CN105789785B - 中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明为中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，解决现有带通滤波器中心频率和带宽不能同时调节的缺点。包括第一金属覆铜层(1)、介质层(2)、第二金属覆铜层(3)、金属化通孔阵列，以及第一金属覆铜层上焊接的第一、第二、第三、第四、第五变容二极管（11、12、13、14、15），第一、第二、第三、第四、第五隔离电容（21、22、23、24、25），第一、第二、第三、第四、第五偏置电阻（31、32、33、34、35），第二、第四偏置线（72、74）。
Description
技术领域：
本发明属于微波毫米波器件技术领域，尤其涉及微波毫米波器件中的可调滤波器。
背景技术：
无线技术若要在商业领域取得成功，需要满足一些必要条件，包括低成本，可批量生产，高性能，高稳定性。过去的几十年里，金属波导因为具有低损耗，高品质因数和高功率容量等优点，在微波毫米波电路和系统中发挥了重要的作用。然而，近年来，无线电子产品的尺寸越来越小，金属波导体积大，重量重，难以与平面电路集成，很难适应当前的市场需求。而基片集成波导技术的诞生，有效解决了这些问题，基片集成波导既继承了传统金属波导的特点，又易于与微电子芯片集成，有利于系统的小型化、集成化。
现有的无线设备需要在多种频段多种模式下工作，适应不同的通信标准。例如，现在的智能手机就需要在3G，4G，WiFi，蓝牙和GPS全球定位系统等多项技术标准下工作。其收发前端需要采用多个不同中心频率的滤波器构成滤波器组，进行频率预选，消除不想要的混频器镜像频率和本振谐波。然而，滤波器组的使用会使系统构架变得复杂，增加了系统尺寸，不符合当前收发前端电路小型化、集成化的发展趋势。现有滤波器中心频率和带宽不能同时调节的缺点。
发明内容：
本发明的目的是提出一种克服现有滤波器中心频率和带宽不能同时调节的缺点，中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器。
本发明是这样实现的：
中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，包括第一金属覆铜层1、介质层2、第二金属覆铜层3、金属化通孔阵列，第一金属覆铜层上焊接有第一、第二、第三、第四、第五变容二极管11、12、13、14、15，第一、第二、第三、第四、第五隔离电容21、22、23、24、25，第一、第二、第三、第四、第五偏置电阻31、32、33、34、35，第二、第四偏置线72、74，第一金属覆铜层1的第一、第二输入输出馈线41、42，耦合微带线51分别与第一、第二谐振器61、62上层金属连接，第一、第三、第五偏置线71、73、75分别与第一输入输出馈线41、耦合微带线51、第二输入输出馈线42连接，在第一金属覆铜层1上蚀刻形成第一、四耦合缝81、84，第一、第二、第三、第四环形槽91、92、93、94，第一、四耦合缝81、84在第一、第二输入输出馈线41、42与第一、第二谐振器61、62连接处的上下侧，第二、第三耦合缝82、83分别在耦合微带线51两端的上下侧，第一、第二环形槽91、92同心并与同心的第三、第四环形槽93、94对称，第一、第三环形槽91、93分别与第二变容二极管12、第二偏置电阻32、第四变容二极管14、第四偏置电阻34连接，第二、四环形槽92、94分别第二偏置电阻32、第二隔离电容22、第四偏置电阻34、第四隔离电容24连接，第一偏置线71在输入输出馈线连接端与第一变容二极管11、第一偏置电阻31、第一隔离电容21连接，第三偏置线73与耦合微带线51连接端与第三变容二极管13、第三偏置电阻33、第三隔离电容23连接，第五偏置线75在输入输出馈线连接端与第五变容二极管15、第五偏置电阻35、第五隔离电容25连接，第二、第四偏置线72、74分别与第二、四偏置电阻32、34连接。
第一谐振器61为长方形，由金属化通孔阵列在第一金属覆铜层1、介质层2、第二金属覆铜层3上围成，包括有第二变容二极管12、第二隔离电容22、第二偏置电阻32，第二谐振器62为长方形，由金属化通孔阵列在第一金属覆铜层1、介质层2、第二金属覆铜层3上围成，包括有第四变容二极管14、第四隔离电容24、第四偏置电阻34，第一、第二、第三、第四耦合缝81、82、83、84均为上下对称的两条L形缝，第一、第三、第五偏置线71、73、75为带有焊盘的细微带线，第二、第四偏置线72、74为漆包线。
第一、第二输入输出馈线41、42为50欧姆的微带线，通过第一、第四耦合缝81、84，分别与第一、第二谐振器61、62耦合，第一、第五变容二极管11、15的阴极分别焊接到第一、第二输入输出馈线41、42，它们的阳极分别与第一、第五隔离电容21、25，第一、第五偏置电阻31、35焊接到同一焊盘上，第一、第五隔离电容21、25的另一端分别焊接到带有接地通孔的焊盘上，第一、第五偏置电阻31、35的另一端分别焊接到第一、第五偏置线71、75。
第一、第二，第三、第四环形槽91、92，93、94分别位于第一、第二谐振器61、62的中部，第二、第四变容管12、14焊接到第一、第三环形槽91、93两边的覆铜层上，第二、第四隔离电容22、24焊接到第二、第四环形槽92、94两侧边的覆铜层上，第二、第四偏置线72、74分别焊接到第一、第三环形槽91、93中间的焊盘上。
第一谐振器61与第二谐振器62通过第二、第三耦合缝82、83，及耦合微带线51来耦合，第三隔离电容23的一端焊接到耦合微带线51上，另一端与第三变容二极管13的阳极及第三偏置电阻33焊接到同一焊盘上，第三变容二极管13的阴极焊接到第一谐振器61上，第三偏置电阻33的另一端焊接到第三偏置线73上。
本发明的可调滤波器代替收发前端的滤波器组，一方面能灵活得调节滤波器的中心频率和带宽，实现滤波器的智能控制，另一方面，由于采用了基片集成波导技术，滤波器很容易与其他的平面电路集成，尺寸小，损耗低。
本发明技术方案的原理是：第一输入输出馈线41与第一谐振器61之间的耦合由第一变容二极管11来调节，第二输入输出馈线42与第二谐振器62之间的耦合由第五变容二极管15来调节，第一谐振器61与第二谐振器62之间的耦合通过第三变容二极管13来调节，由此，可以改变滤波器的带宽。第一谐振器61与第二谐振器62的谐振频率通过第二变容二极管12和第三变容二级管13来调节，由此可以改变滤波器的中心频率。第一、第二、第三、第四、第五隔离电容21、22、23、24、25的作用是使射频信号通过，而直流信号不能通过。第一、第二、第三、第四、第五偏置电阻31、32、33、34、35的作用是将直流偏置电压加载在变容二极管上，同时保证射频信号不会泄露到电压源上。
本发明的优点和有益效果：
（1）本发明中的可调滤波器具有中心频率和带宽连续可调的特性，能同时满足不同的标准。克服现有滤波器中心频率和带宽不能同时调节的缺点。
（2）本发明中的可调滤波器变容二极管作为调谐元件，成本低，通过改变变容二极管的偏置电压来控制中心频率和带宽，所需的电压也较小。
（3）本发明采用了基片集成波导结构，便于与平面电路集成，并且尺寸小，重量轻。
附图说明：
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的电路结构图。
图3为本发明在不同工作状态下测试的S参数曲线。
图4为本发明在不同工作状态下带宽随中心频率变化的曲线。
图5为本发明在不同工作状态下带宽随中心频率变化的曲线。
具体实施方式：
中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，包括第一金属覆铜层1、介质层2、第二金属覆铜层3、金属化通孔阵列，第一金属覆铜层上焊接有第一、第二、第三、第四、第五变容二极管11、12、13、14、15，第一、第二、第三、第四、第五隔离电容21、22、23、24、25，第一、第二、第三、第四、第五偏置电阻31、32、33、34、35，第二、第四偏置线72、74，第一金属覆铜层1的第一、第二输入输出馈线41、42，耦合微带线51分别与第一、第二谐振器61、62上层金属连接，第一、第三、第五偏置线71、73、75分别与第一输入输出馈线41、耦合微带线51、第二输入输出馈线42连接，在第一金属覆铜层1上蚀刻形成第一、四耦合缝81、82、83、84，第一、第二、第三、第四环形槽91、92、93、94，第一、四耦合缝81、84在第一、第二输入输出馈线41、42与第一、第二谐振器61、62连接处的上下侧，第二、第三耦合缝82、83分别在耦合微带线51两端的上下侧，第一、第二环形槽91、92同心并与同心的第三、第四环形槽93、94对称，第一、第三环形槽91、93分别与第二变容二极管12、第二偏置电阻32、第四变容二极管14、第四偏置电阻34连接，第二、四环形槽92、94分别第二偏置电阻32、第二隔离电容22、第四偏置电阻34、第四隔离电容24连接，第一偏置线71在输入输出馈线连接端与第一变容二极管11、第一偏置电阻31、第一隔离电容21连接，第三偏置线73与耦合微带线51连接端与第三变容二极管13、第三偏置电阻33、第三隔离电容23连接，第五偏置线75在输入输出馈线连接端与第五变容二极管15、第五偏置电阻35、第五隔离电容25连接，第二、第四偏置线72、74分别与第二、四偏置电阻32、34连接。
第一谐振器61为长方形，由金属化通孔阵列在第一金属覆铜层1、介质层2、第二金属覆铜层3上围成，包括有第二变容二极管12、第二隔离电容22、第二偏置电阻32，第二谐振器62为长方形，由金属化通孔阵列在第一金属覆铜层1、介质层2、第二金属覆铜层3上围成，包括有第四变容二极管14、第四隔离电容24、第四偏置电阻34，第一、第二、第三、第四耦合缝81、82、83、84均为上下对称的两条L形缝，第一、第三、第五偏置线71、73、75为带有焊盘的细微带线，第二、第四偏置线72、74为漆包线。
第一、第二输入输出馈线41、42为50欧姆的微带线，通过第一、第四耦合缝81、84，分别与第一、第二谐振器61、62耦合，第一、第五变容二极管11、15的阴极分别焊接到第一、第二输入输出馈线41、42，它们的阳极分别与第一、第五隔离电容21、25，第一、第五偏置电阻31、35焊接到同一焊盘上，第一、第五隔离电容21、25的另一端分别焊接到带有接地通孔的焊盘上，第一、第五偏置电阻31、35的另一端分别焊接到第一、第五偏置线71、75。
第一、第二，第三、第四环形槽91、92，93、94分别位于第一、第二谐振器61、62的中部，第二、第四变容管12、14焊接到第一、第三环形槽91、93两边的覆铜层上，第二、第四隔离电容22、24焊接到第二、第四环形槽92、94两侧边的覆铜层上，第二、第四偏置线72、74分别焊接到第一、第三环形槽91、93中间的焊盘上。
第一谐振器61与第二谐振器62通过第二、第三耦合缝82、83，及耦合微带线51来耦合，第三隔离电容23的一端焊接到耦合微带线51上，另一端与第三变容二极管13的阳极及第三偏置电阻33焊接到同一焊盘上，第三变容二极管13的阴极焊接到第一谐振器61上，第三偏置电阻33的另一端焊接到第三偏置线73上。
基片选用国产F4B介质基片，相对介电常数为2.65，基片厚度为0.8mm。测试结果如图3、图4和图5所示。从图3可以看出，当改变滤波器的偏压时，滤波器的中心频率能工作在1.6GHz到2.4GHz。图4所示是在不同的中心频率上，滤波器的带宽的调节范围，图5所示是在不同的中心频率上滤波器取得最大和最小带宽时插入损耗的变化范围。总的来说，随着中心频率的升高，滤波器的带宽在增大，插入损耗在减小。
Claims (5)
1.中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，其特征在于，包括第一金属覆铜层（1）、介质层（2）、第二金属覆铜层（3）、金属化通孔阵列，第一金属覆铜层上焊接有第一、第二、第三、第四、第五变容二极管（11、12、13、14、15），第一、第二、第三、第四、第五隔离电容（21、22、23、24、25），第一、第二、第三、第四、第五偏置电阻（31、32、33、34、35），第二、第四偏置线（72、74），第一金属覆铜层(1)的第一、第二输入输出馈线（41、42），耦合微带线（51）分别与第一、第二谐振器（61、62）的上层金属连接，第一、第三、第五偏置线（71、73、75）分别与第一输入输出馈线（41）、耦合微带线（51）、第二输入输出馈线（42）连接，在第一金属覆铜层（1）上蚀刻形成第一、四耦合缝（81、84），第一、第二、第三、第四环形槽（91、92、93、94），第一、四耦合缝（81、84）在第一、第二输入输出馈线（41、42）与第一、第二谐振器（61、62）连接处的上下侧，第二、第三耦合缝（82、83）分别在耦合微带线（51）两端的上下侧，第一、第二环形槽（91、92）同心并与同心的第三、第四环形槽（93、94）对称，第一、第三环形槽（91、93）分别与第二变容二极管（12）、第二偏置电阻（32）、第四变容二极管（14）、第四偏置电阻（34）连接，第二、四环形槽（92、94）分别第二偏置电阻（32）、第二隔离电容（22）、第四偏置电阻（34）、第四隔离电容（24）连接，第一偏置线（71）在第一输入输出馈线连接端与第一变容二极管（11）、第一偏置电阻（31）、第一隔离电容（21）连接，第三偏置线（73）与耦合微带线（51）连接端与第三变容二极管（13）、第三偏置电阻（33）、第三隔离电容（23）连接，第五偏置线（75）在第二输入输出馈线连接端与第五变容二极管（15）、第五偏置电阻（35）、第五隔离电容（25）连接，第二、第四偏置线（72、74）分别与第二、四偏置电阻（32、34）连接。
2.根据权利要求1所述的中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，其特征在于，第一谐振器（61）为长方形，由金属化通孔阵列在第一金属覆铜层（1）、介质层（2）、第二金属覆铜层（3）上围成，包括有第二变容二极管（12）、第二隔离电容（22）、第二偏置电阻（32），第二谐振器（62）为长方形，由金属化通孔阵列在第一金属覆铜层（1）、介质层（2）、第二金属覆铜层（3）上围成，包括有第四变容二极管（14）、第四隔离电容（24）、第四偏置电阻（34），第一、第二、第三、第四耦合缝（81、82、83、84）均为上下对称的两条L形缝，第一、第三、第五偏置线（71、73、75）为带有焊盘的细微带线，第二、第四偏置线（72、74）为漆包线。
3.根据权利要求2所述的中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，其特征在于，第一、第二输入输出馈线（41、42）为50欧姆的微带线，通过第一、第四耦合缝（81、84），分别与第一、第二谐振器（61、62）耦合，第一、第五变容二极管（11、15）的阴极分别焊接到第一、第二输入输出馈线（41、42），它们的阳极分别与第一、第五隔离电容（21、25），第一、第五偏置电阻（31、35）焊接到同一焊盘上，第一、第五隔离电容（21、25）的另一端分别焊接到带有接地通孔的焊盘上，第一、第五偏置电阻（31、35）的另一端分别焊接到第一、第五偏置线（71、75）。
4.根据权利要求1所述的中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，其特征在于，第一、第二，第三、第四环形槽（91、92，93、94）分别位于第一、第二谐振器（61、62）的中部，第二、第四变容管（12、14）焊接到第一、第三环形槽（91、93）两边的覆铜层上，第二、第四隔离电容（22、24）焊接到第二、第四环形槽（92、94）两侧边的覆铜层上，第二、第四偏置线（72、74）分别焊接到第一、第三环形槽（91、93）中间的焊盘上。
5.根据权利要求1所述的中心频率与带宽可调的基片集成波导滤波器，其特征在于，第一谐振器（61）与第二谐振器（62）通过第二、第三耦合缝（82、83），及耦合微带线（51）来耦合，第三隔离电容（23）的一端焊接到耦合微带线（51）上，另一端与第三变容二极管（13）的阳极及第三偏置电阻（33）焊接到同一焊盘上，第三变容二极管（13）的阴极焊接到第一谐振器（61）上，第三偏置电阻（33）的另一端焊接到第三偏置线（73）上。
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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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Substrate Integrated Waveguide Filter with Adjustable Center Frequency and Bandwidth Effective date of registration: 20220808 Granted publication date: 20180706 Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. high tech sub branch Pledgor: CHENGDU DFINE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022510000231 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230830 Granted publication date: 20180706 Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. high tech sub branch Pledgor: CHENGDU DFINE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022510000231 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Substrate integrated waveguide filter with adjustable center frequency and bandwidth Effective date of registration: 20231027 Granted publication date: 20180706 Pledgee: Chengdu Rural Commercial Bank Co.,Ltd. high tech sub branch Pledgor: CHENGDU DFINE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023510000237 |