CN105226356B - 基于缺陷地结构的可调滤波器设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缺陷地结构的可调滤波器。包括中间的介质板层、还包括介质板层正面的上金属镀层以及介质板层反面的缺陷地结构的下金属镀层；所述上金属镀层是T型微带线结构，两端连接有集总端口式的输入输出端口。所述下金属镀层为∏型节缺陷地结构，在缺陷地结构中心导带的T型节末端加载四个相同的变容二极管，连接于中心导带T型节末端与接地面之间的缝隙上，通过直流偏置电路给变容二极管加载反向偏压，用电压直接控制电容的大小，达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的。本滤波器结构紧凑，通带内插入损耗低，通带边沿陡峭、选择性高，且满足滤波器小型化的发展趋势。

Description

基于缺陷地结构的可调滤波器设计

技术领域

本发明涉及一种基于缺陷地结构的可调滤波器，属于无线通信系统领域，在实现频带可调的同时，带外抑制好。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展和广泛应用，滤波器在通信系统中扮演着越来越重要的角色，其性能的好坏是整个通信系统中的关键。为了有效利用有限的频谱资源，传统的滤波器已经不能满足这样的要求，因此可重构通信系统正在蓬勃发展。而高性能的可调滤波器在这类系统中发挥着越来越重要的作用。

现代无线通讯系统中，电调微波滤波器因其在频段兼容性和频谱资源的利用率方面具有优势，起到越来越大的作用。在整个系统的布局设计都已经做好的情况下，改变信道则需要不同中心频率的滤波器，若是有电调功能的滤波器就不需要重新设计系统的整体结构，也不用重新加工板子，只需要调动开关，电调谐已有的可调滤波器就可以实现新的设计构想和功能。

早期的可调滤波器性能较差，其调谐范围小，并且忽略了带宽控制。在频率调节过程中很难保证稳定的滤波特性，特别是回波损耗和带宽往往不能保持稳定。因此，扩大调谐范围同时在调谐过程中实现带宽控制是调谐滤波器设计的一个关键问题。全可调滤波器是一种新型的可调滤波器，全可调滤波器指的是中心频率和带宽可以独立调节的可调滤波器。但它需要的变容二极管和可控电源过多，影响通带特性及增加了系统体积，并且其带宽调节范围小。

发明内容

本发明的目的在于针对传统的系统体积大、信号处理频段单一的缺点，提供了一种基于缺陷地结构的可调带通滤波器。频带的可调范围为2.64GHz-2.96GHz，且产生一个传输零点，滤波器的带外抑制特性好、体积小。

为达到上述目的，本发明的构思是：

在缺陷地结构中心导带T型节末端加载变容二极管，变容二极管连接于中心导带T型节末端与接地面之间的缝隙上，改变直流偏置电路反向偏压，用电压直接控制电容的大小，调节通带中心频率达到可调的效果。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于缺陷地结构的可调滤波器，包括介质板层，还包括介质板层正面的上金属镀层以及介质板层反面的下金属镀层；所述上金属镀层为T型微带线结构，两端连接有集总端口式的输入输出端口；所述下金属镀层为缺陷地结构，其中心导带也为T型结构。

所述上金属镀层耦合终端设计成T型结构，以增强馈线和耦合器之间的耦合；所述下金属镀层的共面波导中心导带采用∏型节缺陷地结构，将原来的TEM模传播模式转变为耦合槽线模式；所述缺陷地结构的中心导带T型节四个末端分别添加变容二极管，连接于中心导带T型节末端与接地面之间，通过直流偏置电路给变容二极管加载反向偏压，用电压直接控制电容的大小，达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的；两条金属导带将中心导带与两边接地面相连，形成短路端，提高通带的带外抑制能力。

所述介质板层为介电常数的介质板，该介质板厚度h=0.508mm。

所述上金属镀层和和下金属镀层选用导电性能较好的金属材料，如金、或银、或铜。

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：

本发明滤波器采用缺陷地结构，使滤波器的结构更加紧凑，满足了现代滤波器设计小型化的要求。通过调节电压改变变容二极管的电容值从而实现通带可调，具有调谐速度快，调谐频率范围宽，调试方便，成本低等优点。金属导带将中心导带与两边接地面相连，形成短路端，提高了通带的带外抑制能力。

本发明滤波器的中心频率在2.64GHz-2.96GHz范围内可调，可用于多通带无线通信系统，辐射计系统以及宽带雷达系统中，其带外抑制度较高，体积小，满足了微波带通滤波器的应用要求。

附图说明

图1是本发明基于缺陷地结构的可调带通滤波器的结构示意图。

图2是本发明基于缺陷地结构的可调带通滤波器缺陷地结构的下金属层示意图。

图3是本发明变容二极管示意图。

图4是基于缺陷地结构的可调带通滤波器的整体结构示意图。

图5是变容二极管容值在0.2-0.8pF之间可调时，滤波器的S11示意图。

图6是变容二极管容值在0.2-0.8pF之间可调时，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1，一种基于缺陷地结构的可调滤波器，包括介质板层1，还包括介质板层1正面的上金属镀层2以及介质板层1反面的下金属镀层3；所述上金属镀层2为T型微带线结构，两端连接有集总端口式的输入输出端口5；所述下金属镀层3为缺陷地结构，其中心导带也为T型结构。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，反面的下金属镀层如图2，特别之处是：所述上金属镀层2耦合终端设计成T型结构，以增强馈线和耦合器之间的耦合；所述下金属镀层3的共面波导中心导带采用∏型节缺陷地结构，将原来的TEM模传播模式转变为耦合槽线模式；如图3所示，所述缺陷地结构的中心导带T型节4-2四个末端分别添加变容二极管4-1，连接于中心导带T型节4-2末端与接地面4-3之间，通过直流偏置电路给变容二极管加载反向偏压，用电压直接控制电容的大小，达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的；两条金属导带4-4将中心导带4-2与两边接地面4-3相连，形成短路端，提高通带的带外抑制能力。

所述介质板层1为介电常数的介质板，该介质板厚度h=0.508mm。

图4是本实施例的结构示意图，经过设计、仿真和优化，最终确定该可调带通滤波器的具体尺寸如下：

L11=18.5mm，L12=12mm，L13=3.5mm，L21=19.5mm，L22=11mm，L23=4mm，

W11=4mm，W12=3mm，W13=3.5mm，W21=3mm，W22=4.5mm，W23=1.5mm，

W31=2mm，S1=0.4mm，S2=0.2mm

其中，L11代表输入（输出）端口到反面缺陷地T型节的接地面之间的长度，L12代表反面缺陷地两个T型节末端枝节的接地面之间的长度，L13代表反面缺陷地T型节末端枝节到T形节的接地面之间的长度，L21代表反面缺陷地中心导带的长度，L22代表反面缺陷地两个T型节末端枝节之间的长度，L23代表反面缺陷地T型节末端枝节的长度，W11代表反面缺陷地两接地面之间的宽度，W12代表反面缺陷地中心导带到T型节末端枝节的接地面之间的宽度，W13代表反面缺陷地结构T型节末端枝节接地面之间的宽度，W21代表反面中心导带的宽度，W22代表反面缺陷地中心导带到T型节末端枝节之间的宽度，W23代表反面缺陷地T型节末端枝节的宽度，W31代表正面金属微带线的宽度，S1代表反面缺陷地结构两T型节之间的距离，S2代表金属导带4-4的宽度。

基于上述方法设计了中心频率为2.95Hz的微带滤波器，通过电磁仿真软件HFSS进行仿真，调试。

图5和图6分别显示了电压在0-20V之间可调时，变容二极管在不同容值的滤波器S11和S21仿真结果。仿真结果表明：

该滤波器实现了带通滤波器的响应特性，通过调节变容二极管的电压调节其电容值，实现了可调。

中心频率的可调范围在2.64GHz-2.96GHz可调产生一个传输零点，回波损耗最小达到-30dB，插入损耗大于-3dB，滤波器的带外抑制高，选择性好。

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 (2)

1.一种基于缺陷地结构的可调滤波器，包括介质板层（1），其特征在于，还包括介质板层（1）正面的上金属镀层（2）以及介质板层（1）反面的下金属镀层（3）；所述上金属镀层（2）为T型微带线结构，两端连接有集总端口式的输入输出端口（5）；所述下金属镀层（3）为缺陷地结构，其中心导带也为T型结构；所述上金属镀层（2）耦合终端设计成T型结构，以增强馈线和耦合器之间的耦合；所述下金属镀层（3）的共面波导中心导带采用∏型节缺陷地结构，将原来的TEM模传播模式转变为耦合槽线模式；所述缺陷地结构的中心导带T型节（4-2）四个末端分别添加变容二极管（4-1），连接于中心导带T型节（4-2）末端与接地面（4-3）之间，通过直流偏置电路给变容二极管加载反向偏压，用电压直接控制电容的大小，达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的；两条金属导带（4-4）将中心导带（4-2）与两边接地面（4-3）相连，形成短路端，提高通带的带外抑制能力。

2.根据权利要求1所述的基于缺陷地结构的可调滤波器，其特征在于，所述介质板层（1）为介电常数的介质板，该介质板厚度h =0.508mm。