本实用新型涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种具有阻带的超宽带带通滤波器。
背景技术：
随着通信技术的迅速发展，人们对无线通信的要求不仅仅在于简单的语音交流，而是追求高清视频等大数据量和高保密性的无线通信系统。超宽带(uwb)无线通信技术以其系统结构简单、成本低、功耗小、传输速率高、保密性好等特点成为目前无线通信领域的一个研究热点。超宽带无线通信技术最初形式为直接利用脉宽为纳秒或亚纳秒级的脉冲作为信息载体的脉冲无线电技术，主要用于雷达和低截获/低侦查率的无线系统。随着微电子器件技术的发展，uwb技术开始应用于民用领域，在国际上引起了对其研究、开发和应用的热潮，并被认为是下一代无线通信的革命性技术。2002年2月，美国联邦通信委员会(fcc)批准了uwb技术在短距离无线通信领域的应用，开放了3.1ghz到10.6ghz这一频段作为商用。uwb技术具有广阔的应用前景，例如高速无线个域网、无线以太接口链路、智能无线局域网等众多领域有着广泛的应用。作为uwb通信系统中的关键器件之一，超宽带滤波器得到广泛研究。
2005年阶梯阻抗谐振器被首次应用在超宽带滤波器设计中，其后，为了改善其通带选择性、带外抑制等，枝节加载多模谐振器、微带/共面波导多模结构被相继的应用在超宽带滤波器设计中。但是，如何设计具有阻带的超宽带滤波器是目滤波器设计的研究热点。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种具有阻带的超宽带带通滤波器。
本实用新型采用的技术方案是：
一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其采用一二分之一波长谐振器加复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器，其中一个步阶阻抗谐振器处于二分之一波长谐振器一侧的中心位置，且对应中心处的步阶阻抗谐振器呈轴对称设置。
进一步地，输入输出端藉由强耦合和高阻抗馈入线以提供耦合能量。
进一步地，超宽带带通滤波器形成两个具有不同中心频率的超宽带滤波器，第一个超宽带通带中心频率4ghz，通带范围为3ghz-5ghz；第二个超宽带通带中心频率8ghz，通带范围为6ghz-10ghz，且在频率5-6ghz处有个尖阻带，可以有效的抑制wlan信号的干扰。进一步地，3组波长四分之一波长步阶阻抗谐振器为同一形式的结构。
本实用新型采用以上技术方案，由单二分之一波长谐振器加载3组四分之一波长步阶阻抗谐振器组成，输入输出端藉由强耦合和高阻抗馈入线以提供足够的耦合能量。本发明结构上枝节都用的是四分之一波长的步阶阻抗谐振器，可以通过调整阻抗比来实现不同的超宽带，进而实现带有阻带的超宽带滤波器，由两个超宽带通带和一个阻带组成。两个超宽带滤波器通带内都有三个传输零点，第一个超宽带和第二个超宽带的3db分数带宽(fbw)分别为50％和50％，且在5-6ghz左右处出现一个尖阻带，其插入损耗平均1.26db，返回损失平均大于10db，同时在频带下边0ghz和频带上边11.9ghz的地方出现传输零点，提高了滤波器的选择性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；
图1为本实用新型一种微小化具有阻带的超宽带带通滤波器的结构示意图；
图2为原始超宽带滤波器的等效结构图；
图3为两段短路的传输线结构示意图；
图4为步阶阻抗谐振器离中心位置不同间距l4下s参数变化图；
图5为不同阻抗比k下s参数变化图；
图6为不同电子长度比α下s参数变化图；
图7为不具有notch的超宽带滤波器；
图8为步阶阻抗谐振器在不同电子长度比下具有notch的超宽带滤波器变化图；
图9为具有notch的超宽带滤波器仿真图。
具体实施方式
如图1至图9所示，本实用新型公开了一种微小化具有阻带的超宽带带通滤波器，其采用一二分之一波长谐振器加载3组四分之一波长步阶阻抗谐振器，其中一个步阶阻抗谐振器处于二分之一波长谐振器一侧的中心位置，另两个步阶阻抗谐振器与中心处的步阶阻抗谐振器位于同一侧，且对应中心处的步阶阻抗谐振器呈轴对称设置。
进一步地，输入输出端藉由强耦合和高阻抗馈入线以提供耦合能量。
进一步地，超宽带带通滤波器形成两个具有不同中心频率的超宽带滤波器，第一个超宽带通带中心频率4ghz，通带范围为3ghz-5ghz；第二个超宽带通带中心频率8ghz，通带范围为6ghz-10ghz。
进一步地，3组四分之一波长步阶阻抗谐振器为同一形式的结构。
进一步地，这些组四分之一波长步阶阻抗谐振器为3组四分之一步阶阻抗谐振器。
进一步地，这些组四分之一步阶阻抗谐振器是由一高阻抗结构与一低阻抗结构所形成的。
进一步地，由调整这些组四分之一波长步阶阻抗谐振器的高阻抗结构的阻抗和低阻抗结构的阻抗比和电子长度比可以调整该具有阻带的超宽带带通滤波器之通带特性。
该滤波器的结构非常简单，是输入输出端由强耦合和高阻抗馈入线以提供足够的耦合能量，实现带有阻带的超宽带滤波器，由两个超宽带滤波器和一个阻带组成。第一个超宽带通带中心频率4ghz，通带范围为3ghz-5ghz；第二个超宽带通带中心频率8ghz，通带范围为6ghz-10ghz，且在5-6ghz之间出现一个尖阻带，整个通带内插入损耗均大于-1.26db，返回损失平均小于-10db，同时在频带下边0ghz和频带上边11.9ghz的地方出现传输零点。
下面就本实用新型的具体原理详细说明。
原始超宽带滤波器分析理论：假设传输线是无损耗，忽略结边电容、短路桩的感应效应和频散的影响，根据传输线网络分析方法，来近似分析超宽频滤波器的形成。图2为原始超宽带滤波器的等效结构。整体矩阵为abcd，[r]为图2中的传输线模型，它是由端线、并联短路和连接线相乘得到的，如下公式所示；
其中
在阻抗为z0为匹配源和负载的条件下，有公式(1)得到模型的s参数：
先请查考图1，其为本实用新型一种具有阻带的超宽带带通滤波器的结构示意图，其采用一二分之一波长谐振器1加载复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器2。其中一个步阶阻抗谐振器处于二分之一波长谐振器一侧的中心位置。较佳地，复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器2由3组四分之一波长步阶阻抗谐振器。且另两个步阶阻抗谐振器与中心处的步阶阻抗谐振器，较佳地，位于同一侧，且对应中心处的步阶阻抗谐振器呈轴对称设置。
本实用新型中两段短路的传输线由四分之一波长的步阶阻抗谐振器来代替。这些组四分之一波长步阶阻抗谐振器由一高阻抗结构3与一低阻抗结构4所形成。由调整这些组四分之一波长步阶阻抗谐振器的高阻抗结构3与低阻抗结构4的阻抗比与电子长度比可调整该具有阻带的超宽带带通滤波器之通带特性。在一实施例中，该阻抗比小于1且电子长度比小于1。
图3为四分之一波长的步阶阻抗谐振器。例如该步阶阻抗谐振器由阻抗为z1电子长度为θ1，和阻抗为z2电子长度为θ2组成，其阻抗比为k＝z2/z1，其电子长度比为α＝θ2/(θ1 θ2)＝θ2/θt.则四分之一波长的步阶阻抗谐振器的输入阻抗为：
如图3所示，假设传输线是无损耗，忽略结边电容、短路桩的感应效应、频散和阶跃不连续的影响，近似来分析带有阻带的超宽带滤波器原理。矩阵[u]和[w]仍然为公式(2)和(4)，只有矩阵[v]被四分之一波长的步阶阻抗谐振器所代替。
中心頻率：如图4所示，其仿真环境：l＝36mm，w＝1.52mm，w1＝w2＝0.5mm，l1 l2＝6mm，l3＝18mm，l4分别为5mm、10mm、15mm。
从图4可以看出，四分之一波长步阶阻抗谐振器离中心位置间距越大，中心频率往低频方向移动。
带宽：如图5所示，其仿真环境：l＝36mm,w＝1.52mm，l3＝18mm,步阶阻谐振器的阻抗比k分别在0.36、1、2，l2＝6mm,l1＝2mm，滤波器结构中的两个对称的步阶阻抗谐振器离中心位置l4＝12mm。
图5中在电子长度比不变，四分之一波长的步阶谐振器离中心位置保持不变的条件下，改变步阶阻抗比k，可以发现，当k越小，频宽越大，中心频率也随着向高频移动。
如图6所示，其仿真环境：l＝36mm,w＝1.52mm，l3＝18mm,步阶阻谐振器的阻抗比k＝0.36，l2＝6mm,l1分别为2mm、2.5mm、3mm(即α＝0.25、0.29、0.33)，滤波器结构中的两个对称的步阶阻抗谐振器离中心位置l4＝12mm。
图6中，在步阶阻抗比不变，四分之一波长的步阶谐振器离中心位置保持不变的条件下，改变电子长度比α，可以发现，当α越小，频宽越大，中心频率也随着向高频移动。
如图7所示，其仿真环境：步阶阻谐振器的阻抗是0.36，即高阻抗部分为87ω，对应长度为l2＝6mm,宽度为w2＝0.5mm，低阻抗部分为32ω，对应长度l1＝2mm(即电子长度比为0.25)，宽度为w1＝3mm。滤波器结构中的两个对称的步阶阻抗谐振器离中心位置l4＝12mm，l3＝18mm,l＝36mm,w＝1.52mm。从图7可以看出在整个通带内有5个传输零点，3db分数带宽(fbw)为120％，插入损耗均大于-1.6db，返回損失平均小于-10db，具有高选择性。
具有notchband的宽频带带通滤波器：
除了输入输出端藉由强耦合和高阻抗馈入线以提供足够的耦合能量外，通过调节步阶阻抗这两个短路结构的电子长度比α就可得到所需要的具有阻带的超宽带滤波器。
如图8所示，其仿真环境：步阶阻谐振器的阻抗比k都是在0.36，即高阻抗部分为87ω，对应长度为l2＝6mm,宽度为w2＝0.5mm，低阻抗部分为32ω，对应长度l1分别为6mm、7mm、10mm(即电子长度比分别为0.5、0.54、0.56)，宽度为w1＝3mm，l＝36mm,w＝1.52mm，l3＝18mm。滤波器结构中的两个对称的步阶阻抗谐振器离中心位置l4为11mm。由图8中可以看出，在不同的长度比下，notch的阻带位置随着长度比而变化，长度比约大，阻带中心频率往低频方向移动，同时也越尖锐。
图9是一个具有notch的超宽频滤波器的仿真图。图9仿真图中的参数环境和图8相同，但l1＝9mm，l4＝10mm,下仿真的。第一个超宽带通带中心频率4ghz，通带范围为3ghz-5ghz；第二个超宽带通带中心频率8ghz，通带范围为6ghz-10ghz。且在5-6ghz左右处出现一个尖阻带，整个通带内插入损耗均大于-1.26db，返回損失平均小于-10db，同时在频带下边0ghz和频带上边11.9ghz的地方出现传输零点。在阻带内陷波带区域的衰减约为32db，可以有效的抑制wlan的干扰。
为了验证使用fr4基板(εr＝4.4,tanδ＝0.02,h＝0.8mm)制造并量测滤波器，仿真结果与测量结果大致上具有良好一致性。
本实用新型采用以上技术方案，由单二分之一波长谐振器加载3组四分之一波长步阶阻抗谐振器组成，输入输出端藉由强耦合和高阻抗馈入线以提供足够的耦合能量。本发明结构上枝节都用的是四分之一波长的步阶阻抗谐振器，可以通过调整阻抗比来实现不用的超宽带，进而实现带有阻带的超宽带滤波器，由两个超宽带滤波器和一个阻带组成。两个超宽带滤波器通带内都有三个传输零点，第一个超宽带通带和第二个超宽带通带的3db分数带宽(fbw)分别为50％和50％，且在5-6ghz左右处出现一个尖阻带，其插入损耗平均大于-1.26db，返回损失平均大于10db，同时在频带下边0ghz和频带上边11.9ghz的地方出现传输零点，提高了滤波器的选择性，同时测量结果也显示出与模拟结果的良好一致性。
1.一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：其采用一二分之一波长谐振器加复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器，其中一个步阶阻抗谐振器处于二分之一波长谐振器一侧的中心位置，且复数组四分之一步阶阻抗谐振器均是由一高阻抗结构与一低阻抗结构所形成的。
2.根据权利要求1所述的一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：输入输出端藉由强耦合和高阻抗馈入线以提供耦合能量。
3.根据权利要求1所述的一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：超宽带带通滤波器形成两个具有不同中心频率的超宽带滤波器，第一个超宽带通带中心频率4ghz，通带范围为3ghz-5ghz；第二个超宽带通带中心频率8ghz，通带范围为6ghz-10ghz，且在频率5-6ghz之间有个尖阻带，抑制wlan信号的干扰。
4.根据权利要求1所述的一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器为同一形式的结构。
5.根据权利要求1所述的一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器为3组四分之一步阶阻抗谐振器，其中一个步阶阻抗谐振器处于1/2波长谐振器一侧的中心位置，另两个步阶阻抗谐振器与中心处的步阶阻抗谐振器位于同一侧且对应中心处的步阶阻抗谐振器呈轴对称设置。
6.根据权利要求1所述的一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：通过调整复数组四分之一波长步阶阻抗谐振器的高阻抗结构的阻抗和低阻抗结构的阻抗比和电子长度比以调整具有阻带的超宽带带通滤波器的通带特性。
7.根据权利要求6所述的一种具有阻带的超宽带带通滤波器，其特征在于：该阻抗比小于1且电子长度比小于1。
技术总结