CN110444844A - 一种单通道与多通道可重构的滤波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单通道与多通道可重构的滤波电路，包括谐振器、一个输入端口及输出端口，所述输入端口分别与N个谐振器连接，所述N个谐振器中的每个谐振器再与N个谐振器耦合，整个电路共有N+N2个谐振器，所述N+N2个谐振器设置在金属腔体内，所述输出端口有N2个，N2个谐振器分别与N2个输出端口连接构成N2个滤波通道，还包括N+N2个开关控制电路，所述开关控制电路焊接在PCB板上，所述PCB板嵌入金属腔体中，开关控制电路与谐振器连接；通过切换开关控制电路的连通与断开，整个电路可以工作在一个通道和N2个通道两种状态，实现单刀多掷滤波开关和多路滤波功分器之间的功能可重构。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种单通道与多通道可重构的滤波电路。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，可开关的射频系统被广泛用于无线通信中，例如在一个由一个全向天线和多个定向天线组成的定向全向可切换天线系统中，滤波器和单刀多掷开关是重要的组成器件。当单刀多掷开关连通全向天线时，信号可以全向收发；当单刀多掷开关连通任意一个定向天线时，信号可以在任意一个方向收发从而实现波束扫描。为实现系统的低损耗、高隔离、小体积，滤波开关电路具有大量的需求。
由于平面结构的易集成，印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)微带结构被大量用于滤波开关设计；另外，多层低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramic，简称LTCC)技术由于其小型化的优势也被广泛使用。但是由于Q值的限制，它们的损耗很难满足一些实际应用中的需求，例如同时需要窄带和低损耗的应用场景中。由于高Q值的优点，同轴谐振器和介质谐振器被广泛使用于微波器件设计中，包括滤波器、功分器、交叉和耦合器等。
另外，对于上述的定向全向可切换天线系统，为了进一步减小系统的成本和体积，可通过将所有的定向天线全部连通来实现全向天线的功能，以此省略全向天线。这要求馈电网络中的滤波开关电路具有单通道和多通道的传输功能。目前报道的单刀多掷滤波开关可以实现单通道传输的功能，而多路滤波功分器可以实现多通道传输中的功能，但是它们都无法实现单通道传输和多通道传输之间的切换功能。
现有技术中提出了在单通道传输和双通道传输(即双路滤波功分器)可切换的电路；然而这两个电路是基于传统的威尔金森功分器实现的，难以扩展成更多通道的电路，并且这两个电路仅在双通道传输时具有滤波功能，当电路工作于单通道传输时不具有滤波功能；同时，这两个电路在单通道和双通道传输时，需要使用额外的可开关阻抗匹配网络(switchable impedance matching network)来实现两种状态下的端口匹配，增加了电路的损耗和复杂度；另外，这两个电路均是基于PCB电路实现的，具有低Q值的缺点且文中提出的技术难以在其他具有高Q值的电路中实现。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出一种单通道与多通道可重构的滤波电路。
本发明电路可以工作在单通道和多通道两种均具有良好滤波功能的状态，实现单刀多掷滤波开关和多路滤波功能器的功能可重构；在不使用额外可切换阻抗匹配网络的情况下，可以实现两种状态的端口匹配，减小了电路损耗和体积；且本发明采用的同轴谐振器具有高Q值的优点，适用于窄带低损耗的应用。
本发明采用如下技术方案：
一种单通道与多通道可重构的滤波电路，包括谐振器、一个输入端口及输出端口，所述输入端口分别与N个谐振器连接，所述N个谐振器中的每个谐振器再与N个谐振器耦合，整个电路共有N+N2个谐振器，所述N+N2个谐振器设置在金属腔体内，所述输出端口有N2个，N2个谐振器分别与N2个输出端口连接构成N2个滤波通道；
还包括N+N2个开关控制电路，所述开关控制电路焊接在PCB板上，所述PCB 板嵌入金属腔体中，开关控制电路与谐振器连接；
通过切换开关控制电路的连通与断开，整个电路工作在一个通道或N2个通道的状态，实现单刀多掷滤波开关和多路滤波功分器之间的功能可重构。
优选的，所述谐振器为同轴谐振器、微带谐振器、介质集成波导谐振器或介质谐振器。
优选的，每个谐振器通过耦合窗口再与N个谐振器耦合，耦合窗口大小相等。
优选的，所述耦合窗口中设置有耦合调节金属杆。
优选的，谐振器的末端上方设置调谐金属杆。
优选的，所述输入端口通过金属杆分别与N个谐振器连接。
优选的，所述开关控制电路包括一个开关二极管，一个电容和一个电感；开关二极管的负极与同轴谐振器相连，正极与电容连接后接地；电感的一端连接在开关二极管与电容之间，另一端连接直流电压源。
优选的，当N的值为2时，电路包括金属腔体、六个谐振器、六个开关控制电路、一个输入端口及四个输出端口，六个谐振器分别为第一谐振器，第二谐振器，第三谐振器，第四谐振器，第五谐振器和第六谐振器，四个输出端口分别为第一输出端口，第二输出端口，第三输出端口及第四输出端口；
所述输入端口连接到第一谐振器和第四谐振器，所述第一谐振器通过耦合窗口分别于第二和第三谐振器耦合，所述第四谐振器通过耦合窗口分别于第五和第六谐振器耦合；所述第一输出端口与第二谐振器连接，所述第二输出端口与第三谐振器连接，所述第三输出端口与第五谐振器连接，所述第四输出端口与第六谐振器连接；整个电路构成四个滤波通道，分别为从输入端口到第一输出端口的第一滤波通道，从输入端口到第二输出端口的第二滤波通道，从输入端口到第三输出端口的第三滤波通道，从输入端口到第四输出端口的第四滤波通道；
所述六个开关控制电路分别与六个谐振器连接，通过控制开关控制电路的连通与断开，整个电路实现单刀四掷滤波开关和四路滤波功分器之间的功能可重构。
优选的，当N为2时，电路为上下对称结构。
优选的，所述输入端口通过T型金属杆与谐振器连接
本发明的有益效果：
(1)本发明开关控制电路焊接在PCB上，PCB嵌入金属腔体中，使得每个开关控制电路与每个同轴谐振器相连接，通过切换开关控制电路的连通与断开，实现电路在单通道和多通道两种工作状态下切换，可用作全向定向可切换的天线系统的馈电网络，从而省略全向天线，减小系统体积和成本；
(2)本发明在单通道和多通道两种工作状态下都具有良好的滤波功能，不需要级联额外的滤波器，可避免级联带来的阻抗失配和损耗问题，并减小体积；
(3)本发明在单通道和多通道两种状态下切换时，不需要使用额外的可切换阻抗匹配网络就可以实现两种状态下的端口匹配，避免了可切换阻抗匹配网络带来的损耗。
附图说明
图1为本发明的单通道与多通道可重构的滤波电路当N＝2时的三维结构示意图。
图2为本发明的单通道与多通道可重构的滤波电路当N＝2时的俯视结构图。
图3为本发明的单通道与多通道可重构的滤波电路当N＝2时，电路处于四通道工作状态的仿真和测试结果。
图4为本发明的单通道与多通道可重构的滤波电路当N＝2时，电路处于单通道工作状态的仿真和测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1及图2所示，一种单通道与多通道可重构的滤波电路，整个电路包括一个金属腔体、多个谐振器、一个输入端口及输出端口，所述一个输入端口分别与N个谐振器连接，每个谐振器再与N个谐振器耦合，整个电路共有N+N2个谐振器，所述N+N2个谐振器设置在金属腔体内，N2个谐振器分别与N2个输出端口连接构成N2个滤波通道；
本发明还包括N+N2个开关控制电路，所述开关控制电路焊接在PCB板上，所述PCB板嵌入金属腔体中，开关控制电路与谐振器连接，通过切换开关控制电路的连通与断开，整个电路可以工作在一个通道和N2个通道两种状态，实现单刀多掷滤波开关和多路滤波功分器之间的功能可重构，且在功能切换的过程中不需要使用额外的阻抗匹配网络就可以实现两种状态下的输入端口匹配，所述N为自然数。
所述的开关控制电路9包括一个开关二极管，一个电容和一个电感；开关二极管的负极与同轴谐振器相连，正极与电容连接后接地；电感的一端连接在开关二极管与电容之间，另一端连接直流电压源。
谐振器可以为同轴谐振器、微带谐振器，介质集成波导谐振器及介质谐振器等。
本实施例中以N＝2为例进行说明。
当N的值为2时，整个电路包括一个金属腔体7，六个同轴谐振器，6个开关控制电路，1个输入端口P1和4个输出端口；6个同轴谐振器分别为第一谐振器1，第二谐振器2，第三谐振器3，第四谐振器4，第五谐振器5和第六谐振器6；4个输入端口分别为第一输出端口P2，第二输出端口P3，第三输出端口P4，第四输出端口P5；
所述输入端口P1通过T型金属杆8连接到第一谐振器1和第四谐振器4；所述第一谐振器通过耦合窗口分别于第二和第三谐振器耦合，所述第四谐振器通过耦合窗口分别于第五和第六谐振器耦合；所述第一输出端口P2与第二谐振器连接2，所述第二输出端口P3与第三谐振器3连接,所述第三输出端口P4与第五谐振器5连接，所述第四输出端口P5与第六谐振器连接P6；整个电路构成了四个滤波通道，分别为从输入端口到第一输出端口的第一滤波通道，从输入端口到第二输出端口的第二滤波通道，从输入端口到第三输出端口的第三滤波通道，从输入端口到第四输出端口的第四滤波通道。
所述的六个开关控制电路分别与六个同轴谐振器连接；通过控制六个开关控制电路的连通与断开，整个电路可以实现单刀四掷滤波开关和四路滤波功分器之间的功能可重构；当电路工作在单刀四掷滤波开关的功能时，信号可以出输入端口传输到四个输出端口中的任意一个，并具有滤波功能；当电路工作在四路滤波功分器的功能时，信号可以从输入端口等幅同相地同时传输到四个输出端口中，并具有滤波功能。
当N的值为2时，整个电路为上下对称的结构，所述的输入端口P1设置在中间位置，所述的第一、第二、第三谐振器和第一、第二输出端口设置在电路的上半部分，所述的第四、第五、第六谐振器和第三、第四输出端口设置在电路的下半部分。
所述的六个同轴谐振器的末端上方均设置有调谐金属杆，用于调节每个同轴谐振器的谐振频率。
当N的值为2时，位于第一谐振器与第二谐振器、第一谐振器与第三谐振器、第四谐振器与第五谐振器、第四谐振器与第六谐振器之间的四个耦合窗口大小相等，在每个耦合窗口中设置有耦合调节金属杆，用于调节谐振器之间的耦合。
图3和图4为本实施例的单通道和多通道可重构的滤波电路当N＝2时的实验结果图，从图3可以看出测试的单通道的通带中心频率为2.375GHz,3-dB 带宽为2.9％，中心频率处回波损耗为18.8dB，最小插入损耗为1.3dB，其余三个关断的通道有超过25.2dB的隔离，实现优良的单刀四掷滤波开关状态；从图 4可以看出测试的多通道的通带中心频率为2.37GHz,有着2.37％的3-dB带宽，最大的回波损耗达到28.8dB，最小的插入损耗为(6+0.8)dB，实现优良的四路滤波功分状态。
综上所述，本实施例可以在单刀四掷滤波开关和四路滤波功分器之间进行功能切换，且在两种状态下都具有良好的滤波功能。
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所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单通道与多通道可重构的滤波电路，其特征在于，包括谐振器、一个输入端口及输出端口，所述输入端口分别与N个谐振器连接，所述N个谐振器中的每个谐振器再与N个谐振器耦合，整个电路共有N+N2个谐振器，所述N+N2个谐振器设置在金属腔体内，所述输出端口有N2个，N2个谐振器分别与N2个输出端口连接构成N2个滤波通道；
还包括N+N2个开关控制电路，所述开关控制电路焊接在PCB板上，所述PCB板嵌入金属腔体中，开关控制电路与谐振器连接；
通过切换开关控制电路的连通与断开，整个电路工作在一个通道或N2个通道的状态，实现单刀多掷滤波开关和多路滤波功分器之间的功能可重构。
2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述谐振器为同轴谐振器、微带谐振器、介质集成波导谐振器或介质谐振器。
3.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，每个谐振器通过耦合窗口与N个谐振器耦合，耦合窗口大小相等。
4.根据权利要求3所述的滤波电路，其特征在于，所述耦合窗口中设置耦合调节金属杆。
5.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，谐振器的末端上方设置调谐金属杆。
6.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述输入端口通过金属杆分别与N个谐振器连接。
7.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述开关控制电路包括一个开关二极管，一个电容和一个电感；所述开关二极管的负极与谐振器相连，其正极与电容连接后接地；电感的一端连接在开关二极管与电容之间，另一端连接直流电压源。
8.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，当N的值为2时，电路包括金属腔体、六个谐振器、六个开关控制电路、一个输入端口及四个输出端口，六个谐振器分别为第一谐振器，第二谐振器，第三谐振器，第四谐振器，第五谐振器和第六谐振器，四个输出端口分别为第一输出端口，第二输出端口，第三输出端口及第四输出端口；
所述输入端口连接到第一谐振器和第四谐振器，所述第一谐振器通过耦合窗口分别与第二和第三谐振器耦合，所述第四谐振器通过耦合窗口分别与第五和第六谐振器耦合；所述第一输出端口与第二谐振器连接，所述第二输出端口与第三谐振器连接，所述第三输出端口与第五谐振器连接，所述第四输出端口与第六谐振器连接；整个电路构成四个滤波通道，分别为从输入端口到第一输出端口的第一滤波通道，从输入端口到第二输出端口的第二滤波通道，从输入端口到第三输出端口的第三滤波通道，从输入端口到第四输出端口的第四滤波通道；
所述六个开关控制电路分别与六个谐振器连接，通过控制开关控制电路的连通与断开，整个电路实现单刀四掷滤波开关和四路滤波功分器之间的功能可重构。
9.根据权利要求8所述的滤波电路，其特征在于，当N为2时，电路为上下对称结构。
10.根据权利要求8所述的滤波电路，其特征在于，所述输入端口通过T型金属杆与谐振器连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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