CN104916886A - 一种可重构带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可重构带通滤波器，包括介质板、H形微带线、第一变容二极管、第二变容二极管、过孔、接地板、输入端口、输出端口。本发明通带内损耗低，带外抑制好；频率调节范围较宽；采用的很少的变容管数目即可实现可重构滤波器的性能；结构简单，通过微波PCB板工艺即可制作，体积小重量轻，制作容易且成本低，可实现大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体的说是一种采用变容二极管进行电调的可重构带通滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，带通滤波器作为通信系统中射频部分的一个关键器件而得到了广泛的关注。随着超宽带技术、跳频、扩频、动态频率分配技术等方面的不断发展，目前频谱占用的情况显得越来越严重，为了解决这一问题，一个关键的器件就是电调可重构带通滤波器。可重构滤波器的应用范围十分广泛，其在发射机中位于发射天线前可以起到后级滤波的作用，在接收机中位于接收天线后可以起到选频的作用。对于超宽带系统而言，可重构滤波器又可以过滤掉一些不需要的干扰信号。另外，可重构滤波器由于其特有的选频特性可以用来替换传统的滤波器组，从而减小滤波器的体积，符合滤波器小型化、低成本的发展趋势。电调可重构滤波器由于响应时间短、易于控制，其性能特性优于机械调谐滤波器，得到了广泛的关注。经过对可重构滤波器的研究，目前可重构滤波器的调谐方式主要分为四种：YIG调谐技术、BST薄膜调谐技术、MEMS技术以及变容二极管技术。相对于其他的调谐方式而言，采用变容二极管来进行电调可重构滤波器的调谐，具有调谐速度快、成本低等方面的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种性能高、成本低、体积小、结构简单的可重构带通滤波器。
实现本发明目的的技术方案是：一种可重构带通滤波器，包括介质板、H形微带线、第一变容二极管、第二变容二极管、过孔、接地板、输入端口、输出端口；所述的H形微带线位于介质板的上层，过孔位于H形微带线的中心，并从介质板上层垂直贯穿至介质板下层，过孔的两侧一定距离处左右对称分布第一变容二极管、第二变容二极管，变容二极管的两端均与H形微带线相连且其下方与介质板相连并没有微带线，第一变容二极管和第二变容二极管的阳极通过微带线与过孔相连，最终连接到接地板，第一变容二极管和第二变容二极管的阴极与直流电源的导线相连，两个变容二极管所连直流电源电压大小相同，所述的输出端口，是指呈“L”形状的微带线，其最右端与同轴线相连，输入端口与输出端口呈左右对称的关系，整个可重构带通滤波器沿介质板的中线左右两侧对称分布，所述接地板位于介质板的下层，大小与介质板相同。
整个可重构带通滤波器采用耦合馈电的方式，输入端口通过平行微带线之间的耦合将电磁场耦合到H形微带线，输出端口同样依靠平行微带线之间的耦合将电磁场从H形微带线上耦合出来。
优选的，所述过孔为圆孔。
优选的，所述的两个第一变容二极管和第二变容二极管均采用Skyworks公司的SMV1234型号变容二极管，并且直流电源的引出导线与变容二极管阴极端口相连。
优选的，所述输出端口底部横线部分宽度W1为1mm，长度L1为4.5mm，“L”形状的微带线竖线部分宽度W2为0.5mm，长度L2为12mm，H形微带线竖线部分宽度W3为1mm，其横线部分宽度W4为1mm，竖线部分的顶部至横线部分的距离L3为6mm，与竖线部分的底部至横线部分的距离相等，所述第二变容二极管至H形微带线竖线部分的距离L5为2.5mm，第一变容二极管与第二变容二极管之间的距离L7＝2mm，两个变容二极管与过孔圆心的水平距离都为1mm，输入端口的微带线与H形微带线之间缝隙距离s为0.18mm，输出端口的微带线与“H”形状的微带线之间缝隙距离也为0.18mm，两个变容二极管长度L6均为1.5mm，宽度W4均为1mm。
圆形过孔的半径为0.3mm，高0.5mm，接地板长度为21.36mm，宽度为19mm，所述介质板采用相对介电常数为3.38，体积19×21.36×0.5mm3，双面镀铜的微波PCB板加工而成。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)通带内损耗低，带外抑制好；(2)频率调节范围较宽；(3)采用的很少的变容管数目即可实现可重构滤波器的性能；(4)结构简单，通过微波PCB板工艺即可制作，体积小重量轻，制作容易且成本低，可实现大批量生产。
附图说明
图1是本发明可重构带通滤波器三维结构示意图。
其中，1-介质板，2-H形微带线，3-第一变容二极管，4-第二变容二极管，5-过孔，6-接地板，7-输入端口，8-输出端口。
图2是本发明可重构带通滤波器二维结构示意图。
图3是本发明实施中可重构带通滤波器的S参数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明可重构带通滤波器，包括介质板(1)、微带线、两个变容二极管、一个过孔(5)、接地板(6)；其中微带线位于介质板(1)的上层；整个可重构带通滤波器采用耦合馈电的方式，输入端口(7)通过平行微带线之间的耦合将电磁场耦合到H形微带线(2)，输出端口(8)同样依靠平行微带线之间的耦合将电磁场从H形微带线(2)上耦合出来；接地板(6)位于介质板(1)的下层，大小与介质板(1)相同；过孔(5)位于H形微带线(2)的中心，并从介质板(1)上层垂直贯穿至介质板(1)下层；所述过孔(5)为圆形过孔；过孔(5)的两侧一定距离处左右对称分布两个变容二极管，变容二极管的两端均与H形微带线(2)相连；两个变容二极管的阳极通过微带线与过孔(5)相连，最终连接到接地板(6)，变容二极管的阴极与直流电源引出的导线相连。结合图2，整个可重构带通滤波器沿介质板(1)的中线左右两边对称分布；所述的输出端口(8)，是指呈“L”形状的微带线，其最右端与同轴线相连；输入端口(7)与输出端口呈左右对称的关系，输入端口的最左端与同轴线相连。
结合图2，两个变容二极管与过孔(5)圆心的水平距离都为1mm；
输入端口(7)的微带线与H形微带线(2)之间缝隙距离为0.18mm，输出端口(8)的微带线与H形微带线(2)之间缝隙距离也为0.18mm；H形微带线(2)上放置变容二极管的位置处微带线被挖空。
本发明可重构带通滤波器，其工作原理如下：在带通滤波器谐振腔中的合理位置添加电容，电容大小的变化可以影响谐振腔的谐振频率，从而改变带通滤波器的通带频率位置。利用变容二极管的变容特性，通过改变变容二极管的反向直流电压，即可以产生变容二极管两端电容值的变化，从而达到可变电容的目的。最终使得在一定的电容变化范围内，带通滤波器的通带频率随给定直流电压的变化而变化，实现可重构带通滤波器。
本发明可重构带通滤波器采用微波印制电路板工艺实现，所以具有非常高的可靠性，并且成本较低。
实施例1
结合图1，本发明可重构带通滤波器，微带线位于介质板(1)的上层；输入端口(7)通过平行微带线之间的耦合将电磁场耦合到H形微带线(2)，输出端口(8)同样依靠平行微带线之间的耦合将电磁场从H形微带线(2)上耦合出来；接地板(6)位于介质板(1)的下层，大小与介质板(1)相同；过孔(5)位于H形微带线(2)的中心，采用圆形过孔实现；过孔(5)的两侧一定距离处左右对称分布两个变容二极管，变容二极管的两端均与微带线相连；微带线采用微波PCB板工艺实现；变容二极管采用表面贴装元件焊接实现，具体参数如下：
(1)加工介质采用微波PCB板，相对介电常数为3.38，体积19×21.36×0.5mm3，双面镀铜。
(2)结合图2，微带线部分中，由于微带线沿介质板(1)的中线左右两边镜像对称分布，有W1＝1mm，W2＝0.5mm，W3＝1mm，W4＝1mm，L1＝4.5mm，L2＝12mm，L3＝6mm，L4＝6mm，L5＝2.5mm，L7＝2mm，s＝0.18mm；
(3)变容二极管长度L6＝1.5mm，宽度W4＝1mm，两个变容二极管型号均采用Skyworks公司的SMV1234变容二极管；
(4)过孔(5)部分，圆形过孔的半径为0.3mm，高0.5mm；
(5)接地板(6)长度21.36mm，宽度19mm；
(6)结合图3，该可重构带通滤波器的S参数图，包括在两个变容二极管电容值都是4.09pF、6.28pF、9.63pF下对应的正向传输系数S21,输入反射系数S11，此时两个变容二极管两端的反向偏压都分别为2.5V、1V、0V。在反向偏压为2.5V时回波损耗S11优于-10dB，在反向偏压为1V时回波损耗S11优于-15dB，在反向偏压为0V时回波损耗S11优于-20dB，三种反向偏压下插入损耗S21均较小。在三种偏压下中心频率从3.24GHz变化到3.58GHz，变化范围为340MHz。可重构带通滤波器的通带带宽基本维持在120MHz左右，具有较好的可重构带通滤波器性能。
综上所述，本发明可重构带通滤波器通带内回波损耗均优于-10dB,插入损耗较小，通带变化范围较宽，阻带抑制较好；并且结构相对简单，采用很少的变容二极管就可以在很小的体积中实现可重构滤波器；通过微波PCB板工艺即可制作，体积小重量轻，制作容易且成本低，可实现大批量生产，适用于各种无线通信系统的收发电路中。
Claims (6)
1.一种可重构带通滤波器，其特征在于，包括介质板(1)、H形微带线(2)、第一变容二极管(3)、第二变容二极管(4)、过孔(5)、接地板(6)、输入端口(7)、输出端口(8)；所述的H形微带线(2)位于介质板的上层，过孔(5)位于H形微带线的中心，并从介质板(1)上层垂直贯穿至介质板(1)下层，过孔(5)的两侧一定距离处左右对称分布第一变容二极管(3)、第二变容二极管(4)，变容二极管的两端均与H形微带线(2)相连且其下方与介质板(1)相连并没有微带线，第一变容二极管(3)和第二变容二极管(4)的阳极通过微带线与过孔(5)相连，最终连接到接地板(6)，第一变容二极管(3)和第二变容二极管(4)的阴极与直流电源的导线相连，两个变容二极管所连直流电源电压大小相同，所述的输出端口(8)，是指呈“L”形状的微带线，其最右端与同轴线相连，输入端口(7)与输出端口(8)呈左右对称的关系，整个可重构带通滤波器沿介质板(1)的中线左右两侧对称分布，所述接地板(6)位于介质板(1)的下层，大小与介质板(1)相同。
2.根据权利要求1所述的一种可重构带通滤波器，其特征在于，整个可重构带通滤波器采用耦合馈电的方式，输入端口(7)通过平行微带线之间的耦合将电磁场耦合到H形微带线(2)，输出端口(8)同样依靠平行微带线之间的耦合将电磁场从H形微带线(2)上耦合出来。
3.根据权利要求1所述的一种可重构带通滤波器，其特征在于，所述过孔(5)为圆孔。
4.根据权利要求1所述的一种可重构带通滤波器，其特征在于，所述的两个第一变容二极管(3)和第二变容二极管(4)均采用Skyworks公司的SMV1234型号变容二极管，并且直流电源的引出导线与变容二极管阴极端口相连。
5.根据权利要求1所述的一种可重构带通滤波器，其特征在于，所述输出端口(8)底部横线部分宽度W1为1mm，长度L1为4.5mm，“L”形状的微带线竖线部分宽度W2为0.5mm，长度L2为12mm，H形微带线(2)竖线部分宽度W3为1mm，其横线部分宽度W4为1mm，竖线部分的顶部至横线部分的距离L3为6mm，与竖线部分的底部至横线部分的距离相等，所述第二变容二极管(4)至H形微带线(2)竖线部分的距离L5为2.5mm，第一变容二极管(3)与第二变容二极管(4)之间的距离L7＝2mm，两个变容二极管与过孔(5)圆心的水平距离都为1mm，输入端口(7)的微带线与H形微带线(2)之间缝隙距离s为0.18mm，输出端口的微带线与“H”形状的微带线之间缝隙距离也为0.18mm，两个变容二极管长度L6均为1.5mm，宽度W4均为1mm。
6.根据权利要求5所述的一种可重构带通滤波器，其特征在于，圆形过孔(5)的半径为0.3mm，高0.5mm，接地板(6)长度为21.36mm，宽度为19mm，所述介质板(1)采用相对介电常数为3.38，体积19×21.36×0.5mm3，双面镀铜的微波PCB板加工而成。
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