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1、(10)申请公布号 CN 102820503 A (43)申请公布日 2012.12.12 C N 1 0 2 8 2 0 5 0 3 A *CN102820503A* (21)申请号 201210297274.2 (22)申请日 2012.08.20 H01P 1/203(2006.01) H01P 11/00(2006.01) (71)申请人上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路800号 (72)发明人朱浩然 毛军发 (74)专利代理机构上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人郭国中 (54) 发明名称 半集总的小型化微波滤波器及其设计方法 (57) 摘要 本发明公。
2、开了一种半集总的小型化微波滤波 器，其根据低通滤波器的原型电路，在微带传输线 中间采用集总电容来代替传统的分布式电容，从 而有效的减小了微波滤波器的尺寸大小，同时产 生了宽阻带的低通滤波特性。本发明有效解决 了现代通信系统中微波滤波器的结构小型化的问 题，基于本发明的微波滤波器结构尺寸小、通带内 插入损耗小、阻带频率范围宽，且便于采用标准印 刷电路板工艺来加工、成本低、精度高。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/2页 2 1.一种半集总的小型化微波滤波器。
3、，包括微波介质基板、设置在所述微波介质基板上 的第一端口（201）、第二端口（202），其特征在于，还包括设置在所述微波介质基板上的如 下部件： -连接在所述第一端口（201）与第二端口（202）之间的第一微带传输线（901）； -依次连接在所述第一端口（201）与第二端口（202）之间的第二微带传输线（902）、第 三微带传输线（903）、第二集总电容（302）、第四微带传输线（904）、第五微带传输线（905）； 其中，所述第二微带传输线（902）、第二集总电容（302）、第四微带传输线（904）之间形成串 联谐振而产生了一个传输零点，所述第三微带传输线（903）、第二集总电容（302）、。
4、第四微 带传输线（904）之间形成谐振额外产生两个传输零点； -第一集总电容（301），其连接于所述第二微带传输线（902）连接所述第三微带传输线 （903）的一端，所述第二微带传输线（902）通过所述第一集总电容（301）接地； -第三集总电容（303），其连接于所述第五微带传输线（905）连接所述第四微带传输线 （904）的一端，所述第五微带传输线（905）通过所述第三集总电容（303）接地。 2.根据权利要求1所述的半集总的小型化微波滤波器，其特征在于，所述微波介质基 板是有耗介质材料，相对介电常数=2.65，介质厚度=0.5毫米，表面金属厚度=35微米，损耗 角正切=0.002。 3.。
5、根据权利要求1所述的半集总的小型化微波滤波器，其特征在于，第一集总电容 （301）是片状电容，型号为0603，电容值大小为5.2皮法；第二集总电容（302）是片状电容， 型号为0402，电容值大小为0.5皮法；第三集总电容（303）是片状电容，型号为0603，电容 值大小为5.2皮法。 4.根据权利要求1所述的半集总的小型化微波滤波器，其特征在于，所述第一端口 （201）和第二端口（202）的输入输出馈线都采用50欧姆微带线形式，并与SMA同轴接头匹 配。 5.一种权利要求1所述的半集总的小型化微波滤波器的设计方法，其特征在于，包括 如下步骤： 步骤A：在微波介质基板上设置集总电容、以及在第一。
6、端口（201）与第二端口（202）之 间设置微带传输线，以产生三个传输零点； 步骤B：根据设计参数确定微带传输线的长度以及集总电容的电容值。 6.根据权利要求5所述的半集总的小型化微波滤波器的设计方法，其特征在于，所述 步骤A包括如下步骤： -在所述第一端口（201）与第二端口（202）之间设置第一微带传输线（901）； -在所述第一端口（201）与第二端口（202）之间设置依次连接的第二微带传输线 （902）、第三微带传输线（903）、第二集总电容（302）、第四微带传输线（904）、第五微带传输 线（905）； -设置与所述第二微带传输线（902）连接所述第三微带传输线（903）的一端相连。
7、接的 第一集总电容（301）； -设置与所述第五微带传输线（905）连接所述第四微带传输线（904）的一端相连接的 第三集总电容（303）。 7.根据权利要求5所述的半集总的小型化微波滤波器的设计方法，其特征在于，所述 权 利 要 求 书CN 102820503 A 2/2页 3 步骤B包括如下步骤： -根据低通截止频率参数确定所述第一微带传输线（901）的长度； -根据第二传输零点和第三传输零点的位置参数确定第二微带传输线（902）和第五微 带传输线（905）的长度； -根据第三传输零点的位置参数确定第三微带传输线（903）和第四微带传输线（904） 的长度； -根据阻带频率范围参数确定所述。
8、第二集总电容（302）的电容值， 其中，所述第三传输零点为所述三个传输零点中位置最靠近通带的传输零点，所述第 二传输零点为所述三个传输零点中位置次靠近通带的传输零点。 权 利 要 求 书CN 102820503 A 1/5页 4 半集总的小型化微波滤波器及其设计方法 技术领域 0001 本发明属于微波与毫米波器件的设计领域，具体涉及一种半集总的小型化微波滤 波器。 背景技术 0002 随着无线通信系统的迅猛发展，对信号的提取与利用的要求越来越高。微波滤波 器作为现代通信设备中不可缺少的关键器件之一，它能有效地滤除各种无用信号及噪声信 号，降低各电路之间的信号干扰，从而保障通信设备的正常、有效工。
9、作，实现高质量的通信， 进而达到频率资源的有效利用。 0003 微波滤波器在微波毫米波通信、雷达导航、电子对抗、导弹制导、测试仪表等系统 中有着广泛应用，其性能优劣往往会直接影响到整个系统的性能。一般常见的微波滤波器 形式主要有以下几种：波导滤波器、微带滤波器、带状线滤波器和同轴腔体滤波器等等。根 据不同的应用领域，需要采用不同的结构形式来实现。而随着系统级封装技术的发展，对微 波器件的小型化和高性能的需求越来越广泛。因此，作为通信系统中主要元器件之一，如何 设计满足需求的微波滤波器越来越引起人们的重视，对高性能的小型化微波滤波器的研究 也具有重要的意义和应用价值。 0004 传统的微波低通滤。
10、波器主要是通过集总电容与集总电感之间的谐振回路来实 现，但这种方式的应用频率范围十分有限，因为在微波频段范围内集总电容和电感自身所 产生的寄生电容和寄生电感会对电路的性能产生影响。采用分布式参数来实现电路结构 中的集总电容和电感，可以很好地解决频率应用不够高的问题。Wu B.等人在Journal of electromagnetic waves and application期刊上发表的Equivalent-circuit analysis and lowpass filter design of split ring resonator DGS文章中，提出采 用开口环谐振器结构结合缺陷地的结。
11、构来实现低通滤波器。Zhang J.等人在Progress in electromagnetic research期刊上发表的Sharp-rejection lowpass filter with controllable transmission zero文章中，提出采用互补开口环谐振器来设计低通滤波 器。但这些滤波器的结构较为复杂，不便于调节，且其性能也需要改善。 发明内容 0005 为了克服上述现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种半集总的小型化微波滤 波器，根据低通滤波器的原型电路结构，在微带传输线中间直接使用集总电容来代替传统 的分布式电容，得到具有宽阻带的低通滤波特性，基于本发明的。
12、微波滤波器结构尺寸小、通 带内插入损耗小、阻带频率范围宽，且便于采用标准印刷电路板工艺来加工。 0006 为实现上述目的，本发明采用的具体方案如下： 0007 根据本发明的一个方面，提供一种半集总的小型化微波滤波器，包括微波介质基 板、设置在所述微波介质基板上的第一端口201、第二端口202，还包括设置在所述微波介 质基板上的如下部件： 说 明 书CN 102820503 A 2/5页 5 0008 -连接在所述第一端口201与第二端口202之间的第一微带传输线901； 0009 -依次连接在所述第一端口201与第二端口202之间的第二微带传输线902、第三 微带传输线903、第二集总电容30。
13、2、第四微带传输线904、第五微带传输线905；其中，所述 第二微带传输线902、第二集总电容302、第四微带传输线904之间形成串联谐振而产生了 一个传输零点，所述第三微带传输线903、第二集总电容302、第四微带传输线904之间形成 谐振额外产生两个传输零点； 0010 -第一集总电容301，其连接于所述第二微带传输线902连接所述第三微带传输线 903的一端，所述第二微带传输线902通过所述第一集总电容301接地； 0011 -第三集总电容303，其连接于所述第五微带传输线905连接所述第四微带传输线 904的一端，所述第五微带传输线905通过所述第三集总电容303接地。 0012 优选。
14、地，所述微波介质基板是有耗介质材料，相对介电常数=2.65，介质厚度=0.5 毫米，表面金属厚度=35微米，损耗角正切=0.002。 0013 优选地，第一集总电容是片状电容，型号为0603，电容值大小为5.2皮法；第二集 总电容是片状电容，型号为0402，电容值大小为0.5皮法；第三集总电容是片状电容，型号 为0603，电容值大小为5.2皮法。 0014 优选地，所述第一端口201和第二端口202的输入输出馈线都采用50欧姆微带线 形式，并与SMA同轴接头匹配。 0015 根据本发明的另一个方面，还提供一种根据本发明提供的所述半集总的小型化微 波滤波器的设计方法，包括如下步骤： 0016 步。
15、骤A：在微波介质基板上设置集总电容、以及在第一端口201与第二端口202之 间设置微带传输线，以产生三个传输零点； 0017 步骤B：根据设计参数确定微带传输线的长度以及集总电容的电容值。 0018 优选地，所述步骤A包括如下步骤： 0019 -在所述第一端口201与第二端口202之间设置第一微带传输线901； 0020 -在所述第一端口201与第二端口202之间设置依次连接的第二微带传输线902、 第三微带传输线903、第二集总电容302、第四微带传输线904、第五微带传输线905； 0021 -设置与所述第二微带传输线902连接所述第三微带传输线903的一端相连接的 第一集总电容301； 。
16、0022 -设置与所述第五微带传输线905连接所述第四微带传输线904的一端相连接的 第三集总电容303。 0023 优选地，所述步骤B包括如下步骤： 0024 -根据低通截止频率参数确定所述第一微带传输线901的长度； 0025 -根据第二传输零点和第三传输零点的位置参数确定第二微带传输线902和第五 微带传输线905的长度； 0026 -根据第三传输零点的位置参数确定第三微带传输线903和第四微带传输线904 的长度； 0027 -根据阻带频率范围参数确定所述第二集总电容302的电容值， 0028 其中，所述第三传输零点为所述三个传输零点中位置最靠近通带的传输零点，所 述第二传输零点为所述。
17、三个传输零点中位置次靠近通带的传输零点。 说 明 书CN 102820503 A 3/5页 6 0029 本发明的有益效果：有效解决了毫米波系统中微波滤波器的结构小型化和高性能 的问题，通过在微带传输线之间使用集总电容代替分布式电容，大大缩小了滤波器的面积， 满足了现代通信系统小型化的要求；通带内的插入损耗小，并在阻带范围内引入了三个传 输零点，增大了对寄生谐振的抑制频率范围；该滤波器结构简单，便于采用标准印刷电路板 工艺来加工实现，成本低，精度高。 附图说明 0030 图1为根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的结构的俯视图； 0031 图2为根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的的。
18、传输特性随着第二集 总电容C 2 变化的曲线图； 0032 图3为根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的的传输特性随着第三微 带传输线和/或第四微带传输线的长度l变化的曲线图； 0033 图4为根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的的传输特性随着第二微 带传输线和/或第五微带传输线的长度a变化的曲线图； 0034 图5为根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的的测试结果与仿真结果 对比图。 具体实施方式 0035 为了使本发明的技术手段、创作特征与达成目的易于明白理解，以下结合具体实 施例进一步阐述本发明。 0036 本发明提供一种半集总的小型化微波滤波器，包括微波介质基板、微带传输。
19、线和 集总电容。所述微带传输线刻蚀在微波介质板表面，通过在微带传输线中间采用集总电容 来代替分布式电容，明显减小了电路的结构尺寸，同时在阻带内引入三个传输零点，增大了 阻带的频率范围。 0037 如图1所示，为根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的俯视图，第一微 带传输线901连接在第一端口201和第二端口202之间，通过设计所述第一微带传输线901 的长度能够得到不同的低通截止频率。其中，所述第一端口201可以为输入端口或者输出 端口，相应地，所述第二端口202为输出端口或者输入端口，这并不影响本发明的实质内 容，在次不予赘述。 0038 在所述第一端口201与第二端口202之间还依次连。
20、接有第二微带传输线902、第三 微带传输线903、第二集总电容302、第四微带传输线904、第五微带传输线905。第二微带 传输线902和第五微带传输线905分别通过第一集总电容301和第三集总电容303与地连 接。 0039 其中，所述第二微带传输线902、第二集总电容302、第四微带传输线904之间形成 串联谐振而产生了一个传输零点，用来改善传输特性的陡峭度；所述第三微带传输线903、 第二集总电容302、第四微带传输线904之间形成谐振额外产生两个传输零点，用来增加阻 带频率范围的宽度。 0040 在本实施例的一个优选例中，所述微波介质基板是有耗介质材料，相对介电常数 =2.65，介质厚。
21、度=0.5毫米，表面金属厚度=35微米，损耗角正切=0.002。所述第一端口201 说 明 书CN 102820503 A 4/5页 7 和第二端口202的输入输出馈线都采用50欧姆微带线形式，并与SMA同轴接头匹配。 0041 如图2所示，显示了根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的传输特性随 着第二集总电容C 2 变化的曲线图，由图可知，随着C 2 电容值大小变大，阻带频率范围变窄。 0042 如图3所示，显示了根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的传输特性随 着第三微带传输线和/或第四微带传输线的长度l变化的曲线图，由图可知，随着l变大， 第三传输零点的位置越往通带靠近，减小了阻。
22、带频率范围，其中，所述第三传输零点为所述 三个传输零点中位置最靠近通带的传输零点。 0043 如图4所示，显示了根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的传输特性随 着第二微带传输线和/或第五微带传输线的长度a变化的曲线图，由图可知，随着a变大， 第二传输零点和第三传输零点之间的位置分的越开，其中，所述第三传输零点为所述三个 传输零点中位置最靠近通带的传输零点，所述第二传输零点为所述三个传输零点中位置次 靠近通带的传输零点。 0044 如图5所示，显示了根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器的测试结果与 仿真结果对比图，由对比图可知，仿真结果和测试结果基本吻合，达到了预计效果。 0045 本。
23、发明还提供了一种根据本发明提供的所述半集总的小型化微波滤波器的设计 方法，包括如下步骤： 0046 步骤A：在微波介质基板上设置集总电容、以及在第一端口201与第二端口202之 间设置微带传输线，以产生三个传输零点； 0047 步骤B：根据设计参数确定微带传输线的长度以及集总电容的电容值。 0048 具体地，所述步骤A包括如下步骤： 0049 -在所述第一端口201与第二端口202之间设置第一微带传输线901； 0050 -在所述第一端口201与第二端口202之间设置依次连接的第二微带传输线902、 第三微带传输线903、第二集总电容302、第四微带传输线904、第五微带传输线905； 005。
24、1 -设置与所述第二微带传输线902连接所述第三微带传输线903的一端相连接的 第一集总电容301； 0052 -设置与所述第五微带传输线905连接所述第四微带传输线904的一端相连接的 第三集总电容303。 0053 更为具体地，所述步骤B包括如下步骤： 0054 -根据低通截止频率参数确定所述第一微带传输线901的长度； 0055 -根据第二传输零点和第三传输零点的位置参数确定第二微带传输线902和第五 微带传输线905的长度； 0056 -根据第三传输零点的位置参数确定第三微带传输线903和第四微带传输线904 的长度； 0057 -根据阻带频率范围参数确定所述第二集总电容302的电容值。
25、， 0058 其中，所述第三传输零点为所述三个传输零点中位置最靠近通带的传输零点，所 述第二传输零点为所述三个传输零点中位置次靠近通带的传输零点。 0059 综上，根据本发明提供的半集总的小型化微波滤波器通带内插入损耗小于0.9dB， 阻带内产生了三个传输零点，当以-20dB为阻带内的抑制标准时，阻带频率范围从0.83GHz 到2.37GHz，滤波器的结构尺寸大小是0.040.03。可见，本发明可以有效解决毫米波 说 明 书CN 102820503 A 5/5页 8 系统中微波滤波器的结构小型化和高性能的问题，通过在微带传输线之间使用集总电容代 替分布式电容，大大缩小了滤波器的尺寸大小，满足了。
26、现代通信系统小型化的要求；同时该 滤波器结构简单，便于采用标准印刷电路板工艺来加工实现，成本低，精度高。 0060 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域技术人 员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发 明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化 和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等 同物界定。 说 明 书CN 102820503 A 1/3页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102820503 A 2/3页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102820503 A 10 3/3页 11 图5 说 明 书 附 图CN 102820503 A 11 。