CN104241738B - 一种加载pin管的基片集成波导可调滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加载PIN管的基片集成波导可调滤波器，包括从上到下依次层叠的第一金属覆铜层(1)、介质基片(2)、第二金属覆铜层(3),金属化通孔阵列(4)形成左右对称的长方形可调谐振腔一(61)、谐振腔二(62)。上表区域(11)内部有两组横向槽(15)，每组横向槽(15)内部有两个焊盘一(16)、两个焊盘二(17)，贴片电容(51)的管脚分别与上表区域(11)、焊盘一(16)焊接，PIN二极管(52)的阳极、阴极分别与焊盘一(16)、上表区域(11)焊接，贴片电感(53)的管脚分别与焊盘一(16)、焊盘二(17)焊接，形成调谐电路，每条横向槽(15)上分布两组调谐电路。本发明调谐电压低，损耗小的优点，能用于多频段通信系统中。

Description

一种加载PIN管的基片集成波导可调滤波器
技术领域
本发明属于微波毫米波器件技术领域，尤其涉及微波毫米波器件中的加载PIN管的基片集成波导可调滤波器。
背景技术
早期的无线通信系统通常工作在一个某一固定频段内，但是，近年来随着移动通信，无线局域网的快速发展，人们对于无线数据交换的需求激增，通信频段日益拥挤，现代通信系统的发展趋势是设计出对于各种新兴应用的高度灵活的下一代多用途射频收发机。而能自适应选择工作频段的微波可调滤波器属于该收发系统的核心器件。可调滤波器位于接收机前端，能提高频谱资源的利用率，用来抑制干扰信号，或是放宽对振荡器的相位噪声和动态范围要求。而在软件无线电系统中，可调滤波器则用来取代数量庞大的滤波器组，减小系统的面积，增加系统的灵活性。
可调滤波器通常是通过加载调谐元件来实现的，例如，半导体PIN管和变容二极管，射频微机电系统(MEMS)。这类调谐元件很容易被集成进无源滤波器结构中，并且其调谐电压相对较低，调谐速度快，因此被普遍采用到可重构滤波器的设计中。基片集成波导是近年来发展起来的新兴器件，集合了传统微带线和金属波导共同的优点，损耗小，功率容量大，易于加工。本发明提出的可调滤波器，结合了PIN管调谐速度快，调谐电压低，基片集成波导损耗小的优点。
发明内容
本发明的目的是提出一种加载PIN管的基片集成波导可调滤波器，克服现有可调滤波器调谐速度慢，调谐电压高，损耗大的缺点。
本发明的技术方案是：一种加载PIN管的基片集成波导可调滤波器，包括从上到下依次层叠的第一金属覆铜层、介质基片、第二金属覆铜层；为了形成本发明的可调滤波器，通过印制电路板制造工艺对第一金属覆铜层进行加工形成所需的金属图案，第二金属覆铜层为未做加工的完整的铜层，对介质基片打孔，并对孔做表面金属化处理形成金属化通孔阵列；金属化通孔阵列贯穿了基片集成波导上表区域和介质基片与第二金属覆铜层相连，围成左右对称的长方形可调谐振腔一、谐振腔二；第一金属覆铜层包括基片集成波导上表区域、位于基片集成波导上表区域左右两侧并与之相连的两条微带线、位于基片集成波导上表区域内部并且在微带线上下两侧的四组L形耦合槽、位于基片集成波导上表区域中心上下对称的两组U形耦合槽，位于基片集成波导上表区域内部的两组横向槽，位于每组横向槽内部的两个焊盘一、两个焊盘二；贴片电容的一支管脚与基片集成波导上表区域焊接在一起，另一支管脚与焊盘一焊接在一起，PIN二极管的阳极与焊盘一焊接在一起，阴极与基片集成波导上表区域焊接在一起，贴片电感的两支管脚分别与焊盘一、焊盘二焊接在一起，形成调谐电路，每条横向槽上分布两组调谐电路。
进一步的，微带线为对应基片的50欧姆微带线。
进一步的，四组L形耦合槽、两组U形耦合槽、两组横向槽均为对第一金属覆铜层腐蚀而形成。
进一步的，所述金属化通孔阵列在上下相对的L形耦合槽之间、上下相对的U形耦合槽之间中断，形成连续耦合窗口。
本发明的优点和有益效果：
(1)本发明具有调谐速度快的特点，通常基于钇铁石榴石的可调滤波器调谐速度在毫秒数量级，而PIN管的开断时间为纳秒级别；
(2)本发明的调谐电压低，因为基于变容二极管或是钛酸钡锶电容的可调滤波器，其调谐电压通常为几十伏特，而PIN管的偏置电压仅为0.9V；
(3)本发明具有较小的插入损耗，因为基片集成波导的品质因数比微带线高，因此能在一定程度上降低可调滤波器的整体插入损耗。
附图说明
图1是本发明的侧视示意图
图2是本发明的第一金属覆铜层的电路结构图
图3是本发明的调谐电路的局部放大图
图4是本发明的测试结果
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，包括从上到下依次层叠的第一金属覆铜层1、介质基片2、第二金属覆铜层3；为了形成本发明的可调滤波器，通过印制电路板制造工艺对第一金属覆铜层1进行加工形成所需的金属图案，第二金属覆铜层3为未做加工的完整的铜层，对介质基片2打孔，并对孔做表面金属化处理形成金属化通孔阵列4；如图2所示，金属化通孔阵列4贯穿了基片集成波导上表区域11和介质基片2与第二金属覆铜层3相连，围成左右对称的长方形可调谐振腔一61、谐振腔二62；第一金属覆铜层1包括基片集成波导上表区域11、位于基片集成波导上表区域11左右两侧并与之相连的两条微带线12、位于基片集成波导上表区域11内部并且在微带线12上下两侧的四组L形耦合槽13、位于基片集成波导上表区域11中心上下对称的两组U形耦合槽14，位于基片集成波导上表区域11内部的两组横向槽15，位于每组横向槽15内部的两个焊盘一16、两个焊盘二17；如图3所示，贴片电容51的一支管脚与基片集成波导上表区域11焊接在一起，另一支管脚与焊盘一16焊接在一起，PIN二极管52的阳极与焊盘一16焊接在一起，阴极与基片集成波导上表区域11焊接在一起，贴片电感53的两支管脚分别与焊盘一16、焊盘二17焊接在一起，形成调谐电路，每条横向槽15上分布两组调谐电路。
进一步的，微带线12为对应基片的50欧姆微带线。
进一步的，四组L形耦合槽13、两组U形耦合槽14、两组横向槽15均为对第一金属覆铜层1腐蚀而形成。
进一步的，所述金属化通孔阵列4在上下相对的L形耦合槽13之间、上下相对的U形耦合槽14之间中断，形成连续耦合窗口。
本发明的技术方案的原理是：微带线12通过L形耦合槽13馈入和馈出谐振腔一61和谐振腔二62，谐振腔一61与谐振腔二62之间通过U形耦合槽14耦合，调节耦合槽的长度能改变耦合强度，从而改变滤波器带宽。将横向槽15加载在谐振腔上能改变谐振腔的谐振频率，而贴片电容51的作用是隔直流通交流，贴片电感53的作用是通交流隔直流。当焊盘二17接正电压的时候，PIN二极管52导通，当焊盘二17为零偏置时，PIN二极管52断开。每个谐振腔加载了两个PIN二极管52，能得到四种不同的谐振频率。滤波器两边的两个二极管工作状态相同，中间的两个二极管具有相同的工作状态，因此改变PIN二极管52的导通情况，最终滤波器能工作在四个不同的中心频率上。
为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一种加载PIN管的基片集成波导可调滤波器。介质基片使用厚度为0.8mm，介电常数为2.5的F4B基片。假设二极管导通为1，截止为0，当滤波器四个二极管的状态为0000，0110，1001，1111时，其测试结果如图4所示，测得的滤波器中心频率分别为1.78，1.82，1.88，1.91GHz，对应的插入损耗为1.63，2.32，2.28，2.4dB，对应的带宽为94，90，99，98MHz，回波损耗均优于10dB。整个电路的尺寸为长112mm，宽56mm，高0.8mm。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种加载PIN管的基片集成波导可调滤波器，其特征在于：包括从上到下依次层叠的第一金属覆铜层(1)、介质基片(2)、第二金属覆铜层(3)；为了形成本发明的可调滤波器，通过印制电路板制造工艺对第一金属覆铜层(1)进行加工形成所需的金属图案，第二金属覆铜层(3)为未做加工的完整的铜层，对介质基片(2)打孔，并对孔做表面金属化处理形成两行四列金属化通孔阵列(4)；金属化通孔阵列(4)贯穿了基片集成波导上表区域(11)和介质基片(2)与第二金属覆铜层(3)相连，围成两个长方形可调谐振腔一(61)、可调谐振腔二(62)，这两个谐振腔相互之间左右对称；第一金属覆铜层(1)包括基片集成波导上表区域(11)、位于基片集成波导上表区域(11)左右两侧并与之相连的两条微带线(12)、位于基片集成波导上表区域(11)内部并且在微带线(12)上下两侧的四个L形耦合槽(13)、位于基片集成波导上表区域(11)中心上下对称相背离设置的两个U形耦合槽(14)，U形耦合槽(14)围绕着可调谐振腔一(61)与谐振腔二(62)相邻边上的金属化通孔，其左半部分在可调谐振腔一(61)的表面，右半部分在可调谐振腔二(62)的表面；金属化通孔阵列(4)在两个U形耦合槽(14)横边之间的部分中断，形成连接两个可调谐振腔(61)(62)的谐振器耦合窗；前述四个L形耦合槽(13)，其中两个位于可调谐振腔一(61)左边，另外两个位于可调谐振腔二(62)右边，位于同一边的两个L形耦合槽(13)上下对称；L形耦合槽(13)横边与微带线(12)紧邻，竖边垂直于微带线(12)，微带线(12)上下一对横边之间的金属化通孔阵列(4)中断形成输入输出耦合窗；位于基片集成波导上表区域(11)内部的两个横向槽(15)，每个可调谐振腔(61)(62)内各设置一个横向槽(15)，每个横向槽(15)的长度保持在不与纵向的金属化通孔阵列(4)相交，每个横向槽(15)内部设置两个长方形焊盘一(16)、两个长方形焊盘二(17)；贴片电容(51)的一支管脚与基片集成波导上表区域(11)焊接在一起，另一支管脚与焊盘一(16)焊接在一起，PIN二极管(52)的阳极与焊盘一(16)焊接在一起，阴极与基片集成波导上表区域(11)焊接在一起，贴片电感(53)的两支管脚分别与焊盘一(16)、焊盘二(17)焊接在一起，形成调谐电路，每个横向槽(15)上正中和偏离正中的位置分布两个调谐电路。
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