【CN109766654A】一种双通带滤波器的设计方法及双通带滤波器【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910058421.2(22)申请日2019.01.22(71)申请人绍兴文理学院地址312000浙江省绍兴市环城西路508号(72)发明人卢新祥　王振宇　黄贤盛　何旗凯　张怀洲　(74)专利代理机构绍兴市寅越专利代理事务所(普通合伙)33285代理人周正辉(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)H01P1/20(2006.01)H01P7/10(2006.01)(54)发明名称一种双通带滤波器的设计方法及双通带滤波器(57)摘要本发明涉及一种双通带滤波器的设计方法及双通带滤波器，所述双通带滤波器包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支；设计方法包括：通过调节多模谐振器的尺寸参数，将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率；通过调节辅助耦合块的形式来改变多模谐振器的耦合路径的耦合强度；根据第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求设计馈线第一分支和馈线第二分支。本发明可以实现带宽比极大的双通带滤波器，滤波器的两个通带频率和带宽可以自由定制，而且寄生模式远离两工作通带，该方法操作简单，自由度大，可以实现具有大带宽比的双通带滤波器，具有广阔的应用前景。权利要求书2页说明书6页附图5页CN109766654A2019.05.17CN109766654A1.一种双通带滤波器的设计方法，其特征在于，所述双通带滤波器包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，所述馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支；所述设计方法包括如下步骤：通过调节所述多模谐振器的主体及加载部分的尺寸参数，将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围；通过调节所述辅助耦合块的形式来改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度；根据第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求设计馈线第一分支和馈线第二分支。2.根据权利要求1所述的双通带滤波器的设计方法，其特征在于，所述根据第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求设计馈线第一分支和馈线第二分支，包括如下步骤：根据第一通带的外部耦合强度需求，设计馈线第一分支；如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度恰好等于第二通带的外部耦合强度，则无需增加馈线第二分支；如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度小于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为同相相加型馈线分支；如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度大于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为反相相消型馈线分支。3.根据权利要求2所述的双通带滤波器的设计方法，其特征在于，所述设计馈线第一分支包括如下步骤：如果第一通带的外部耦合为搭接式，设计馈线第一分支在第一节多模谐振器的主体的搭接位置；如果第一通带的外部耦合为容性耦合式，设计馈线第一分支与第一节多模谐振器的主体的容性耦合强度。4.根据权利要求1所述的双通带滤波器的设计方法，其特征在于，所述多模谐振器的主体包括微带叉指电容和蜿蜒微带，所述多模谐振器的加载部分包括块状电容和蜿蜒微带，所述调节所述多模谐振器的主体及加载部分的尺寸参数，包括调节所述多模谐振器的主体的微带叉指电容和蜿蜒微带的尺寸，以及调节所述多模谐振器的加载部分的块状电容和蜿蜒微带的尺寸。5.根据权利要求4所述的双通带滤波器的设计方法，其特征在于，所述将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围，包括如下步骤：将多模谐振器的最低的两个模式的频率分别调节至第一通带的中心频率和第二通带的中心频率；增大所述多模谐振器的主体的微带叉指电容和加载部分的块状电容，将双通带滤波器的寄生模式频率调节至与所述第一通带的中心频率和第二通带的中心频率的差值大于预设的频率差阈值。6.根据权利要求1所述的双通带滤波器的设计方法，其特征在于，通过调节所述多模谐权　利　要　求　书1/2页2CN109766654A2振器的主体及加载部分的尺寸参数，将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，包括如下步骤：通过调节所述多模谐振器的主体的尺寸参数，调节第一通带的工作频率；通过调节所述多模谐振器的主体和加载部分的尺寸参数，调节第二通带的工作频率。7.根据权利要求1所述的双通带滤波器的设计方法，其特征在于，所述通过调节所述辅助耦合块的形式来改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度，包括如下步骤：在所述多模谐振器的需加强或减弱的耦合路径上放置所述辅助耦合块，所述辅助耦合块的位置、尺寸、形状以及开路或短路的状态由需改变的耦合路径的耦合强度的增加量或减小量决定。8.一种双通带滤波器，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的双通带滤波器的设计方法设计得到，所述双通带滤波器包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，所述馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支；所述多模谐振器用于将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围；所述辅助耦合块用于改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度；所述馈线第一分支和馈线第二分支用于将第一通带的外部耦合强度和第二通带的外部耦合强度分别调节至第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求。9.根据权利要求8所述的双通带滤波器，其特征在于，所述多模谐振器的主体包括微带叉指电容和蜿蜒微带，所述多模谐振器的加载部分包括块状电容和蜿蜒微带。10.根据权利要求9所述的双通带滤波器，其特征在于，所述辅助耦合块放置在所述多模谐振器的需加强或减弱的耦合路径上。权　利　要　求　书2/2页3CN109766654A3一种双通带滤波器的设计方法及双通带滤波器技术领域[0001]本发明涉及微波技术领域，尤其涉及滤波器技术领域，具体是指一种大带宽比的双通带滤波器设计方法，特别适用于带宽比极大的双通带滤波器的设计。背景技术[0002]在民用通信领域，无线通信技术的快速发展，对具有多功能射频接收前端提出了更高的要求。支持多频点通信、能够精确选出系统所需多频段信号的双通带/多通带滤波器成了关键器件，在多制式移动通信方面有着广泛的应用前景。在军事上，复杂电磁环境下的高技术战争已经屡见不鲜。隐身与反隐身、干扰与反干扰、压制与反压制都对我们的专用通信系统提出了越来越高的要求。专用无线通信系统在设计时必须考虑到日趋复杂的电磁环境，尽力避免民用电磁信号的干扰。高性能多通带滤波器，有助于通过跳频通信的方式增强通信系统的战场生存能力。[0003]尽管民用通信和军用通信都对高性能多通带滤波器有着极其迫切的需求，然而，高性能的多通带滤波器依然匮乏。这是因为，与单通带滤波器类似，常规多通带滤波器要么是体积和重量过大，要么是带内插损过高，都难于满足通信系统严苛的要求。因此，用高温超导薄膜制成的多通带滤波器就有着极为广阔的应用前景。[0004]如何巧妙地设计电路结构，使得多个通带能够同时满足严苛的性能指标，就成了多通带滤波器的设计难点。近年来，常用的多通带滤波器主要有以下几种方案：[0005](1)子滤波器的并联法。首先设计好每一个独立的单通带滤波器，再将它们的输入输出端进行连接，便构成了多通带滤波器，其缺点是尺寸往往过大，不利于器件小型化与集成化。[0006](2)将带阻滤波器级联或嵌入带通滤波器即可实现多通带滤波器。简单来说，就是利用带阻滤波器在一个较宽的通带内滤去某些特定的频段，进而使之前的一个通带变成多个通带，形成多通带响应。这种方法一般只适用于两个通带相距较近的情形。[0007](3)多模谐振器方案。目前用的比较多的两种多模谐振器为阶跃阻抗型谐振器(SIR)及枝节加载型谐振器(SLR)。多模谐振器方案可以明显地减小电路尺寸，这一点对于超导滤波器来说尤为重要。但是现有设计方法自由度小，阶数低，滤波性能不理想。因为多个通带的外部耦合以及谐振器之间的耦合只能用同一套物理参数来进行调节，因此降低了滤波器设计的自由度。多个通带之间彼此关联、互相影响，使得设计者很难找到一组物理参数，使得各个通带的滤波响应都达到最佳。对于两个通带的带宽相差较大的双通带滤波器，设计更是面临极大困难：[0008](1)谐振器是构成滤波器的基本单元，滤波器的通带宽度决定了谐振器之间的所需的耦合强度，从而决定了谐振器之间的耦合距离。若两个通带的带宽相差较大，意味着同一对谐振器要在两个不同的频率处实现差异极大的耦合强度，因而需要在耦合距离外增加可调参数；[0009](2)带宽相关较大还意味着馈线需要在两个不同的频率处实现差异较大的外部耦说　明　书1/6页4CN109766654A4合。发明内容[0010]本发明针对带宽比极大的双通带滤波器的需求和难点，提供了一种通过调节多模谐振器的主体和加载部分的尺寸、辅助耦合块的尺寸实现两通带所需频率和内部耦合，通过相位匹配型分支馈线实现外部耦合，从而能够实现大带宽比的双通带滤波器的方法。[0011]为了实现上述目的，本发明具有如下构成：[0012]本发明提供一种双通带滤波器的设计方法，所述双通带滤波器包括多个多模谐振器、多个辅助耦合块和馈线，所述馈线包括馈线第一分支和馈线第二分支；[0013]所述设计方法包括如下步骤：[0014]通过调节所述多模谐振器的主体及加载部分的尺寸参数，将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围；[0015]通过调节所述辅助耦合块的形式来改变所述多模谐振器的耦合路径的耦合强度；[0016]根据第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求设计馈线第一分支和馈线第二分支。[0017]可选地，所述根据第一通带的外部耦合强度需求和第二通带的外部耦合强度需求设计馈线第一分支和馈线第二分支，包括如下步骤：[0018]根据第一通带的外部耦合强度需求，设计馈线第一分支；[0019]如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度恰好等于第二通带的外部耦合强度，则无需增加馈线第二分支；[0020]如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度小于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为同相相加型馈线分支；[0021]如果所述馈线第一分支在所述第二通带形成的耦合强度大于第二通带的外部耦合强度，则将所述馈线第二分支设计为反相相消型馈线分支。[0022]可选地，所述设计馈线第一分支包括如下步骤：[0023]如果第一通带的外部耦合为搭接式，设计馈线第一分支在第一节多模谐振器的主体的搭接位置；[0024]如果第一通带的外部耦合为容性耦合式，设计馈线第一分支与第一节多模谐振器的主体的容性耦合强度。[0025]可选地，所述多模谐振器的主体包括微带叉指电容和蜿蜒微带，所述多模谐振器的加载部分包括块状电容和蜿蜒微带，所述调节所述多模谐振器的主体及加载部分的尺寸参数，包括调节所述多模谐振器的主体的微带叉指电容和蜿蜒微带的尺寸，以及调节所述多模谐振器的加载部分的块状电容和蜿蜒微带的尺寸。[0026]可选地，所述将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，并将双通带滤波器的寄生模式频率调节至预设的寄生模式频率范围，包括如下步骤：[0027]将多模谐振器的最低的两个模式的频率分别调节至第一通带的中心频率和第二通带的中心频率；[0028]增大所述多模谐振器的主体的微带叉指电容和加载部分的块状电容，将双通带滤说　明　书2/6页5CN109766654A5波器的寄生模式频率调节至与所述第一通带的中心频率和第二通带的中心频率的差值大于预设的频率差阈值。[0029]可选地，通过调节所述多模谐振器的主体及加载部分的尺寸参数，将双通带滤波器的工作频率调节至预设的工作频率，包括如下步骤：[0030]通过调节所述多模谐振器的主体的尺寸参数，调节第一通带的工作频率；[0031]通过调节所述多模谐振器的主体和加载部分的尺寸参数，调节第二通带的工作频率。[0032