一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，对无线通信设备提出了更高的要求，高可靠性、小型化、电磁兼容性好已经成为未来的发展趋势。将滤波器与巴伦进行一体化设计，不仅能有效减小射频前端系统的整体尺寸，还能减小损耗，提高系统的整体性能。

目前的滤波巴伦存在缺陷，如可实现的通带带宽不够宽；滤波巴伦通带内的性能不好，插入损耗大，滤波巴伦的阻带特性不好；滤波巴伦的尺寸不够紧凑、结构复杂、加工成本高。因此，如何在实现滤波巴伦小型化设计的同时保证器件的性能成为一个挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中滤波巴伦存在的问题，提供了一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

主要提供一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，包括介质基板，所述介质基板下面设置有金属地板，所述介质基板上刻蚀有环形谐振器和端口馈线，所述环形谐振器为正多边形环，所述环形谐振器的每条边均为蜿蜒线形；

所述环形谐振器的其中三条边的外侧分别设置有输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线，所述输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线均为与对应环形谐振器的边相匹配的蜿蜒线形；所述环形谐振器的一个内角处加载有一个微扰。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述微扰的中间刻蚀有矩形槽，所述微扰为正方形贴片。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线均包括微带线和蜿蜒线，所述微带线的一端连接端口，所述微带线的另一端连接蜿蜒线。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述微带线为50Ω微带线，所述微带线的宽度为1.5mm。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述环形谐振器为正方形环，所述第一输出端口馈线、第二输出端口馈线分别设置在所述输入端口馈线的两侧。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述微扰设置在所述环形谐振器中靠近所述输入端口馈线的内角处。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述介质基板的厚度为0.8mm，其相对介电常数为4.4。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述环形谐振器的边宽为1.5mm。

作为一优选项，一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述微带滤波巴伦的尺寸为21.8mm×21.3mm。

需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

(1)本发明通过将环形谐振器的每条边设计为蜿蜒线形，将输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线均为与对应环形谐振器的边相匹配的蜿蜒线形，一方面有效减小整个滤波巴伦的物理尺寸，结构紧凑，设计简单，有利于减小无线通信系统射频前端的物理尺寸，另一方面采用蜿蜒线的馈线结构实现与蜿蜒线型环形谐振器之间的强耦合，保证良好的通带特性，控制馈线与蜿蜒线型环形谐振器之间的距离来控制耦合的强度，从而灵活控制通带特性。通过在环形谐振器的一个内角处加载有一个微扰，可以控制通带内两个简并模的位置，从而达到控制带宽的作用。

(2)本发明在微扰的中间刻蚀有矩形槽，可以增加微扰调节两个简并模位置的灵活度。

(3)本发明通过调节输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线的物理尺寸，能够控制馈线与蜿蜒线型环形谐振器之间的耦合强度，从而实现良好的通带特性，即实现良好的滤波特性。

(4)本发明中的蜿蜒线型环形谐振器的物理尺寸为21mm×21mm，该滤波巴伦的中心频率在1.78GHz，若采用传统的环形谐振器结构，在相同的物理尺寸下，设计的滤波巴伦的中心频率在2.18GHz。由此可见，本发明能有效减小器件的物理尺寸，能够很好的适用于无线通信系统。

(5)本发明的滤波巴伦在带外具有两个传输零点，位置分别位于1.58GHz(此处的衰减达到-42.4dB)和1.98GHz(此处的衰减达到-39.8dB)，有效保证了该滤波巴伦的带外抑制特性。

附图说明

图1为本发明示出的一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦的结构示意图；

图2为本发明滤波巴伦的仿真计算得到S参数示意图；

图3为本发明仿真计算得到的相位参数示意图。

图中标号说明:1、环形谐振器；2、输入端口馈线；3、第一输出端口馈线；4、第二输出端口馈线；7、微扰；5、微带线；6、蜿蜒线；71、矩形槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明主要通过采用蜿蜒线型的环形谐振器和蜿蜒线型馈线共同作用能够实现器件的小型化，同时实现良好的滤波特性。

实施例1

在该示例性实施例中，提供一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，包括介质基板，所述介质基板下面设置有金属地板，所述介质基板上刻蚀有环形谐振器1，如图1所示，所述环形谐振器1为正多边形环，所述环形谐振器1的每条边均为蜿蜒线形；

所述环形谐振器1的其中三条边的外侧分别设置有输入端口馈线2、第一输出端口馈线3和第二输出端口馈线4，所述输入端口馈线2、第一输出端口馈线3、第二输出端口馈线4均为与对应环形谐振器1的边相匹配的蜿蜒线形。

具体地，谐振器的边界为微带传输线，当微带传输线的宽度始终一致时，微带传输线的阻抗保持不变，谐振器为均匀阻抗的谐振器，本发明环形谐振器采用的是均匀阻抗的蜿蜒线型的形式。该滤波巴伦由三层结构组成，最上面一层为一个蜿蜒线形的环形谐振器1和三条蜿蜒线形的馈线(输入端口馈线2、第一输出端口馈线3和第二输出端口馈线4)组成，中间层为介质基板，最下面层为金属地板。

进一步地，从原理上来说，谐振器的物理尺寸与中心频率相关，尺寸越大，中心频率越小，尺寸越小，中心频率越大，要实现越小的频率就必须要把尺寸做大，这不符合小型化设计的要求。为了均衡小的中心频率与大的尺寸之间的关系，本申请将谐振器的边界设计为蜿蜒线形，相比直线形的设计来说，蜿蜒线是变相的增加了微带线的长度，而没有增加整个器件的面积，可以保证在相同尺寸下，降低了中心频率。

进一步地，环形谐振器1每条边设计为蜿蜒线形，将输入端口馈线2、第一输出端口馈线3、第二输出端口馈线4均为与对应环形谐振器1的边相匹配的蜿蜒线形，一方面有效减小整个滤波巴伦的物理尺寸，结构紧凑、设计简单、易于加工，有利于减小无线通信系统射频前端的物理尺寸，另一方面采用蜿蜒线的馈线结构实现与蜿蜒线型环形谐振器1之间的强耦合，保证良好的通带特性，馈线与环形谐振器1之间存在一定的缝隙，馈线与环形谐振器1之间通过缝隙进行耦合，耦合的强弱对通带特性影响较大，不能过强或过弱，要合适，控制馈线与蜿蜒线型环形谐振器1之间的距离来控制耦合的强度，从而灵活控制通带特性。该滤波巴伦具有平面结构，不需要采用复杂的介质集成波导SIW等结构，易于集成，不需要通过刻蚀DGS(缺陷地结构)来增强耦合保障通带特性。

进一步地，蜿蜒线中空缺的地方还可以加载其它的枝节，进一步将中心频率的位置降得更低，可以进一步实现器件的小型化，更能证明采用蜿蜒线型滤波巴伦能有效减小器件的物理尺寸。

进一步地，如图1所示，所述环形谐振器1的一个内角处加载有一个微扰7。所述微扰7的中间刻蚀有矩形槽71，所述微扰7为正方形贴片。

具体地，在环形谐振器1内加载合适的微扰就能分裂两个简并模，微扰7会影响谐振器内部的电磁场分布，从而引起谐振频率相应变化，通过调节微扰7的尺寸，谐振频率随着变化，可以控制通带内两个模的位置，从而达到控制带宽的作用。在其他实例中，可在微扰7上设计枝节，使得调节通带变化范围更大，增加调节的灵活度。

进一步地，微扰7中间的矩形槽71可以进步增加调节两个简并模位置的灵活度。具体地，由于简并模的位置是和微扰的尺寸有关系，传统的微扰结构可调参数太少，在微扰7中进行刻蚀相当于进一步增加了可以调节物理尺寸的参数，进而增加调节灵活度。

实施例2

基于实施例1，提供一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述微扰7设置在所述环形谐振器1中靠近所述输入端口馈线2的内角处。具体地，将该微扰7加载在蜿蜒线型环形谐振器1的右下方还能实现通带外的两个传输零点，提高了滤波巴伦的带外特性。

实施例3

基于以上实施例，提供一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述输入端口馈线2、第一输出端口馈线3、第二输出端口馈线4均包括微带线5和蜿蜒线6，所述微带线5的一端连接端口，所述微带线5的另一端连接蜿蜒线6。如图1所示，输入端口馈线2接输入端口，第一输出端口馈线3、第二输出端口馈线4分别接输出端口。

进一步地，所述微带线5为50Ω微带线，所述微带线5的宽度为1.5mm。通过调节馈线的物理尺寸，能够控制三条馈线与蜿蜒线型环形谐振器1之间的耦合强度，从而实现良好的通带特性，即实现良好的滤波特性。

进一步地，所述环形谐振器1为正方形环，所述第一输出端口馈线3、第二输出端口馈线4分别设置在所述输入端口馈线2的两侧。采用正方形环是因为正方形环的不连续性好，只要有边界处的微带传输线有拐弯就有不连续性，产生性能突变，性能改变大，便于制作具有特殊效果的器件，同时结合正方形谐振环的对称性，便于制作巴伦。

进一步地，如图1所示，让两个输出端口馈线设置在输入端口馈线相邻的两侧，使得端口之间较为接近，方便设计的同时提高巴伦的性能。

实施例4

基于以上实施例，提供一种基于蜿蜒线型环形谐振器的微带滤波巴伦，所述介质基板的厚度为0.8mm，其相对介电常数为4.4。所述环形谐振器1的边宽为1.5mm。

进一步地，在本设计中，两个模的位置分别在1.77GHz和1.84GHz，如图2所示，对该滤波巴伦进行仿真计算，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为S参数，S11代表输入端口，S21、S31分别代表两个输出端口。该滤波巴伦的中心频率在1.78GHz，带宽范围为1.72GHz-1.83GHz，中心频率处的插入损耗为3.3dB，通带外1.58GHz和1.98GHz处有两个传输零点，衰减分别为-42.4dB和-39.8dB，有效保证了良好的带外抑制特性。

进一步地，为了保证滤波巴伦具有良好的相位特性，滤波巴伦的输出端口相位差最好是保持在180°，通常滤波巴伦输出端口相位差在175°-185°之间，本申请的滤波巴伦仿真计算得到的相位参数如图3所示，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为相位，单位为degree(°)，从图上可以看出，在中心频率1.78GHz处，滤波巴伦两个输出端口的相位差为182°，具有良好的相位特性。所述微带滤波巴伦的尺寸为21.8mm×21.3mm，结构非常紧凑。

本设计一个很大的优点是能够实现器件的小型化，本设计的中的蜿蜒线型环形谐振器的物理尺寸为21mm×21mm，该滤波巴伦的中心频率在1.78GHz，若采用传统的环形谐振器结构，在相同的物理尺寸下，设计的滤波巴伦的中心频率在2.18GHz。由此可见，本发明能有效减小器件的物理尺寸，能够很好的适用于无线通信系统。此外，该滤波巴伦在带外具有两个传输零点，位置分别位于1.58GHz(此处的衰减达到-42.4dB)和1.98GHz(此处的衰减达到-39.8dB)，有效保证了该滤波巴伦的带外抑制特性。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。