CN105977587A - 一种微波可调腔体滤波器 - Google Patents

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蒋书文
杨杰
肖瑶
张万里
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Abstract

一种微波可调腔体滤波器，属于微波技术领域。包括输入端、输出端和谐振腔，其特征在于，所述可调腔体滤波器的每个加载电容空隙处设置两个串联的可变电容，两个可变电容的公共电极通过射频高阻元件与外部的直流偏压源相连以构成直流回路，两个可变电容的另外两极分别与谐振腔内金属柱以及腔体的上盖板相连，以构成射频信号回路。本发明在腔体滤波器中加载可变电容，通过外加直流偏压对可变电容的控制，实现了腔体滤波器工作频率的可调，优化了高频条件下滤波器的可调谐性能；本发明微波可调腔体滤波器采用电调方式，调谐速度快，精度高，且介质材料的引入使得在相同的频率下腔体滤波器的尺寸减小，降低了成本。

Description

一种微波可调腔体滤波器
技术领域
本发明属于微波技术领域，具体涉及一种微波可调腔体滤波器。
背景技术
随着电子信息技术的高速发展，射频微波电路系统的应用越来越广泛，而滤波器作为射频微波电路系统中的重要电子元件，具有重大的研究价值。传统的滤波器谐振频率固定，工作条件单一，不具备调谐功能，只能在一定的电路系统中使用，有很大的使用局限性。而可调滤波器有效解决了该问题，使得滤波器的适用频带更宽，在不更换电路系统的条件下即可实现谐振频率的改变。目前，可调滤波器大多采用机械调谐方式，该方式调谐精度差、控制复杂、响应慢，不能很好地适用于高速变化的射频微波系统中。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型的微波可调腔体滤波器，以解决微波腔体滤波器的可调谐问题。本发明在腔体滤波器中加载可变电容，通过外加直流偏压对可变电容的控制，实现了腔体滤波器工作频率的可调，优化了高频条件下滤波器的可调谐性能；本发明微波可调腔体滤波器采用电调方式，调谐速度快，精度高，且介质材料的引入使得在相同的频率下腔体滤波器的尺寸减小，降低了成本。
本发明的技术方案如下：
一种微波可调腔体滤波器，包括输入端、输出端和谐振腔，其特征在于，所述可调腔体滤波器的每个加载电容空隙处设置两个串联的可变电容，两个可变电容的公共电极通过射频高阻元件与外部的直流偏压源相连以构成直流回路，两个可变电容的另外两极分别与谐振腔内金属柱以及腔体的上盖板相连，以构成射频信号回路，通过改变外加的直流偏压的大小改变可变电容的电容值，从而改变腔体滤波器的中心频率，实现微波腔体滤波器的可调谐性能。
进一步地，所述直流偏压源的正参考端与公共电极相连，直流偏压源的参考地与腔体外壳相连，即与射频信号参考地共地。
进一步地，所述射频高阻元件对射频信号呈高阻状态，以防止射频信号的辐射或泄露。
进一步地，所述可变电容为半导体变容管、介质变容管、MEMS电容等，通过外加不同的直流偏压控制可变电容的电容值变化。
本发明的原理如下：
本发明微波可调腔体滤波器通过在可调腔体滤波器的每个加载电容空隙处设置两个串联的可变电容，两个可变电容的公共电极通过导线和射频高阻元件(电感或电阻)与外部的直流偏压源相连以构成直流回路，两个可变电容的另外两极分别与谐振腔内金属柱的顶部以及腔体的上盖板相连，以构成射频信号回路。通过改变外加的直流偏压的大小改变可变电容的电容值，从而改变腔体滤波器的中心频率，实现微波腔体滤波器的可调谐性能。
本发明的有益效果为：
1、本发明微波可调腔体滤波器在腔体滤波器的每个加载电容空隙处设置两个串联的可变电容，通过外加直流偏压对可变电容的控制，实现了腔体滤波器工作频率的可调，优化了高频条件下滤波器的可调谐性能；
2、本发明微波可调腔体滤波器采用电调的可变电容调谐方式代替传统的机械调谐方式，显著提高了腔体滤波器的调谐精度和调谐速度；本发明滤波器的体积小，有利于实现电路系统的小型化。
附图说明
图1为实施例1所述微波可调腔体滤波器的剖视图；其中，1为射频高阻元件，2为第一可变电容，3为公共电极，4为滤波器腔体的外壳，5为第二可变电容，6为输入端的标准SMA接头，7为梳指金属柱，8为输出端的标准SMA接头；
图2为实施例2所述微波可调腔体滤波器的剖视图；其中，1为射频高阻元件，2为第一可变电容，3为公共电极，4为滤波器腔体的外壳，5为第二可变电容，6为输入端的标准SMA接头，8为输出端的标准SMA接头，9为同轴线谐振腔内的金属柱；
图3为实施例1所述微波可调腔体滤波器的S11参数仿真结果；
图4为实施例1所述微波可调腔体滤波器的S12参数仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
本发明微波可调腔体滤波器采用可变电容加载谐振腔体的方式实现频率可调，采用半导体变容管、介质变容管、MEMS电容等可变电容作为可调谐元件，在腔体滤波器上盖板和内部的金属柱之间加载两个串联的可变电容，两个可变电容的公共电极通过导线和射频高阻元件(电感或电阻)与外部的直流偏压源相连以构成直流回路，两个可变电容的另外两极分别与谐振腔内金属柱以及腔体的上盖板相连，以构成射频信号回路。通过改变外加的直流偏压的大小改变可变电容的电容值，从而改变腔体滤波器的中心频率，实现微波腔体滤波器的可调谐性能。
进一步地，所述直流偏压源的正参考端与公共电极相连，直流偏压源的参考地与腔体外壳相连，即与射频信号参考地共地。
实施例1
本实施例采用介质变容管作为梳状线谐振腔加载的可调元件，所述介质变容管为平板型的电容结构，是通过磁控溅射法制备钛酸锶钡(BST)薄膜以及微细加工工艺得到的，尺寸为2.3mm×1.5mm×0.5mm，电容的调谐范围为22pF(0V)至13pF(40V)。
如图1所示，以3阶可调腔体滤波器为例。本实施例的微波可调腔体滤波器包括输入端、输出端、谐振腔、可变电容和直流偏压电路系统，所述输入端和输出端均为标准SMA接头(6、8)，谐振腔为梳状线腔体结构，腔体的长宽高分别为47.6mm×22mm×36mm，在梳指金属柱7顶部与腔体上盖板间加载两个串联的可变电容(本实施例中为上述介质变容管)，分别为第一可变电容2和第二可变电容5，所述第一可变电容2和第二可变电容5连接处的电极为公共电极，所述公共电极通过导线和20KΩ的电阻与外部的直流偏压源Bias相连以构成直流回路，所述第一可变电容2的另一个电极与腔体的上盖板相连，第二可变电容5的另一个电极与梳指金属柱7顶部相连，以构成射频信号回路。通过改变外加的直流偏压的大小改变可变电容的电容值，从而改变腔体滤波器的中心频率，实现微波腔体滤波器的可调谐性能。
图3、4分别为实施例1所述微波可调腔体滤波器的S11和S12参数仿真结果；由图3、4可知，偏置电压为0V时，单个可变电容的电容值为22pF，滤波器的中心频率约为535MHz；偏置电压升高时，电容值逐步减小，滤波器的中心频率不断升高，直到偏置电压升高至40V时，电容值为13pF，滤波器的中心频率为695MHz。由此可见，在外加偏置电压不断增大的过程中，电容值减小，滤波器中心频率增大；实施例1中在外加偏压由0V增大到40V的过程中，电容变化率为39.1％，滤波器中心频率可调率为29.9％，带内波动小，带外抑制强。
实施例2
本实施例采用半导体变容管作为同轴线谐振腔加载的可调元件，所述半导体变容管为砷化镓半导体变容管，电容的调谐范围为22pF(0V)至13pF(10V)。
如图2所示，以3阶可调腔体滤波器为例。本实施例的微波可调腔体滤波器包括输入端、输出端、谐振腔、可变电容和直流偏压电路系统，所述输入端和输出端均为标准SMA接头(6、8)，谐振腔为同轴线腔体结构，腔体的长宽高分别为47.6mm×22mm×36mm，在同轴线谐振腔内导体金属柱顶部与腔体上盖板间加载两个串联的可变电容(本实施例中为上述半导体变容管)，分别为第一可变电容2和第二可变电容5，所述第一可变电容2和第二可变电容5连接处的电极为公共电极，所述公共电极通过导线和470微亨的电感与外部的直流偏压源Bias相连以构成直流回路，所述第一可变电容2的另一个电极与腔体的上盖板相连，第二可变电容5的另一个电极与同轴线谐振腔内金属柱9顶部相连，以构成射频信号回路。通过改变外加的直流偏压的大小改变可变电容的电容值，从而改变腔体滤波器的中心频率，实现微波腔体滤波器的可调谐性能。

Claims (2)

1.一种微波可调腔体滤波器，包括输入端、输出端和谐振腔，其特征在于，所述可调腔体滤波器的每个加载电容空隙处设置两个串联的可变电容，两个可变电容的公共电极通过射频高阻元件与外部的直流偏压源相连以构成直流回路，两个可变电容的另外两极分别与谐振腔内金属柱以及腔体的上盖板相连，以构成射频信号回路，通过改变外加的直流偏压的大小改变可变电容的电容值，从而改变腔体滤波器的中心频率。
2.根据权利要求1所述的微波可调腔体滤波器，其特征在于，所述可变电容为半导体变容管、介质变容管或MEMS电容，通过外加不同的直流偏压控制可变电容的电容值变化。
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