微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器.pdf

一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于它是由输入、输出微带和接受直接激励的第一个和最后一个谐振器以及多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群所构成，滤波器的输入、输出微带与滤波器中的第一个谐振器和最后一个谐振器直接相连接。本发明的优越性在于其较传统的发夹式滤波器有更好的频率选择性；其同一组群中的谐振器方向相同，耦合较弱，相邻的组群的谐振器方向相反，耦合较强，因此可以通过灵活调整同一组群中谐振器的个数，以适应设计不同通带宽度的滤波器；本发明不仅可以用于传统的平面型普通金属微带滤波器，更适用于制造具有高品质因子的高温超导滤波器。

1、  一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于它是由输入输出微带和接受直接激励的第一个和最后一个谐振器以及多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群所构成，滤波器的输入、输出端为微带且与滤波器中的第一个谐振器和最后一个谐振器直接相连接。

2、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群中的各个谐振器的形状可相同亦可有不同。

3、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群中的各个谐振器间的距离可相同亦可有不同。

4、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式多组谐振器组群间的间距可相同亦可有不同。

5、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的滤波器之各谐振器组群中谐振器的极数至少应为2极，且方向相同。

6、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的滤波器中之谐振器组群应不小于1组，且相邻组群的谐振器的方向必须相反。

7、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的与滤波器之输入、输出微带直接相连接的第一个和最后一个谐振器的方向可以同方向也可以反方向，但必须与其相邻的谐振器组群反向。

8、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的滤波器中之发夹式谐振器的转折处可依需要设计成不同的几何形状，可为直角状、阶梯状、梯形状、半圆状等。

9、  根据权利要求1所说的一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于所说的滤波器可用金属薄膜制作，更适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作。

微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器
(一)技术领域：
本发明涉及一种适用于微波通讯用的带通滤波器，特别是一种适用于微波通讯用的组群型发夹结构的微带滤波器。
(二)背景技术：
长久以来，滤波器一直在电子信号的处理中起着极其重要的作用，它具有过滤使用频率的信号和抑制于扰信号的功用。随着微波无线通信的快速发展，对滤波器的电学性能提出了越来越高的要求。近年发展起来的高温超导滤波器技术很好的适应了这种需求，由于高温超导薄膜有很高的品质因子(Q值)，所以采用高温超导薄膜制成的微带型滤波器，具有极低的插入损耗及优异的频率选择特性(高通带边缘陡峭度)，使其特别适用于移动通讯基站的接收和发射系统上。移动通讯基站使用高温超导滤波器之后，可以增加基站的覆盖面积、降低杂讯的干扰，提高通话质量；并可降低手机的发射功率，大幅减少电磁波辐射对人脑的影响，达到绿色环保的要求。
使用高温超导薄膜制作的微波滤波器多为微带型的平面结构，对于半波长谐振器式耦合滤波器，其电路基本构成一般为：信号的输入微带、输出微带、多个产生谐振耦合的微带谐振器，谐振器的有效长度为中心频率的半波长，多极谐振器对相应频率电磁波的激励和耦合传输作用而最终达到对微波信号的过滤处理。目前有多种成熟的设计结构方案以适应不同的技术要求：
附图1为典型的半波长谐振器平行耦合型之带通滤波器(parallel-coupled，half-wave resonator filter)。
附图2为典型的发夹式半波长谐振器(hairpin-resonator)之带通滤波器，请参考E.G.Cristal and S.Frankel，“Hairpin-line andHybrid Hairpin-Line/Half-Wave Parallel-Coupled-Line Filters”，IEEE Trams.MTT，vol.MTT-20，pp.719-728，(November 1972)，这种结构可以近似看作附图1所示结构的变形，其每个谐振器的有效长度仍为半波长。在此设计结构中，滤波器里的谐振器方向是上、下交替轮换，这种结构使得谐振器间有很强的耦合效应，适合制作宽带的滤波器，若用于制作窄带滤波器、则滤波器会需要相当大的空间；
附图3为另一种发夹式谐振器之滤波器结构，请详见于M.Sagawa，K.Takahashi，and M.Makimoto，“Miniaturized Hairpin ResonatorFilters and their Application to Receiver Front-End MIC’s”，IEEETrams.MTTvol.37，pp.1991-1997(December 1998)，此种设计结构中，谐振器开口的前端被缩短、且产生很强的电容效应，谐振器显示出半块状(semi-lumped)性质、即上端(开口端)显出电容性效应，下端显出电感性效应。这种滤波器结构的谐振器方向都是同向，为了缩短整个谐振器长度，可以将谐振器的电容部分增大、而将电感部分缩小，但它的品质因子(Q值)就会随着这样的调整而降低；
附图4为一种发夹梳型(Hairpin-Comb)半波长谐振器之滤波器，此种滤波器所包含谐振器之方向皆相同，每个谐振器有效总长度为半波长，此种结构之滤波器适合制作窄带(narrow-band)滤波器，即相对带宽(滤波器通带宽度/滤波器中心频率)小于1％的滤波器，请参考George L.Matthaei，US Patent Number 5,888,942(Mar.30，1999)。
(三)发明内容：
本发明的目的在于设计一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，它是一种微波带通滤波器，它具有体积小，极高的通带选择性，极高的杂讯抑制能力的特点，适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作，尤其适合于使用高温超导薄膜制成移动通讯基站接收和发射系统中的滤波器。
本发明的技术方案：一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于它是由输入输出微带和接受直接激励的第一个和最后一个谐振器以及多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群所构成，滤波器的输入、输出端为微带且与滤波器中的第一个谐振器和最后一个谐振器直接相连接。
上述所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群中的各个谐振器的形状可相同亦可有不同。
上述所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群中的各个谐振器间的距离可相同亦可有不同。
上述所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式多组谐振器组群间的间距可相同亦可有不同。
上述所说的滤波器之各谐振器组群中谐振器的极数至少应为2极，且方向相同。
上述所说的滤波器中之谐振器组群应不小于1组，且相邻组群地谐振器的方向必须相反。
上述所说的与滤波器之输入、输出微带直接相连接的第一个和最后一个谐振器的方向可以同方向也可以反方向，但必须与其相邻的谐振器组群反向。
上述所说的滤波器中之发夹式谐振器的转折处可依需要设计成不同的几何形状，可为直角状、阶梯状、梯形状、半圆状等。
上述所说的滤波器可用金属薄膜制作，更适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作。
本发明的优越性在于：1、微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器较传统典型的发夹式谐振器之滤波器有更好的频率选择性，即具有更高的通带边缘陡峭度，提高滤波器的灵敏性，2、组群型发夹结构微带滤波器同一组群中的谐振器方向相同，耦合较弱，相邻的组群的谐振器方向相反，耦合较强，因此可以通过灵活调整同一组群中谐振器的个数，以适应设计不同通带宽度的滤波器；3、本发明不仅可以用于传统的平面型普通金属微带滤波器，更适用于制造具有高品质因子的高温超导滤波器，应用在各种不同的微波通讯系统中。
(四)附图说明：
附图1为现有典型的谐振器平行耦合型滤波器结构示意图。
附图2为现有典型的发夹式谐振器之滤波器结构示意图，其中发夹式谐振器的方向交替呈现相反方向。
附图3为现有半块状(semi-lumped)发夹式谐振器之滤波器结构示意图。
附图4为现有发夹式梳型滤波器结构示意图，其发夹式谐振器之方向皆同向。
附图5为本发明所涉一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器的结构示意图。
附图6-1为本发明所涉一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器(如附图5所示)的频率响应图，滤波器的极数设计为14极，每组群设计为2个谐振器；
附图6-2为本发明所涉一种微波通讯用组群型发夹结构14极微带滤波器(如附图5所示)与传统的14极发夹式结构(如附图2所示)的滤波器的低端频率响应比较图；
附图6-3为本发明所涉一种微波通讯用组群型发夹结构14极微带滤波器(如附图5所示)与传统的14极发夹式结构(如附图2所示)的滤波器的高端频率响应比较图。
其中：10为谐振器平行耦合型滤波器，11为耦合谐振器，12为信号输入微带，13为信号输出微带；20为发夹式谐振器之滤波器，21为发夹式谐振器，22为信号输入微带，23为信号输出微带，24为发夹式谐振器的开口端，25为发夹式谐振器的转折处；30为半块状(semi-lumped)式谐振器之滤波器，31为半块状谐振器，32为信号输入微带，33为信号输出微带，34为半块状谐振器的开口端(电容效应端)，35为半块状谐振器的转折处(电感效应端)；40为发夹式梳型滤波器，41为发夹式谐振器，42为信号输入微带，43为信号输出微带，44为发夹式谐振器的开口端，45为发夹式谐振器的转折处；50为组群型发夹结构微带滤波器，51为一个谐振器组群，51a、51b为谐振器组群中的两个谐振器，52为信号输入微带，53为信号输出微带，54为发夹式谐振器的开口端，55为发夹式谐振器的转折处，56为第一个谐振器，57为最后一个谐振器，58为与谐振器组群51相邻的另一个谐振器组群，58a、58b为谐振器组群中的两个谐振器，L1为同一谐振器组群中谐振器间的间隙，L2为相邻两个谐振器组群间的间隙；60为采用组群型发夹结构微带滤波器的频率响应曲线(S21)，61为采用组群型发夹结构微带滤波器的频率响应曲线(S11)，62为采用组群型发夹结构微带滤波器的低端频率响应曲线，63位采用传统发夹式滤波器结构的低端频率响应曲线，64为采用组群型发夹结构微带滤波器的高端频率响应曲线，65位采用传统发夹式滤波器结构的高端频率响应曲线。
(五)具体实施方式：
实施例：一种微波通讯用组群型发夹结构微带滤波器，其特征在于它是由输入微带52、输出微带53和接受直接激励的第一个谐振器56和最后一个谐振器57以及多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群51所构成，滤波器的输入52、输出端53为微带且与滤波器中的第一个谐振器56和最后一个谐振器57直接相连接。
上述所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群51中的各个谐振器51a、51b的形状可相同亦可有不同。
上述所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式谐振器组群51中的各个谐振器51a、51b间的距离L1可相同亦可有不同。
上述所说的多组方向相反、各组内数目、方向相同且有效长度为半波长的发夹式多组谐振器组群51、58的间距L2与其它相邻组群间的间距可相同亦可有不同。
上述所说的滤波器之各谐振器组群51、58中谐振器51a、51b的极数至少应为2极，且方向相同。
上述所说的滤波器中之谐振器组群51、58应不小于1组，且相邻组群的谐振器的方向必须相反。
上述所说的与滤波器之输入微带52、输出微带53直接相连接的第一个谐振器56和最后一个谐振器57的方向可以同方向也可以反方向，但必须与其相邻的谐振器组群反向。
上述所说的滤波器中之发夹式谐振器的转折处55可依需要设计成不同的几何形状，可为直角状、阶梯状、梯形状、半圆状等。
上述所说的滤波器可用金属薄膜制作，更适合使用具有高品质因子的高温超导薄膜制作。