CN110247143B - 一种具有可切换和可调谐的微带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，包括：基板，所述基板上层设有微带线结构，下层覆有铜底板；所述微带线结构包括：第一谐振单元、第二谐振单元，所述第一谐振单元与第二谐振单元均为一端短路、一端开路的形式，其短路端耦合，其开路端分别通过第一PIN二极管、第二PIN二极管连接第一微带线和第二微带线；交叉耦合微带线，所述交叉耦合微带线的两端分别连接信号输入端及信号输出端，所述信号输入端和信号输出端分别通过第一可变电容、第二可变电容连接第一谐振单元和第二谐振单元。优点为：本申请滤波器具有良好的切换和调谐能力；且具有良好的带外抑制能力；结构新且尺寸小，易于加工且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种具有可切换和可调谐的微带带通滤波器。
背景技术
滤波器是电子通信应用中的一个关键器件，用于在复杂的电磁环境中选择出系统需求的有用信号，同时滤除掉不需要的无用干扰，降低系统对无用信号的响应,其工作性能直接影响着整个无线通信系统的信号质量。因此，如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，该滤波器通过微带结构、可变电容、PIN二极管设计达到模式可切换、频率可调谐、体积小、结构新的效果。
技术方案：本发明所述的具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，包括：基板，所述基板上层设有微带线结构，下层覆有铜底板；
所述微带线结构包括：
第一谐振单元、第二谐振单元，所述第一谐振单元与第二谐振单元均为一端短路、一端开路的形式，其短路端耦合，其开路端分别通过第一PIN二极管、第二PIN二极管连接第一微带线和第二微带线；
交叉耦合微带线，所述交叉耦合微带线的两端分别连接信号输入端及信号输出端，所述信号输入端和信号输出端分别通过第一可变电容、第二可变电容连接第一谐振单元和第二谐振单元。
通过控制第一PIN二极管和第二PIN二极管的通断来改变第一谐振单元与第二谐振单元的长度，达到中心频率在高低频两个模式自由切换的效果。信号输入端和信号输出端通过相同的第一可变电容和第二可变电容对第一谐振单元与第二谐振单元耦合，两个谐振单元由谐振理论产生谐振频率响应。
进一步的，所述微带线结构表面覆有铜层。
进一步的，所述第一谐振单元与第二谐振单元的耦合端通过接地金属通孔连接，所述接地金属通孔依次贯穿微带线结构、基板以及铜底板。通过接地金属通孔与铜底板连接影响滤波器的中心频率。
其中，所述第一谐振单元由第一振臂、第一连接微带线及第二振臂依次连接组成，其开路端在第一振臂上，短路端在第二振臂上，所述第二谐振单元由第三振臂、第二连接微带线及第四振臂依次连接组成，其开路端在第三振臂上，短路端在第四振臂上。
进一步的，所述第一可变电容位于第一振臂与第一连接微带线的连接处，所述第二可变电容位于第三振臂与第二连接微带线的连接处。
所述第一振臂的开路端部设有第三可变电容，所述第三振臂的开路端部设有第四可变电容，电容值的改变可以使谐振单元的中心频率发生偏移。
进一步的，所述第一振臂、第一连接微带线及第二振臂依次连接形成U形结构，所述第三振臂、第二连接微带线及第四振臂依次连接形成U形结构。两个U形结构并排设置形成两个谐振器，这种U形折叠设置，能够节省谐振单元占据的空间。
所述交叉耦合微带线包括第三微带线、第四微带线、第五微带线及第六微带线，所述第三微带线的一端连接信号输入端，另一端连接第四微带线，所述第六微带线一端连接信号输出端，另一端连接第五微带线，所述第四微带线与第五微带线之间存在间隙，实现交叉耦合。
其中，所述第一谐振单元的第二谐振单元的长度均采用四分之一波长谐振形式。所述第一谐振单元与第二谐振单元采用谐振阻抗谐振器，采用不同特征阻抗的微带线弯折实现，能够增大调谐范围。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，利用PIN二极管的闭合与断开的特性，使滤波器能够产生两个模式，并能在两个模式内自由切换，同时能够保持良好的性能；其次，由于PIN二极管的特性，两个模式具有一段共用的微带线，与现有的具有两个模式的可调谐微带滤波器相比，尺寸较小；再其次，滤波器在满足基本性能标准的同时，中心频率能够在两个频点之间切换，并可在两个频段之间调谐，具有良好的切换和调谐能力；再其次，滤波器的拓扑结构具有在谐振频率两侧同时产生传输零点的能力，能够提高滤波器的带外抑制能力；最后，该滤波器的结构新且尺寸小，易于加工且成本低。
附图说明
图1是本发明滤波器结构示意图；
图2是本发明的拓扑结构图；
图3是本发明第一、二PIN二极管闭合时的S参数；
图4是本发明第一、二PIN二极管断开时的S参数；
图5是本发明第一、二PIN二极管闭合，其他值固定，容值改变时的S参数；
图6是本发明第一、二PIN二极管断开，其他值固定，容值改变时的S参数。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，包括：基板1，所述基板1上层设有微带线结构，下层覆有铜底板；所述微带线结构表面覆有铜层。
所述微带线结构包括：
第一谐振单元201、第二谐振单元202；
该第一谐振单元201和第二谐振单元202的长度均为1/4波长，实现滤波器的小型化，同时，均采用谐振阻抗谐振器，采用不同特征阻抗的微带线弯折实现。
所述第一谐振单元201与第二谐振单元202均为一端短路、一端开路的形式，其短路端耦合，该耦合处通过接地金属通孔3连接，所述接地金属通孔3依次贯穿微带线结构、基板1以及铜底板。其开路端分别通过第一PIN二极管301、第二PIN二极管302连接第一微带线401和第二微带线402；当第一、第二PIN二极管断开时形成谐振模式I，当第一、第二PIN二极管闭合时形成谐振模式II，控制PIN二极管的通断切换谐振模式。所述第一谐振单元201由第一振臂211、第一连接微带线221及第二振臂231依次连接组成，其开路端在第一振臂211上，短路端在第二振臂231上，所述第二谐振单元202由第三振臂212、第二连接微带线222及第四振臂232依次连接组成，其开路端在第三振臂212上，短路端在第四振臂232上。所述第一振臂211、第一连接微带线221及第二振臂231依次连接形成U形结构，所述第三振臂212、第二连接微带线222及第四振臂232依次连接形成U形结构。这种折叠设置，能够节省谐振单元占据的空间。在所述第一振臂211的开路端部设有第三可变电容803，在所述第三振臂212的开路端部设有第四可变电容804，电容值的改变可以使第一、二谐振单元的中心频率发生偏移。实现了滤波器中心频率在高低双频带内达到可调谐。
交叉耦合微带线5；
所述交叉耦合微带线5的两端分别连接信号输入端6及信号输出端7，所述信号输入端6和信号输出端7分别通过第一可变电容801、第二可变电容802连接第一谐振单元201和第二谐振单元202，并分别对其馈电。其中，所述第一可变电容801位于第一振臂211与第一连接微带线221的连接处，所述第二可变电容802位于第三振臂212与第二连接微带线222的连接处。
所述交叉耦合微带线5包括第三微带线501、第四微带线502、第五微带线503及第六微带线504，所述第三微带线501的一端连接信号输入端6，另一端连接第四微带线502，所述第六微带线504一端连接信号输出端7，另一端连接第五微带线503，所述第四微带线502与第五微带线503之间存在间隙，实现交叉耦合。
在现有的滤波器中，输入端、输出端通常需要通过耦合结构与谐振单元耦合，这使得谐振单元的外部耦合系数成为定值，无法改变。在本发明中，信号输入端6和信号输出端7均采用可变电容与第一、第二谐振单元连接，在调谐模式I、II的中心频率时，同时调整外部耦合系数，能够得到更好的滤波器的性能。
如图2所示，根据图1的结构构造的滤波器的拓扑结构。滤波器能够形成两个通道：1、S-L；2、S-1-2-L；
通带高端情况下：信号经过通道1到达输出端，相位偏移+90°；信号经过通道2到达输出端，相位偏移-90°；
通带低端情况下：信号经过通道1到达输出端，相位偏移+90°；信号经过通道2到达输出端，相位偏移+270°；
信号在经过滤波器到达输出端时，在通带的上下两端均产生了180°的相位差，因此在两端均产生了传输零点。
通过这样的结构，根据图1的结构构造的滤波器可如图3、4、5、6所示在高低频两个模式下均产生两个传输零点，提高滤波器带外抑制度。
如图3和图4所示，在第一、二PIN二极管闭合、断开时，中心频率分别在2GHz、2.4GHz左右。当第三、四可变电容改变时，等同于谐振单元的长度发生改变，使得中心频率发生偏移。
如图5和图6所示，第一、二PIN二极管闭合、断开时，中心频率可在2.27GHz-2.56GHz，1.79GHz-2.01GHz偏移。
Claims (4)
1.一种具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，其特征在于包括：基板（1），所述基板（1）上层设有微带线结构，下层覆有铜底板；
所述微带线结构包括：
第一谐振单元（201）、第二谐振单元（202），所述第一谐振单元（201）与第二谐振单元（202）均为一端短路、一端开路的形式，其短路端耦合，其开路端分别通过第一PIN二极管（301）、第二PIN二极管（302）连接第一微带线（401）和第二微带线（402）；
交叉耦合微带线（5），所述交叉耦合微带线（5）的两端分别连接信号输入端（6）及信号输出端（7），所述信号输入端（6）和信号输出端（7）分别通过第一可变电容（801）、第二可变电容（802）连接第一谐振单元（201）和第二谐振单元（202）；
所述微带线结构表面覆有铜层；
所述第一谐振单元（201）与第二谐振单元（202）的耦合端通过接地金属通孔（3）连接，所述接地金属通孔（3）依次贯穿微带线结构、基板（1）以及铜底板；
所述第一谐振单元（201）由第一振臂（211）、第一连接微带线（221）及第二振臂（231）依次连接组成，其开路端在第一振臂（211）上，短路端在第二振臂（231）上，所述第二谐振单元（202）由第三振臂（212）、第二连接微带线（222）及第四振臂（232）依次连接组成，其开路端在第三振臂（212）上，短路端在第四振臂（232）上；
所述第一可变电容（801）位于第一振臂（211）与第一连接微带线（221）的连接处，所述第二可变电容（802）位于第三振臂（212）与第二连接微带线（222）的连接处；
所述第一振臂（211）的开路端部设有第三可变电容（803），所述第三振臂（212）的开路端部设有第四可变电容（804）；
所述第一振臂（211）、第一连接微带线（221）及第二振臂（231）依次连接形成U形结构，所述第三振臂（212）、第二连接微带线（222）及第四振臂（232）依次连接形成U形结构。
2.根据权利要求1所述的具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，其特征在于：所述交叉耦合微带线（5）包括第三微带线（501）、第四微带线（502）、第五微带线（503）及第六微带线（504），所述第三微带线（501）的一端连接信号输入端（6），另一端连接第四微带线（502），所述第六微带线（504）一端连接信号输出端（7），另一端连接第五微带线（503），所述第四微带线（502）与第五微带线（503）之间存在间隙，实现交叉耦合。
3.根据权利要求1所述的具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，其特征在于：所述第一谐振单元（201）和第二谐振单元（202）均采用四分之一波长谐振形式。
4.根据权利要求1所述的具有可切换和可调谐的微带带通滤波器，其特征在于：所述第一谐振单元（201）与第二谐振单元（202）采用阶跃阻抗谐振器，采用不同特征阻抗的微带线弯折实现。
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