CN102694222B - 恒定带宽的电调双模双通带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒定带宽的电调双模双通带滤波器，主要解决电调双通带滤波器插入损耗大、带宽不恒定、带外抑制差的问题。该滤波器包括微带介质基板(1)，金属接地板(2)，两个方形谐振环(3)，直流偏置电路(7)，金属接地板上设有的接地孔(6)和一对输入输出馈线(4)。两个折叠的方形谐振环(31)和（32）采用对称级联方式，每一个方形谐振环的内角上加载有变容二极管(5)，直流偏置电路(7)为变容二极管(5)提供可变电压，一对输入输出馈线(4)采用“F”形共面波导结构，对称放置在金属接地板(2)上对方形谐振环(3)进行馈电。本发明能减小插入损耗，增加带外传输零点，实现第一通带连续可调且带宽恒定的双模双通带滤波器，可用于无线通信系统。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，特别涉及微带电调双模双通带滤波器，可用于无线通信系统射频前端。
背景技术
随着移动通信、卫星通信和雷达、遥感技术的迅猛发展，无线频谱日益拥挤，对通信系统中的射频微波滤波器提出了十分苛刻的要求。微带滤波器具有尺寸小、重量轻、成本低、易加工的优点，在微波电路中得以广泛应用。微带滤波器的种类和实现形式多种多样，高性能电可调微带滤波器的研究一直是个热门领域。早在上世纪四十年代就出现了频率可调节的带通滤波器。作为一种特殊滤波器，它主要被应用于军事电子对抗和微波接收机系统中。
传统带通滤波器的主要指标有：带宽、中心频率、插入损耗、回波损耗、带外抑制、功率容量、尺寸等。理想的可调滤波器应具有以下特性：(a)调谐范围宽，调谐速度快；(b)通带的插入损耗小，并且带外抑制度高，以保证微波通信收发机具有较强的抗干扰能力；(c)绝对带宽和滤波特性在整个调谐过程中保持不变。然而在研究初期，可调谐滤波器的性能很差，首先调谐范围很窄，其次通带带宽随频率而变，导致带内插损起伏很大。
2009年1月E.E.Djoumessi等人在IET Microwave Antennas Propagation期刊（Vol.3,no.1,pp.117–124,2009）上发表了“Varactor-tuned quarter-wavelength dual-bandpassfilter”，提出一种电调双通带微带滤波器，该滤波器能实现两个通带的连续可调，但带宽随着频率降低而减小，插损明显变差；2010年8月Wenxing Tang等人在IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques期刊（vol.58,no.8,pp.2213-2219,2010）上发表了“Varactor-Tuned Dual-Mode Bandpass Filters”，提出一种新型电调双模微带滤波器，该滤波器带外只有一个传输零点，且只实现单通带连续可调。
发明内容
本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种恒定带宽的电调双模双通带滤波器，以减小带内插损，提高带外隔离度，保持可调通带带宽的恒定。
为实现上述目的，本发明的恒定带宽的电调双模双通带滤波器，包括微带介质基板1，谐振环3和馈线4，直流偏置电路7，接地孔6，微带介质基板1采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板2，馈线4设置在金属接地板2上，双面覆铜板上面设置接地孔6和谐振环3，其特征在于：
谐振环3由两个结构相同的陷边方形谐振环31，32对称分布组成，每个陷边方形谐振环的一个内角上加载有变容二极管5，实现双模双通带效应；
馈线4采用对称分布的一对输入和输出共面波导馈线，每条共面波导馈线包含主馈线40和三个枝节；第一枝节41和第二枝节42分别位于主馈线40的末端两侧且处于同一水平线上，第三枝节43位于主馈线的中部，使主馈线与三个枝节呈现“F”形；
直流偏置电路7由两组共地的直流偏置电压源71、偏置电阻72、扼流电感73连接组成，扼流电感73的一端与变容二极管处的谐振环外角连接，为两个变容二极管提供相同的可变电压。
上述恒定带宽的电调双模双通带滤波器，其特征在于，陷边方形谐振环31，32呈方环形状，方环的四个边都向内凹陷。
上述恒定带宽的电调双模双通带滤波器，其特征在于，变容二极管5的一端接在陷边方形谐振环31，32的内角上，另一端接在接地孔6上。
上述恒定带宽的电调双模双通带滤波器，其特征在于，第一枝节41和第二枝节42处于同一水平线上，长度不等；第二枝节42与第三枝节43同侧，且第三枝节43的长度大于第二枝节42的长度。
本发明具有以下优点：
1.本发明由于采用了折叠的方环谐振器，增大了电流路径，降低了谐振频率，从而缩小了滤波器的尺寸。
2.本发明由于在谐振环的内角上加载变容二极管，有效形成双模双通带响应，并且通过调节变容二极管的直流偏置电压可以达到调节第一通带的目的。
4.本发明由于对称排布两个谐振环以及馈线结构，有效提高两通带的耦合强度，同时实现可调通带绝对带宽的恒定。
5.本发明由于采用了“F”型的输入输出馈线结构，使源和负载之间出现耦合，在每个通带两侧形成一对传输零点，改善了带外抑制。
附图说明
图1为本发明的三维结构图；
图2为图1的正面结构图；
图3为图1的底部结构图；
图4为本发明实施例传输响应S21曲线图；
图5为本发明实施例反射响应S11曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：
参照图1，本发明主要由微带介质基板1，金属接地板2，两个相同的陷边方形谐振环3和一对输入和输出共面波导馈线4、两个变容二极管5、接地孔6和直流偏置电路7组成。其中：
微带介质基板1采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板2，馈线4设置在金属接地板2上，如图2所示；双面覆铜板的上面设有谐振环3和接地孔6，这两个相同的陷边方形谐振环31，32均呈方环结构，方环的四个边都向内凹陷，凹陷部分的拐角处都切除了一个小三角，两个陷边方形谐振环31，32采用对称的级联方式，每个陷边方形谐振环的拐角处与变容二极管5的一端连接，用于形成可调通带，变容二极管的另一端连接接地孔6，两个陷边方形谐振环31，32以及两个变容二极管5呈对称分布，如图3所示。
直流偏置电路7由两组共地的直流偏置电压源71、偏置电阻72、扼流电感73依次连接组成，扼流电感73的一端与方形谐振环的外角连接，为两个变容二极管提供相同的可变电压，从而控制滤波器第一通带中心频率的调节，直流偏置电压源71的另一端接公共端，如图2所示。
馈线4采用对称分布的一对输入和输出共面波导馈线，每条共面波导馈线包含主馈线40和三个枝节，其中第一枝节41和第二枝节42分别位于主馈线40的末端两侧，且第一枝节41和第二枝节42相连，它们通过容性耦合对微带介质板上面的谐振环进行馈电；第三枝节43位于主馈线40的中部，其作用是形成源和负载的相互耦合，从而在每个通带两侧引入一对传输零点，改善了带外抑制，最终使主馈线与三个枝节呈现“F”形，如图3所示。
每条共面波导馈线中第一枝节41和第二枝节42处于同一水平线上，便于其互联，长度不等即第一枝节41的长度大于或小于第二枝节42的长度；第三枝节43的长度必须大于第二枝节42的长度，用于加强源和负载的耦合强度。
本发明的效果可通过以下仿真实验进一步说明：
设定相对介电常数εr=2.65，介质板厚度为1mm,线宽为2mm,在三维电磁仿真软件IE3D和电路仿真软件ADS中对该电调双模双通带滤波器进行联合仿真，得到滤波器的传输响应S21曲线如图4和反射响应S11曲线如图5。
由滤波器的传输响应S21曲线图4可以看出，该滤波器的第二通带中心在1.8GHz处保持不变，带宽100MHz，而第一通带在1.1GHz到1.5GHz内连续可调，带宽也是100MHz，且在调谐过程中带宽基本保持不变。
由图4和图5可知，该滤波器具有较好的带外抑制，并且第一通带中心频率的可调范围较宽且带宽保持不变。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.恒定带宽的电调双模双通带滤波器，包括微带介质基板（1），谐振环(3)和馈线(4)，直流偏置电路（7），接地孔（6），微带介质基板（1）采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板（2），馈线（4）设置在金属接地板（2）上，双面覆铜板上面设置接地孔（6）和谐振环（3），其特征在于：谐振环(3)由两个结构相同的陷边方形谐振环（31，32）对称分布组成，每个陷边方形谐振环的一个内角上加载有变容二极管（5），实现双模双通带效应；馈线（4）采用对称分布的一对输入和输出共面波导馈线，每条共面波导馈线包含主馈线（40）和三个枝节；第一枝节（41）和第二枝节（42）分别位于主馈线（40）的末端两侧且处于同一水平线上，第三枝节（43）位于主馈线的中部，使主馈线与三个枝节呈现“F”形；直流偏置电路（7）由两组共地的直流偏置电压源（71）、偏置电阻（72）、扼流电感（73）连接组成，扼流电感（73）的一端与变容二极管处的谐振环外角连接，为两个变容二极管提供相同的可变电压；
所述的陷边方形谐振环（31，32）呈方环形状，方环的四个边都向内凹陷。
2.根据权利要求1所述的恒定带宽的电调双模双通带滤波器，其特征在于，变容二极管（5）的一端接在陷边方形谐振环（31，32）的内角上，另一端接在接地孔（6）上。
3.根据权利要求1所述的恒定带宽的电调双模双通带滤波器，其特征在于，第一枝节（41）和第二枝节（42）处于同一水平线上，长度不等；第二枝节（42）与第三枝节（43）同侧，且第三枝节（43）的长度大于第二枝节（42）的长度。
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