一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别是涉及一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器。

背景技术

随着现代通信系统的不断更新换代，无线通信技术的飞速发展对射频前端电路元器件提出了更严格的要求，高性能，小型化，低造价等成为了现今评定元器件的重要指标。在现代无线收发系统中，电路结构是由地板和激励端组成的不平衡电路，而终端是需要平衡端口激励的双极化天线元件，而当天线元件发射信息前或者接收到信号后，均需要滤波器进行频率筛选。在这种情况下，巴伦滤波器应运而生，其将巴伦与滤波器合成一个器件，在缩小体积、节约成本的同时，避免了中间电路的排布造成的信号耗损以及损坏风险。

在平衡－不平衡的转换中，微带线耦合是一个常用的手段，然而其有需要面积较大、使用带宽较窄的问题，而且在不同的应用场景时，无法满足滤波器需求的不同带宽。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器，以解决现有技术中的巴伦滤波器的体积小、带宽窄，无法调节带宽的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器，包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口，还包括第一耦合微带线、第二耦合微带线、第三耦合微带线、第四耦合微带线、第五耦合微带线、第一微带谐振器、第二微带谐振器、第一开路枝节、第二开路枝节、第一电容片和接地板；

所述第一耦合微带线与所述输入端口连接，所述第一耦合微带线的二分之一波长前段与所述第二耦合微带线的四分之一波长段平行耦合形成同相位耦合电路，所述第一耦合微带线的二分之一波长后段与所述第三耦合微带线的四分之一波长段平行耦合形成差分相位耦合电路，所述同相位耦合电路、所述差分相位耦合电路与所述接地板形成巴伦；

所述第二耦合微带线与所述第四耦合微带线连接，所述第四耦合微带线与所述第一微带谐振器平行耦合，所述第一开路枝节与所述第四耦合微带线连接，所述第四耦合微带线与所述第二输出端口连通；

所述第三耦合微带线与所述第五耦合微带线连接，所述第五耦合微带线与所述第二微带谐振器平行耦合，所述第二开路枝节与所述第五耦合微带线连接，所述第五耦合微带线与所述第一输出端口连通；

所述接地板上设置有缺陷地结构，所述第一电容片与所述接地板形成第一电容元件，所述第四耦合微带线、所述第五耦合微带线均与所述第一电容片连接。

优选地，所述第一微带谐振器与所述第二微带谐振器均为L形结构，所述第一微带谐振器与所述第二微带谐振器对称布置。

优选地，所述第一开路枝节与所述第四耦合微带线垂直连接，所述第二开路枝节与所述第五耦合微带线垂直连接，所述第一开路枝节与所述第二开路枝节中心对称布置。

优选地，还包括第一电感元件与第二电感元件，所述第一电感元件连接在所述第一电容片与所述第五耦合微带线之间，所述第二电感元件连接在所述第一电容片与所述第四耦合微带线之间，所述第一电感元件、所述第二电感元件与所述第一电容元件构成滤波电路。

优选地，所述第一电感元件与所述第二电感元件均为U形带状线，所述第一电感元件与所述第二电感元件对称布置。

优选地，还包括第二电容片与第三电容片，所述第四耦合微带线与所述第二输出端口之间、所述第二电感元件与所述第四耦合微带线之间均通过所述第二电容片连接，所述第五耦合微带线与所述第一输出端口之间、所述第五耦合微带线与所述第一电感元件之间均通过所述第三电容片连接有，所述第二电容片与所述第三电容片构成第二电容元件并形成自反馈电路。

优选地，所述第二电容片与所述第三电容片均为方形电容片。

优选地，包括若干层叠布置的介质基板，相邻的两侧介质基板之间均设置有导体层，定义所述导体层由上至下依次为第一导体层、第二导体层、第三导体层、第四导体层、第五导体层和第六导体层，所述第三电容片与所述第一输出端口布置在所述第一导体层，所述第二电容片与所述第二输出端口布置在所述第二导体层，所述第一电感元件布置在所述第三导体层，所述第二电感元件布置在所述第四导体层，所述输入端口、所述第一耦合微带线、所述第二耦合微带线、所述第三耦合微带线、所述第四耦合微带线、所述第五耦合微带线、所述第一微带谐振器、所述第二微带谐振器、所述第一开路枝节、所述第二开路枝节与所述第一电容片均布置在所述第五导体层，所述接地板布置在所述第六导体层，所述第六导体层上还布置有与所述接地板连接的接地端口，所述接地端口共有四个，四个所述接地端口沿所述接地板的边缘间隔均布；

所述第一导体层与所述第三导体层之间贯通设置有第一导电柱，所述第一导体层与所述第五导体层之间贯通设置有第二导电柱，所述第二导体层与所述第四导体层之间贯通设置有第三导电柱，所述第二导体层与所述第五导体层之间贯通设置有第四导电柱，所述第三导体层与所述第五导体层之间连接有第五导电柱，所述第三电容片与所述第一电感元件通过所述第一导电柱连接，所述第三电容片与所述第五耦合微带线通过所述第二导电柱连接，所述第二电容片与所述第二电感元件通过所述第三导电柱连接，所述第二电容片与所述第四耦合微带线通过所述第四导电柱连接，所述第一电容片、所述第一电感元件、所述第二电感元件之间通过所述第五导电柱连接。

优选地，所述介质基板采用低温共烧陶瓷工艺制作成型。

优选地，所述缺陷地结构为哑铃型栅格。

本发明实施例一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器与现有技术相比，其有益效果在于：在第一耦合微带线、第二耦合微带线、第三耦合微带线、接地板形成巴伦的基础上，在第四耦合微带线连接第一开路枝节，在第五耦合微带线上连接第二开路枝节，当开路枝节的电长度等于带外频率抑制点的1/4波长的时候，由于四分之一波长微带线原理，信号将导入地板，增加滤波器通带边缘的选择性；另外第四耦合微带线与第一微带谐振器平行耦合，第五耦合微带线与第二微带谐振器平行耦合，微带谐振器与电路产生多模谐振，产生多个传输零点，增加滤波器通带边缘的选择性；而缺陷地结构可以改变传输线的分布电感和分布电容并引起多模谐振，从而获得慢波特性，需要的微带线长度减短，从而减小滤波器的体积，并且可拓宽使用频率；在不同的使用环境中，通过调节第一微带谐振器、第二微带谐振器、第四耦合微带线、第五耦合微带线、开路枝节的长度以及宽度，可调节开路枝节以及微带谐振器的带外抑制频率，从而调节滤波器的带宽，在不同的应用场景均可使用。

附图说明

图1是本发明的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的结构示意图；

图2是图1的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的第一导体层的结构示意图；

图3是图1的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的第二导体层的结构示意图；

图4是图1的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的第三导体层的结构示意图；

图5是图1的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的第四导体层的结构示意图；

图6是图1的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的第五导体层的结构示意图；

图7是图1的基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的第六导体层的结构示意图。

图中，1、介质基板，2、第一导体层，21、第一输出端口，211、第三电容片，3、第二导体层，32、第二输出端口，321、第二电容片，4、第三导体层，401、第一电感元件，5、第四导体层，501、第二电感元件，6、第五导体层，63、输入端口，631、第一耦合微带线，632、第二耦合微带线，633、第三耦合微带线，634、第四耦合微带线，635、第五耦合微带线，636、第一开路枝节，637、第二开路枝节，638、第一微带谐振器，639、第二微带谐振器，601、第一电容片，7、第六导体层，74、接地板，741、接地端口，701、缺陷地结构，L1、第一导电柱，L2、第二导电柱，L3、第三导电柱，L4、第四导电柱，L5、第五导电柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器的优选实施例，如图1至图7所示，该基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器包括输入端口63、第一输出端口21和第二输出端口32，还包括第一耦合微带线631、第二耦合微带线632、第三耦合微带线633、第四耦合微带线634、第五耦合微带线635、第一微带谐振器638、第二微带谐振器639、第一开路枝节636、第二开路枝节637、第一电容片601和接地板74。

第一耦合微带线631与输入端口63连接，第一耦合微带线631的二分之一波长前段与第二耦合微带线632的四分之一波长段平行耦合，形成同相位耦合电路；第一耦合微带线631的二分之一波长后段与第三耦合微带线633的四分之一波长段平行耦合，由于其与同相位耦合电路的耦合方向相反，因此形成差分相位耦合电路；同相位耦合电路、差分相位耦合电路与接地板74形成巴伦。在本实施例中，第一耦合微带线631中二分之一波长前段、二分之一波长后端均为高阻抗微带线。

第二耦合微带线632与第四耦合微带线634连接，第四耦合微带线634与第一微带谐振器638平行耦合，第一开路枝节636与第四耦合微带线634连接，第四耦合微带线634与第二输出端口32连通。第三耦合微带线633与第五耦合微带线635连接，第五耦合微带线635与第二微带谐振器639平行耦合，第二开路枝节637与第五耦合微带线635连接，第五耦合微带线635与第一输出端口21连通。

谐振器与电路产生多模谐振，产生多个传输零点，增加滤波器通带边缘的选择性。在本实施例中，第一微带谐振器638与第二微带谐振器639设置的带外抑制频率点为4.6GHz以及6.7GHz。

该基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器中的开路枝节与接地板74不连接，因此为开路枝节。当开路枝节的电长度等于带外频率抑制点的1/4波长的时候，由于四分之一波长微带线原理，信号将导入地板，增加滤波器通带边缘的选择性。本实施例中，设置带外抑制频率点为6.7GHz。

接地板74上设置有缺陷地结构701，第一电容片601与接地板74形成第一电容元件，第四耦合微带线634、第五耦合微带线635均与第一电容片601连接。缺陷地结构701是一种在微带线的接地金属板上刻蚀栅格结构，可以改变传输线的分布电感和分布电容并引起多模谐振，从而获得慢波特性，因此对比传统的微带线巴伦，可以使传输线的电长度增加的同时减少传输线对频率的敏感度，达到体积缩小、带宽增加的特点。

在第一耦合微带线631、第二耦合微带线632、第三耦合微带线633、接地板74形成巴伦的基础上，在第四耦合微带线634连接第一开路枝节636，在第五耦合微带线635上连接第二开路枝节637，当开路枝节的电长度等于带外频率抑制点的1/4波长的时候，由于四分之一波长微带线原理，信号将导入地板，增加滤波器通带边缘的选择性；另外第四耦合微带线634与第一微带谐振器638平行耦合，第五耦合微带线635与第二微带谐振器639平行耦合，微带谐振器与电路产生多模谐振，产生多个传输零点，增加滤波器通带边缘的选择性；而缺陷地结构701可以改变传输线的分布电感和分布电容并引起多模谐振，从而获得慢波特性，需要的微带线长度减短，从而减小滤波器的体积，并且可拓宽使用频率；在不同的使用环境中，通过调节第一微带谐振器638、第二微带谐振器639、第四耦合微带线634、第五耦合微带线635、开路枝节的长度以及宽度，可调节开路枝节以及微带谐振器的带外抑制频率，从而调节滤波器的带宽，在不同的应用场景均可使用。

优选地，第一微带谐振器638与第二微带谐振器639均为L形结构，第一微带谐振器638与第二微带谐振器639对称布置。

第一微带谐振器638和第二微带谐振器639对称布置，便于控制线路的频率稳定。

优选地，第一开路枝节636与第四耦合微带线634垂直连接，第二开路枝节637与第五耦合微带线635垂直连接，第一开路枝节636与第二开路枝节637中心对称布置。

优选地，还包括第一电感元件401与第二电感元件501，第一电感元件401连接在第一电容片601与第五耦合微带线635之间，第二电感元件501连接在第一电容片601与第四耦合微带线634之间，第一电感元件401、第二电感元件501与第一电容元件构成滤波电路。

基于电容、电感的基本性质，经过调试之后，第一电感元件401、第二电感元件501和第一电容元件可以形成低通滤波电路，具有滤波的效果。

电容、电感形成的滤波电路有体积大，调节带宽困难的缺点，但滤波性能好，带外抑制佳；而巴伦与微带谐振器形成的多模谐振滤波电路有滤波性能较差，带外抑制偏高的缺点，但体积小，设计灵活。将低通滤波电路与多模谐振滤波电路结合，电容电感一定的滤波性能下，配合多模谐振滤波电路的灵活设计，可以达到调节带宽的效果。

优选地，第一电感元件401与第二电感元件501均为U形带状线，第一电感元件401与第二电感元件501对称布置。

优选地，还包括第二电容片321与第三电容片211，第四耦合微带线634与第二输出端口32之间、第二电感元件501与第四耦合微带线634之间均通过第二电容片321连接，第五耦合微带线635与第一输出端口21之间、第五耦合微带线635与第一电感元件401之间均通过第三电容片211连接有，第二电容片321与第三电容片211构成第二电容元件并形成自反馈电路。

第二电容片321与第三电容片211形成第二电容元件并形成自反馈电路，自反馈与巴伦串联后可以保证两个输出端口信号的幅度更为一致、相位接近完全相反。

由于巴伦的差分信号输出相位与幅度并不会完全相反，巴伦与自反馈电路串联后，利用第二电容元件的时延效应，将两侧的差分信号分别与第二电容片321、第三电容片211连接，当两侧的差分信号幅度不一致或者相位不完全相反时，较强一侧的信号会因为电容时延补强较弱一侧的信号，使两侧的差分信号的幅度更一致，相位更接近完全相反。

优选地，第二电容片321与第三电容片211均为方形电容片。

优选地，包括若干层叠布置的介质基板1，相邻的两侧介质基板1之间均设置有导体层，定义导体层由上至下依次为第一导体层2、第二导体层3、第三导体层4、第四导体层5、第五导体层6和第六导体层7，第三电容片211与第一输出端口21布置在第一导体层2，第二电容片321与第二输出端口32布置在第二导体层3，第一电感元件401布置在第三导体层4，第二电感元件501布置在第四导体层5，输入端口63、第一耦合微带线631、第二耦合微带线632、第三耦合微带线633、第四耦合微带线634、第五耦合微带线635、第一微带谐振器638、第二微带谐振器639、第一开路枝节636、第二开路枝节637与第一电容片601均布置在第五导体层6，接地板74布置在第六导体层7，第六导体层7上还布置有与接地板74连接的接地端口741，接地端口741共有四个，四个接地端口741沿接地板74的边缘间隔均布。

第一导体层2与第三导体层4之间贯通设置有第一导电柱L1，第一导体层2与第五导体层6之间贯通设置有第二导电柱L2，第二导体层3与第四导体层5之间贯通设置有第三导电柱L3，第二导体层3与第五导体层6之间贯通设置有第四导电柱L4，第三导体层4与第五导体层6之间连接有第五导电柱L5，第三电容片211与第一电感元件401通过第一导电柱L1连接，第三电容片211与第五耦合微带线635通过第二导电柱L2连接，第二电容片321与第二电感元件501通过第三导电柱L3连接，第二电容片321与第四耦合微带线634通过第四导电柱L4连接，第一电容片601、第一电感元件401、第二电感元件501之间通过第五导电柱L5连接。

在本实施例中，第一导电柱L1、第二导电柱L2、第三导电柱L3、第四导电柱L4、第五导电柱L5均为通孔柱。

在第一导体层2中，第三电容片211的右边缘与第一端口之间通过第一导电柱L1接入一段带状线，第三电容片211的左边缘与第二导电柱L2之间接入一段带状线，形成电路通路。

在第二导体层3中，第二电容片321的右边缘与第二端口之间通过第三导电柱L3接入一段带状线，第二电容片321的左边缘与第四导电柱L4之间接入一段带状线，形成电路通路。

在第三导体层4中，第一电感元件401的U形带状线的一端与第一导电柱L1连接、另一端与第五导电柱L5连接；在第四导体层5中，第二电感元件501的U形带状线的一端与第三导电柱L3连接、另一端与第五导电柱L5连接。

优选地，介质基板1采用低温共烧陶瓷工艺制作成型。

低温共烧陶瓷工艺(LTCC技术)是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路。介质基板1采用低温共烧陶瓷工艺印刷成型，该滤波器具有高精度、高可靠性、小体积的优点。

优选地，缺陷地结构701为哑铃型栅格。

在本实施例中，自反馈电路，滤波电路和巴伦电路串联构成巴伦滤波器，适用于5.1GHz－5.9GHz频段的巴伦滤波器需求，隔离频带4.6GHz的带外抑制达到40dB，隔离频带6.7GHz的带外抑制达到45dB，在通过频带耗损低于2.2dB，VSWR小于1.85，两个输出端口幅度差在0.2dB以内，两个输出端口相位差在180±3度以内。可见，该巴伦滤波器具有很好的滤波以及将平衡端口转为不平衡端口的效果。

综上，本发明实施例提供一种基于枝节加载谐振器的巴伦滤波器，其在第一耦合微带线、第二耦合微带线、第三耦合微带线、接地板形成巴伦的基础上，在第四耦合微带线连接第一开路枝节，在第五耦合微带线上连接第二开路枝节，当开路枝节的电长度等于带外频率抑制点的1/4波长的时候，由于四分之一波长微带线原理，信号将导入地板，增加滤波器通带边缘的选择性；另外第四耦合微带线与第一微带谐振器平行耦合，第五耦合微带线与第二微带谐振器平行耦合，微带谐振器与电路产生多模谐振，产生多个传输零点，增加滤波器通带边缘的选择性；而缺陷地结构可以改变传输线的分布电感和分布电容并引起多模谐振，从而获得慢波特性，需要的微带线长度减短，从而减小滤波器的体积，并且可拓宽使用频率；在不同的使用环境中，通过调节第一微带谐振器、第二微带谐振器、第四耦合微带线、第五耦合微带线、开路枝节的长度以及宽度，可调节开路枝节以及微带谐振器的带外抑制频率，从而调节滤波器的带宽，在不同的应用场景均可使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。