CN110380167B - 一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器,包括信号输入端、多个谐振器组，每个谐振器组分别耦合接至信号输入端，且每个谐振器组至少包括输出端口和两个呈环形谐振器，并在谐振器上均设置有多个偏置电压调节结构。本发明利用环形谐振器的奇偶模谐振频率实现双通带性能，利用变容二极管使两个通带频率能够独立调节，并且通过改变级间耦合使两个通带同时实现巴伦特性；同时实现了带宽、通带频率可独立调谐的单端到平衡滤波网络，并且能够通过改变谐振器级间耦合，消去一个通带，实现双通带单端到平衡滤波器到单通带单端到平衡滤波器的转换，提升了现有巴伦滤波网络的灵活性。

Description

一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器。

背景技术

巴伦和滤波器是现代无线通信网络中常用的无源电路，例如在射频收发机中，需要将接收到的信号通过滤波器进行选频，再使用巴伦将接收到的单端信号转换为差分信号，为差分放大器提供输入信号。开展将巴伦与滤波器功能结合的可调谐巴伦滤波网络的研究，可以有效的减小系统体积，提升系统的集成度与易用性。在现有技术中，关于可重构双通带单端到差分滤波网络的文献报道很少，且通带调节手段较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器，利用环形谐振器的奇偶模谐振频率实现双通带性能，利用变容二极管使两个通带频率能够独立调节，并且通过改变级间耦合使两个通带同时实现巴伦特性；同时实现了带宽、通带频率可独立调谐的单端到平衡滤波网络，并且能够通过改变谐振器级间耦合，消去一个通带，实现双通带单端到平衡滤波器到单通带单端到平衡滤波器的转换，提升了现有巴伦滤波网络的灵活性。

为达到上述技术目的，基于直接馈电，本发明采用的技术方案具体如下：

一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器，其特征在于：包括信号输入端、多个谐振器组，每个谐振器组分别耦合接至信号输入端，且每个谐振器组至少包括输出端口和两个呈环形谐振器，并在谐振器上均设置有多个偏置电压调节结构。

进一步地，两个环形谐振器之间采用对称设置，且在两个谐振器之间留有耦合缝隙。

两个谐振器间的耦合缝隙提供了新的耦合方式，保证了该通道需要的性能。

进一步地，所述环形谐振器一侧设置有奇模谐振开口。

进一步地，每个偏置电压调节结构包括背对背连接的变容二极管组、通过电阻连接在变容二极管组的阴极公共连接端的偏置电压bias。

进一步地，多个偏置电压调节结构分别包括耦合强度调节、频率调节、和耦合系数调节；

所述耦合强度调节包括:

连接到输出端口，并用于调节输出端口耦合强度的第一偏置电压；

连接在输入端，用于调节输入端耦合强度的第六偏置电压。

第六偏置电压用于调节输入端的信号耦合到谐振器的通路的耦合强度，而通过第一偏置电压控制谐振器通路输出的信号耦合到输出端口的耦合强度。

进一步地，所述频率调节包括：

设置在谐振器的奇模谐振开口，且用于独立调节谐振器奇模谐振频率的第二偏置电压；

设置在两个谐振器耦合缝隙两侧，用于调节两个谐振器偶模谐振频率的第三偏置电压。

通过调节第二偏置电压，可以调节谐振器的奇模谐振频率，达到独立调节谐振器通道奇模通带的目的。同样第三偏置电压用于控制谐振器通道偶模通带。

进一步地，所述耦合系数调节包括：

设置在两个谐振器正中耦合缝隙内的，用于调节偶模通带的耦合系数的第四偏置电压；

设置在两个谐振器外侧，并分别耦合接至两个谐振器，可同时调节奇模通带与偶模通带的耦合系数的第五偏置电压。

进一步地，所述谐振器组为两个，且两个谐振器组呈中心对称。

本发明的有益效果在于：本发明区别于现有技术，本发明利用环形谐振的奇、偶模通带，实现了输出端口的双通带特性，通过调节加载在谐振器里的变容二极管，独立调节奇模通带频率和偶模通带频率，并通过分别调节谐振器的奇、偶模通带的级间电感性耦合与电容性耦合性质，实现了两输出端口输出差分信号的目的。

其次，通过调节多个谐振器的级间耦合强度，实现了奇模通带带宽和偶模通带带宽的独立带宽调节。同样可以使偶模的电感性耦合与电容性耦合相抵消，达到消去偶模通带的目的，使网络由双通带特性转换为单通带特性。

附图说明

图1是本发明提供的微带线形式的可调单端到平衡滤波器的结构示意图；

图2是本发明固定偶模通带频率，调节奇模通带频率时S参数传输系数图；

图3是本发明固定偶模通带频率，调节奇模通带频率时，奇模通带的相位不平衡度图；

图4是本发明固定奇模通带频率，调节偶模通带频率S参数传输系数图；

图5是本发明固定奇模通带频率，调节偶模通带频率时，偶模通带的相位不平衡度图；

图6是本发明消去偶模通带，调节奇模通带频率S参数传输系数图；

图7是本发明消去偶模通带，调节奇模通带频率时，奇模通带的相位不平衡度图；

图8、图9为奇模通带带宽调节S参数。

图10、图11为偶模通带带宽调节S参数。

附图标记：

1为输入端、2为输出端口、3为第一偏置电压、4为第二偏置电压、5为第三偏置电压、6为第四偏置电压、7为第五偏置电压、8为第六偏置电压、9为第一谐振器、10为第二谐振器、11为变容二极管、12为电阻。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1-图7所示，一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器，包括信号输入端1、多个谐振器组，每个谐振器组分别耦合接至信号输入端1，所述谐振器组为两个，且两个谐振器组呈中心对称。

每个谐振器组至少包括输出端口2和两个呈环形谐振器，并在谐振器上均设置有多个偏置电压调节结构。两个环形谐振器之间采用对称设置，且在两个谐振器之间留有耦合缝隙。环形谐振器一侧设置有奇模谐振开口。

多个偏置电压调节结构分别包括耦合强度调节、频率调节、和耦合系数调节；每个偏置电压调节结构包括背对背连接的变容二极管11组、通过电阻12连接在变容二极管11组的阴极公共连接端的偏置电压bias。

所述耦合强度调节包括:

连接到输出端口2，并用于调节输出端口2耦合强度的第一偏置电压3；

连接在输入端1，用于调节输入端1耦合强度的第六偏置电压8。

第六偏置电压8用于调节输入端1的信号耦合到谐振器的通路的耦合强度，而通过第一偏置电压3控制谐振器通路输出的信号耦合到输出端口2的耦合强度。

所述频率调节包括：

设置在谐振器的奇模谐振开口，且用于独立调节谐振器奇模谐振频率的第二偏置电压4；

设置在两个谐振器耦合缝隙两侧，用于调节两个谐振器偶模谐振频率的第三偏置电压5。

通过调节第二偏置电压4，可以调节谐振器的奇模谐振频率，达到独立调节谐振器通道奇模通带的目的。同样第三偏置电压5用于控制谐振器通道偶模通带。

所述耦合系数调节包括：

设置在两个谐振器正中耦合缝隙内的，用于调节偶模通带的耦合系数的第四偏置电压6；

设置在两个谐振器外侧，并分别耦合接至两个谐振器，可同时调节奇模通带与偶模通带的耦合系数的第五偏置电压7。

如图1所示，本发明采用两个相同的环形谐振器，第一谐振器9和第二谐振器10背对背按中轴线对称设置，两个谐振器构成一个谐振器组，谐振器组分别耦合连接至输出端口2和输入端1，两个谐振器组按中心对称设置构成整个滤波器。

在实际使用时，本发明采用微带线加载变容二极管11实现，介质基板选用Rogers6010，基板厚度为25mil，输入输出端口2由SMA接头连接，二极管均采用MACOM公司的MA46H201系列变容二极管11，各偏置电阻12均采用封装尺寸为0402的100K欧姆电阻12。每对变容二极管11均采用背靠背方式连接，偏置电压通过100K欧姆电阻12加载在各对变容二极管11的阴极焊盘上，调节偏置电压的电压值，即可调节变容二极管11的电容值。

本发明利用环形谐振器作为基本谐振单元，信号从输入端1口输入，经由变容二极管11CIN11、CIN12耦合到第一谐振器9与第二谐振器10通路，经由变容二极管11CIN21、CIN22耦合到另一个谐振器组的通路。

对于第一谐振器9、第二谐振器10通路，变容二极管11CIN11、CIN12采用背靠背方式连接，第六偏置电压8(bias6)通过电阻12R加载到变容二极管11CIN11与CIN12的阴极公共连接端，输入端1口通过CIN12与CIN11与第二谐振器10耦合，通过调节第六偏置电压8(bias6)，可以调节从端口输入的信号耦合到第一谐振器9、第二谐振器10通路的耦合强度。

第一谐振器9中变容二极管11CO111、CO112采用背靠背方式连接，第二谐振器10中CO121、CO122采用背靠背连接方式，第二偏置电压4(bias2)通过电阻12R同时加载到变容二极管11CO111与CO112的阴极公共连接端、CO121与CO122的阴极公共连接端，通过调节第二偏置电压4(bias2)，可以调节第一谐振器9、第二谐振器10的奇模谐振频率，达到独立调节第一谐振器9、第二谐振器10通道奇模通带的目的。

类似地，第一谐振器9中变容二极管11CE111、CE112采用背靠背方式连接，第二谐振器10中CE121、CE122采用背靠背连接方式，偏置电压bias3通过电阻12R同时加载到变容二极管11CE111与CE112的阴极公共连接端、CE121与CE122的阴极公共连接端，通过调节偏置电压bias3，可以调节第一谐振器9、第二谐振器10的偶模谐振频率，达到独立调节第一谐振器9、第二谐振器10通道偶模通带的目的。

第一谐振器9与第二谐振器10之间同时采用了两种耦合方式，保证了该通道需要的性能。耦合方式一为第一谐振器9与第二谐振器10间的缝隙耦合，耦合方式二为第一谐振器9与第二谐振器10间的变容二极管11耦合。

本发明通过采用背靠背连接的CC111与CC112、C11与C12、CC121与CC122辅助调节第一谐振器9与第二谐振器10间的耦合，其中，通过调节加载在CC111与CC112、CC121与CC122上的第五偏置电压7(bias5)，可以同时调节奇模通带与偶模通带的耦合系数，C11与C12位于谐振器正中间。

通过调节加载在C11与C12上的第四偏置电压6(bias4)，可以调节偶模通带的耦合系数。因此，通过调节加载到CC111与CC112、CC121与CC122上的第五偏置电压7(bias5)，C11与C12上的第四偏置电压6(bias4)，可以自由的调节奇模通带与偶模通带的耦合系数。

变容二极管11COUT11、COUT12采用背靠背方式连接，第一偏置电压3(bias1)通过电阻12R加载到变容二极管11COUT11与COUT12的阴极公共连接端，输出端口2通过COUT12与COUT11与第一谐振器9耦合，通过调节第一偏置电压3(bias1)，可以调节第一谐振器9、第二谐振器10通路输出的信号耦合到输出端口22的耦合强度。

对于另一个谐振器组的第三谐振器、第四谐振器的通路，采用的连接方式与第一谐振器9、第二谐振器10通路类似，不再复述。图2-图11验证了本发明的可行性。

如图2所示，固定偶模通带频率，调节奇模通带频率时S参数传输系数,调节变容二极管电压，奇模通带中心频率可由状态a1连续调节至状态a7，调节范围0.52GHz-0.72GHz，幅度不平衡度在1dB带宽内优于0.5dB。图3则显示了状态a1-a7对应的相位不平衡度，相位不平衡度在1dB带宽内优于5°。

同理，如图4所示，固定奇模通带频率，调节偶模通带频率S参数传输系数，调节变容二极管电压，偶模通带中心频率可由状态b1连续调节至状态b7，调节范围1.1GHz-1.4GHz，幅度不平衡度在1dB带宽内优于0.5dB。图5显示了b1-b7状态对应的相位不平衡度，相位不平衡度在1dB带宽内优于5°。

图6为消去偶模通带，调节奇模通带频率时S参数传输系数，调节变容二极管电压，奇模通带中心频率可由状态c1连续调节至状态c7，调节范围0.4GHz-0.72GHz，幅度不平衡度在1dB带宽内优于0.5dB。图7为c1-c7状态对应的相位不平衡度，相位不平衡度在1dB带宽内优于5°。

图8-图11显示了通过改变直流偏置电压、变容二极管在不同容值下的S参数测试结果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种微带线形式的可调单端到平衡滤波器，其特征在于：包括信号输入端、多个谐振器组，每个谐振器组分别耦合接至信号输入端，且每个谐振器组至少包括输出端口和两个呈环形谐振器，两个环形谐振器之间采用对称设置，且在两个谐振器之间留有耦合缝隙，环形谐振器一侧设置有奇模谐振开口，并在谐振器上均设置有多个偏置电压调节结构；

多个偏置电压调节结构分别包括耦合强度调节、频率调节、和耦合系数调节；

所述耦合强度调节包括:

连接到输出端口，并用于调节输出端口耦合强度的第一偏置电压；连接在输入端，用于调节输入端耦合强度的第六偏置电压；

所述频率调节包括：

设置在谐振器的奇模谐振开口，且用于独立调节谐振器奇模谐振频率的第二偏置电压；设置在两个谐振器耦合缝隙两侧，用于调节两个谐振器偶模谐振频率的第三偏置电压；

所述耦合系数调节包括：

设置在两个谐振器正中耦合缝隙内的，用于调节偶模通带的耦合系数的第四偏置电压；设置在两个谐振器外侧，并分别耦合接至两个谐振器，可同时调节奇模通带与偶模通带的耦合系数的第五偏置电压。

2.根据权利要求1所述的微带线形式的可调单端到平衡滤波器，其特征在于：每个偏置电压调节结构包括背对背连接的变容二极管组、通过电阻连接在变容二极管组的阴极公共连接端的偏置电压bias，所述变容二极管组包括通过阴极相连接的两个变容二极管。

3.根据权利要求1所述的微带线形式的可调单端到平衡滤波器，其特征在于：所述谐振器组为两个，且两个谐振器组呈中心对称。

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