一种拓扑结构、滤波器及通信设备 |
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| 申请号 | CN202410137124.8 | 申请日 | 2024-01-30 | 公开(公告)号 | CN117913484A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 深圳市信维通信股份有限公司; | 发明人 | 冯志豪; 毕晓坤; 杨椰楠; | ||||
| 摘要 | 本 发明 实施例 公开了一种拓扑结构、 滤波器 及通信设备，拓扑结构的第五微带线一端连接第一平行线和第二平行线，第一平行线连接输入端、第三开路枝节和第一微带线，第一微带线依次连接第二微带线和第一开路枝节，第二平行线连接输出端、第四开路枝节和第三微带线，第三微带线依次连接第四微带线和第二开路枝节，第五微带线另一端连接第六微带线和第八微带线，第六微带线依次连接第七微带线和第五开路枝节，第八微带线依次连接第九微带线和第六开路枝节。通过上述方式，基于此拓扑结构设计的宽带 带通滤波 器 具有双陷波特性，且在 通带 内存在五个传输极点以确保平坦度， 阻带 内有两个传输零点以确保高选择性，通带内有两个传输零点以形成所需的陷波。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种拓扑结构，其特征在于，包括输入端、输出端、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第一开路枝节、第二开路枝节、第三开路枝节、第四开路枝节、第五开路枝节、第六开路枝节、第一平行线和第二平行线； |
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| 说明书全文 | 一种拓扑结构、滤波器及通信设备技术领域背景技术[0002] 随着现代无线通信技术的快速发展，作为无线通信系统关键器件之一的宽带带通滤波器，吸引了广大学者的关注。其中，能够抑制带内干扰且能高速传输信号的滤波器，即具有陷波特性的宽带带通滤波器，被不断深入研究。 发明内容[0004] 本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种拓扑结构、滤波器及通信设备，能够具有选择性高和小型化的特性。 [0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种拓扑结构，包括输入端、输出端、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第一开路枝节、第二开路枝节、第三开路枝节、第四开路枝节、第五开路枝节、第六开路枝节、第一平行线和第二平行线，其中，所述第五微带线的一端连接所述第一平行线和第二平行线的一端，所述第一平行线的另一端连接所述输入端、第三开路枝节和第一微带线的一端，所述第一微带线的另一端依次连接所述第二微带线和第一开路枝节，所述第二平行线的另一端连接所述输出端、第四开路枝节和第三微带线的一端，所述第三微带线的另一端依次连接所述第四微带线和第二开路枝节，所述第五微带线的另一端连接所述第六微带线和第八微带线的一端，所述第六微带线的另一端依次连接所述第七微带线和第五开路枝节，所述第八微带线的另一端依次连接所述第九微带线和第六开路枝节。 [0006] 可选的，所述第一平行线、第二平行线、第一微带线、第三微带线、第六微带线、第八微带线、第一开路枝节、第二开路枝节、第三开路枝节、第四开路枝节、第五开路枝节和第六开路枝节相互平行，且均与所述第二微带线、第四微带线、第五微带线、第七微带线和第九微带线垂直。 [0007] 可选的，所述第一平行线和第二平行线关于所述第五微带线对称，所述第一微带线和第三微带线关于所述第五微带线对称，所述第二微带线和第四微带线关于所述第五微带线对称，所述第六微带线和第八微带线关于所述第五微带线对称，所述第七微带线和第九微带线关于所述第五微带线对称，所述第一开路枝节和第二开路枝节关于所述第五微带线对称，所述第三开路枝节和第四开路枝节关于所述第五微带线对称，所述第五开路枝节和第六开路枝节关于所述第五微带线对称。 [0008] 可选的，所述第一平行线包括第一传输线和第二传输线，所述第一传输线的一端连接所述输入端，所述第二传输线的一端连接所述第五微带线的一端，所述第一传输线与所述第二传输线间隔平行设置，并且所述第一传输线与所述第二传输线耦合，所述第二平行线包括第三传输线和第四传输线，所述第三传输线的一端连接所述第五微带线的另一端，所述第四传输线的一端连接所述输出端，所述第三传输线与所述第四传输线间隔平行设置，并且所述第三传输线与所述第四传输线耦合。 [0009] 可选的，所述第一平行线的电长度和所述第二平行线的电长度均为基于该拓扑结构设计的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长中心频率处对应的四分之一波长，所述第五微带线的电长度、第六微带线的电长度、第七微带线的电长度和第五开路枝节的电长度之和为基于该拓扑结构设计的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长中心频率处对应的二分之一波长，所述第五微带线的电长度、第八微带线的电长度、第九微带线的电长度和第四开路枝节的电长度之和为基于该拓扑结构设计的带通滤波器的中心频率处对应的二分之一波长。 [0010] 可选的，所述第一微带线的电长度、第二微带线的电长度、第一开路枝节的电长度之和与所述第三微带线的电长度、第四微带线的电长度、第二开路枝节的电长度之和相等，所述第一微带线的电长度、第二微带线的电长度、第一开路枝节的电长度之和大于基于该拓扑结构设计的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长，所述第一微带线的电长度、第二微带线的电长度、第一开路枝节的电长度之和等于第一陷波中心频率处对应的四分之一波长。 [0011] 可选的，所述第三开路枝节的电长度和所述第四开路枝节的电长度相等，所述第三开路枝节的电长度小于基于该拓扑结构设计的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长，所述第三开路枝节的电长度等于第二陷波中心频率处对应的四分之一波长。 [0012] 可选的，所述第一平行线和第二平行线的奇模特征阻抗相等，所述第一平行线和第二平行线的偶模特征阻抗相等，所述第一微带线的特征阻抗、第二微带线的特征阻抗、第三微带线的特征阻抗、第四微带线的特征阻抗、第一开路枝节的特征阻抗、第二开路枝节的特征阻抗、第三开路枝节的特征阻抗和第四开路枝节的特征阻抗均相等，所述第六微带线的特征阻抗、第七微带线的特征阻抗、第八微带线的特征阻抗、第九微带线的特征阻抗、第五开路枝节的特征阻抗和第六开路枝节的特征阻抗均为所述第五微带线的特征阻抗的两倍。 [0013] 为解决上述技术问题，本发明实施例采用的另一个技术方案是：提供一种滤波器，包括上述拓扑结构。 [0014] 为解决上述技术问题，本发明实施例还采用的另一个技术方案是：提供一种通信设备，包括上述滤波器。 [0015] 本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种拓扑结构，包括输入端、输出端、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第一开路枝节、第二开路枝节、第三开路枝节、第四开路枝节、第五开路枝节、第六开路枝节、第一平行线和第二平行线，其中，第五微带线的一端连接第一平行线和第二平行线的一端，第一平行线的另一端连接输入端、第三开路枝节和第一微带线的一端，第一微带线的另一端依次连接第二微带线和第一开路枝节，第二平行线的另一端连接输出端、第四开路枝节和第三微带线的一端，第三微带线的另一端依次连接第四微带线和第二开路枝节，第五微带线的另一端连接第六微带线和第八微带线的一端，第六微带线的另一端依次连接第七微带线和第五开路枝节，第八微带线的另一端依次连接第九微带线和第六开路枝节。通过上述方式，基于此拓扑结构设计的宽带带通滤波器具有双陷波特性，且在通带内存在五个传输极点以确保平坦度，阻带内有两个传输零点以确保高选择性，通带内有两个传输零点以形成所需的陷波。附图说明 [0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。 [0017] 图1是本发明实施例中的拓扑结构的整体结构示意图； [0018] 图2是本发明实施例中的拓扑结构的布局版图一； [0019] 图3是本发明实施例中的拓扑结构的布局版图二； [0020] 图4是本发明实施例中的拓扑结构的S参数仿真结果图； [0021] 图5是本发明实施例中的拓扑结构的奇模形式的等效结构图； [0022] 图6是本发明实施例中的拓扑结构的偶模形式的等效结构图。 [0023] 附图标记说明： [0024] 100拓扑结构、10输入端、20第一微带线、21第二微带线、22第三微带线、23第四微带线、24第五微带线、25第六微带线、26第七微带线、27第八微带线、28第九微带线、29第十微带线、30第一开路枝节、31第二开路枝节、32第三开路枝节、33第四开路枝节、34第五开路枝节、35第六开路枝节、36第七开路枝节、37第八开路枝节、40第一平行线、401第一传输线、402第二传输线、41第二平行线、411第三传输线、412第四传输线、50输出端。 具体实施方式[0025] 为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0026] 除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0027] 此外，下面所描述的本发明不同实施例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。 [0028] 本发明提供一种拓扑结构100，请参阅图1至图3，拓扑结构100包括输入端10、输出端50、第一微带线20、第二微带线21、第三微带线22、第四微带线23、第五微带线24、第六微带线25、第七微带线26、第八微带线27、第九微带线28、第一开路枝节30、第二开路枝节31、第三开路枝节32、第四开路枝节33、第五开路枝节34、第六开路枝节35、第一平行线40和第二平行线41，其中，第五微带线24的一端连接第一平行线40和第二平行线41的一端，第一平行线40的另一端连接输入端10、第三开路枝节32和第一微带线20的一端，第一微带线20的另一端依次连接第二微带线21和第一开路枝节30，第二平行线41的另一端连接输出端50、第四开路枝节33和第三微带线22的一端，第三微带线22的另一端依次连接第四微带线23和第二开路枝节31，第五微带线24的另一端连接第六微带线25和第八微带线27的一端，第六微带线25的另一端依次连接第七微带线26和第五开路枝节34，第八微带线27的另一端依次连接第九微带线28和第六开路枝节35。 [0029] 进一步的，请参阅图1至图3，第一平行线40、第二平行线41、第一微带线20、第三微带线22、第六微带线25、第八微带线27、第一开路枝节30、第二开路枝节31、第三开路枝节32、第四开路枝节33、第五开路枝节34和第六开路枝节35相互平行，且均与第二微带线21、第四微带线23、第五微带线24、第七微带线26和第九微带线28垂直。 [0030] 进一步的，请参阅图1至图3，第一平行线40和第二平行线41关于第五微带线24对称，第一微带线20和第三微带线22关于第五微带线24对称，第二微带线21和第四微带线23关于第五微带线24对称，第六微带线25和第八微带线27关于第五微带线24对称，第七微带线26和第九微带线28关于第五微带线24对称，第一开路枝节30和第二开路枝节31关于第五微带线24对称，第三开路枝节32和第四开路枝节33关于第五微带线24对称，第五开路枝节34和第六开路枝节35关于第五微带线24对称。 [0031] 进一步的，请参阅图2和图3，第一平行线40包括第一传输线401和第二传输线402，第一传输线401的一端连接输入端10，第二传输线402的一端连接第五微带线24的一端，第一传输线401与第二传输线402间隔平行设置，并且第一传输线401与第二传输线402耦合，第二平行线41包括第三传输线411和第四传输线412，第三传输线411的一端连接第五微带线2的另一端，第四传输线412的一端连接输出端50，第三传输线411与第四传输线412间隔平行设置，并且第三传输线411与第四传输线412耦合。 [0032] 在一些实施例中，第一平行线40的电长度和第二平行线41的电长度均为基于拓扑结构100的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长，第五微带线24的电长度、第六微带线25的电长度、第七微带线26的电长度和第五开路枝节34的电长度之和为基于拓扑结构100的带通滤波器的中心频率处对应的二分之一波长，第五微带线24的电长度、第八微带线 27的电长度、第九微带线28的电长度和第四开路枝节33的电长度之和为基于拓扑结构100的带通滤波器的中心频率处对应的二分之一波长。 [0033] 在一些实施例中，第一微带线20的电长度、第二微带线21的电长度、第一开路枝节30的电长度之和与第三微带线22的电长度、第四微带线23的电长度、第二开路枝节31的电长度之和相等，第一微带线20的电长度、第二微带线21的电长度、第一开路枝节30的电长度之和大于基于拓扑结构100的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长，第一微带线 20的电长度、第二微带线21的电长度、第一开路枝节30的电长度之和等于第一陷波中心频率处对应的四分之一波长。 [0034] 在一些实施例中，第三开路枝节32的电长度和第四开路枝节33的电长度相等，第三开路枝节32的电长度小于基于拓扑结构100的带通滤波器的中心频率处对应的四分之一波长，第三开路枝节32的电长度等于第二陷波中心频率处对应的四分之一波长。 [0035] 在一些实施例中，第一平行线40和第二平行线41的奇模特征阻抗相等，第一平行线40和第二平行线41的偶模特征阻抗相等，且均为Zoo和Zoe，第一微带线20的特征阻抗、第二微带线21的特征阻抗、第三微带线22的特征阻抗、第四微带线23的特征阻抗、第一开路枝节30的特征阻抗、第二开路枝节31的特征阻抗、第三开路枝节32的特征阻抗和第四开路枝节33的特征阻抗均相等，均为Z1，第五微带线24的特征阻抗为Z2，第六微带线25的特征阻抗、第七微带线26的特征阻抗、第八微带线27的特征阻抗、第九微带线28的特征阻抗、第五开路枝节34的特征阻抗和第六开路枝节35的特征阻抗均为第五微带线24的特征阻抗的两倍，均为2Z2。 [0036] 为了方便读者理解，以下提供了拓扑结构100的仿真实验实施例，请参阅图2和图3，该拓扑结构100设置于电路板(图未示)上，电路板(图未示)的尺寸为20.6mm*7.2mm，厚度为0.813mm，介电常数为3.38，介电损耗为0.0022。其中一组优化的参数为：lP＝7.6mm,l1＝ 6.4mm,l2＝1.3mm,l3＝1.65mm,l4＝5.1mm,l5＝6.7mm,l6＝3.5mm,l7＝3.1mm,sP＝0.1mm,s1＝0.3mm,wP＝0.15mm,w1＝0.15mm,w2＝1.8mm,w3＝0.9mm。请参阅图4，图中为基于上述尺寸和参数进行仿真实验所得的结果，图中示出了S参数的仿真结果，具体为，反射系数小于‑ 10dB的阻抗带宽范围为3.869GHz 8.093GHz,通带中心频率为5.981GHz，通带的绝对带宽为 4.224GHz，通带的相对带宽为70.6％，此外，在通带内还有五个传输极点，分别位于 4.025GHz、5.274GHz、6.475GHz、7.802GHz和8.024GHz，这五个传输极点保证了基于上述拓扑结构100设计的带通滤波器在通带的平坦度，同时，在通带内还有两个传输零点形成陷波，中心频率分别为5.825GHz和7.447GHz，且在中心频率处的隔离度分别为49.7dB和 64.8dB,具有良好的隔离度，在阻带内有两个传输零点，分别位于2.925GHz和8.499GHz，这两个传输极点使基于上述拓扑结构100设计的带通滤波器表现出选择性高的特性。 [0037] 本发明实施例中，拓扑结构100包括输入端10、输出端50、第一微带线20、第二微带线21、第三微带线22、第四微带线23、第五微带线24、第六微带线25、第七微带线26、第八微带线27、第九微带线28、第一开路枝节30、第二开路枝节31、第三开路枝节32、第四开路枝节33、第五开路枝节34、第六开路枝节35、第一平行线40和第二平行线41，其中，第五微带线24的一端连接第一平行线40和第二平行线41的一端，第一平行线40的另一端连接输入端10、第三开路枝节32和第一微带线20的一端，第一微带线20的另一端依次连接第二微带线21和第一开路枝节30，第二平行线41的另一端连接输出端50、第四开路枝节33和第三微带线22的一端，第三微带线22的另一端依次连接第四微带线23和第二开路枝节31，第五微带线24的另一端连接第六微带线25和第八微带线27的一端，第六微带线25的另一端依次连接第七微带线26和第五开路枝节34，第八微带线27的另一端依次连接第九微带线28和第六开路枝节35。通过上述方式，基于此拓扑结构100设计的宽带带通滤波器具有双陷波特性，且在通带内存在五个传输极点以确保平坦度，阻带内有两个传输零点以确保高选择性，通带内有两个传输零点以形成所需的陷波。此外，基于拓扑结构100设计的宽带带通滤波器具有小型化的特性。 [0038] 本发明又提供滤波器的实施例，滤波器包括上述拓扑结构100，对于上述拓扑结构100的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。 [0039] 为了方便读者理解，以下提供了基于上述拓扑结构100，设计得到高选择性的宽带带通滤波器的思路，具体如下： [0040] 假设第一微带线20的电长度、第三微带线22的电长度、第三开路枝节32的电长度、第四开路枝节33的电长度均为带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长，且第二微带线21的电长度、第四微带线23的电长度、第一开路枝节30的电长度、第二开路枝节31的电长度均为零。此时，拓扑结构100为左右对称结构，对基于拓扑结构100设计的宽带带通滤波器可以采用奇偶模分析法进行分析，分析过程如下： [0041] 首先，得到拓扑结构100的奇模形式，请参阅图5，奇模形式为，第七开路枝节36的一端、第一平行线40的一端和第八开路枝节37的一端均与输入端10连接，第一平行线40的另一端接地。其中，第七开路枝节36的电长度和第八开路枝节37的电长度均为带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长，且第七开路枝节36的特征阻抗和第八开路枝节37的特征阻抗均为第一微带线20的特征阻抗、第二微带线21的特征阻抗、第三微带线22的特征阻抗、第四微带线23的特征阻抗、第一开路枝节30的特征阻抗、第二开路枝节31的特征阻抗、第三开路枝节32的特征阻抗、第四开路枝节33的特征阻抗，即第七开路枝节36的特征阻抗和第八开路枝节37的特征阻抗均为Z1。当输入导纳Yino为零时，可以得到拓扑结构100拥有两个奇模传输极点，分别为： [0042] [0043] [0044] 其中，f0为带通滤波器中心频率。 [0045] 然后，得到拓扑结构100的偶模形式，请参阅图6，偶模形式为第七开路枝节36的一端、第一平行线40的一端和第八开路枝节37的一端均与输入端10连接，第一平行线40的另一端依次连接有第十微带线29、第六微带线25和第七微带线26。其中，第十微带线29的电长度等于第五微带线24的电长度，第十微带线29的特征阻抗为第五微带线24的特征阻抗的二倍，即第十微带线29的特征阻抗为2Z2。当输入导纳Yine为零时，可以得到拓扑结构100拥有三个偶模传输极点，分别为： [0046] [0047] fep2＝f0 [0048] [0049] 其中， [0050] α＝Z2(Zoe+Zoo)+(Zoe‑Zoo)2+Z1Z2 [0051] β＝Z2(Zoe+Zoo+2)+4ZoeZoo+Z1(Zoe+Zoo) [0052] 最后，计算拓扑结构100的传输零点，具体为，将组成拓扑结构100的级联谐振器的ABCD矩阵依次相乘，得到拓扑结构100对应的ABCD矩阵，将拓扑结构100的ABCD矩阵转化为对应的S矩阵。当|S21|＝0时，可以得出此拓扑结构100有三个传输零点，且三个传输零点分别为： [0053] [0054] fz2＝f0 [0055] [0056] 由以上分析可知，当第一微带线20的电长度、第三微带线22的电长度、第三开路枝节32的电长度、第四开路枝节33的电长度均为带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长，且第二微带线21的电长度、第四微带线23的电长度、第一开路枝节30的电长度、第二开路枝节31的电长度均为零时，基于上述拓扑结构100的滤波器具有两个奇模传输极点、三个偶模传输极点和三个传输零点。且无论如何改变参数Zoo、Zoe、Z1和Z2的值，传输零极点的相对位置，即fz1 [0057] 此外，上述拓扑结构100中，第一微带线20的电长度、第二微带线21的电长度、第一开路枝节30的电长度之和与第三微带线22的电长度、第四微带线23的电长度、第二开路枝节31的电长度之和均大于带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长，且第三开路枝节32的电长度和第四开路枝节33的电长度均小于带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长。由微波基础理论可知，基于上述拓扑结构100设计的滤波器的传输零点f2将被拆分为两个传输零点fz2L和fz2U，而其他零极点的数目是不变的。并且，其第一陷波的中心频率fz2L和第一微带线20的电长度θ1、第二微带线21的电长度θ2、第一开路枝节30的电长度θ3的关系可以表示为： [0058] [0059] 其中，λ为带通滤波器的波长。第二陷波的中心频率fz2U和第二开路枝节31的电长度θ4的关系可以表示为： [0060] [0061] 由以上分析可知，当第一微带线20的电长度、第二微带线21的电长度、第一开路枝节30的电长度之和与第三微带线22的电长度、第四微带线23的电长度、第二开路枝节31的电长度之和均稍微大于带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长，且第三开路枝节32的电长度和第四开路枝节33的电长度均稍微小于带通滤波器中心频率处对应的四分之一波长时，无论如何改变参数Zoo、Zoe、Z1和Z2的值，传输零极点的相对位置，即fz1 [0062] 本发明又提供通信设备的实施例，通信设备包括上述滤波器，对于上述滤波器的具体结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。 [0063] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 |
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