CN108110388B - 电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器，包括微带介质基板(1)、金属接地板(2)、短路枝节加载谐振器(3)、耦合馈线(4)、接地孔(5)、变容二极管(6)以及直流偏置电路(7)。本发明采用了折叠的短路枝节加载谐振器增大了电流路径，降低了谐振频率，同时内侧加载折叠双馈线结构，从而使宽带滤波器结构紧凑、尺寸小型化。本发明采用变容二极管控制源与负载耦合，通过直流偏置电路调节变容二极管容值，进而改变传输零点的位置和数量，提升宽带滤波器的选择性能；同时，通带性能不受影响，保持恒定带宽，从而确保滤波器性能稳定。

Description

电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，具体涉及微带宽带滤波器，可用于无线通信系统和卫星通信系统射频前端。
背景技术
全球通讯技术的蓬勃发展，使得卫星通信、雷达跟踪、探测制导及遥感技术越来越多的借助微波毫米波技术。随着微波毫米波通信业务的日益增多，频谱资源日渐紧张，频带资源划分的更细，对无线终端设备的要求变得十分苛刻。高性能、小型化、低成本、易集成的微波滤波器成为当今微波射频领域的研究热点。传统的滤波器如巴特沃夫和切比雪夫滤波器，通常是通过增加滤波器的阶数来满足高选择性的需求，加工出来的滤波器体积和重量都比较大，不再适合现代通信系统设计的需求。椭圆函数及交叉耦合滤波器虽然具有良好的选择性，但设计复杂，变量难以灵活控制，不适合无线通信日新月异的变化需求。
近年来，随着宽带、超宽带技术的发展，多模宽带滤波器成为微波滤波器产业中一个新兴的发展点，该类滤波器的每个多模谐振器都可以作为一个多调谐的谐振电路，能够大大减少谐振器的数目，使滤波器的结构更紧凑，尺寸更小巧。但是，多模谐振器的传输零点往往会随着谐振器的通带调整而调整，同时带内特性也会随之改变。这一点在滤波器设计中，就会导致滤波器设计通用性变差，即针对不同需求必须重新选型设计，不能够满足现代通信系统日益增加的滤波设计需求。
现有的滤波器都无法满足带内参数恒定不变，固有带宽不受其他因素影响，以及滤波器选择性能根据不同场景需求，可通过电路调节改变而不影响通带内参数的需求。
发明内容
本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器，能够灵活控制宽带滤波器的带外传输零点，且不改变滤波器通带内特性，设计的滤波器尺寸小、结构紧凑，同时具有低损耗、高选择性等优良特性，满足卫星通信和无线通信对微波射频滤波器恒定带宽零点可调的需求。
为实现上述目的，本发明提供一种电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器，其特征在于，包括微带介质基板、金属接地板、短路枝节加载谐振器、耦合馈线、接地孔、变容二极管以及直流偏置电路。
在一种优选实现方式中，所述金属接地板设置于所述微带介质基板下方，所述短路枝节加载谐振器呈折叠结构，包括主枝节、加载枝节和接地孔，所述加载枝节位于所述主枝节的一侧，所述主枝节两端向加载枝节侧垂直弯折，所述接地孔与所述加载枝节相连，所述耦合馈线为双枝节馈线，其至少部分设置于所述短路枝节加载谐振器内侧，所述变容二极管和所述直流偏置电路分别连接在所述耦合馈线的双枝节之间。
在另一种优选实现方式中，所述变容二极管从双枝节端部连接在所述耦合馈线的双枝节之间，所述直流偏置电路从双枝节侧部连接在所述耦合馈线的双枝节之间。
在另一种优选实现方式中，所述耦合馈线分成左右两枝，包括左耦合馈线和右耦合馈线，所述左耦合馈线和所述右耦合馈线之间具有相对的馈线分枝，所述直流偏置电路设置于相对的馈线分枝之间。
在另一种优选实现方式中，所述直流偏置电路由直流偏置电压源、偏置电阻、扼流电感组成。
本发明具有以下优点：
1.本发明由于采用了折叠的短路枝节加载谐振器增大了电流路径，降低了谐振频率，同时内侧加载折叠双馈线结构，从而使宽带滤波器结构紧凑、尺寸小型化。
2.本发明采用“T”型对称分布的双枝节馈线形式，同时实现谐振器馈电和源与负载馈电，并且双馈电结构间无耦合。从而使滤波器耦合调节简单有效，极大提高设计效率。
3.本发明采用变容二极管控制源与负载耦合，通过直流偏置电路调节变容二极管容值，进而改变传输零点的位置和数量，提升宽带滤波器的选择性能；同时，通带性能不受影响，保持恒定带宽，从而确保滤波器性能稳定。
附图说明
图1为本发明的宽带滤波器的三维结构示意图。
图2为图1的宽带滤波器的正面结构图。
图3为采用本发明中不同电容值下宽带滤波器响应曲线图。
图4为本发明实施例的宽带滤波器的传输响应S21曲线图。
图5为本发明实施例的宽带滤波器的反射响应S11曲线图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图对本发明实施例做详细说明。
参照图1，本发明主要由微带介质基板1，金属接地板2，短路枝节加载谐振器3、耦合馈线4、接地孔5、变容二极管6和直流偏置电路7组成。其中：
微带介质基板1采用双面覆铜板，双面覆铜板下面为金属接地板2，如图1所示；双面覆铜板上面的短路枝节加载谐振器3呈折叠结构，包括主枝节31、加载枝节32和接地孔5，共同构成宽带滤波器的恒定带宽。主枝节31两端向加载枝节32侧垂直弯折，加载枝节32位于主枝节31中部；接地孔5位于加载枝节32末端处，通过调节加载枝节32的长度控制耦合强弱，调整宽带滤波器带内参数，如图2所示。
馈线4采用“T”型对称分布的双枝节馈线形式，每条馈线包含源与负载耦合馈线41(包括411和412)和边缘耦合馈线42，二者垂直相交如图3所示。边缘耦合馈线42通过缝隙与主枝节31耦合，且边缘耦合馈线位于弯折的主枝节31两端内侧，通过二者的缝隙调整短路枝节加载谐振器3与馈线4的耦合强度。
直流偏置电路7由直流偏置电压源71、偏置电阻72、扼流电感73依次连接组成，构成源与负载耦合。扼流电感73的一端与源与负载耦合馈线411连接，直流偏置电压源71的另一端接源与负载耦合馈线412，如图2所示。直流偏置电路7为变容二极管6提供可变电压，从而控制宽带滤波器传输零点的调节。
通过直流偏置电路调整变容二极管6的电容C，控制宽带滤波器传输零点的位置，实现通带选择性能的提升，如图3所示。当变容二极管电容C＝0，宽带滤波器仅有一个传输零点；采用源与负载耦合后，变容二极管电容C＝C1，通带右侧出现一个传输零点，改善通带选择性；变容二极管电容为C2时(当耦合加强时)，通带右侧出现两个传输零点，但宽带滤波器带宽恒定，且通带内滤波性能不受影响。同时随着耦合的增强，通带的衰减速率也急剧提高：当C＝C1时，衰减速率为45.04dB/GHz；在通带右侧当C＝C2时，衰减速率为100.79dB/GHz。
本发明的效果可以通过以下仿真实验及加工实测进一步说明：
设定相对介电常数为2.65，介质板厚度为1mm，通过三维电磁仿真软件进行仿真计算，最终加工后采用Agilent Analyzer 8719ES进行测量，得到滤波器的传输响应S21曲线如图4和反射响应S11如图5所示。
由滤波器的传输响应S21曲线图4可知，通带的中心频率为2.65GHz，3-dB带宽为19.74％，带内最小插入损耗为0.2dB。带外产生四个传输零点，分别位于0.2GHz，2.09GHz，3.45GHz和5.85GHz，具有良好的带外抑制特性；且在通带两侧具有非常陡峭的滚降系数，具有优异的选择性。从反射响应S11曲线图5可以看出，通带中心频率处的回波损耗都大于20dB，具有良好的通带选择性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理的情况下所做的改变、修饰、替换、组合、简化和形变，都包含在本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器，其特征在于，包括微带介质基板（1）、金属接地板（2）、短路枝节加载谐振器（3）、耦合馈线（4）、接地孔（5）、变容二极管（6）以及直流偏置电路（7）；
其中，所述金属接地板（2）设置于所述微带介质基板（1）下方，所述短路枝节加载谐振器（3）呈折叠结构，包括主枝节（31）、加载枝节（32）和接地孔（5），所述加载枝节（32）位于所述主枝节（31）的一侧，所述主枝节（31）两端向加载枝节（32）侧垂直弯折，所述接地孔（5）与所述加载枝节（32）相连，所述耦合馈线（4）为双枝节馈线，其至少部分设置于所述短路枝节加载谐振器（3）内侧，所述变容二极管（6）和所述直流偏置电路（7）分别连接在所述耦合馈线（4）的双枝节之间，耦合馈线（4）包含源与负载耦合馈线一（411）和源与负载耦合馈线二（412），所述直流偏置电路（7）由直流偏置电压源（71）、偏置电阻（72）、扼流电感（73）依次连接组成，所述扼流电感（73）的一端与源与负载耦合馈线一（411）连接，直流偏置电压源（71）的另一端接源与负载耦合馈线二（412）连接，其中，通过直流偏置电路调整变容二极管（6）的电容C，控制宽带滤波器传输零点的位置，当变容二极管电容C=0，宽带滤波器仅有一个传输零点；采用源与负载耦合后，变容二极管电容C=C 1，通带右侧出现一个传输零点，改善通带选择性；变容二极管电容为C 2时，通带右侧出现两个传输零点，但宽带滤波器带宽恒定，且通带内滤波性能不受影响。
2.根据权利要求1所述的电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器，其特征在于，所述变容二极管（6）从双枝节端部连接在所述耦合馈线（4）的双枝节之间，所述直流偏置电路（7）从双枝节侧部连接在所述耦合馈线（4）的双枝节之间。
3.根据权利要求2所述的电调传输零点的恒定带宽宽带滤波器，其特征在于，所述耦合馈线（4）分成左右两枝，包括左耦合馈线和右耦合馈线，所述左耦合馈线和所述右耦合馈线之间具有相对的馈线分枝，所述直流偏置电路（7）设置于相对的馈线分枝之间。
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