一种双重耦合的双通带超宽带滤波器的制作方法

1.本实用新型属于滤波器技术领域，具体涉及一种双重耦合的双通带超宽带滤波器。


背景技术：

2.随着无线通信技术及无线多媒体业务的飞速发展，超宽带(uwb)技术受到越来越多研究人员的关注。超宽带(umb)以其高速率、低功耗、高保密性以及抗干扰能力强等优点，具有非常广阔的应用前景和巨大的市场价值。美国联邦通讯委员会(fcc)于2002年2月批准了超宽带技术在短距离无线通信领域的应用，这为超宽带技术产品的商业化应用打开了大门，促进了超宽带系统及其器件研究的进展。根据fcc的规定，室内超宽带通信系统使用的频带为3.1ghz～10.6ghz。
3.uwb技术最基本的工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲，接收机直接用一级前端交叉相关器即可将脉冲序列转换成基带信号。由于uwb技术独特的工作方式，使得uwb系统具有其他通信系统所没有的优势。
4.随着超宽带无线通信技术的迅猛发展，对超宽带无线通信电子设备提出了更高的要求，高可靠性、小型化已经成为超宽带无线通信系统发展的必然趋势，滤波器在超宽带无线通信系统中起着选择有用信号、抑制干扰信号的重要作用，是超宽带无线通信系统中必不可少的重要元件，其工作性能好坏直接影响到超宽带无线通信系统的整体性能，其尺寸大小也直接影响到超宽带无线通信系统的体积和成本。
5.作为超宽带系统中的一种核心器件，超宽带滤波器的研究成为学者们的关注热点。目前，uwb滤波器的设计主要有以下几个难点：
6.(1)超宽带滤波器要求具有110％的相对带宽，常用的一些窄带滤波器设计方法不可行；
7.(2)超宽带滤波器要求带内具有较小和平坦的群时延；
8.(3)超宽带系统频带跨度大，容易受到带内其它系统窄带信号的干扰，如何抑制干扰信号也是设计难点。
9.多模谐振器(mmr)由两端相同的高阻抗段和中间一个低阻抗段的阶梯阻抗结构构成，各个部分的初始电长度分别为所需设计多模谐振频率的1/4和1/2波长，根据具体的滤波器结构对其电长度进行调节，可以获得所需要的滤波特性。
10.2006年，专家zhu lei等人提出基于多模谐振器(mmr)的超宽带带通滤波器，输入输出端口采用平行耦合线或叉指耦合结构耦合能量，利用多模谐振器的三个谐振模式，控制滤波器的通带范围正好在uwb频段内，调节耦合线的长短和间距可以改变耦合的强弱和谐振点的频率。这种滤波器结构原理清晰，结构简单，易于实现，但是寄生通带效应比较严重，通常阻带较窄，频率选择特性不够突出。
11.2007年jinggao等人提出一种利用共面波导(cpw)结构实现的超宽带滤波器，该滤波器由阶跃阻抗结构sir(stepped impedance resonator)的微带传输线谐振器组成，可实
现多个谐振模式，通过叉指线耦合来实现超宽带特性，通过调节叉指耦合结构的长度以及改变耦合结构两边地的形状，可获得2.8～10.2ghz带宽的滤波特性，通带范围内的插损小于1.5db，群时延在0.25～0.58ns的范围内。
12.也就是说，现有的滤波器仍旧存在阻带较窄，超宽带特性较差，且不具备陷波功能，无法使所设计的滤波器满足超宽带通信系统和窄带系统的协同工作，体积较大等缺陷。


技术实现要素：

13.针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本实用新型提供了一种双重耦合的双通带超宽带滤波器，该滤波器采用谐振单元结构和阻抗单元结构复合的方式实现超宽带设计，同时，采用叉指耦合结构，增强滤波器的带通能力，采用直接耦合结构，通过合理调节尺寸来调节传输零点的位置，实现陷波功能，进而实现双通带特性，最终实现超宽带系统与窄带系统的协同通信。
14.为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
15.本实用新型提供了一种双重耦合的双通带超宽带滤波器，包括一个阻抗单元、多个谐振单元、间接耦合结构、直接耦合结构和介质基板；所述谐振单元均安装在所述阻抗单元的外侧面上，所述间接耦合结构为叉指耦合结构，所述直接耦合结构为所述叉指耦合结构的延伸，所述介质基板集成所述阻抗单元和所述谐振单元。
16.进一步地技术方案，所述谐振单元为多模谐振结构。
17.进一步地技术方案，所述多模谐振结构为矩形结构或圆形结构。
18.进一步地技术方案，所述叉指耦合结构包括凹槽及与插入凹槽的凸起结构，所述凹槽与所述凸起一一对应形成叉指。
19.进一步地技术方案，所述阻抗单元向内弯折。
20.进一步地技术方案，所述阻抗单元向内弯折90
°
。
21.进一步地技术方案，所述阻抗单元的拐角为圆弧形结构。
22.进一步地技术方案，所述介质基板为聚四氟乙烯板。
23.进一步地技术方案，所述介质基板的厚度为1.6mm。
24.进一步地技术方案，所述介质基板采用介电常数损耗角小于10-3
的基板。
25.与现有技术相比，本实用新型存在以下有益效果：
26.1、本实用新型给出一种双重耦合的双通带超宽带滤波器，该滤波器采用的间接耦合结构为叉指耦合结构，能够获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力；采用直接耦合结构，能够在通带范围内形成传输零点，合理调节尺寸来调节传输零点在通带的位置，从而实现陷波功能，满足双通带特性。
27.2、本实用新型的谐振单元为多模谐振结构，能够在通带范围内形成多个谐振点，实现超宽带的设计，其与阻抗单元结合，调节阻抗比和电长度，能够使其有效的落在通带范围内，实现滤波器的超宽带特性。
28.3、本实用新型的阻抗单元向内弯折90
°
，大大降低滤波器的尺寸，同时，其弯折拐角处为圆弧形结构，以此增强阻抗单元的连续性，降低弯折对滤波器性能的影响，本实用新型所提出的滤波器结构简单，体积小，加工方便，成本低。
29.4、本实用新型所提出的滤波器不仅具有良好的超宽带特性，而且具有陷波功能，
同时大大减小了滤波器体积，更容易和射频前端等微波集成电路集成。
附图说明
30.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
31.图1是本实用新型的整体结构示意图。
32.其中，1、阻抗单元，2、谐振单元，3、间接耦合结构，4、直接耦合结构，5、圆弧形结构，6、介质基板。
具体实施方式
33.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
35.本技术中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体式连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部连接，或是两个元件的相互作用关系；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
36.实施例一
37.如下图1所示，本实用新型提供了一种双重耦合的双通带超宽带滤波器，包括一个阻抗单元1、三个谐振单元2、间接耦合结构3、直接耦合结构4和介质基板6。为了进一步减小滤波器的体积，将阻抗单元1向内弯折，这样不仅能实现很好的通信，而且使得滤波器的结构更为紧凑。该滤波器不仅能实现3.1g到10.6g的超宽带通信，而且可以有效地抑制高次谐波，插入损耗低于15db的阻带范围达到了30ghz，同时该滤波器的结构简单、体积小，印刷在介质基板上，便于批量生产、调试，且成本低廉。
38.具体实施例中，阻抗单元1向内弯折90
°
，该阻抗单元1弯折的拐角为圆弧形结构5。
39.具体实施例中，三个谐振单元2均安装在所述阻抗单元1的外侧面上，该谐振单元2采用多模谐振结构，该多模谐振结构为矩形结构或圆形结构，利用多模谐振的特性，能够在通带范围内产生多个谐振点，通过调节该谐振单元2的阻抗比和电长度，可以改变谐振点的位置，从而满足超宽带要求。
40.谐振单元2采用的间接耦合结构3为叉指耦合结构，能够获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力；采用的直接耦合结构4为所述叉指耦合结构的延伸，能够在通带范围内形成传输零点，通过合理调节尺寸来调节传输零点的位置，从而实现陷波功能，实现双通带特性。其中，叉指耦合结构包括凹槽及与插入凹槽的凸起结构，该凹槽与该凸起一一对应形成
叉指。
41.所述介质基板6集成阻抗单元1和谐振单元2，从而实现超宽带系统和窄带系统的协同通信。本实用新型采用印刷圆形多模谐振结构和阻抗单元结构复合的方式实现超宽带与窄带协同通信，不仅大大减小了滤波器体积，且比较容易和射频前端等微波集成电路集成。
42.所述介质基板6为聚四氟乙烯板，该基板价格较低，损耗较小，满足上述要求。在实际中，可根据实际应用采用介电常数损耗角小的介质基板，如介电常数损耗角小于10-3
的基板。本实用新型采用的介质基板的厚度为1.6mm，满足所需的强度。
43.为了采用平面印刷滤波器结构，而同时又能满足其超宽带特性需求，本实用新型采用以下几种措施：
44.利用间接耦合结构能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力。
45.利用直接耦合结构能够在通带范围内形成传输零点，通过合理调节尺寸来调节传输零点的位置，从而实现陷波功能，实现双通带特性。
46.利用谐振单元结构和阻抗单元结构复合的形式实现平面印刷滤波器线结构，阻抗单元的弯折有效减小滤波器的体积和尺寸，满足小型化滤波器的设计，同时也便于实现和微波集成电路集成化设计。
47.利用谐振单元，在通带范围内产生多个谐振点，通过调节阻抗比和电长度，可以使其有效的落在通带范围内，实现超宽带的设计。
48.利用阻抗单元弯折处采用的圆弧形结构，可以保证阻抗连续性，降低了弯折以后对滤波器性能的影响。
49.本实用新型的工作原理：
50.本实用新型所采用的谐振单元结构和阻抗单元结构复合的形式，实现了平面印刷滤波器线结构，有效减小滤波器的体积和尺寸，满足小型化滤波器的设计；本实用新型所采用的间接耦合结构，能获得更好的匹配，增强滤波器的带通能力，所采用的直接耦合结构能够在通带范围内形成传输零点，通过合理调节尺寸来调节传输零点的位置，从而实现陷波功能，实现双通带特性；本实用新型利用谐振单元，在通带范围内产生多个谐振点，调节阻抗比和电长度，可以使其有效的落在通带范围内，实现超宽带的设计，实现3.1ghz到10.6ghz的超宽带通信的需要；本实用新型利用阻抗单元弯折处采用圆弧形结构，可以保证阻抗连续性，降低了弯折以后，对滤波器性能的影响；本实用新型所提出的滤波器结构简单，紧凑，体积小，加工方便，成本低。
51.以上为本实用新型所提出的一种双重耦合的双通带超宽带滤波器的工作原理，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
52.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。