CN104767017B - 一种可调频的量子耦合滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调频的量子耦合滤波器，包括：第一级滤波结构、第二级滤波结构和隔离器；第一级滤波结构包括第一微带线和第一变容二极管，第一微带线为信号输入端，第一微带线与第一变容二极管的负极连接，第一变容二极管的正极接地，第一变容二极管的负极连接外部控制电压源；第二级滤波结构包括第二微带线和第二变容二极管，第二微带线为信号输出端，第二微带线与第二变容二极管的负极连接，第二变容二极管的正极接地，第二变容二极管的负极连接外部控制电压源；隔离器位于第一级滤波结构和第二级滤波结构中间，隔离器包括第三微带线。第一微带线、第二微带线和第三微带线上皆设有预设数目的通孔。减小了滤波器的体积并简化了其结构。

Description

一种可调频的量子耦合滤波器

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种可调频的量子耦合滤波器。

背景技术

在当今社会中，卫星导航和无线通讯等无线通信系统已经成为人们生活中必不可少的一部分。在无线通信系统中，无论是发射机还是接收机都需要高性能的滤波器，滤波器性能的好坏甚至能够对整体通信系统的性能产生极大地影响。

传统的滤波器通常为介质滤波器，介质滤波器制作采用的是陶瓷材料，必须做成贴片元件，体积往往都是厘米级，由于工艺的限制，其通孔尺寸较大，导致谐振腔体积过大，不利于小型化的应用；此外，传统的介质滤波器输入端和输出端都需要经过一段阻抗变换的传输线，这使得滤波器结构变得极为复杂，并且会造成一定的信号衰减。

因而，如何减小滤波器的体积，且使滤波器的结构更加简单，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调频的量子耦合滤波器，可以减小滤波器的体积，使滤波器的结构更加简单，且实现了滤波器的智能化。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种可调频的量子耦合滤波器，包括：第一级滤波结构、第二级滤波结构和隔离器；

其中，所述第一级滤波结构包括：第一微带线和第一变容二极管，所述第一微带线为信号输入端，所述第一微带线上设有预设数目的通孔，所述第一微带线与所述第一变容二极管的负极连接，所述第一变容二极管的正极接地，所述第一变容二极管的负极连接外部控制电压源；

所述第二级滤波结构包括：第二微带线和第二变容二极管，所述第二微带线为信号输出端，所述第二微带线上设有预设数目的通孔，所述第二微带线与所述第二变容二极管的负极连接，所述第二变容二极管的正极接地，所述第二变容二极管的负极连接外部控制电压源；

所述隔离器位于所述第一级滤波结构和第二级滤波结构中间，所述隔离器包括：第三微带线，所述第三微带线上设有预设数目的通孔。

优选的，所述第一微带线为50欧姆微带线。

优选的，所述第二微带线为50欧姆微带线。

优选的，还包括：位于所述第一微带线和第一变容二极管之间的第三电容器；位于所述第二微带线和第二变容二极管之间的第四电容器。

优选的，所述通孔为圆形孔。

优选的，所述第三微带线上的通孔为按列排布的通孔。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种可调频的量子耦合滤波器，采用第一微带线作为信号输入端、采用第二微带线作为信号输出端，采用带有通孔的第三微带线作为隔离器，由于微带线本身体积小、重量轻、可靠性高，使得本发明的滤波器可以直接集成在印制电路板上，不需要做成单独的贴片元器件，因而通孔的尺寸可以做的很小，大大减小了滤波器的体积；在滤波结构中微带线阻抗可以根据实际情况的需要进行设计，因此可以实现阻抗匹配，且微带线的宽度也可以根据实际需要进行设计，容易实现阻抗控制，使得滤波器的输入端和输出端不再需要阻抗变换的传输线，简化了滤波器的结构，并易于与滤波器所在的系统整合；在滤波结构中微带线上设有通孔等效于电感，第一级滤波结构和第二级滤波结构就相当于由电容和电感组成的LC谐振结构，当信号进入滤波器后，首先经过每一级的滤波结构的选频，通过选频后的信号中的电磁波能量以量子形式经过一系列的共振、耦合和隔离器对其反射隔离的作用，最终使得输入端的反射系数达到最小，频带内的信号能量能够以很小的损耗通过滤波器，其中变容二极管可以通过电调节改变电容值，从而改变滤波器的工作频率，便于实现智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的可调频的量子耦合滤波器结构示意图；

图2为本发明另一实施例所提供的可调频的量子耦合滤波器结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，目前的介质滤波器必须做成贴片元件，其通孔尺寸较大，体积较大，且滤波器结构复杂。

基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种可调频的量子耦合滤波器，包括：第一级滤波结构、第二级滤波结构和隔离器；其中，第一级滤波结构包括：第一微带线和第一变容二极管，第一微带线为信号输入端，第一微带线上设有预设数目的通孔，第一微带线与第一变容二极管的负极连接，第一变容二极管的正极接地，第一变容二极管的负极连接外部控制电压源；第二级滤波结构包括：第二微带线和第二变容二极管，第二微带线为信号输出端，第二微带线上设有预设数目的通孔，第二微带线与所述第二变容二极管的负极连接，第二变容二极管的正极接地，第二变容二极管的负极连接外部控制电压源；隔离器位于第一级滤波结构和第二级滤波结构中间，隔离器包括：第三微带线，第三微带线上设有预设数目的通孔。

本发明实施例所提供的方案，减小了滤波器的体积，简化了滤波器的结构，实现了可调滤波器的工作频率，提高了滤波器的智能化。

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的可调频的量子耦合滤波器结构示意图。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明所提供的可调频的量子耦合滤波器，包括：第一级滤波结构11、第二级滤波结构12和隔离器13；其中，所述第一级滤波结构11包括：第一微带线111和第一变容二极管112，所述第一微带线111为信号输入端，所述第一微带线111上设有预设数目的通孔，所述第一微带线111与所述第一变容二极管112的负极连接，所述第一变容二极管112的正极接地，所述第一变容二极管112的负极连接外部控制电压源10；所述第二级滤波结构12包括：第二微带线121和第二变容二极管122，所述第二微带线121为信号输出端，所述第二微带线121上设有预设数目的通孔，所述第二微带线121与所述第二变容二极管122的负极连接，所述第二变容二极管122的正极接地，所述第二变容二极管122的负极连接外部控制电压源10；所述隔离器13位于所述第一级滤波结构11和第二级滤波结构12中间，所述隔离器13包括：第三微带线131，所述第三微带线131上设有预设数目的通孔。

其中，微带线指的是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线，其体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高。

在本实施例中，可调频的量子耦合滤波器主体为两级滤波结构加中间的隔离器，即第一级滤波结构、第二级滤波结构及位于第一级滤波结构和第二级滤波结构中间的隔离器。每一级滤波结构由一个变容二极管和一段设有预设数目通孔的微带线组成，如第一级滤波结构由第一变容二级管和第一微带线组成，第二级滤波结构由第二变容二级管和第二微带线组成。每一个变容二极管的正极都接地，负极接控制电压，即反偏接法，其中，控制电压源的负极接地，控制电压源的正极分别与第一变容二极管的负极和第二变容二极管的负极连接。

在每一级滤波结构中，微带线上设有通孔等效于一个电感，即每一级的滤波结构等效于一个电容和一个电感组成的LC谐振结构，其中，第一微带线和第二微带线上的通孔数目是不固定的，根据实际需要分别设计第一微带线和第二微带线上的通孔的数目，在同一段微带线上可以并排排布多个通孔，同一段微带线上的通孔并排排布后，该微带线的等效电感量减小，频点上移。通孔排布一般情况下从微带线的下端依次排布，其中，微带线的上端指的是微带线连接对应变容二级管的一端，微带线的下端是与微带线自身的上端相对的一端。

其中，增大通孔的直径、并联通孔、降低板材的厚度，都能减小每一级滤波结构中微带线的电感值，而减小通孔直径和增大板材厚度可以增大每一级滤波结构中微带线的电感值。通过改变每一级滤波结构中微带线的电感值可以改变滤波器的相对带宽和矩形系数，当适当减小第一微带线和第二微带线的电感值并保证谐振频率不变后，在相同频点上滤波器的相对带宽减小，矩形系数变好，但是差损变大，因此，可以根据实际需求设计不同的滤波器。

隔离器是由一段设有预设数目的通孔的微带线组成，即设有通孔的第三微带线，其中，第三微带线上的通孔数量越多、通孔间的间距越小、通孔直径越大以及第三微带线越宽，则耦合度越小，隔离效果越好。

在本实施例中，当信号进入滤波器后，首先经过每一级的滤波结构的选频，通过选频后的电磁波能量以量子形式经过一系列的共振、耦合以及中间隔离器的反射隔离作用，最终使得输入端的反射系数达到最小，频带内的信号能量能够以很小的损耗通过滤波器，其中，当反射系数调到最小时，信号能量的损耗主要是材料的损耗，因此如果选用较好的印制电路板的板材会使得差损很小。并且对频带外的信号有着很好的抑制作用，当然所谓的抑制作用是相对来说的，通过调节第一微带线和第二微带线的电感值来改变带外抑制，当第一微带线和第二微带线的电感值减小时，带外抑制变好，带宽变窄，但会使得差损变大，因此需要根据实际的需要来设计第一微带线和第二微带线上的通孔的数目及排布。

第一变容二极管和第二变容二极管集成在印制电路板上，取电较为方便，可以通过电调节改变电容值，从而改变滤波器的工作频率，便于实现智能化。第一微带线和第二微带线皆设有通孔，以代替电感，该结构的Q值较高，即其品质因数较高，可以有效降低滤波器的差损。由上述内容可知，通过调节隔离器的微带线的线宽和通孔的数量可改变各级滤波结构的耦合度，从而达到最佳的S21和S11值，其中，S21指的是正向传输系数，在滤波器设计中，S21的绝对值越小，则滤波器的差损越小；S11指的是输入反射系数，S11的绝对值越大，则反射的能量越少，滤波器的性能越好。

在上述实施例的基础上，本发明一个实施例所提供的可调频的量子滤波器，优选所述第一微带线为50欧姆微带线。还优选的所述第二微带线为50欧姆微带线。

目前，一般情况下滤波器所在的系统中，各部分的输入和输出阻抗都是50欧姆，第一微带线为输入端、第二微带线为输出端，第一微带线和第二微带线皆采用50欧姆微带线，容易实现阻抗匹配，使得损失的信号能量最少，易于与系统整合。

需要说明的是，本实施例只是优选采用50欧姆微带线作为信号输入端和输出端，具体视情况而定，对此并不做限定。

请参考图2，图2为本发明另一实施例所提供的可调频的量子耦合滤波器结构示意图。

在上述第一个实施例的基础上，本发明一个实施例所提供的可调频的量子滤波器，优选还包括：位于所述第一微带线111和第一变容二极管112之间的第三电容器113；位于所述第二微带线121和第二变容二极管122之间的第四电容器123。

第三电容器为隔直电容，当外部控制电压源为直流控制电压源时，防止外部控制电压源短路，以确保直流电压加在第一变容二极管的负极，且第三电容器取值应取较大值，以减小对第一变容二极管的影响，保证第一变容二极管能够正常工作，此时，第一级滤波结构的电容实际上是第一变容二极管和第三电容器串联所等效的电容，因此，为了防止第一级滤波结构电容值可调范围的显著降低，第三电容器的电容值应尽量大。

第四电容器也为隔直电容，当外部控制电压源为直流控制电压源时，防止外部控制电压源短路，以确保直流电压加在第二变容二极管的负极，且第四电容器取值应取较大值，以减小对第二变容二极管的影响，保证第二变容二极管能够正常工作，此时，第二级滤波结构的电容实际上是第二变容二极管和第四电容器串联所等效的电容，因此，为了防止第二级滤波结构电容值可调范围的显著降低，第四电容器的电容值应尽量大。

在本发明一个实施例中，所述通孔为圆形孔。

在本实施例中，第一微带线上设置的通孔、第二微带线上设置的通孔和第三微带线上设置的通孔皆优选为圆形孔。其优点在于，圆形孔便于生产，并且使得差损小于其他形状的通孔。

在本发明一个实施例中，所提供的可调频的量子耦合滤波器，优选所述第三微带线上的通孔为按列排布的通孔。第三微带线上的通孔按列排布便于生产。

综上所述，本发明实施例所提供的可调频的量子耦合滤波器，采用第一微带线作为信号输入端、采用第二微带线作为信号输出端，采用带有通孔的第三微带线作为隔离器，由于微带线本身体积小、重量轻、可靠性高，使得本发明的滤波器可以直接集成在印制电路板上，不需要做成单独的贴片元器件，因而通孔的尺寸可以做的很小，大大减小了滤波器的体积；在滤波结构中微带线阻抗可以根据实际情况的需要进行设计，因此可以实现阻抗匹配，且微带线的宽度也可以根据实际需要进行设计，容易实现阻抗控制，使得滤波器的输入端和输出端不再需要阻抗变换的传输线，简化了滤波器的结构，并易于与滤波器所在的系统整合；在滤波结构中微带线上设有通孔等效于电感，第一级滤波结构和第二级滤波结构就相当于由电容和电感组成的LC谐振结构，当信号进入滤波器后，首先经过每一级的滤波结构的选频，通过选频后的信号中的电磁波能量以量子形式经过一系列的共振、耦合和隔离器对其反射隔离的作用，最终使得输入端的反射系数达到最小，频带内的信号能量能够以很小的损耗通过滤波器，其中变容二极管可以通过电调节改变电容值，从而改变滤波器的工作频率，便于实现智能化，具有插入损耗小、带宽窄、带外抑制好、功率容量大等优点，由于可以直接集成在印制电路板上，有利于小型化的应用。

以上对本发明所提供的一种可调频的量子耦合滤波器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可调频的量子耦合滤波器，其特征在于，包括：第一级滤波结构、第二级滤波结构和隔离器；

其中，所述第一级滤波结构包括：第一微带线和第一变容二极管，所述第一微带线为信号输入端，所述第一微带线上设有预设数目的通孔，所述第一微带线与所述第一变容二极管的负极连接，所述第一变容二极管的正极接地，所述第一变容二极管的负极连接外部控制电压源；

所述第二级滤波结构包括：第二微带线和第二变容二极管，所述第二微带线为信号输出端，所述第二微带线上设有预设数目的通孔，所述第二微带线与所述第二变容二极管的负极连接，所述第二变容二极管的正极接地，所述第二变容二极管的负极连接外部控制电压源；

所述隔离器位于所述第一级滤波结构和第二级滤波结构中间，所述隔离器包括：第三微带线，所述第三微带线上设有预设数目的通孔。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一微带线为50欧姆微带线。

3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述第二微带线为50欧姆微带线。

4.根据权利要求1或3所述的滤波器，其特征在于，还包括：

位于所述第一微带线和第一变容二极管之间的第三电容器；

位于所述第二微带线和第二变容二极管之间的第四电容器。

5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述通孔为圆形孔。

6.根据权利要求5所述的滤波器，其特征在于，所述第三微带线上的通孔为按列排布的通孔。