CN107086340B - 一种具有高选择性可调通带的三通带带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高选择性可调通带的三通带带通滤波器，主要解决现有技术中存在的不能在三通带带通滤波器中实现高选择性可调通带的技术问题。本发明采用的谐振器结构单元包括两个分裂方环谐振器，开路微带线及单端短路的闭合环谐振器。所述分裂方环谐振器包括加载变容二极管，所述变容二极管与外置偏压电路连接；所述两个分裂方环谐振器为对称分布的第一分裂方环谐振器及第二分裂方环谐振器；所述单端短路的闭合环谐振器闭合端接地，技术方案较好的解决了三通带滤波器中实现高选择性可调通带的问题，可用于具有高选择性可调通带的三通带带通滤波器的工业生产中。

Description

一种具有高选择性可调通带的三通带带通滤波器
技术领域
本发明涉及射频无线通信系统中前端无源电路领域，特别涉及到一种三通带带通滤波器。
背景技术
随着4G通信技术的商用，移动互联网的涌现，以及5G通信的迅速发展，GSM、TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、TD-LTE和FDD-LTE等多制式、多标准、多频率的通信系统将在未来相当长的一段时间内共存。多频多模终端和接入设备必然是无线通信市场的选择，这使得底层的通信设备面临巨大考验，特别是现阶段能适应不同制式，工作在不同频段的多频多模无线收发系统设计技术亟待加强。为满足不同频段和不同制式的移动通信需求，传统做法是设计多个接收机，同时让他们共用一副天线，每部接收机通过滤波器来选择有用信号，然后通过开关进行频段切换。但是，该设计的缺陷是需要较多的开关和滤波器，这与现代无线通信系统的低成本、小型化和降低系统复杂度的设计理念相悖。多频多模接收机为解决该问题提供了一种方法，通过天线后级的电调谐滤波器来选择接收不同频段的信号。因此，多频段电调谐滤波器作为多频多模接收机的关键器件，可提供更多的频段灵活性，能适应不用频段的有用信号接收。基于变容二极管的电调谐滤波器具有成本低、调谐速度快、工艺成熟等优点，线性度虽相对于YIG磁调滤波器和MEMS电调谐滤波器较差，但是可以通过电路进行修正和改善。
现有的三通带带通滤波器可以采用枝节加载的谐振器、阶梯阻抗谐振器、方环加载的谐振器、枝节加载的开环谐振器等结构来实现，但是多枝节加载的谐振器由于不易同步控制奇偶模谐振频率，因而不方便加载变容二极管；枝节加载的阶梯阻抗谐振器由于紧凑的内部结构导致不易加载变容二极管；方环加载的谐振器由于结构闭合性也不易加载变容二极管。尽管枝节加载的开环谐振器可实现三通带频率响应，但是在加载变容二极管的条件下难以对各个谐振模式进行独立控制。因此提供一种电调谐的三通带带通滤波器就很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是不能在三通带带通滤波器中实现高选择性可调通带的技术问题。提供一种新的三通带带通滤波器，该三通带带通滤波器具有第二频带可电调谐、具有高选择性以及结构尺寸紧凑的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种三通带带通滤波器，包括印制基板，所述印制基板底面为接地面，所述印制基板顶面为谐振器结构单元及馈电单元，所述谐振器结构单元包括两个分裂方环谐振器，开路微带线及单端短路的闭合环谐振器4，所述分裂方环谐振器包括加载变容二极管，所述变容二极管与外置偏压电路连接；所述两个分裂方环谐振器为对称分布的第一分裂方环谐振器1及第二分裂方环谐振器2；所述开路微带线位于第一分裂方环谐振器1与第二分裂方环谐振器2之间，所述第一分裂方环谐振器1、第二分裂方环谐振器2及开路微带线共同连接于所述单端短路的闭合环谐振器4；开路微带线在两个分方环谐振器之间引入的耦合效应将谐振器结构单元的奇谐振模式分裂为两个奇谐振模式，形成第二通带，另两个偶谐振模式分别形成第一通频带和第三通频带；开路微带线在紧靠第二通频带的两侧引入两个传输零点。
上述方案中，为优化，进一步地，所述馈电单元与谐振器结构单元耦合连接，所述馈电单元包括源负载耦合结构，与源负载耦合结构连接的输入微带及输出微带。
进一步地，所述源负载耦合结构通过阶梯阻抗微带与输入微带及输出微带连接。
进一步地，所述输入微带阻抗及输出微带阻抗均为50欧姆。
进一步地，所述印制基板为Rogers RT/Duroid 6006，厚度为1.016mm，介电常数为6.15，损耗角正切为0.0019。
进一步地，所述单端短路的闭合环谐振器4的接地孔半径为0.2mm。
进一步地，所述外置偏压电路输出电压范围为2.3V～12.5V。
如图2及图5，为谐振器结构单元的奇偶模分析过程。谐振器结构单元具有对称性，包含三个谐振模式，可独立控制这三个谐振模式。其中，开路微带线引入的耦合效应可将奇模谐振模式分裂为两个奇模谐振模式，并形成第二通频带，另两个偶模谐振模式分别形成第一通频带和第三通频带。谐振器结构单元通过加载变容二极管，改变其外置电压就调谐该结构单元的奇模谐振频率。开路微带线在紧靠第二通频带的两侧引入两个传输零点，形成具有高选择性的可调通频带，提高了第二通频带的选择性，明显改善了带外抑制度，同时具有成本低、调谐速度快和降低系统复杂度以及制作方便等优势。图1中L3开路微带线3的电长度为λfeven1/4，feven1为第一偶模谐振频率。L3开路微带线3将谐振器结构单元的谐振模式简化为三个谐振模式，奇模谐振频率fodd，偶模谐振频率feven1和feven2。这三个谐振频率可以分别控制，变容二极管控制fodd、L2微带线枝节5控制feven1和微带线枝节L5控制feven2。图1中L3开路微带线3在两个分裂方环谐振器之间引入了耦合效应，可将奇模谐振频率fodd分裂为fodd1和fodd2，共同形成第二通频带，同时在紧靠第二通频带的两侧引入两个传输零点，这可改善第二通带的带外抑制和提高通频带的选择性。第一偶模谐振频率feven1形成第三通频带，第二偶模谐振频率feven2形成第一通频带。单端短路的闭合环谐振器4的主要作用为：第一，为第二谐振频率提供独立控制变量即微带线枝节L5；第二，为变容二极管提供接地效应。所述的结构单元采用源负载耦合结构进行馈电，可引入额外的传输零点，最终在每个通带的上边带或者下边带产生传输零点，改善带外抑制，提高通频带之间的隔离度。本发明通过在输入微带及输出微带与源负载耦合结构之间加入阶梯阻抗微带线结构，能够增加输入/输出与谐振器之间的耦合，减小通带内损耗。
本发明的有益效果：
效果一，降低成本；
效果二，提高了调谐速度；
效果三，系统复杂度降低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，谐振器结构单元示意图；
图2，谐振器结构单元的奇偶模分析过程中奇模示意图；
图3，实施例1中三通带带通滤波器结构单元示意图；
图4，三通带带通滤波器测试结果示意图。
图5，谐振器结构单元的奇偶模分析过程中偶模示意图；
附图中，
1-第一分裂方环谐振器，2-第二分裂方环谐振器，3-L3开路微带线，4-单端短路的闭合环谐振器，5-L2微带线枝节，6-L4微带线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，
本实施例提供一种三通带带通滤波器，包括印制基板，所述印制基板底面为接地面，所述印制基板顶面为谐振器结构单元及馈电单元，如图1，所述谐振器结构单元包括两个分裂方环谐振器，L3开路微带线3及单端短路的闭合环谐振器4，所述分裂方环谐振器包括加载变容二极管D1，所述变容二极管D1与外置偏压电路连接；所述两个分裂方环谐振器为对称分布的第一分裂方环谐振器1及第二分裂方环谐振器2；所述L3开路微带线3位于第一分裂方环谐振器1与第二分裂方环谐振器2之间；所述第一分裂方环谐振器1、第二分裂方环谐振器2及L3开路微带线3共同连接于所述单端短路的闭合环谐振器4。如图2及图5，所述谐振器结构根据奇偶模等效可得到每个谐振频率对应的简化电路。
本实施例采用厚度为1.016mm的介质基片Rogers RT/Duroid6006，其介电常数为6.15，损耗角正切为0.0019。结构单元采用源负载耦合结构进行馈电，该馈电方式具有如下优势：第一，引入额外的传输零点，可提高通频带之间的隔离度和改善带外抑制；第二，当第二通频带的中心频率在宽频带范围内调谐时，可维持第二通频带的绝对带宽保持不变。如图3，谐振器结构单元及馈电单元电路尺寸为：w2＝0.3mm,w3＝0.4mm,w4＝0.9mm,w5＝0.2mm,w6＝0.2mm,w7＝0.8mm,w8＝0.2mm,l1＝4.9mm,l2＝7.14mm,l3＝6.5mm,l4＝4.64mm,l5＝4.64mm,l6＝6.74mm,l7＝8.14mm,l8＝1.0mm,l9＝13.3mm,l10＝2.0mm,l11＝7.6mm,s1＝0.2mm,s2＝0.3mm,s3＝0.2mm,s4＝0.5mm，单端短路的闭合环谐振器4的接地孔半径为0.2mm。所述输入微带阻抗及输出微带阻抗均为50欧姆，因此w1＝1.47mm。
如图4，三通带带通滤波器包含了一个具有高选择性的通频带。本实施例中的三通带带通滤波器结构单元所具有的优点和特征是不仅实现了三通带带通滤波频响特性，而且实现了第二通频带的电调谐性能，同时能够维持其绝对带宽在调谐过程中保持不变。第二通频带具有高选择性，带外抑制能力强。本发明的电调谐方式简单，仅采用单电压调谐，其调谐电压范围小，可在偏压为2.3V～12.5V的范围内实现第二通频带的中心频率在360MHz频率范围进行调谐。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种具有高选择性可调通带的三通带带通滤波器，包括印制基板，所述印制基板底面为接地面，所述印制基板顶面为谐振器结构单元及馈电单元，其特征在于：所述谐振器结构单元包括两个分裂方环谐振器，开路微带线及单端短路的闭合环谐振器(4)，所述分裂方环谐振器包括加载变容二极管，所述变容二极管与外置偏压电路连接；所述两个分裂方环谐振器为对称分布的第一分裂方环谐振器(1)及第二分裂方环谐振器(2)；所述开路微带线位于第一分裂方环谐振器(1)与第二分裂方环谐振器(2)之间；所述第一分裂方环谐振器(1)、第二分裂方环谐振器(2)及开路微带线共同连接于所述单端短路的闭合环谐振器(4)；所述单端短路的闭合环谐振器(4)闭合端接地；
开路微带线在两个分方环谐振器之间引入的耦合效应将谐振器结构单元的奇谐振模式分裂为两个奇谐振模式，形成第二通带，另两个偶谐振模式分别形成第一通频带和第三通频带；开路微带线在紧靠第二通频带的两侧引入两个传输零点。
2.根据权利要求1所述的三通带带通滤波器，其特征在于：所述馈电单元与谐振器结构单元耦合连接，所述馈电单元包括源负载耦合结构，与源负载耦合结构连接的输入微带及输出微带。
3.根据权利要求2所述的三通带带通滤波器，其特征在于：所述源负载耦合结构通过阶梯阻抗微带与输入微带及输出微带连接。
4.根据权利要求2或3所述的三通带带通滤波器，其特征在于：所述输入微带阻抗及输出微带阻抗均为50欧姆。
5.根据权利要求1所述的三通带带通滤波器，其特征在于：所述印制基板为Rogers RT/Duroid 6006，厚度为1.016mm，介电常数为6.15，损耗角正切为0.0019。
6.根据权利要求5所述的三通带带通滤波器，其特征在于：所述单端短路的闭合环谐振器4的接地孔半径为0.2mm。
7.根据权利要求1所述的三通带带通滤波器，其特征在于：所述外置偏压电路输出电压范围为2.3V～12.5V。
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