CN109599650A - 基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，主要解决现有技术中存在的可调范围较低、中心频率与相对带宽不可控等问题。该巴伦滤波器包括第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器、第三阻抗谐振器、变容二极管D1、变容二极管D2、变容二极管D3、变容二极管D4、变容二极管D5、变容二极管D6、变容二极管D7、变容二极管D8、变容二极管D9、变容二极管D10、变容二极管D11、变容二极管D12、变容二极管D13、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2和电容C3。通过上述方案，本发明既能形成巴伦信号输出，又能达到实现对中心频率、带宽的调节。

Description

基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器
技术领域
本发明涉及无线通信系统领域，尤其是基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器。
背景技术
巴伦滤波器，是一种独立的微波无源器件，它在功能上实现了射频电路中滤波器和巴伦的有效结合，也就是说其即兼备了滤波器的频率选择特性，又具备巴伦的非平衡输入信号转换成平衡信号的功能。同时，巴伦滤波器具有低成本、高集成度、小型化等优点，被广泛应用在平衡式混频器、平衡式推挽放大器和天线的查分馈电网络中。现如今，随着现代无线通信系统的快速发展，频谱资源日益紧张，越来越多的环境都要求其所用的电子设备具备可调谐、多功能的特点，从而提高频谱资源的利用率。目前，现有的巴伦滤波器的可调范围较低，且市面上并未涉及到中心频率与相对带宽均可控的巴伦滤波器。
如申请号为“201410210133.1”、名称为“带宽和工作频率独立可控的多层双模双通带巴伦滤波器”的中国专利，其包括第一微波介质基片，第二微波介质基片，第一微波介质基片朝向第二微波介质基片的一面设有作为公共地的第一金属层，第一金属层上设有两条正交且长度不相等的第一缝隙，第一微波介质基片的远离第二微波介质基片的一面设有第一贴片谐振器，第一贴片谐振器设置有两条正交且长度不相等的第二缝隙，第一贴片谐振器设有一输入端，第二微波介质基片的远离第一微波介质基片的一面设有第二贴片谐振器，第二贴片谐振器上设有两条正交且长度不等的第三缝隙，以及第二贴片谐振器在与输入端正交的两端设有两个输出端。该专利通过分别控制两条第一缝隙的长度，可以分别控制对应通带的带宽，通过控制两条第二缝隙以及第三缝隙的长度，可以分别控制对应通带的中心频率，利用新型的拓扑结构实现了独立控制两个通带带宽和中心频率。但是该专利也存在以下不足之处：第一，加载变容二极管较多，增加了电路的插入损耗与应用难度。第二，中心频率调节范围约为26％，仍有进一步的提升空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，主要解决现有技术中存在的可调范围较低、中心频率与相对带宽不可控等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，
包括均贴覆于介质基板上、且呈Γ型结构的第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器，阳极均与第一阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D1、变容二极管D7和变容二极管D10，阳极均与第二阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D12、变容二极管D11、变容二极管D8和变容二极管D3，阳极均与第三阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D5、变容二极管D9和变容二极管D13，一端与变容二极管D7的阴极连接的电容C1，与电容C1的另一端连接的第二端口Port2，阴极与变容二极管D1的阴极连、且阳极接地的变容二极管D2，一端与变容二极管D8的阴极连接的电容C2，与电容C2的另一端连接的第一端口Port1，阴极与变容二极管D3的阴极连、且阳极接地的变容二极管D4，一端与变容二极管D9的阴极连接的电容C3，与电容C3的另一端连接的第三端口Port3，以及阴极与变容二极管D5的阴极连、且阳极接地的变容二极管D6。所述第一阻抗谐振器与第二阻抗谐振器相对位置布设，且第二阻抗谐振器与第三阻抗谐振器相背位置布设。
所述第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器的结构相同，均包括一体成型的第一低阻抗带和第二低阻抗带，所述第一低阻抗带的侧边缘与第二低阻抗带的侧边缘共边、且由第一低阻抗带和第二低阻抗带共同构成Γ型结构。
所述变容二极管D10、变容二极管D11、变容二极管D13、变容二极管D1、变容二极管D7、变容二极管D3、变容二极管D8、变容二极管D5和变容二极管D9的阴极均与反向偏置电源连接。
进一步地，所述可重构的巴伦滤波器，还包括一端与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R9，一端与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R10，以及一端与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R11。
更进一步地，所述可重构的巴伦滤波器，还包括一端分别与变容二极管D10和变容二极管D11的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻R7，一端分别与变容二极管D12和变容二极管D13的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻R8，连接在变容二极管D1的阴极与反向偏置电源之间的电阻R2，连接在变容二极管D7的阴极与反向偏置电源之间的电阻R1，连接在变容二极管D8的阴极与反向偏置电源之间的电阻R3，连接在变容二极管D3的阴极与反向偏置电源之间的电阻R4，连接在变容二极管D9的阴极与反向偏置电源之间的电阻R6，以及连接在变容二极管D5的阴极与反向偏置电源之间的电阻R5。
优选地，所述第一低阻抗带的长度l1为8mm、宽度w1为4mm；所述第二低阻抗带的长度l2为20mm、宽度w2为1.18mm。
更进一步地，所述第一阻抗谐振器的第一低阻抗带与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s1为2mm，第二阻抗谐振器的第一低阻抗带与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s2为0.5mm。
更进一步地，所述变容二极管D1连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D7连接在距第一阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.7mm处。所述变容二极管D5连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D9连接在距第三阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.7mm处。所述变容二极管D3连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D8连接在距第二阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d2为1.36mm处。
优选地，所述介质基板的厚度为25mil，且相对介电常数为10.2。
优选地，所述电阻R9连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。所述电阻R10连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。所述电阻R11连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中的第一阻抗谐振器与第三阻抗谐振器共用第二阻抗谐振器，并且分别通过电场耦合与磁场耦合的方式传递信号，使两路输出信号相位差为180°，从而形成巴伦信号输出。本发明通过对输入输出端口与阻抗谐振器之间电容值大小的调节，阻抗谐振器与阻抗谐振器之间电容值大小的调节以及与谐振器高特性阻抗微带线一端串联的接地电容值大小的调节，从而控制外部品质因素，电磁耦合系数以及谐振器的长度，从而达到实现对中心频率、带宽的调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构尺寸示意图。
图2为本发明的实物图。
图3为本发明的S11参数仿真图。
图4为本发明的S21参数仿真图。
图5为本发明的S31参数仿真图。
图6为本发明的中心频率为1.08GHz的带宽调节测试S21参数仿真图。
图7为本发明的中心频率为1.08GHz的带宽调节测试S31参数仿真图。
图8为本发明的中心频率为1.2GHz的带宽调节测试S21参数仿真图。
图9为本发明的中心频率为1.2GHz的带宽调节测试S31参数仿真图。
图10为本发明的信号输出端口幅度与相位不平衡度测试图(一)。
图11为本发明的信号输出端口幅度与相位不平衡度测试图(二)。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-第一低阻抗带，2-第二低阻抗带。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1至图2所示，本实施例提供了一种基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，该巴伦滤波器的阻抗谐振器采用微带线与变容二极管连接。其中，介质基板的厚度为25mil，且相对介电常数为10.2，另外，变容二极管选用SMV123系列。需要说明的是，本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中所述的“底部”、“顶部”、“边缘”等方位性用语是基于附图来说明的。
具体来说，该可重构的巴伦滤波器包括均贴覆于介质基板上、且呈Γ型结构的第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器，阳极均与第一阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D1、变容二极管D7和变容二极管D10，阳极均与第二阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D12、变容二极管D11、变容二极管D8和变容二极管D3，阳极均与第三阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D5、变容二极管D9和变容二极管D13，一端与变容二极管D7的阴极连接的电容C1，与电容C1的另一端连接的第二端口Port2，阴极与变容二极管D1的阴极连、且阳极接地的变容二极管D2，一端与变容二极管D8的阴极连接的电容C2，与电容C2的另一端连接的第一端口Port1，阴极与变容二极管D3的阴极连、且阳极接地的变容二极管D4，一端与变容二极管D9的阴极连接的电容C3，与电容C3的另一端连接的第三端口Port3，阴极与变容二极管D5的阴极连、且阳极接地的变容二极管D6，一端与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R9，一端与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R10，一端与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R11，一端分别与变容二极管D10和变容二极管D11的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻R7，一端分别与变容二极管D12和变容二极管D13的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻R8，连接在变容二极管D1的阴极与反向偏置电源之间的电阻R2，连接在变容二极管D7的阴极与反向偏置电源之间的电阻R1，连接在变容二极管D8的阴极与反向偏置电源之间的电阻R3，连接在变容二极管D3的阴极与反向偏置电源之间的电阻R4，连接在变容二极管D9的阴极与反向偏置电源之间的电阻R6，以及连接在变容二极管D5的阴极与反向偏置电源之间的电阻R5。其中，电阻R1至电阻R11的阻值均为100kΩ，电容C1至电容C3均为8pF。
在本实施例中，第一阻抗谐振器与第二阻抗谐振器相对位置布设，且第二阻抗谐振器与第三阻抗谐振器相背位置布设。其中，第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器的结构相同，均包括一体成型的第一低阻抗带1和第二低阻抗带2，所述第一低阻抗带1的侧边缘与第二低阻抗带2的侧边缘共边、且由第一低阻抗带1和第二低阻抗带2共同构成Γ型结构。与此同时，电阻R9连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。电阻R10连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。电阻R11连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。
在本实施例中，变容二极管D10、变容二极管D11、变容二极管D13、变容二极管D1、变容二极管D7、变容二极管D3、变容二极管D8、变容二极管D5和变容二极管D9的阴极均与反向偏置电源连接。另外，在第一端口Port1、第二端口Port2、第三端口Port3上分别焊接SMA接头与外部连接。
为了验证并优化可重构的巴伦滤波器的参数特性，特进行中心频率调节仿真测试、S11参数测试、S21参数测试和信号输出端口幅度与相位不平衡度测试。其测试曲线具体如图3至图11所示。本实例的可重构巴伦滤波器是在电磁仿真软件HFSS.15中建模仿真的，并进行了完善了实物加工测试。图3-图9是本实例中可重构巴伦滤波器的S参数仿真与实物测试图，从图中可以看出，该巴伦滤波器中心调节范围覆盖1.0-1.3GHz，1-dB带宽调节范围约为40-110MHz，通带内回波损耗优于-15dB。
图10是本实例中可重构巴伦滤波器的两个端口幅度差，从图中可以看出，该巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口1dB带宽幅度差在0.3dB以内。
图11是本实例中可重构巴伦滤波器的两个输出端口相位差，从图中可以看出，该巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口1dB带宽相位差在1°以内，说明两个平衡端口180°反相性能良好。
经申请人反复试验验证，可调巴伦滤波器的最优尺寸如下：第一低阻抗带1的长度l1为8mm、宽度w1为4mm，且第二低阻抗带2的长度l2为20mm、宽度w2为1.18mm。第一阻抗谐振器的第一低阻抗带与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s1为2mm，第二阻抗谐振器的第一低阻抗带与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s2为0.5mm。
另外，本实施例中的变容二极管D1连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D7连接在距第一阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.7mm处。该变容二极管D5连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D9连接在距第三阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.7mm处。且该变容二极管D3连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D8连接在距第二阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d2为1.36mm处。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于：
包括均贴覆于介质基板上、且呈Γ型结构的第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器，阳极均与第一阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D1、变容二极管D7和变容二极管D10，阳极均与第二阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D12、变容二极管D11、变容二极管D8和变容二极管D3，阳极均与第三阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管D5、变容二极管D9和变容二极管D13，一端与变容二极管D7的阴极连接的电容C1，与电容C1的另一端连接的第二端口Port2，阴极与变容二极管D1的阴极连、且阳极接地的变容二极管D2，一端与变容二极管D8的阴极连接的电容C2，与电容C2的另一端连接的第一端口Port1，阴极与变容二极管D3的阴极连、且阳极接地的变容二极管D4，一端与变容二极管D9的阴极连接的电容C3，与电容C3的另一端连接的第三端口Port3，以及阴极与变容二极管D5的阴极连、且阳极接地的变容二极管D6；所述第一阻抗谐振器与第二阻抗谐振器相对位置布设，且第二阻抗谐振器与第三阻抗谐振器相背位置布设；
所述第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器的结构相同，均包括一体成型的第一低阻抗带(1)和第二低阻抗带(2)，所述第一低阻抗带(1)的侧边缘与第二低阻抗带(2)的侧边缘共边、且由第一低阻抗带(1)和第二低阻抗带(2)共同构成Γ型结构；
所述变容二极管D10、变容二极管D11、变容二极管D13、变容二极管D1、变容二极管D7、变容二极管D3、变容二极管D8、变容二极管D5和变容二极管D9的阴极均与反向偏置电源连接。
2.根据权利要求1所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，还包括一端与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R9，一端与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R10，以及一端与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻R11。
3.根据权利要求1或2所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，还包括一端分别与变容二极管D10和变容二极管D11的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻R7，一端分别与变容二极管D12和变容二极管D13的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻R8，连接在变容二极管D1的阴极与反向偏置电源之间的电阻R2，连接在变容二极管D7的阴极与反向偏置电源之间的电阻R1，连接在变容二极管D8的阴极与反向偏置电源之间的电阻R3，连接在变容二极管D3的阴极与反向偏置电源之间的电阻R4，连接在变容二极管D9的阴极与反向偏置电源之间的电阻R6，以及连接在变容二极管D5的阴极与反向偏置电源之间的电阻R5。
4.根据权利要求3所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，所述第一低阻抗带(1)的昌都l1为8mm、宽度w1为4mm；所述第二低阻抗带(2)的长度l2为20mm、宽度w2为1.18mm。
5.根据权利要求4所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，所述第一阻抗谐振器的第一低阻抗带与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s1为2mm，第二阻抗谐振器的第一低阻抗带与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s2为0.5mm。
6.根据权利要求5所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，所述变容二极管D1连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D7连接在距第一阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.7mm处；所述变容二极管D5连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D9连接在距第三阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.7mm处；所述变容二极管D3连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管D8连接在距第二阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d2为1.36mm处。
7.根据权利要求1所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，所述介质基板的厚度为25mil，且相对介电常数为10.2。
8.根据权利要求2所述的基于微带线谐振器的可重构的巴伦滤波器，其特征在于，所述电阻R9连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对；所述电阻R10连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对；所述电阻R11连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。
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