CN109346804B - 一种恒定带宽的可调滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恒定带宽的可调滤波器，包括谐振环，谐振环包括结构相同、横向并排对称设置的两个以上谐振器；谐振器包括传输线体，传输线体包括沿纵向分布的主传输段，主传输段的上端和下端分别横向分裂为两段，形成四条长度相同、宽度相同的并联分支，位于上端的两条并联分支的末端分别经一可变电容接地，位于下端的两条并联分支的末端分别直接接地；相邻的谐振器之间通过并联分支围成的端面耦合。可调滤波器的谐振环包括多个横向并排对称设置谐振器，各谐振器结构相同，而且采用分支并联结构提升谐振器的Q值(品质因数)，利用该高Q值的谐振器通过电、磁混合耦合构建高Q值、恒定绝对带宽的高阶可重构滤波器。

Description

一种恒定带宽的可调滤波器
技术领域
本发明涉及可调、可重构微波器件技术领域，特别涉及一种恒定带宽的可调滤波器。
背景技术
在宽带接收系统中，无论超外差体制、零中频体制还是射频直采体制，目前均采用分波段滤波器的形式来作为射频前端的预选滤波器组，这不仅体积大、重量大，而且需要专门的定制，会带来研制周期长、成本高等问题。而使用可调滤波器能够改变谐振频率，进而改变滤波器的工作频段，满足不同的任务需求，可望取代分波段滤波器组，进而使射频前端更加小型化。
但是目前，可调滤波器受限于带外抑制(带外抑制是指对通带以外的信号的抑制程度)差、调谐范围窄、插入损耗大等问题，影响了其应用范围。另外，根据实际应用的需要，调谐过程中需维持恒定的带宽(相对带宽、绝对带宽)，为此，有研究者提出了电、磁混合耦合的策略和多模独立控制的策略来实现恒定的带宽(相对带宽、绝对带宽)，但是这些方法，很难应用于高阶滤波器设计。
发明内容
鉴于现有技术可调滤波器带外抑制差的问题，提出了本发明的一种恒定带宽的可调滤波器，以通过增加谐振器的并联分支提高带外抑制便克服上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
依据本发明的一个方面，提供了一种恒定带宽的可调滤波器，包括谐振环，谐振环包括结构相同、横向并排对称设置的两个以上谐振器；谐振器包括传输线体，传输线体包括沿纵向分布的主传输段，主传输段的上端和下端分别横向分裂为两段，形成四条长度相同、宽度相同的并联分支，位于上端的两条并联分支的末端分别经一可变电容接地，位于下端的两条并联分支的末端分别直接接地；相邻的谐振器之间通过并联分支围成的端面耦合。
可选地，四条并联分支以主传输段为公共边，围成两个背靠背的开口环，相邻谐振器之间通过开口环的开口面耦合。
可选地，可变电容位于开口环的开口处，分别连接围成该开口环的上、下两个并联分支，可变电容与下端并联分支的连接处接地。
可选地，可变电容采用变容二极管，变容二极管的负极连接上端的并联分支，变容二极管的正极接地。
可选地，并联分支围成的开口环为矩形开口环。
可选地，恒定带宽的可调滤波器还包括输入端口和输出端口，输入端口接至谐振环中首个谐振器的主传输段的下端，输出端口接至谐振环中末尾的谐振器的主传输段的下端。
可选地，输入端口与谐振器之间串联有第一固定电容，第一固定电容与谐振器的连接端经第二固定电容接地；输出端口与谐振器之间串联有第三固定电容，第三固定电容与谐振器的连接端经第四固定电容接地。
可选地，第一固定电容与第三固定电容大小相同，第二固定电容与第四固定电容大小相同。
可选地，谐振环中谐振器的数量为三个。
可选地，恒定带宽的可调滤波器还包括承载谐振环、输入、输出端口的接地板和微带介质基板，接地板设置有接地孔以供下端的并联分支过孔接地。
综上所述，本发明的有益效果是：
可调滤波器的谐振环包括多个横向并排对称设置谐振器，各谐振器结构相同，而且采用分支并联结构提升谐振器的Q值(品质因数)，利用该高Q值的谐振器通过电、磁混合耦合构建高Q值、恒定绝对带宽的高阶可重构滤波器。
附图说明
图1为现有技术中1/4波长谐振器的结构示意图；
图2为本发明恒定带宽的可调滤波器的谐振器的一个实施例的结构示意图；
图3为本发明恒定带宽的可调滤波器的谐振器的另一个实施例的结构示意图；
图4为1/4波长谐振器与本发明提出的恒定带宽的可调滤波器的Q值随频率变化的特性对比图；
图5为本发明恒定带宽的可调滤波器的一个实施例的结构示意图；
图6为本发明一个实施例提供的恒定带宽的可调滤波器的传输特性曲线图；
图7为本发明一个实施例提供的恒定带宽的可调滤波器的反射特性曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：可调滤波器的谐振环包括多个横向并排对称设置谐振器，各谐振器结构相同，而且采用分支并联结构提升谐振器的Q值(品质因数)，利用该高Q值的谐振器通过电、磁混合耦合构建高Q值、恒定绝对带宽的高阶可重构滤波器。
本申请公开了一种恒定带宽的可调滤波器，包括谐振环，谐振环包括结构相同、横向并排对称设置的两个以上谐振器；谐振器包括传输线体，传输线体包括沿纵向分布的主传输段，主传输段的上端和下端分别横向分裂为两段，形成四条长度相同、宽度相同的并联分支，位于上端的两条并联分支的末端分别经一可变电容接地，位于下端的两条并联分支的末端分别直接接地；相邻的谐振器之间通过并联分支围成的端面耦合。
参考图1至图3，图1至图3从原理上，示意性地示出了本发明提高谐振器Q值的方法：即通过分支并联结构可提升谐振器的Q值，而且申请人研究发现，理论上并联分支越多，谐振器的Q值越高。
图1为现有技术中1/4波长谐振器的结构示意图，图2和图3分别示出了本申请恒定带宽的可调滤波器的谐振器的两个实施例结构图。参考图1所示，可知常规的1/4波长谐振器包括一根直线状的传输线10，传输线10的下端接地，上端通过以电容接地。
而图2所示的谐振器中，谐振器的传输线体包括：主传输段21、由主传输段21上、下端分别分裂形成的并联分支22、23、24和25。主传输段21为均匀的一条，并联分支22、23、24和25长度相同、宽度相同。并联分支22、23的末端分别经一可变电容接地，并联分支24和25的末端分别接地，并联分支22和24以及并联分支23和25，分别围成该谐振器两侧电磁耦合的端面。
通过将纵向的主传输段上下两端分裂成横向的并联分支，增加了并联分支结构，谐振器之间形成了电、磁混合耦合，从而提高了谐振器的Q值(品质因数)，如图4的Q值变化特性图可知，本申请谐振器的Q值明显高于传统1/4波长谐振器。将多个上述结构的谐振器对称分布，组成可调谐振器，其Q值高，而且带宽恒定不变，便于在实际应用中调谐，通过调整谐振器的可变电容大小，即可改变可调滤波器的频率，最终获得高Q值、恒定带宽的可调滤波器。
在图3所示的另一实施例中，主传输段31两侧，四条并联分支32、33、34和35以主传输段31为公共边，围成两个背靠背的开口环，从而，相邻布置的谐振器之间，通过开口环的开口面耦合。这样的设计可以缩小谐振器的面积大小，令其结构紧凑，减少占用空间，从而最终减小谐振器组成的可调滤波器的结构大小。
继续参考图3，在图3所示实施例中，可变电容位于开口环的开口处，分别连接围成该开口环的上、下两个并联分支，可变电容与下端并联分支的连接处接地。这样进一步缩小了谐振器的面积，而且也简化了谐振器的接地电路。
在本申请的上述各实施例中，可变电容采用变容二极管，变容二极管的负极连接上端的并联分支，变容二极管的正极接地。
图5为本发明恒定带宽的可调滤波器的一个实施例的结构示意图，采用了如上述图3所示谐振器的结构。如图5所示，该可调滤波器的谐振环300包括三个结构相同的两路分支并联结构的谐振器310、320和330。
谐振器310的传输线体包括：均匀的主传输段311，以及由主传输段311上、下两端分别分裂形成的、长度相同、宽度相同的并联分支312、313、314和315，并联分支314和315的末端分别接地，为了减小面积，并联分支311、312、313、314和315围成两个背靠背的开口环，变容二极管C1和C2分别连接两个开口环的两端。
谐振器320的传输线体包括：均匀的主传输段321，以及由主传输段321上、下两端分别分裂形成的、长度相同、宽度相同的并联分支322、323、324和325，并联分支324和325的末端分别接地，为了减小面积，并联分支321、322、323、324和325围成两个背靠背的开口环，变容二极管C3和C4分别连接两个开口环的两端。
谐振器330的传输线体包括：均匀的主传输段331，以及由主传输段331上、下两端分别分裂形成的、长度相同、宽度相同的并联分支332、333、334和335，并联分支334和335的末端分别接地，为了减小面积，并联分支331、332、333、334和335围成两个背靠背的开口环，变容二极管C5和C6分别连接两个开口环的两端。
谐振器310和320之间、谐振器320和330之间，均通过开口谐振器面进行耦合。优选地，并联分支围成的开口环为矩形开口环，形状规则，易于分布组合。
继续参考图5所示实施例，恒定带宽的可调滤波器还包括输入端口Port1和输出端口Port2，输入端口Port1接至谐振环中首个谐振器的主传输段的下端，即谐振器310的主传输段311的下端。输出端口Port2接至谐振环中末尾的谐振器的主传输段的下端，即谐振器330的主传输段331的下端。
输入端口Port1与谐振器310之间串联有第一固定电容C7，第一固定电容C7与谐振器310的连接端经第二固定电容C8接地；输出端口Port2与谐振器330之间串联有第三固定电容C9，第三固定电容C9与谐振器330的连接端经第四固定电容C10接地。
其中，第一固定电容C7与第三固定电容C9大小相同，第二固定电容C8与第四固定电容C10大小相同。
此外，图5所示的恒定带宽的可调滤波器还包括承载谐振环300、输入端口Port1和输出端口Port2的接地板100和微带介质基板200，接地板100设置有接地孔以供谐振器下端的并联分支过孔接地。其中，接地板100为金属材质。
在图5所示的可调滤波器中，谐振环中谐振器的数量为三个，构成高Q值、恒定带宽三阶可调滤波器，其传输特性和反射特性曲线图如图6、7所示。传输特性与反射特性曲线图中的横轴表示频率，纵轴表示反射特性S11与传输特性S21。图6所得的通带中心频率可以实现0.7GHz到1.1GHz可调，-3dB处的带宽为24±2MHz，通带内的插入损耗小于4dB。图7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。当然，在本申请的其他实施例中，也可采用两个或四个及以上数量的谐振器，构成不同阶可调滤波器。
综上，本发明提出了一种高Q值、恒定带宽的可调滤波器，利用分支并联结构提升谐振器Q值，进而改善滤波器的插入损耗、抑制等，并且该结构通过电、磁混合耦合很容易实现高阶恒定绝对带宽滤波器设计，而且结构简单、成本低，具有广阔的市场前景。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，包括谐振环，所述谐振环包括结构相同、横向并排对称设置的两个以上谐振器；所述谐振器包括传输线体，所述传输线体包括沿纵向分布的主传输段，所述主传输段的上端和下端分别横向分裂为两段，形成四条长度相同、宽度相同的并联分支，位于上端的两条并联分支的末端分别经一可变电容接地，位于下端的两条并联分支的末端分别直接接地；相邻的所述谐振器之间通过所述并联分支围成的端面耦合；
四条所述并联分支以所述主传输段为公共边，围成两个背靠背的开口环，相邻所述谐振器之间通过所述开口环的开口面耦合；
所述可变电容位于所述开口环的开口处，分别连接围成该开口环的上、下两个并联分支，所述可变电容与下端并联分支的连接处接地。
2.根据权利要求1所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述可变电容采用变容二极管，所述变容二极管的负极连接上端的所述并联分支，所述变容二极管的正极接地。
3.根据权利要求2所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述并联分支围成的开口环为矩形开口环。
4.根据权利要求3所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述恒定带宽的可调滤波器还包括输入端口和输出端口，所述输入端口接至所述谐振环中首个谐振器的主传输段的下端，所述输出端口接至所述谐振环中末尾的谐振器的主传输段的下端。
5.根据权利要求4所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述输入端口与所述谐振器之间串联有第一固定电容，所述第一固定电容与所述谐振器的连接端经第二固定电容接地；所述输出端口与所述谐振器之间串联有第三固定电容，所述第三固定电容与所述谐振器的连接端经第四固定电容接地。
6.根据权利要求5所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述第一固定电容与所述第三固定电容大小相同，所述第二固定电容与所述第四固定电容大小相同。
7.根据权利要求6所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述谐振环中谐振器的数量为三个。
8.根据权利要求7所述的恒定带宽的可调滤波器，其特征在于，所述恒定带宽的可调滤波器还包括承载所述谐振环、输入、输出端口的接地板和微带介质基板，所述接地板设置有接地孔以供下端的所述并联分支过孔接地。
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