CN106972227B - 一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于交叉耦合结构的可调带通滤波器，涉及射频器件领域。本发明包括顶面设置有金属微带结构、底面设置有金属接地板的介质基板，金属微带结构包括两段左右对称设置的馈电线以及设置于所述两段馈电线之间的四个可调谐谐振器，本发明通过合理设计结构实现了四阶可调带通滤波器具有恒定绝对带宽，并且该滤波器基于交叉耦合结构实现对称传输零点，能够有效提高频率的选择性，同时本发明还能够有效降低调节范围的插入损耗，提高阻带内较高的衰减特性。本发明所提供的滤波器应用于高阶设计与综合具有现实意义。

Description

一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器
技术领域
本发明涉及射频器件领域，尤其涉及一种具有交叉耦合结构的高阶电可调谐带通滤波器。
背景技术
当前，许多用于增加射频滤波器灵活性的可调微带滤波器，作为一种射频信号处理的基本器件，被广泛用于多带以及软件无线电系统中。为了能增加通带选择性，高阶滤波器是一种常用的解决方法。
对于高阶滤波器的设计，一些文献中也提供了相应的方法。K.T.Park等人在《Lowvoltage tunable narrow bandpass filter using cross-coupled stepped-impedanceresonator with active capacitance circuit》(《采用具有有源电容电路的交叉耦合阶跃谐振器的低电压可调窄带通滤波器》)中提出了利用交叉耦合阶跃谐振器设计了一个四阶可调滤波器；然而该可调滤波器中谐振器的电和磁难以控制，故而该可调滤波器的通带和传输零点都存在不太一致的情况，且其带宽也不恒定。在W.H.Tu发表的《Compactdouble-mode cross-coupled microstrip bandpass filter with tunabletransmission zeros》(《具有可调传输零点的小型双模交叉耦合微带带通滤波器》)中公开了一种带有可调零点的双模交叉耦合微带带通滤波器，然而该带通滤波器的通带是固定的。故而针对现有技术所存在的不足，提出一种具有恒定带宽的高阶可调带通滤波器具有重要意义。
发明内容
鉴于现有技术的需求，本发明的目的在于：提供一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器，包括上层金属微带结构，中间层介质基板和下层金属接地板，其特征在于，所述上层金属微带结构包括：两段左右对称设置的馈电线以及设置于所述两段馈电线之间的四个可调谐谐振器；
其中，两个第一可调谐谐振器关于输入端口馈电线和输出端口馈电线的对称中心线左右对称设置，第一可调谐谐振器包括：第一可调电容及分别加载于第一可调电容两端的第一弯折微带线和接地微带线，所述第一弯折微带线包括首尾连接的第一微带线、第二微带线和第三微带线，其中远离第一可调电容端的第三微带线为开路端；两个第一可调谐谐振器通过远离第一可调电容端的两段微带线相互靠近形成耦合结构；
两个第一可调谐谐振器上面设置有两个第二可调谐谐振器，两个第二可调谐谐振器关于输入端口馈电线和输出端口馈电线的对称中心线左右对称设置，第二可调谐谐振器包括第二可调电容及分别加载于第二可调电容两端的第二弯折微带线和接地微带线，所述第二弯折微带线包括首尾连接的第四微带线、第五微带线和第六微带线，其中远离第二可调电容端的第六微带线为开路端；两个第二可调谐谐振器通过分别加载于第二可调电容两端的接地微带线和第四微带线相互靠近形成耦合结构；
两个第一可调谐谐振器分别与两个第二可调谐谐振器通过相互靠近的第二微带线与第五微带线形成耦合结构；
所述馈电线包括隔直电容以及分别加载于隔直电容两端的微带传输线和微带耦合馈线，所述微带耦合馈线远离隔直电容的一端接地，微带耦合馈线通过与接地微带线和第一微带线相互靠近形成耦合结构；两段微带传输线外侧分别设有第一输入输出端口和第二输入输出端口。
进一步地，本发明中第一可调电容、第二可调电容、隔直电容均包括一个以上相互并联的电容器。
进一步地，本发明中滤波器的可调电容均设置有相同的偏置电压。
进一步地，本发明中介质基板的介电常数εr为2～10，介质基板厚度0.5～5mm。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种具有恒定绝对带宽和对称传输零点的高阶可调带通滤波器，通过调节四个可调谐谐振器中的可调电容，能够调控本发明高阶滤波器的通带，进而实现频率调节；并且通过将四个可调谐谐振器形成交叉耦合得到高阶滤波器，有效增加了滤波器的频率选择性；此外，本发明通过合理设置隔直电容的参数能够方便调控Q值，有效降低调节范围的插入损耗，其结构简单，调节复杂度低。
附图说明
图1是本发明基于交叉耦合结构的四阶带通滤波器的结构示意图；
图2是本发明四阶滤波器中心频率调节的传输特性和回波损耗曲线图；
其中，1为第一可调电容，2为第一弯折曲线，31为第一接地微带线，32为第二接地微带线，4为第二弯折曲线，5为微带传输线，6为隔直电容，7为微带耦合馈线，8为第二可调电容。
具体实施方式
以下通过具体实施例并结合说明书附图对本发明进行详细说明：
实施例：
结合说明书附图1，本发明提供一种基于交叉耦合结构的四阶电可调谐带通滤波器的具体实施例，包括：顶面设置有金属微带结构、底面设置有金属接地板的介质基板，所述金属微带结构包括：两段左右对称设置的馈电线以及设置于所述两段馈电线之间的四个可调谐谐振器；
其中：两个第一可调谐谐振器关于输入端口馈电线和输出端口馈电线的对称中心线左右对称设置，第一可调谐谐振器包括第一可调电容1及分别加载于第一可调电容1两端的第一弯折微带线2和第一接地微带线31，所述第一弯折微带线2包括首尾连接的第一微带线201、第二微带线202和第三微带线203，其中远离第一可调电容1端的第三微带线203为开路端；两个第一可调谐谐振器通过远离第一可调电容1端的两段微带线203相互靠近形成耦合结构；
两个第一可调谐谐振器上面设置有两个第二可调谐谐振器，两个第二可调谐谐振器关于输入端口馈电线和输出端口馈电线的对称中心线左右对称设置，第二可调谐谐振器包括第二可调电容8及分别加载于第二可调电容8两端的第二弯折微带线4和第二接地微带线32，所述第二弯折微带线4包括首尾连接的第四微带线401、第五微带线402和第六微带线403，其中远离第二可调电容8端的第六微带线403为开路端；两个第二可调谐谐振器通过分别加载于第二可调电容8两端的第二接地微带线32和第四微带线401相互靠近形成耦合结构；
两个第一可调谐谐振器分别与两个第二可调谐谐振器通过相互靠近的第二微带线202与第五微带线402形成耦合结构；
所述馈电线包括隔直电容6以及分别加载于隔直电容6两端的微带传输线5和微带耦合馈线7，所述微带耦合馈线7远离隔直电容6的一端接地，微带耦合馈线7通过与第一接地微带线31和第一微带线201相互靠近形成耦合结构；两段微带传输线5外侧分别设有第一输入输出端口和第二输入输出端口，根据本领域人员公知常识可得：输入输出的端口阻抗均为50欧姆。
本实施例采用相对介电常数为2.65、损耗因子为0.001、厚度0.8mm的介质基板；
本实施例中第一可调电容1和第二可调电容8均采用SKYWORKS公司型号为SMV1130-079LF的可变电容二极管，其单个的可变范围为1.8～27.6pF；根据本领域技术人员公知常识：本发明中可调电容的实施方式不局限于可变电容二极管，本发明还可以射频微机系统、半导体二极管或者三极管来实现电容可调。
本实施例中隔直电容6采用ATC公司型号为600S2R0BT250XT的电容，其标称值为2pF，在实施方式中采用两个容值为2pF的600S2R0BT250XT电容进行并联进而构成4pF电容，本发明在隔离直流的同时，能够对整体Q值具有补偿作用，使得可调范围内的Q值随着频率的上升而上升。
如图2所示为本发明四阶可调带通滤波器的传输特性和反射特性的仿真图，图2中横坐标表示频率，纵坐标表示传输特性|S21|和反射特性|S11|。
由图2可以看出：本实施例所得四阶可调带通滤波器的频率调节范围为1.03GHz～1.28GHz，而绝对带宽基本保持恒定，具体是稳定在117±3MHz；在中心频率变化时，通带内最大回波损耗在3.4dB～3.9dB范围内变化，阻带衰减30dB；并且通带外的上、下频率处分别分布有两个传输零点，实现了高频率选择特性。图2所得的反射特性表明，在可调的范围内，通带内实现了很好的匹配。
以上结合附图对本发明的实施例进行了阐述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器，包括上层金属微带结构，中间层介质基板和下层金属接地板，其特征在于，所述上层金属微带结构包括：两段左右对称设置的馈电线以及设置于所述两段馈电线之间的四个可调谐谐振器；
其中：两个第一可调谐谐振器关于输入端口馈电线和输出端口馈电线的对称中心线左右对称设置，第一可调谐谐振器包括第一可调电容(1)及分别加载于第一可调电容(1)两端的第一弯折微带线(2)和第一接地微带线(31)，所述第一弯折微带线(2)包括首尾连接的第一微带线(201)、第二微带线(202)和第三微带线(203)，其中远离第一可调电容(1)端的第三微带线(203)为开路端；两个第一可调谐谐振器通过远离第一可调电容(1)端的两段第三微带线(203)相互靠近形成耦合结构；
两个第一可调谐谐振器上面设置有两个第二可调谐谐振器，两个第二可调谐谐振器关于输入端口馈电线和输出端口馈电线的对称中心线左右对称设置，第二可调谐谐振器包括第二可调电容(8)及分别加载于第二可调电容(8)两端的第二弯折微带线(4)和第二接地微带线(32)，所述第二弯折微带线(4)包括首尾连接的第四微带线(401)、第五微带线(402)和第六微带线(403)，其中远离第二可调电容(8)端的第六微带线(403)为开路端；两个第二可调谐谐振器通过分别加载于第二可调电容(8)两端的第二接地微带线(32)和第四微带线(401)相互靠近形成耦合结构；
两个第一可调谐谐振器分别与两个第二可调谐谐振器通过相互靠近的第二微带线(202)与第五微带线(402)形成耦合结构；
所述馈电线包括隔直电容(6)以及分别加载于隔直电容(6)两端的微带传输线(5)和微带耦合馈线(7)，所述微带耦合馈线(7)远离隔直电容(6)的一端接地，微带耦合馈线(7)通过与第一接地微带线(31)和第一微带线(201)相互靠近形成耦合结构；两段微带传输线(5)外侧分别设有第一输入输出端口和第二输入输出端口。
2.根据权利要求1所述的一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器，其特征在于，第一可调电容(1)、第二可调电容(8)、隔直电容(6)均包括一个以上相互并联的电容器。
3.根据权利要求1所述的一种基于交叉耦合结构的高阶可调带通滤波器，其特征在于，所述介质基板的介电常数εr为2～10，介质基板厚度0.5～5mm。
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