451、g452)、各谐振器的尺寸(l2和w2)、谐振器之间的初始距离(g23、g34)、各谐振器上的过孔大小(r21)、矩形微带线之间的间距(g231)来实现带内耦合的调节，在确保滤波器的中心工作频率为4.9ghz的同时，保证滤波器的低回波损耗。输入微带线1采用直接馈电方式与第一谐振单元2相连，输入微带线1的连接位置很大程度的影响滤波器的阻抗匹配程度，通过调节输入微带线1的尺寸(l1和w1)和位置来调节滤波器的阻抗匹配程度，其中当输入微带线位置高度与第一谐振单元2中的矩形微带线23保持一致，取值均为l23，输出微带线位置高度与第四谐振单元中的矩形微带线43保持一致，同时输入微带线、输出微带线的宽度w1与第一谐振单元、第二谐振单元中谐振器的宽度w2保持一致时，可以使得阻抗匹配最佳。
62.本实施例中，交叉指型微带滤波器的整体尺寸可以控制在10mm*8mm*0.6mm以内，优选的，本实施例中第一谐振器22至第四谐振器52的宽度w2范围是0.4mm～0.7mm，长度l2＝6.65mm～6.95mm，第一过孔至第四过孔的半径r21范围是0.15mm～0.2mm；输入微带线1和输出微带线2的宽度和长度分别为w1范围是0.4mm～0.6mm和l1＝1.5mm～2.5mm，以及其位置高度处于l23范围是2.8mm～3.4mm；第一矩形微带线和第四矩形微带线尺寸为w23范围是0.4mm～0.5mm，l23范围是2.8mm～3.4mm；第二矩行微带线和第三矩形微带线尺寸为w33等于0.6mm，l33范围是3mm～3.2mm；图4中，相邻位置的谐振器与矩形微带线之间的间隙分别为g231范围是0.1mm～0.3mm，g451范围是0.1mm～0.2mm，g452范围是0.1mm～0.2mm，第一谐振器和第二谐振器之间的距离以及第三谐振器和第四谐振器之间的距离g23范围是0.7mm～0.8mm，第二谐振器和第三谐振器之间的距离为g34范围是0.5mm～0.6mm。当然也可以根据实际环境对上述参数进行适应性的调整。
63.本实施例中，第一谐振器22和第二谐振器32尺寸大小保持一致，第一谐振器上的第一过孔、第二谐振器上的第二过孔大小保持一致，第一矩形微带线和第二矩形微带线的尺寸大小均不一致。由于滤波器左右为轴对称关系，所以输入微带线和输出微带线的结构尺寸大小是一致的，第一谐振单元和第四谐振单元的结构尺寸大小是一致的、第二谐振单
元和第三谐振单元的结构尺寸大小是一致的。
64.本实施例中，如图4中所示，在高度方向上，第一矩形微带线23的下边界不超过第一谐振器22开路端的边界，两者可以是同一边界线。同样的，在高度方向上，第四矩形微带线53的下边界不超过第四谐振器52开路端的边界，如图4中所示，两者可以是同一边界线。
65.在高度方向上，第二矩形微带线的边界线不超过第二谐振器开路端的边界，如图4中所示，第二矩形微带线33上边界与第二谐振器32开路端的边界存在一个高度差，这个高度差可以是0.1mm～0.3mm。同样的，在高度方向上，第三矩形微带线43的边界不超过第三谐振器42开路端的边界，如图4中所示，第三矩形微带线43上边界与第三谐振器42开路端的边界存在一个高度差，这个高度差可以是0.1mm～0.3mm。
66.上述谐振单元中矩形微带线边界的设置，能够使得滤波器的回波损耗s11和插入损耗s21更好，如图6所示为本实施例滤波器采用fr-4介质基板的s参数仿真结果图；如图7是本实施例滤波器采用rogers ro4350介质基板的s参数仿真结果图；由此可知，本实施例上述结构的滤波器，能够有效保证滤波器的低回波损耗和插入损耗。
67.本实施例中，第一至第四矩形微带线在不超过对应谐振器长度边界的情况下是可以进行上下移动调整的，通过调整矩形微带线和谐振器之间以及矩形微带线之间的距离来使滤波器得到不错的耦合效果和良好的结构匹配。
68.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。