CN104319440A - 发卡型双通带电可调微波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发卡型双通带可调谐滤波器。该滤波器包括三层结构：正面的金属微带线、中间的介质板层以及介质板材反面的金属镀层，金属微带线连接有输入输出端口和接地金属通孔。所述的金属微带线的结构是：由两个SIR谐振器和谐振器中间中心枝节组成对称结构的开环双模谐振器，故可用奇偶模理论进行分析，该开环双模谐振器末端与接地金属通孔之间加载变容二极管，该开环双模谐振器中间中心短路枝节末端与接地金属通孔之间添加电容，构成可调谐的结构。本滤波器调谐速度快、工作频带宽、易于集成和成本低，且满足滤波器小型化的发展趋势。
Description
技术领域
本发明涉及一种发卡型双频带电可调微波滤波器，属于无线通信系统领域，在实现两个通带可调的同时，具有高带外抑制度，并且满足小型化特征。
背景技术
高速发展的通信技术加速了全球一体化和信息化，不断膨胀的巨大信息量要求通信技术传输速度更加快速，传输带宽增加，信息容量增加等，现代的通信系统逐步开始具有复杂的空间域和频率域，往往是将两个或几个不连续信道上的信息加载到同一束要发射的光束上。而双通带的微波滤波器可以很好的解决同一束波束上发射两个不同微波段频率的信号，同时抑制杂散的噪声信号，使得整个通信系统的结构的得到优化。但是传统的通信系统整机的动态范围，接收机灵敏度，发射机的作用距离都受到了很大限制，而电调滤波器可以使得这些性能都得到极大的提高，从而提高了整机抗干扰能力, 滤波器电调或数控跳频速度越快，抗干扰能力越优越。
目前电调滤波器和双通带微波滤波器在现代微波卫星通信，军事电子对抗，动态频率分配，雷达上都已经广泛使用。但是为了适应日益增长的频率资源，在同一个波束空间上要求同时发送两个或多个抗干扰性能高的信号频率，可重构微波滤波器的发展很好地支持了多个通信信道并且满足了在频谱拥挤下的高抑制。
发明内容
本发明滤波器的目的在于针对频谱资源特别拥挤、系统容量小、成本高，且由多路单频段滤波器组成的滤波器组，信号处理频段单一的缺点，提供了一种发卡型双频带可调谐的带通滤波器。具有调谐速度快、工作频带宽、体积小、易于集成和成本低等特点。
为达到上述目的，本发明的构思是：
（1） 采用两个SIR谐振器互相耦合而成，在每个发卡型谐振器的中心加载一段短路枝节，形成以开环结构和短路枝节负载组成。这样就形成发卡型开环结构引起偶次模谐振，而枝节负载引起奇次模谐振。而且谐振器中间加载的短路枝节也能够很好的控制二次谐波的中心频率。
（2） 同时为了匹配输入和输出的阻抗要求，我们采用锥形渐变线 馈电方式，改善双通带的通带特性。最后通过在谐振器中间中心枝节添加电容和谐振器枝节末端加载变容二极管实现可调。
（3） 本发明采用如下的介质板材料：介质基板选用介电常数为=2.65，厚度h=0.8mm。
（4） 电路板共分三层，即正面为金属微带线结构，中间是介质板层及输入输出端口，介质板材背面为一层金属镀层，其中输入输出端口处焊接两个SMA接头，用于实际测量。正面金属微带线结构是由两个发卡型SIR谐振器互相耦合、发卡型谐振器中心短路枝节以及输入输出耦合线组成，发卡型谐振器末端加载变容二极管和其中心短路枝节末端加电容，通过改变偏置电压达到频率可调的目的。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种双频带可调谐微带带通滤波器包括三层结构：正面的金属微带线、中间的介质板层以及介质板材反面的金属镀层。金属微带线连接有输入输出端口和接地矩形金属通孔。所述的金属微带线是由互相耦合的两个发卡型SIR谐振器和谐振器中心的短路枝节。
所述两个SIR谐振器结构成点对称形式，是由两个SIR的谐振器互相耦合每个谐振器中心加载一段短路枝节，形成以开环结构和短路枝节负载组成，产生两种模式的谐振频率，故可用奇偶模理论进行分析。所述SIR谐振器采用发卡型结构，谐振器短路枝节能够很好的控制二次谐波的中心频率。 所述输入输出使用50Ω微带线作为馈线，通过锥形渐变线方式馈电，在加载电压较低时增加了额外的有限频率传输零点，改善了滤波器的通带特性。
所述偏置电路利用变容二极管，在SIR谐振器中间中心短路枝节末端添加电容，谐振器四个枝节末端加载四个变容二极管，如变容二极管SMV1430-079LF，在不同偏压下其电容值的范围为 0.2-1.2 pF。为了更好地展示出该滤波器在某一电容值附近的调节作用，同时两个谐振器是对称的结构，我们选用的三组电容值进行对比。第一组为C1=C2=0pF，C3=C4=C5=C6=0.25 pF；第二组为C1=C2=0pF，C3=C4=C5=C6=0.2 pF；第三组为C1=C2=0.2pF，C3=C4=C5=C6=0.25pF。
所述介质板层为介电常数的介质板，该介质板厚度h=0.8~1.0mm。
所述金属微带线和反面部分的金属镀层可以是导电性能较好的金属材料，如金、或银、或铜。
1本发明与现有技术比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
2本发明滤波器采用发卡型谐振器结构，通过在谐振器中间加载中心枝节，谐振器短路枝节能够很好的控制二次谐波的中心频率。
3通过引入电调微波滤波器，可实现调谐速度快、工作频带宽、体积小、易于集成和成本低。
4通过引入输入输出使用50Ω微带线作为馈线，通过锥形渐变线方式馈电，改善滤波器的通带特性。
在发卡型谐振器末端添加变容二极管，通过在4个变容二极管上加载独立的调节电压，分别控制每一个变容二极管的电容值，实现该滤波器两个通带的中心频率调节。
附图说明
图1 是发卡型双通带可调滤波器的结构示意图。
图2 是发卡型双通带可调谐微带带通滤波器上层金属微带线的结构示意图。
图3 是变容二极管示意图。
图4 是本发明发卡型双通带可调谐微带带通滤波器的整体结构示意图
图5 是双通带微波滤波器的仿真结果
图6 是电容在0.2-1.2 pF之间可调时，微带滤波器的S11示意图。
图7 是电容在0.2-1.2 pF之间可调时，微带滤波器的S21示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个优选实施例作详细说明：
实施例一：
参见图1，发卡型双通带可调谐滤波器包括三层结构：正面的金属微带线（1）、中间的介质板层（2）及介质板材反面的金属镀层。金属微带线（1）连接有输入输出端口（3，4）和接地金属通孔（5）。所述的金属微带线的结构是：由两个SIR谐振器（1-1）和谐振器中间中心枝节（1-2）组成对称结构的谐振器，故可用奇偶模理论进行分析，该开环双模谐振器末端与接地金属通孔（5-1）之间加载变容二极管D，该开环双模谐振器中间中心短路枝节（1-2）末端与接地金属通孔（5-2）之间添加电容C，构成可调谐的结构。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，正面的金属微带线如图2，特别之处是：所述开环双模谐振器是由两个SIR谐振器（1-1）和谐振器中间中心枝节（1-2）组成对称结构的谐振器，其结构对称，产生两种模式的谐振频率。所述SIR谐振器采用发卡型结构，谐振器短路枝节（1-2）能够很好的控制二次谐波的中心频率。所述输入输出耦合线（3，4）通过锥形渐变线方式馈电，在加载电压较低时增加了额外的有限频率传输零点，改善了滤波器的衰减特性。所述介质板层为介电常数的介质板，该介质板厚度h =0.8~1.0mm。
实施例三：
本实施例与实施例二基本相同，特别之处是在开环双模谐振器与接地金属通孔（5-1）之间加载变容二极管D，谐振器中间中心枝节（1-2）与接地金属通孔（5-2）之间加载电容C（图3），通过直流偏置电路给变容二极管D加载反向偏压，改变奇偶模的谐振频率达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的。
图4是本实施例的结构示意图，经过设计、仿真和优化，最终确定该多通带可调带通滤波器的具体尺寸如下：
L1=1.9mm,L2=8mm,L3=8.6mm，W0=2.16mm，W1=0.5mm，
W2=1.3mm，S=0.3mm，h=4.6mm，g=0.6mm，d0=2.5mm，
m=0.12mm，t=2mm
基于上述方法设计了中心频率为 2.4GHz/5.8GHz的双通带微带滤波器，通过电磁仿真软件Sonnet进行仿真，调试。
图5显示了双通带微波滤波器的仿真结果。
图6和图7分别显示了电容在0.2-1.2 pF之间可调时，微带滤波器的S11和S21仿真结果。仿真结果表明
（1） 该滤波器实现了双频带的响应特性，且第一频带和第二频带都实现了可调，带宽始终保持不变。
（2） 加载电压较低时在第一频带与第二频带之间有两个传输零点，通带截止边沿陡峭，通带内插损较低，选择性好。
（3） 第一频带中心频率的可调范围在2.0GHz-2.4GHz可调，第二频带中心频率在4.7GHz-5.8GHz范围内可调。随着频率升高，各频带的绝对带宽逐渐变宽。
微带结构简单，尺寸也得到小型化，印刷简易，材料损耗相对较小。
Claims (4)
1.一种发卡型双通带可调谐滤波器，包括三层结构：正面的金属微带线（1）、中间的介质板层（2），以及介质板材反面的金属镀层；所述的金属微带线（1）连接有输入输出端口（3、4）和接地金属通孔（5-1，5-2），其特征在于所述的金属微带线（1）的结构是：由两个SIR谐振器（1-1）和谐振器中间中心枝节（1-2）组成对称结构的开环双模谐振器，故可用奇偶模理论进行分析，该两个开环双模谐振器末端与接地金属通孔（5-1）之间加载变容二极管D，该两个开环双模谐振器中间中心短路枝节末端与接地金属通孔（5-2）之间添加电容C，构成可调谐的结构。
2.根据权利要求1所述的发卡型双通带可调谐滤波器，其特征在于：所述开环双模谐振器产生两种模式的谐振频率；所述SIR谐振器（1-1）采用发卡型结构，谐振器中间中心枝节（1-2）能够很好的控制二次谐波的中心频率；所述输入输出耦合线（3，4）通过锥形渐变线 方式馈电，改善滤波器的衰减特性。
3.根据权利要求1所述的发卡型双通带可调谐滤波器，其特征在于：通过直流偏置电路给所述变容二极管D加载反向偏压，改变奇偶模的谐振频率达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的。
4.根据权利要求1所述的发卡型双通带可调谐滤波器，其特征在于：所述介质板层（2）为介电常数的介质板，该介质板厚度h =0.8~1.0mm。
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