CN105048033A - 中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器。该可调滤波器包括微带结构、介质基板和接地金属，微带结构包括输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路、E型双模可调谐振器、输出耦合匹配电路、输出馈电电路、输出端口；所述E型双模可调谐振器两侧的微带线枝节分别连接一个变容二极管，中间的微带线枝节通过一个隔直电容连接另一个变容二极管；输入馈电电路包括水平微带线和垂直微带线，该垂直微带线延伸至E型双模可调谐振器相邻两个微带线枝节的正中位置；输入耦合匹配电路包括两个耦合电容，分别将垂直微带线与两侧相邻的微带线枝节连接；整个滤波器结构镜像对称。本发明具有中心频率可调绝对带宽不变的性能，可用于可重构射频前端系统中。
Description
技术领域
本发明涉及射频电调带通滤波器技术领域，特别是一种中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器。
背景技术
随着现代无线通信系统的飞速发展，频谱拥挤的矛盾日益突出。为了提高频谱资源的可利用率，多通带、扩跳频和动态频率分配等频谱技术得到广泛应用，这大大促进了快速电调或电可重构滤波器的发展。现代无线通讯技术的飞速发展对无线电子设备的多功能、小型化提出了越来越高的设计要求。主要体现在两个方面：在民用上，现代无线通信系统宽带、多频段的迅速发展要求部分射频收发器需要在较大的频段范围内有频率选择性的工作，而传统的固定滤波器通常需要多个不同频段的滤波器组合使用才能实现频段的可调。但是这种方式不但使射频收发器的体积倍增,而且增加了它的功耗和成本，这不符合当前接收机射频前端电路小型化、低成本的主流趋势，所以许多研究者倾向于用单个尺寸较小的可调谐滤波器取代传统的滤波器组，因此这就大大促进了快速可调滤波器的发展。在军事上，在电子战雷达系统中，为了保证雷达系统不被敌方截获，要求接收机和发射机的中心频率应能在任何时候实现迅速改变，因而采用可调滤波器。由于调谐频率的不固定，从而很难被敌方截获。因此，基于这一背景，我们需要设计一种可调范围宽且性能稳定的可重构的滤波器。
已有文献报道了可调滤波器结构：
1、文献1(Yi-ChyunChiou,GabrielM.Rebeiz,ATunableThree-Pole1.5–2.2-GHzBandpassFilterWithBandwidthandTransmissionZeroControl,IEEETrans.onMicrowaveTheoryandTechniques,2011(11)：2872-2878.)中在梳状线滤波器结构中加载变容管实现滤波器的中心频率和传输零点可调，但是可调器件比较多，且中心频率可调的同时绝对带宽会变化。
2、文献2(ArianaLacorteCaniatoSerrano,FatimaSaleteCorrera,Tan-PhuVuong,andPhilippeFerrari,SynthesisMethodologyAppliedtoaTunablePatchFilterWithIndependentFrequencyandBandwidthControl,IEEETrans.onMicrowaveTheoryandTechniques,2012(3)：484-493.)中在具有双模特性的三角形贴片中引入倒“T”微扰，并在微扰处引入可调器件，从而实现了带宽和中心频率的独立可调。这种方式可以实现频率和带宽的独立可调，但是由于微扰的尺寸比较小，导致可调器件的焊接比较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中心频率调节范围宽且绝对带宽不变的可调微带带通滤波器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，包括微带结构、介质基板和接地金属，其中微带结构设置在介质基板上表面，介质基板下表面为接地金属，所述微带结构包括输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路、E型双模可调谐振器、输出耦合匹配电路、输出馈电电路、输出端口；所述E型双模可调谐振器包括三个微带线枝节，其中两侧的微带线枝节末端分别连接一个变容二极管，中间的微带线枝节末端通过一个隔直电容连接另一个变容二极管，且中间微带线枝节上面设置金属通孔；输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，包括水平微带线和垂直微带线，该垂直微带线延伸至E型双模可调谐振器相邻两个微带线枝节的正中位置；输入耦合匹配电路包括两个耦合电容，该两个耦合电容分别将垂直微带线与两侧相邻的微带线枝节连接；
所述输出端口、输出馈电电路、输出耦合匹配电路分别与输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路呈镜像对称分布，即整个滤波器结构镜像对称；滤波器工作时，E型双模可调谐振器连接的三个变容二极管等效为一个可变电容，当变容二极管等效的电容值发生变化时，E型双模可调谐振器的谐振频率也相应的发生变化。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)本发明E型双模可调谐振器可以实现两个模式的频率独立可控，耦合匹配电路能在调节的过程中保证E型谐振器和馈电网络之间良好的阻抗匹配，从而实现中心频率调节范围宽且绝对带宽不变的可调带通滤波器；(2)微带E型双模谐振器具有能独立调节的两个带内极点，可以实现中心频率和带宽的对立可调，在绝对带宽保持250MHz不变的前提，中心频率可调范围大于20％；(3)需要较少的控制直流电源，结构设计简单、体积小。
附图说明
图1是本发明中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器结构示意图。
图2是本发明中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器的实施例1的结构尺寸示意图。
图3是本发明中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器的实施例1的S参数仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，包括微带结构、介质基板和接地金属，其中微带结构设置在介质基板上表面，介质基板下表面为接地金属，所述微带结构包括输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路、E型双模可调谐振器、输出耦合匹配电路、输出馈电电路、输出端口；所述E型双模可调谐振器包括三个微带线枝节，其中两侧的微带线枝节末端分别连接一个变容二极管，中间的微带线枝节末端通过一个隔直电容连接另一个变容二极管，且中间微带线枝节上面设置金属通孔；输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，包括水平微带线和垂直微带线，该垂直微带线延伸至E型双模可调谐振器相邻两个微带线枝节的正中位置；输入耦合匹配电路包括两个耦合电容，该两个耦合电容分别将垂直微带线与两侧相邻的微带线枝节连接；所述输出端口、输出馈电电路、输出耦合匹配电路分别与输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路呈镜像对称分布，即整个滤波器结构镜像对称；滤波器工作时，E型双模可调谐振器连接的三个变容二极管等效为一个可变电容，当变容二极管等效的电容值发生变化时，E型双模可调谐振器的谐振频率也相应的发生变化。
本发明中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器中，所述的E型双模可调谐振器可以实现两个模式的频率独立可控；所述的耦合匹配电路能在调节的过程中保证E型谐振器和馈电网络之间良好的阻抗匹配，从而实现中心频率可调的过程中绝对带宽不变的特性，解决了当前可调滤波器中心频率变化时绝对带宽变化的问题。
进一步地，所述变容二极管的空置端均穿过中间层介质基板与下层接地金属相连。
结合图1，所述E型双模可调谐振器呈“山”字型，该“山”字外围部分为第一矩形微带线3，“山”字中间部分为一条带有金属通孔15的第二矩形微带线4，第一矩形微带线3的一端连接第一变容二极管7、另一端连接第二变容二极管8，第二矩形微带线4的一端与第一矩形微带线3连接、另一端顺次连接隔直电容14和第三变容二极管9。所述输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，包括第一水平微带线1和第一垂直微带线2，且第一垂直微带线2位于第一矩形微带线3的一个枝节和第二矩形微带线4的正中位置；输出馈电电路包括一个L型阶梯阻抗微带线，包括第二水平微带线6和第二垂直微带线5，且第二垂直微带线5位于第一矩形微带线3的另一个枝节和第二矩形微带线4的正中位置。所述输入耦合匹配电路包括第一耦合电容10和第二耦合电容11，所述的第一耦合电容10一端连接于第一矩形微带线3的一个枝节、另一端连接于第一垂直微带线2，第二耦合电容11一端连接于第一垂直微带线2、另一端连接于第二矩形微带线4；输出耦合匹配电路包括第三耦合电容13和第四耦合电容12，所述的第三耦合电容13一端连接于第一矩形微带线3的另一个枝节、另一端连接于第二垂直微带线5，第四耦合电容12一端连接于第二垂直微带线5、另一端连接于第二矩形微带线4。
所述输入端口和输出端口的特性阻抗均为50欧姆，且第一水平微带线1和第二水平微带线6的特性阻抗均为50欧姆。所述的E型双模可调谐振器中第一矩形微带线3的长4～40mm、宽0.2～2mm；第二矩形微带线4的长3～20mm、宽0.2～2mm，金属通孔15距第二矩形微带线4与第一矩形微带线3连接点的距离为0.5～5mm，所述的隔直电容14的容值大于8pF。所述输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，其中第一垂直微带线2的长4～15mm、宽0.1～0.5mm；所述耦合匹配电路中的耦合电容容值相同且均小于3pF，第一耦合电容10至第一垂直微带线2末端的距离为0.2～1mm，第二耦合电容11距第一垂直微带线2末端的距离为1～3mm，第三耦合电容13距第二垂直微带线5末端的距离为0.2～1mm，第四耦合电容12距第二垂直微带线5末端的距离为1～3mm。所述介质基板的介电常数为2～10，厚度为0.2～1mm。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
结合图2、图3，以工作在1.7-2.3GHz的中心频率可调绝对带宽不变的可调带通滤波器为例，采用的电路基板相对介电常数为10.2，厚度为0.635m。
具体参数为：第一矩形微带线3中：l1为9mm，w2为1mm，l2为5.75mm；第二矩形微带线4中，l5为14mm、宽1mm，金属通孔15距第二矩形微带线4与第一矩形微带线3连接点的距离为4mm；50欧姆水平矩形微带线1、6的长不限，我们取3mm，宽w1为0.6mm，第一垂直微带线2、第二垂直微带线5的长l5为14mm，宽为0.2mm，垂直微带线距第二矩形微带线4的距离为0.45mm，垂直微带线距第一矩形微带线3同侧枝节的距离为0.52mm；隔直电容14的电容为10pF；第一耦合电容10、第二耦合电容11、第四耦合电容12、第三耦合电容13的容值为1pF；第一变容二极管7、第二变容二极管8、第三变容二极管9均选用skyworks公司的硅变容二极管SMV2019。利用安捷伦公司的商业电磁仿真软件HFSS和ADS对用上述参数所设计的滤波器进行仿真，图3给出了滤波器的S参数仿真结果。图3(a)给出了变容管两端不同电压时回波损耗|S11|随频率变化的响应曲线，图3(b)给出了变容管两端不同电压时传输系数|S21|随频率变化的响应曲线。
从图3中可以看出随着变容二极管容值的变化，可调滤波器的通带的中心频率可调范围为1.7GHz到2.28GHz，可调范围达到24.1％，在中心频率可调的过程中绝对带宽都是0.24GHz保持不变。且在中心频率可调的过程中，回波损耗在各个状态下都是大于10dB，插入损耗在0.4-3.5dB。该滤波器的体积为17*5.6*0.635mm3。
本发明使用一种E型双模谐振器和耦合匹配电路构成一种新型的可调滤波器，实现了绝对带宽不变时中心频率的可调，并且具有电路结构设计简单，所需直流电源较少等优点。
Claims (9)
1.一种中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，包括微带结构、介质基板和接地金属，其中微带结构设置在介质基板上表面，介质基板下表面为接地金属，所述微带结构包括输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路、E型双模可调谐振器、输出耦合匹配电路、输出馈电电路、输出端口；所述E型双模可调谐振器包括三个微带线枝节，其中两侧的微带线枝节末端分别连接一个变容二极管，中间的微带线枝节末端通过一个隔直电容连接另一个变容二极管，且中间微带线枝节上面设置金属通孔；输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，包括水平微带线和垂直微带线，该垂直微带线延伸至E型双模可调谐振器相邻两个微带线枝节的正中位置；输入耦合匹配电路包括两个耦合电容，该两个耦合电容分别将垂直微带线与两侧相邻的微带线枝节连接；
所述输出端口、输出馈电电路、输出耦合匹配电路分别与输入端口、输入馈电电路、输入耦合匹配电路呈镜像对称分布，即整个滤波器结构镜像对称；滤波器工作时，E型双模可调谐振器连接的三个变容二极管等效为一个可变电容，当变容二极管等效的电容值发生变化时，E型双模可调谐振器的谐振频率也相应的发生变化。
2.根据权利要求1所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述变容二极管的空置端均穿过中间层介质基板与下层接地金属相连。
3.根据权利要求1或2所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述E型双模可调谐振器呈“山”字型，该“山”字外围部分为第一矩形微带线(3)，“山”字中间部分为一条带有金属通孔(15)的第二矩形微带线(4)，第一矩形微带线(3)的一端连接第一变容二极管(7)、另一端连接第二变容二极管(8)，第二矩形微带线(4)的一端与第一矩形微带线(3)连接、另一端顺次连接隔直电容(14)和第三变容二极管(9)。
4.根据权利要求3所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，包括第一水平微带线(1)和第一垂直微带线(2)，且第一垂直微带线(2)位于第一矩形微带线(3)的一个枝节和第二矩形微带线(4)的正中位置；输出馈电电路包括一个L型阶梯阻抗微带线，包括第二水平微带线(6)和第二垂直微带线(5)，且第二垂直微带线(5)位于第一矩形微带线(3)的另一个枝节和第二矩形微带线(4)的正中位置。
5.根据权利要求4所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述输入耦合匹配电路包括第一耦合电容(10)和第二耦合电容(11)，所述的第一耦合电容(10)一端连接于第一矩形微带线(3)的一个枝节、另一端连接于第一垂直微带线(2)，第二耦合电容(11)一端连接于第一垂直微带线(2)、另一端连接于第二矩形微带线(4)；输出耦合匹配电路包括第三耦合电容(13)和第四耦合电容(12)，所述的第三耦合电容(13)一端连接于第一矩形微带线(3)的另一个枝节、另一端连接于第二垂直微带线(5)，第四耦合电容(12)一端连接于第二垂直微带线(5)、另一端连接于第二矩形微带线(4)。
6.根据权利要求5所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述输入端口和输出端口的特性阻抗均为50欧姆，且第一水平微带线(1)和第二水平微带线(6)的特性阻抗均为50欧姆。
7.根据权利要求5所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述的E型双模可调谐振器中第一矩形微带线(3)的长4～40mm、宽0.2～2mm；第二矩形微带线(4)的长3～20mm、宽0.2～2mm，金属通孔(15)距第二矩形微带线(4)与第一矩形微带线(3)连接点的距离为0.5～5mm，所述的隔直电容(14)的容值大于8pF。
8.根据权利要求5所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述输入馈电电路为一个L型阶梯阻抗微带线，其中第一垂直微带线(2)的长4～15mm、宽0.1～0.5mm；所述耦合匹配电路中的耦合电容容值相同且均小于3pF，第一耦合电容(10)至第一垂直微带线(2)末端的距离为0.2～1mm，第二耦合电容(11)距第一垂直微带线(2)末端的距离为1～3mm，第三耦合电容(13)距第二垂直微带线(5)末端的距离为0.2～1mm，第四耦合电容(12)距第二垂直微带线(5)末端的距离为1～3mm。
9.根据权利要求5所述的中心频率可调绝对带宽不变的可调微带带通滤波器，其特征在于，所述介质基板的介电常数为2～10，厚度为0.2～1mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151111 |