CN111370823A - 二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，涉及四分之一波长并联短截线滤波器，属于基本电气元件的技术领域。该滤波器设置于一块介质基板上，主要由主传输线、N个四分之一波长开路短截线组合组成。主传输线由N+1段具有一定特性阻抗的四分之一波长的J变换器串联组成，相邻两个J变换器之间接1个四分之一波长开路短截线组合，每个开路短截线组合由M个特性阻抗不同的四分之一波长开路短截线并联组成。每个四分之一波长开路短截线通过一个PIN二极管与主传输线相连。通过M个控制电压可实现2M‑1组等效特性导纳，从而实现2M‑1种滤波器带宽，即实现二进制式带宽可重构的带阻滤波器。

Description

二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器
技术领域
本发明公开了二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，涉及并联短截线线滤波器，属于基本电气元件的技术领域。
背景技术
目前，广泛使用的滤波器有着不可调、功能固定的特点，因此，需大量的不同带宽指标的滤波器构成无线通信系统，这增加了无线通信系统的复杂性和体积。随着无线通信技术的快速发展，人们对通信的需求呈现多样化趋势，频谱资源越来越稀缺，为了充分利用十分有限的频谱资源，无线通信设备广泛采用了跳频、扩频、频率动态分配等技术，并且出现了支持多种通信制式的可重构通信系统，这些技术与系统不可或缺的器件——可重构滤波器近年来越来越受到重视。
现有的可重构带阻滤波器多集中于中心频率可重构，可重构的阻带带宽较少、可调范围有限、带宽状态较少。本申请旨在提出一类二进制式的带宽可重构的带阻滤波器，可通过M个控制电压获得2M-1种不同的滤波器带宽，有助于简化无线通信系统并减小体积。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，实现了现代无线通信系统中微波滤波器的带宽二进制可重构功能，解决了现有可重构带阻滤波器的可重构带阻带宽较少且可调范围有限以及带宽状态较少的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，该滤波器设置于一块介质基板上，主要由主传输线、N个四分之一波长开路短截线组合组成。主传输线由N+1个具有一定特性阻抗的四分之一波长J变换器串联组成，相邻两个J变换器的连接点处接1个四分之一波长开路短截线组合，每个开路短截线组合由M个特性阻抗不同的四分之一波长短截线并联组成。每个四分之一波长短截线的一端通过一个PIN二极管与主传输线相连，每个四分之一波长短截线的另一端开路，可通过焊接于短截线上的电阻对PIN二极管施加偏置电压，实现四分之一波长短截线靠近主传输线的一端在开路和短路两种状态之间切换。通过改变M组短截线靠近主传输线一端的开路/短路状态，可以获得2M-1个不同的等效特性导纳，这些等效特性导纳值跟每个短截线的特性阻抗相关。
共有M个带宽控制电压，同时控制每个开路短截线组合中的M个短截线靠主传输线一端开路/短路状态。通过M个控制电压可实现2M-1组等效特性导纳，从而实现2M-1种滤波器带宽，即实现二进制式带宽可重构的带阻滤波器。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明提出了一种由主传输线、N个四分之一波长开路短截线组合组成的带阻滤波器，每个四分之一波长开路短截线组合由M个特性阻抗不同的开路短截线并联组成，通过M个控制电压调节四分之一波长开路短截线靠主传输线一端的开路/短路状态，实现了2M-1种滤波器带宽的调制，从而实现带阻滤波器的二进制式带宽可重构功能，相较于现有可重构带阻滤波器具有带宽较宽、可调范围较大、带宽状态较多的优势。
(2)本申请提出的带阻滤波器，调节迅速，结构紧凑简单，尺寸较小，可与传统PCB工艺结合，工艺成熟，成本低廉。
附图说明
图1为N阶分布参数低通原型滤波器的二端口网络图。
图2为并联短截线带阻滤波器的拓扑结构图图。
图3为M＝3时四分之一波长开路短截线组合的具体实现图。
图4为M＝3,N＝2时二进制式带宽带阻可重构滤波器的总体结构图。
图5为M＝3,N＝2时二进制式带宽可重构带阻滤波器在七种不同状态下的S参数曲线。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示为一个N阶的分布参数低通原型滤波器，包括N个并联接地的电容和N+1个理想J变换器。两端的端口导纳分别为GA和GB。对于端口特性阻抗Z0为50欧姆的系统，GA＝GB＝1/Z0＝0.02西门子。J变换器跟电容Cai之间的关系为：
Figure BDA0002404028760000031
Figure BDA0002404028760000032
Figure BDA0002404028760000033
如果设定了所有J变换器的J值，则可以推导出每个电容的值。可以通过Richard变换获得如图2所示的带宽可重构带阻滤波器。其中每个J变换器由四分之一波长传输线实现，J值即为该段传输线的特性阻抗的倒数。所有的四分之一波长传输线形成了滤波器的主传输线。为了在阻带之外的通带获得较低的回波损耗，往往要求四分之一波长传输线J变换器的特性阻抗接近滤波器端口特性阻抗，通常为50欧姆。对于一定的相对带宽FBW＝BW/f0，每个电容Cai变换为特性阻抗为Zsi的开路短截线，且：
Figure BDA0002404028760000034
而带宽可重构就在于使用开路短截线组合，如图3所示。开路短截线组合往往包括多个(如M个)四分之一波长的短截线，每个短截线通过PIN二极管加载于主传输线的同一个位置。根据开关的通断，我们可以获得2M个工作状态，每个工作状态下，开路短截线组合都可等效为一定特性阻抗的四分之一波长开路短截线。表一给出M＝3情况下开路短截线组合的各状态等效特性阻抗，其中Z1＝52Ω，Z2＝105Ω，Z3＝210Ω。
当PIN二极管状态变化，Zsi变化，可以获得相对带宽FBW的变化。
表一：开路短截线组合的等效特性阻抗
Figure BDA0002404028760000035
Figure BDA0002404028760000041
如图4给出了一个二阶3bit可重构带阻滤波器(N＝2，M＝3)的拓扑结构。带阻滤波器的中心频率为2GHz。其中主传输线上的三个J变换器分别使用特性阻抗为50欧姆的四分之一波长传输线实现，J值均为0.02西门子。两个相同的四分之一波长开路短截线组合分别加载于主传输线，每个四分之一波长开路短截线组合包含三个开路短截线，分别通过PIN二极管加载于同一点。开路短截线的组合的相关参数和等效特性阻抗见表一。
在商用软件ADS中建立相关模型，对整体结构进行优化。图5给出了该二进制带宽可重构滤波器(M＝3，N＝2)的S参数曲线，七种状态下阻带的中心频率都是f0＝2GHz，001状态的阻带带宽BW＝1.55GHz，010状态的带宽BW＝1.42GHz,011状态的带宽BW＝1.13GHz,100状态的带宽BW＝1.29GHz,101状态的带宽BW＝0.92GHz，110状态的带宽BW＝0.68GHz，111状态的带宽BW＝0.39GHz。需要说明的是，在000状态，三个短截线均断开，滤波器呈现全通状态，阻带带宽可视为0。
以上所述的具体实施方式对本申请的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，其特征在于，包括：由N+1个具有一定特性阻抗的四分之一波长J变换器串联组成的主传输线以及N个具有2M-1个不同等效特性导纳的四分之一波长开路短截线组合，相邻两个J变换器的连接点处接一个四分之一波长开路短截线组合，M、N均为大于0的整数。
2.根据权利要求1所述二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，其特征在于，所述具有2M-1个不同等效特性导纳的四分之一波长开路短截线组合由M个特性阻抗不同的四分之一波长短截线并联组成，每个四分之一波长短截线的一端通过PIN二极管与主传输线连接，每个四分之一波长短截线的另一端开路，各四分之一波长开路短截线组合中特性阻抗相同的短截线受控于同一偏置电压。
3.根据权利要求1所述二进制式带宽可重构的并联短截线带阻滤波器，其特征在于，每个四分之一波长短截线上焊接有对PIN二极管施加偏置电压的限流电阻。
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