专利摘要
本发明公开了一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器及其设计方法，所述的滤波器包括：两个源端阻抗单元；N节第一传输线，其串联在所述两个源端阻抗单元之间；其中，所述源端阻抗与其相邻的所述第一传输线之间形成第一连接区域，相邻的两节所述第一传输线之间形成第二连接区域；两组第一开路截线，其与所述第一连接区域一一对应设置，并且所述第一开路截线的一端连接在所述第一连接区域上；一组或多组第二开路截线，其与所述第二连接区域一一对应设置，并且所述第二开路截线的一端连接在所述第二连接区域上；其中，所述第一开路截线包括M节串联的第二传输线，所述第二开路截线包括P节串联的第三传输线；并且满足：N≥2，M≥1，P≥1，M≥P。
权利要求
1.一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的设计方法，其特征在于，所述基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器，包括：
两个源端阻抗单元；
N节第一传输线，其串联在所述两个源端阻抗单元之间；
其中，所述源端阻抗与其相邻的所述第一传输线之间形成第一连接区域，相邻的两节所述第一传输线之间形成第二连接区域；
两组第一开路截线，其与所述第一连接区域一一对应设置，并且所述第一开路截线的一端连接在所述第一连接区域上；
一组或多组第二开路截线，其与所述第二连接区域一一对应设置，并且所述第二开路截线的一端连接在所述第二连接区域上；
其中，所述第一开路截线包括M节串联的第二传输线，所述第二开路截线包括P节串联的第三传输线；
并且满足：N≥2，M≥1，P≥1，M≥P；
所述设计方法，包括如下步骤：
步骤一、根据实际电路尺寸和性能需求确定滤波器电路中第一传输线的节数N、第二传输线的节数M、第三传输线的节数P、阻带抑制SR及回波损耗RL；
步骤二、计算所述滤波器电路的整体传输矩阵，并且根据所述整体传输矩阵得到所述滤波器电路的传输函数；
步骤三、确定所述传输函数的约束条件，并且根据所述传输函数和所述约束条件确定所述第一传输线、所述第二传输线及所述第三传输线的阻抗值；
在所述步骤二中，所述滤波器电路的整体传输矩阵为：
其中，
在所述步骤二中，通过如下关系式得到所述滤波器电路的传输函数：
其中，S
在所述步骤三中，所述传输函数的约束条件为：
其中，D
2.根据权利要求1所述的基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的设计方法，其特征在于，当P＝1时，
其中，θ为传输线的电长度，所有开路支截线和横向传输线具有同一电长度；N为第一传输线的节数；M为第二传输线的节数；W为特征常数函数；
说明书
技术领域
本发明涉及射频电路微带线器件制造技术领域，特别涉及一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器及其设计方法。
背景技术
带阻滤波器被广泛用作射频/微波器件的基本构建模块。它的主要作用是使规定的频带内信号无法通过(或受到衰减或抑制)，而在其余频率范围内，信号可以很好地通过。因此，带阻滤波器多用于消除单一干扰频率，在通信技术领域有着广泛应用。随着现代无线通信技术的迅速发展，对带阻滤波器需求飞速增加。同时，对带阻滤波器的性能要求也随着提高。
这使得宽带带阻滤波器(WBSF)成为研究的一个热点问题，优良的宽带带阻滤波器需要具有以下几个优良特征：1、阻带可实现带宽范围大；2、通带损耗小；3、阻带信号抑制效果好；4、选择性好。
目前，设计实现带阻滤波器的方法主要有两种：一种方法基于耦合线结构实现带阻滤波器，另一种则是传统的方法，即在横向传输线之间穿插开路截线来构造带阻滤波器。
第一种方法中利用耦合线构构造的带阻滤波器，优势是可能产生较多的传输零点，但是这一类带阻滤波器通常具有较窄的阻带带宽以及较复杂的电路结构，限制了该类滤波器的性能。第二种传统的设计方法电路结构简单、便于实现，但其中经典的横向传输线之间穿插单节开路截线的基本结构除中心频率外并不能产生新的传输零点，而其他的相似设计方法并没有综合的方法指导来产生定量的传输零点与反射零点。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器，其能够定量增加传输零点和反射零点的数量，并且具有较宽的阻带带宽和较好的滚降特性。
本发明的目的之二是提供一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的设计方法，其根据电路传输函数和约束条件进行计算确定每节传输线的阻抗值，能够保证设计得到的滤波器满足所需的性能要求。
本发明提供的技术方案为：
一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器，包括：
两个源端阻抗单元；
N节第一传输线，其串联在所述两个源端阻抗单元之间；
其中，所述源端阻抗与其相邻的所述第一传输线之间形成第一连接区域，相邻的两节所述第一传输线之间形成第二连接区域；
两组第一开路截线，其与所述第一连接区域一一对应设置，并且所述第一开路截线的一端连接在所述第一连接区域上；
一组或多组第二开路截线，其与所述第二连接区域一一对应设置，并且所述第二开路截线的一端连接在所述第二连接区域上；
其中，所述第一开路截线包括M节串联的第二传输线，所述第二开路截线包括P节串联的第三传输线；
并且满足：N≥2，M≥1，P≥1，M≥P。
一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的设计方法，包括如下步骤：
步骤一、根据实际电路尺寸和性能需求确定滤波器电路中第一传输线的节数N、第二传输线的节数M、第三传输线的节数P、阻带抑制SR及回波损耗RL；
步骤二、计算所述滤波器电路的整体传输矩阵，并且根据所述整体传输矩阵得到所述滤波器电路的传输函数；
步骤三、确定所述传输函数的约束条件，并且根据所述传输函数和所述约束条件确定所述第一传输线、所述第二传输线及所述第三传输线的阻抗值。
优选的是，在所述步骤二中，所述滤波器电路的整体传输矩阵为：
其中， 为第一开路截线组的整体传输矩阵， 为第二开路截线组的整体传输矩阵， 为N节第一传输线的传输矩阵。
优选的是，在所述步骤二中，通过如下关系式得到所述滤波器电路的传输函数：
其中，S21为滤波器电路的正向传输函数，AT、BT、CT和DT分别为滤波器电路的整体传输矩阵中的元素。
优选的是，当P＝1时，
其中，θ为传输线的电长度，所有开路支截线和横向传输线具有同一电长度；N为第一传输线的节数；M为第二传输线的节数；W为特征常数函数； 和 是因子特征阻抗函数；hM,N是整体特征阻抗函数。
优选的是，在所述步骤三中，所述传输函数的约束条件为：
其中，D1、D2……为滤波器电路S函数的各个极点； ……为滤波器电路输入反射函数S11在各个极点处的电长度， ……为滤波器电路的正向传输函数S21在各个极点处的电长度；RL是电路的回波损耗，SR是电路的阻带抑制；εRL为S11的波纹高度，εSR为S21的波纹高度。
本发明的有益效果是：
本发明提供的基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器，其能够定量增加传输零点和反射零点的数量，并且具有较宽的阻带带宽和较好的滚降特性。
本发明提供的基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的设计方法，其根据电路传输函数和约束条件进行计算确定每节传输线的阻抗值，能够保证设计得到的滤波器满足所需的性能要求。
附图说明
图1为本发明所述的基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的电路模型图。
图2为本发明实施例1中的宽带带阻滤波器的电路模型图。
图3为本发明实施例2中的宽带带阻滤波器的电路模型图。
图4为本发明实施例1电路模型的ADS仿真图。
图5为本发明实施例2电路模型的ADS仿真图。
图6为本发明实施例3中的宽带带阻滤波器的电路模型图。
图7为本发明实施例3电路模型的ADS仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器，所述的滤波器为对称结构，具有多传输零点和多反射零点。如图1所示，所述的基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器包括：两个源端阻抗Z0(两负载电阻等值)和中间的横向N节传输线(Z1、Z2……)以及穿插在横向传输线之间的N+1组开路截线(Zs11、Zs12、…Zs1M，Zs21、Zs22、…Zs2P)；开路截线中传输线的节数需要根据实际工作需要结合本发明中给出的规律进行选择。由于设计的宽带带阻滤波器为对称结构，仅对电路左半部分进行了标注。两个源端阻抗单元阻抗值均为Z0；N节横向第一传输线的阻抗值分别为：Z1，Z2，Z3，……；第一开路截线组中M节串联的第二传输线阻抗值分别为：Zs11，Zs12，Zs13，……，Zs1M；第二开路截线组中P节串联的第三传输线阻抗值分别为：Zs21，Zs22，Zs23，……，Zs2P。
为进一步讨论M，N，P对电路结构以及电路性能的影响，同时为了方便电路的计算和尽量简化电路的结构来阐释最基本的规律，先将除位于最左侧最右侧的开路截线外的其他(N-1)组开路截线组中的传输线节数选定为一节，即P＝1。分析此时M和N变化对电路结构和性能影响，得到传输零点和反射零点增加的规律。
当M固定，N不断增加时，传输零点个数不变，反射零点不断增加，且反射零点个数为2(N+1)，只与N有关，也就是说增加横向传输线的节数可以有规律地增加反射零点，同时电路的横向尺寸增大。
当N固定，M不断增加时，反射零点个数不变，传输零点不断增加，且传输零点个数为(M-W+1)，其中W只与M的值有关，且W＝sgn(MOD(M,2))。也就是说增加纵向传输线的节数可以有规律地增加传输零点，同时电路的纵向尺寸增大。
M，N不变，只增加P时，也可以增加传输零点，且P每增加1，传输零点对称增加2个，反射零点个数不变。
实施例1(M＝4，N＝2，P＝1)
如图2所示，左端的源端阻抗Z0的一端连接横向传输线最左侧的一节Z1的一端与最左侧开路截线组的第一节传输线Zs11的一端，另一端接地；传输线Zs11的另一端接最左侧开路截线组中的第二节传输线Zs12的一端；传输线Zs12的另一端接最左侧开路截线组中的第三节传输线Zs13的一端；传输线Zs13的另一端接最左侧开路截线组中的第四节传输线Zs14；第一节横向传输线Z1的另一端接第二组开路截线Zs2与第二节横向传输线Z1的一端(电路左右镜像对称)；第二节横向传输线Z1的另一端接最右侧开路截线组的第一节传输线Zs11与右端的源端阻抗Z0(电路左右镜像对称)的一端；右端的源端阻抗Z0另一端接地；传输线Zs11的另一端接最右侧开路截线组中的第二节传输线Zs12的一端；传输线Zs12的另一端接最右侧开路截线组中的第三节传输线Zs13的一端；传输线Zs13的另一端接最左侧开路截线组中的第四节传输线Zs14(电路左右镜像对称)。
实施例2(M＝2，N＝4，P＝1)
如图3所示，左端的源端阻抗Z0的一端连接横向传输线最左侧的一节Z1的一端与最左侧开路截线组的第一节传输线Zs11的一端，另一端接地；传输线Zs11的另一端接最左侧开路截线组中的第二节传输线Zs12；第一节横向传输线Z1的另一端接第二组开路截线Zs2与第二节横向传输线Z2的一端；第二节横向传输线Z2的另一端接第三组开路截线Zs3与第三节横向传输线Z2的一端(电路左右镜像对称)；第三节横向传输线Z2的另一端接第四组开路截线Zs2与第四节横向传输线Z1的一端(电路左右镜像对称)；第四节横向传输线Z1的另一端接最右侧开路截线组的第一节传输线Zs11的一端与源阻抗Z0的一端(电路左右镜像对称)；源端阻抗Z0另一端接地；传输线Zs11的另一端接最右侧开路截线组中的第二节传输线Zs12(电路左右镜像对称)。
实施例3(M＝3，N＝2，P＝2)
如图6所示，左端的源端阻抗Z0的一端连接横向传输线最左侧的一节Z1的一端与最左侧开路截线组的第一节传输线Zs11的一端，另一端接地；传输线Zs11的另一端接最左侧开路截线组中的第二节传输线Zs12的一端；传输线Zs12的另一端接最左侧开路截线组中的第三节传输线Zs13；第一节横向传输线Z1的另一端接第二组开路截线的第一节传输线Zs21的一端与第二节横向传输线Z1的一端(电路左右镜像对称)；传输线Zs21的另一端接第二组开路截线中的第二节传输线Zs22；第二节横向传输线Z1的另一端接最右侧开路截线组的第一节传输线Zs11的一端与右端的源阻抗Z0(电路左右镜像对称)；右端的源端阻抗Z0另一端接地；传输线Zs11的另一端接最右侧开路截线组中的第二节传输线Zs12的一端；传输线Zs12的另一端接最右侧开路截线组中的第三节传输线Zs13(电路左右镜像对称)。
本发明还提供了一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器的设计方法，包括如下步骤：
步骤一、根据滤波器的工作场合确定滤波器电路所需的工作中心频率F0、通带和阻带的带宽以及阻带抑制SR和回波损耗RL。
步骤二、根据要求，选择合适的横向传输线节数N，除最两侧的开路截线组外其他开路截线组中传输线节数P和两侧开路截线组中的传输线节数M。其中，由前面给出的规律可以看出，M和P决定了传输零点的个数。当N，P不变时，M每增加2，传输零点对称增加两个；当M，N不变时，P每增加1，传输零点对称增加两个。而N则决定了反射零点的个数，当M，P保持不变时，N每增加1，反射零点对称增加两个。同时，M，N，P改变时，电路结构发生了改变，阻抗个数改变，会有自由度个数的不同，自由度的个数需要满足提出的性能需要。除此之外，还可以结合电路尺寸选择M，N，P来确定具体电路结构。
步骤三、计算电路的ABCD矩阵和传输函数。
滤波器电路结构中第i条横向传输线的ABCD矩阵为：
单节开路截线的ABCD矩阵为：
M节开路截线组的ABCD矩阵为：
整个滤波器电路结构的ABCD矩阵为：
其中， 为第一开路截线的传输矩阵， 为第二开路截线的传输矩阵， 为N节第一传输线的传输矩阵。i为自然数0，1，……； 是只由滤波器的所有归一化特征阻抗组成的多项式，不同的M和i值对应不同的多项式；gM也是只由滤波器的所有归一化特征阻抗组成的多项式，不同的M对应不同的多项式。
电路结构的传输函数为
其中， S21为电路结构中的正向传输系数，在带阻滤波器中一般指阻带抑制，等波纹的情况下就是S21波纹极值点处的值是SR；S11为电路结构中的输入反射系数，也叫输入回波损耗，等波纹的情况下就是S11波纹极值点处的值是RL；Fcircuit为S11与S21的比值函数，借由Fcircuit可以简化计算且方便求得S11和S21的零极点。
当P＝1时，可以归纳成统一的表达式，此处给出，可以省去复杂的计算，直接将M和N代入：
其中，i为自然数0，1，……； b2i, 是只由滤波器的所有归一化特征阻抗组成的多项式，不同的M，N和i值对应不同的多项式；aM,N,bM,N和cM,N也是只由滤波器的所有归一化特征阻抗组成的多项式，不同的M，N对应不同的多项式。
其中， 和hM,N是由滤波器的所有归一化特征阻抗决定的多项式。
步骤四、使得到的电路传输函数满足约束条件以达到所需的性能要求。若根据给出的理论分析结合步骤三的计算；假定得到电路的正向传输函数S21有2m个等波纹，电路的正向传输函数输入反射函数S11有2n个等波纹(m和n的个数根据M和N的数值确定)，则：
根据步骤三中计算得到的传输函数Fcircuit，有：
其中，D1、D2……为滤波器电路S函数的各个极点； ……为滤波器电路输入反射函数S11在各个极点处的电长度， ……为滤波器电路的正向传输函数S21在各个极点处的电长度；RL是电路的回波损耗，SR是电路的阻带抑制；εRL为S11的波纹高度，εSR为S21的波纹高度。该等式组给出了控制S11和S21波纹极值点处波纹高度，使其满足回波损耗和阻带抑制要求的方法。
步骤五、根据阻抗约束条件，寻求合适的一组传输线阻抗值，进而得到所需的带阻滤波器。
步骤六、利用电磁场仿真软件计算实际的器件的参数，得到相应的线宽线距与线长，之后利用Sonnet软件进行电磁场仿真，通过调整参数以获得最佳波形。之后根据仿真得到的最佳数据来制作实际器件。
不同的电路性能要求下，重复同样的以上六个步骤可以得到其他几种不同的电路结构和电路性能效果。
选择比较有代表性的三个电路结构举例说明：
在实施例1中(如图2所示)，确定滤波器电路的中心频率为1GHz，阻带抑制SR为25dB，回波损耗RL为20dB。为方便进行带宽计算，定义θc为S11和S21在等波纹dB值处频率的电长度，可以用来衡量等波纹带宽，对S11而言，θc越大，通带带宽越大；对S21而言，θc越小，阻带带宽越大。在实施例1中， 为25°， 为21.5°，由性能要求选择M＝4，N＝2，P＝1。
将M＝4，N＝2代入P＝1时的统一表达式得到：
a4,2＝Zs11Zs2；
b0
b2
c8
c4
其中，a4,2，b4,2，c4,2为整体特征阻抗系数； 为因子特征阻抗系数；Zs11，……，Zs14为第一开路截线组中M节串联的第二传输线阻抗值，Zs21为第二开路截线组中P节串联的第三传输线阻抗值，Z1为横向第一传输线阻抗值。
根据前几个步骤在MATLAB中进行计算，得到合适的阻抗值组后在ADS软件中验证得到的模型的特征阻抗值是否可以产生预期的波纹，其电路归一化具体参数为表1：
表1实施例1中滤波器的参数表
该组阻抗值下，得到的电路ADS仿真结果如图4所示。
在实施例2中(如图3所示)，当M＝2，N＝4时，滤波器有3个传输零点，10个反射零点；通带带宽：θc
表2实施例2中滤波器的参数表
该组阻抗值下，得到的电路ADS仿真结果如图5。
在实施例3中(如图6所示)，当M＝3，N＝2时，滤波器有5个传输零点，6个反射零点；通带带宽：θc
表3实施例3中滤波器的参数表
该组阻抗值下，得到的电路ADS仿真结果如图7。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
一种基于传输线并联多节开路支截线的宽带带阻滤波器及其设计方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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