CN111817685A - 一种电调微波有源滤波器 - Google Patents
一种电调微波有源滤波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111817685A CN111817685A CN202010756641.5A CN202010756641A CN111817685A CN 111817685 A CN111817685 A CN 111817685A CN 202010756641 A CN202010756641 A CN 202010756641A CN 111817685 A CN111817685 A CN 111817685A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- active
- active resonator
- filter
- resonator
- coupling capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 170
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 162
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 162
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 162
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 50
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 23
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 8
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 4
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 101100134058 Caenorhabditis elegans nth-1 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microwave Amplifiers (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种由输入端（1）、输出端（2）、n个损耗补偿型电调有源谐振器、n+1个耦合电容器级联而成的电调微波有源滤波器，其中心频率、通带宽度可通过各有源谐振器和耦合电容器的直流偏置电压进行调整，由于采用了损耗补偿电路，其带内插入损耗较小；本发明可用砷化镓、硅等集成电路工艺实现。
Description
技术领域
本发明涉及微波耦合谐振器滤波器领域，尤其涉及一种由若干个损耗补偿型电调有源谐振器和若干个耦合电容器组成的耦合谐振器滤波器。
背景技术
现有微波耦合谐振器滤波器如同轴腔体滤波器和立体螺旋滤波器、平面螺旋滤波器、介质滤波器等大都是中心频率和通带宽度不可调整或仅机械可调的无源滤波器，这大大降低了单款滤波器的使用范围。
发明内容
本发明目的是克服和解决现有耦合谐振器滤波器中心频率和通带宽度不可电调整的缺点和技术问题，提供一种中心频率和通带宽度均可通过直流电压调整的电调微波有源滤波器（以下简称“滤波器”），它由一个输入端、一个输出端、n个损耗补偿型电调有源谐振器（以下简称“有源谐振器”）（n为大于1、小于10的正整数）与n+1个耦合电容器级联而成，其连接关系为：输入端与输入耦合电容器相电气连接，输入耦合电容器另一端与第一有源谐振器、第一级间耦合电容器相电气连接，第一级间耦合电容器的另一端与第二有源谐振器、第二级间耦合电容器相电气连接，第二级间耦合电容器的另一端与第三有源谐振器、下一级间耦合电容器相电气连接，以此类推，第n-1级间耦合电容器与第n有源谐振器、和输出耦合电容器相电气连接，第一有源谐振器、第二有源谐振器、第三有源谐振器、...、第n有源谐振器的接地端接地；为了产生一对传输零点，还应设置一条电气连接于两相隔较远的非相邻有源谐振器接地过孔开路端比如第一有源谐振器接地过孔开路端和第n有源谐振器接地过孔开路端的交叉耦合微带线；滤波器输入端和输出端与有源谐振器之间、相邻两有源谐振器之间的信号耦合分别通过耦合电容器实现，故属于容性耦合型耦合谐振器滤波器。
所述损耗补偿型电调有源谐振器由一个微带菱形线圈、一个接地过孔、一个补偿放大器、一个可变电容器组成，其中微带菱形线圈和接地过孔组成有源谐振器的并联谐振体，微带菱形线圈包含一个开路端、一个接地端、一个抽头，其接地端与接地过孔相电气连接，开路端与补偿放大器和可变电容器相电气连接。
以微带菱形线圈过其接地端的对角线为纵向对角线，另一对角线为横向对角线，则所述滤波器中所有微带菱形线圈排列成一个直线阵列且所有微带菱形线圈的横向对角线在同一直线上或接近于同一直线，这样对角排列的两微带菱形线圈在相同间距的情况下感性耦合最弱，对滤波器性能的影响最小，这种微弱的感性耦合可通过适度增加各耦合电容器的电容量来抵消，使其对滤波器性能的影响进一步降低；当滤波器的阶数较高即有源谐振器的数量较多时——比如超过五个——微调各耦合电容器不足以抵消线圈感性耦合的有害影响，此时，可将滤波器分成有源谐振器数量不多于四个的左、右俩部分，其间用金属隔墙隔开，隔墙要尽量薄，以免过多影响滤波器性能。以输入端为起始点，容性耦合谐振器滤波器对最前两个有源谐振器之间的容性耦合强度和最后两个有源谐振器之间的容性耦合强度的要求比对中间各级间容性耦合强度大，因此所需耦合电容量较大，为了减少最前两个有源谐振器之间耦合电容器和最后两个有源谐振器之间的耦合电容器因抵消感性耦合所需要增加的电容量，应将最前两个有源谐振器和最后两个有源谐振器相互反向排列，即两谐振器的相邻边为近开路边、相离边为近地边。
所述滤波器的插入损耗由各耦合电容器和各有源谐振器的损耗电阻决定，各补偿放大器的作用就是使各有源谐振器中产生一个负阻以抵消上述损耗电阻；所有补偿放大器均是一个单级或多级放大器，其末级为一个射极跟随器或源极跟随器，即共集电极放大电路或共漏极放大电路；从补偿放大器输入端分流的微波信号经补偿放大器放大后形成补偿电流再由微带菱形线圈的抽头注入线圈，使得线圈呈现负阻状态，从而补偿有源谐振器及与其相邻的耦合电容器的总损耗；所有有源谐振器均产生一个负阻，结果是所有元件的固有损耗得到补偿，各有源谐振器的品质因数即无载Q值被大大提高，相应地，滤波器的插入损耗和矩形特性等技术指标也得到很大的改善；改变各有源谐振器中补偿放大器的偏置电压，即可改变滤波器的插入损耗和矩形特性。
所述滤波器的中心频率主要由各有源谐振器的谐振频率确定，而各有源谐振器中的可变电容器由一个漏、源短路的场效应管或一个变容二极管和若干偏置元件组成，改变各有源谐振器中可变电容器的偏置电压等效于改变各有源谐振器中的谐振电容，从而改变了各有源谐振器的谐振频率，进而改变了滤波器的中心频率，因此可变电容器使滤波器中心频率可由直流电压调整。
所述滤波器的通带宽度主要由各耦合电容器所主要决定的各级耦合强度决定；而各耦合电容器均由一个漏源短路的场效应管或一对串联的漏源短路的场效应管或一个变容二极管或一对串联的变容二极管和若干偏置元件及若干段微带线组成，故改变各耦合电容器的偏置电压就可改变他们的电容量，从而改变各级耦合的强度使之与滤波器的通带宽度等特性相符，因此滤波器的通带宽度主要通过各耦合电容器的偏置电压来调整。
为了得到滤波器的传输零点，通常需要在相隔较远的某两个非相邻有源谐振器之间人为引入交叉感性耦合，为此，本发明同时提供一种在两有源谐振器之间引入交叉感性耦合的装置，它是一段较长的高阻微带线，即交叉耦合微带线，它串联于两有源谐振器接地过孔的开路端，通过两有源谐振器的接地过孔形成感性耦合回路，使两有源谐振器之间产生感性耦合，从而使滤波器的传输特性中具有所需的传输零点。
所述有源谐振器的负阻具有频变特性，这使得滤波器的带内不平坦度较大；在各补偿放大器放大管的基极或栅极串联一个小电阻，可以改善滤波器的带内平坦度，代价是少量增加了整个滤波器的功耗。
为了降低滤波器复杂度和设计难度，所述滤波器可以采用对称结构，如六有源谐振器滤波器，可以中心面对称分为两半，左半部分与右半部分的电路结构、元件及其参数完全相同，只是排列方向相反。
本发明的有益效果为：所提供的滤波器其中心频率和通带宽度均可调；所提供的滤波器可提高雷达的电子对抗水平，可使手机、通信设备、通信系统、仪器设备、无线路由器、物联网设备等性能得到较大改善。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明:
图1为本发明所述一种电调微波有源滤波器的原理框图；
图2为本发明所述一种电调微波有源滤波器实施例的原理框图；
图3为本发明实施例左半电路的原理图；
图4为本发明实施例所用微带菱形线圈的形状尺寸图；
图5为本发明实施例中心频率调整到10GHz时滤波器传输和反射频率响应曲线；
图6为本发明实施例中心频率调整到11GHz时滤波器传输和反射频率响应曲线；
具体实施方式:
如图1所示，一种电调微波有源滤波器，由输入端1、输出端2、n个损耗补偿型电调有源谐振器（n为大于1、小于10的正整数）、n+1个耦合电容器级联而成，即由输入端1、输出端2、输入耦合电容器3、第一级间耦合电容器4、第二级间耦合电容器5、第n-1级间耦合电容器6、输出耦合电容器7、第一有源谐振器8、 第二有源谐振器9、第三有源谐振器10、第n有源谐振器11按图中所示顺序级联而成，图中省略了第三级间至第n-1级间耦合电容器和第四至第n-1有源谐振器；其连接关系为：输入端1与输入耦合电容器3相电气连接，输入耦合电容器3的另一端与第一有源谐振器8、第一级间耦合电容器4相电气连接，第一级间耦合电容器4的另一端与第二有源谐振器9、第二级间耦合电容器5相电气连接，第二级间耦合电容器5的另一端与第三有源谐振器10、下一级间耦合电容器（图中省略）相电气连接，以此类推，第n-1级间耦合电容器6与第n有源谐振器11和输出耦合电容器7相电气连接，第一有源谐振器8、第二有源谐振器9、第三有源谐振器10、第n有源谐振器11的接地端接地；为了产生一对传输零点，还应设置一条电气连接于两相隔较远的非相邻有源谐振器接地过孔开路端比如第一有源谐振器接地过孔16开路端和第n有源谐振器接地过孔28开路端的交叉耦合微带线12；滤波器输入端1、输出端2与有源谐振器之间、相邻两有源谐振器之间的信号耦合分别通过耦合电容器实现，故属于容性耦合型耦合谐振器滤波器。
所述损耗补偿型电调有源谐振器是如图1所示的第一有源谐振器8、第二有源谐振器9、第三有源谐振器10、第n有源谐振器11等，它们各由一个微带菱形线圈、一个接地过孔、一个补偿放大器、一个可变电容器以相同的连接关系组成，以第一有源谐振器8为例，它由第一微带菱形线圈15、第一有源谐振器接地过孔16、第一补偿放大器13、第一可变电容器14组成，第一微带菱形线圈15的开路端与第一补偿放大器13的输入端、第一可变电容器14的一端相电气连接，第一微带菱形线圈15的接地端与第一有源谐振器接地过孔16相电气连接，第一微带菱形线圈15与第一有源谐振器接地过孔16组成第一有源谐振器8的并联谐振体，第一微带菱形线圈15的抽头与第一补偿放大器13的输出端相电气连接，第一可变电容器14的另一端接地；再以第n有源谐振器11为例，它由第n微带菱形线圈27、第n有源谐振器接地过孔28、第n补偿放大器26、第n可变电容器25组成，第n微带菱形线圈27的开路端与第n补偿放大器26的输入端、第n可变电容器25的一端相电气连接，该连接点为第n有源谐振器11的开路端，第n微带菱形线圈27的接地端与第n有源谐振器接地过孔28相电气连接，第n微带菱形线圈27与第n有源谐振器接地过孔28组成第n有源谐振器11的并联谐振体，第n微带菱形线圈27的抽头与第n补偿放大器26的输出端相电气连接，第n可变电容器25的另一端接地。
以微带菱形线圈过其接地端的对角线为纵向对角线，另一对角线为横向对角线，则，如图1所示，所有有源谐振器中的微带菱形线圈即第一微带菱形线圈15、第二微带菱形线圈19、第三微带菱形线圈23、...、以及第n微带菱形线圈27应排列成一个直线阵列，并相互间隔适当或稍大的间距，且所有微带菱形线圈的横向对角线在同一直线上或接近于同一直线，这样对角排列的两微带菱形线圈在相同间距的情况下感性耦合最弱，对滤波器性能的影响最小，这种微弱的感性耦合可通过适度增加各耦合电容器的电容量来尽量抵消，使其对滤波器性能的影响进一步降低；当滤波器的阶数较高即有源谐振器的数量较多时——比如超过五个——微调各耦合电容器不足以抵消线圈感性耦合的有害影响，此时，可将滤波器分成有源谐振器数量不多于四个的左、右俩部分，其间用金属隔墙隔开，隔墙要尽量薄，以免过多影响滤波器性能。
以输入端口为起始点，容性耦合谐振器滤波器对最前两个有源谐振器之间的容性耦合强度和最后两个有源谐振器之间的容性耦合强度的要求比对中间各级间容性耦合强度大，即图1中第一级间耦合电容器4和第n-1级间耦合电容器6的电容量比其它级间耦合电容器的电容量更大，为了减少第一级间耦合电容器4和第n-1级间耦合电容器6因抵消感性耦合所需要增加的电容量，应将第一有源谐振器8和第二有源谐振器9、第n有源谐振器11和其前面的有源谐振器相互反向排列，即两谐振器的相邻边为近开路边、相离边为近地边。
所述滤波器的插入损耗由各耦合电容器和各有源谐振器的损耗电阻决定，各补偿放大器的作用就是使各有源谐振器中产生一个负阻以抵消上述损耗电阻；以第一有源谐振器8为例，第一补偿放大器13是一个单级或多级放大器，其末级为一个射极跟随器或源极跟随器，即共集电极放大电路或共漏极放大电路，从第一补偿放大器13输入端分流的微波信号经第一补偿放大器13放大后形成补偿电流再由第一微带菱形线圈15的抽头注入线圈，使得线圈呈现负阻状态，从而补偿第一有源谐振器8及与其相邻的输入耦合电容器3和第一级间耦合电容器4的总损耗；所有有源谐振器均产生一个负阻，结果是所有元件的固有损耗得到补偿，各有源谐振器的品质因数即无载Q值被大大提高，相应地，滤波器的插入损耗和矩形特性等技术指标也得到很大的改善；改变各有源谐振器中补偿放大器的偏置电压，即可改变滤波器的插入损耗和矩形特性。
所述滤波器的中心频率主要由各有源谐振器的谐振频率确定，而各有源谐振器中的可变电容器由一个漏、源短路的场效应管或一个变容二极管和若干偏置元件组成，改变各有源谐振器中可变电容器的偏置电压等效于改变各有源谐振器中的谐振电容，从而改变了各有源谐振器的谐振频率，进而改变了滤波器的中心频率，因此可变电容器使滤波器中心频率可由直流电压调整；以第一有源谐振器8为例，第一可变电容器14是参与第一有源谐振器8谐振的主要电容，因其由一个漏源短路的场效应管或一个变容二极管和若干偏置元件组成，改变其偏置电压就改变了其电容量，这等效于改变了第一有源谐振器8的总谐振电容，从而改变了该谐振器的谐振频率。
所述滤波器的通带宽度主要由各耦合电容器所主要决定的各级耦合的强度决定；输入耦合电容器3决定了输入端1与第一有源谐振器8之间的耦合强度、第一级间耦合电容器4决定了第一有源谐振器8与第二有源谐振器9之间的耦合强度、第二级间耦合电容器5决定了第二有源谐振器9与第三有源谐振器10之间的耦合强度、以此类推，输出耦合电容器7决定了第n有源谐振器11与输出端2之间的耦合强度；而各耦合电容器均由一个漏源短路的场效应管或一对串联的漏源短路的场效应管或一个变容二极管或一对串联的变容二极管和若干偏置元件及若干段微带线组成，故改变输入耦合电容器3、第一级间耦合电容器4、第二级间耦合电容器5、第n-1级间耦合电容器6、输出耦合电容器7的偏置电压就可改变他们的电容量，从而改变各级耦合的强度使之与滤波器的通带宽度等特性相符，因此滤波器的通带宽度主要通过各耦合电容器的偏置电压来调整。
为了得到滤波器的传输零点，通常需要在相隔较远的某两个非相邻有源谐振器之间人为引入交叉感性耦合，为此，本发明同时提供一种在两有源谐振器之间引入交叉感性耦合的装置，它是一段较长的高阻微带线，即交叉耦合微带线（12），它串联于两有源谐振器接地过孔的开路端，通过两有源谐振器的接地过孔形成感性耦合回路，使两有源谐振器之间产生感性耦合，从而使滤波器的传输特性中具有所需的传输零点；例如对于阶数大于或等于4的偶数阶滤波器，交叉耦合微带线12两端分别电气连接于第一有源谐振器接地过孔16和第n有源谐振器接地过孔28之间，形成通带低频侧和高频侧各一个即一对传输零点。
所述有源谐振器的负阻具有频变特性，这使得滤波器的带内不平坦度较大；在各补偿放大器放大管的基极或栅极串联一个小电阻，可以改善滤波器的带内平坦度，代价是少量增加了整个滤波器的功耗。
为了降低滤波器复杂度和设计难度，所述滤波器可以采用对称结构，如六有源谐振器滤波器，可以中心面对称分为两半，左半电路与右半电路的电路结构、元件及其参数完全相同，只是排列方向相反，图2所示为一种对称六有源谐振器滤波器，其右半电路与左半电路完全相同，只是处于对称位置上的两元件相互反向排列，故其右半电路的元件采用与左侧相同的编号。
实施例：如图2所示，一个六有源谐振器耦合谐振器滤波器，采用对称结构，右半电路与左半电路以中心对称面93对称，结构及元件参数完全相同，方向相反；左半电路由输入端1、输出端2、输入耦合电容器3、第一级间耦合电容器4、第二级间耦合电容器5、第三级间耦合电容器半部分29、第一有源谐振器8、 第二有源谐振器9、第三有源谐振器10按图中所示顺序级联在一起外加交叉耦合微带线12的半段微带线92组合而成，其连接关系为：输入端1与输入耦合电容器3相电气连接，输入耦合电容器3的另一端与第一有源谐振器8、第一级间耦合电容器4相电气连接，第一级间耦合电容器4的另一端与第二有源谐振器9、第二级间耦合电容器5相电气连接，第二级间耦合电容器5的另一端与第三有源谐振器10、第三级间耦合电容器半部分29相电气连接，第三级间耦合电容器半部分29与其右半电路中的对称部分相电气连接，交叉耦合微带线12的半段微带线92一端电气连接于第一有源谐振器接地过孔16的开路端，另一端与其右半电路中的对称部分相电气连接；第一有源谐振器8、第二有源谐振器9、第三有源谐振器10的接地端接地。
第一有源谐振器8由第一微带菱形线圈15、第一有源谐振器接地过孔16、第一补偿放大器13、第一可变电容器14组成；第二有源谐振器9由第二微带菱形线圈19、第二有源谐振器接地过孔20、第二补偿放大器18、第二可变电容器17组成；第三有源谐振器10由第三微带菱形线圈23、第三有源谐振器接地过孔24、第三补偿放大器22、第三可变电容器21组成；第二有源谐振器9、第三有源谐振器10和第一有源谐振器8的电路结构、连接关系相同，故其连接关系参见第一有源谐振器8的连接关系，不另作描述。
以下描述图2中各部件的详细功能和构成。
如图3所示，输入耦合电容器3的电容由漏、源短路的输入变容场效应管34及与其相串联的首甲微带线32、首乙微带线35、首丙微带线36来实现，该三段微带线相互串联后一端接输入端1，另一端与输入变容场效应管34的漏极相电气连接，输入变容场效应管34的首容偏置电压Vci通过首偏限流电阻30、首阻场效应管33加到输入变容场效应管34的源极，首阻场效应管33起高频扼流作用，它被通过首栅电阻31加于其栅极的首阻控制电压Vri所控制，从而被偏置于高阻态，首阻场效应管33的源极与输入变容场效应管34的源极相电气连接，输入变容场效应管34的栅极是输入耦合电容器3的输出端，其电气连接于第一有源谐振器8的开路端并通过第一微带菱形线圈15实现直流接地；第一级间耦合电容器4的电容由漏、源短路的次甲变容场效应管39、次乙变容场效应管44和串联于其间的次甲微带线41、次乙微带线42、次丙微带线43来实现，次间偏置电压Vc12依次经次偏限流电阻38、次阻场效应管40加到次乙微带线42的线边中心位置，从而加到次甲变容场效应管39、次乙变容场效应管44的漏极，次阻场效应管40起高频扼流作用，它被通过次栅电阻37加于其栅极的次阻控制电压Vr12所控制，从而被偏置于高阻态，次阻场效应管40的源极与次乙微带线42的线边中心位置相电气连接，次甲变容场效应管39、次乙变容场效应管44的栅极分别是第一级间耦合电容器4的输入端和输出端，其分别电气连接于第一有源谐振器8的开路端、第二有源谐振器9的开路端实现直流接地；第二级间耦合电容器5的电容由漏、源短路的内甲变容场效应管48、内乙变容场效应管52和串联于其间的内甲微带线49、内乙微带线50、内丙微带线51来实现，内间偏置电压Vc23依次经内偏限流电阻46、内阻场效应管47加到内甲变容场效应管48的源极，内阻场效应管47起高频扼流作用，它被通过内栅电阻45加于其栅极的内阻控制电压Vr23所控制，从而被偏置于高阻态，内阻场效应管47的源极与内甲变容场效应管48的源极相电气连接，内甲变容场效应管48、内乙变容场效应管52的栅极分别是第二级间耦合电容器5的输入端和输出端，其分别电气连接于第二有源谐振器9的开路端、第三有源谐振器10的开路端实现直流接地；第三级间耦合电容器半部分29的电容由漏、源短路的中甲变容场效应管56和串联于其漏极的中甲微带线57、中乙微带线58、中丙微带线59来实现，中间偏置电压Vc34依次经中偏限流电阻54、中阻场效应管55加到中甲变容场效应管56的源极，中阻场效应管55起高频扼流作用，它被通过中栅电阻53加于其栅极的中阻控制电压Vr34所控制，从而被偏置于高阻态，中阻场效应管55的源极与中甲变容场效应管56的源极相电气连接，中甲变容场效应管56的栅极是第三级间耦合电容器29的输入端，其电气连接于第三有源谐振器10的开路端实现直流接地。
再如图3所示，第一补偿放大器13与第二补偿放大器18、第三补偿放大器22的结构、功能、元件类型完全相同，仅元件参数有差别；第一可变电容器14与第二可变电容器17、第三可变电容器21的结构、功能、元件类型完全相同，仅元件参数有差别；因此下面仅以第一补偿放大器13和第一可变电容器14为例详细说明：第一补偿放大器13由第一补放场效应管64、第一补甲旁路电容65、第一补乙旁路电容66、第一补甲限流电阻63、第一补甲栅偏电阻62、第一补甲均衡电阻61、第一补甲串联电容60组成，微波信号依次经第一补甲串联电容60、第一补甲均衡电阻61进入第一补放场效应管64的栅极，信号电流被放大后由第一补放场效应管64的源极流出第一补偿放大器13，第一补放场效应管64的漏极经第一补甲旁路电容65和第一补乙旁路电容66对微波信号短路到地，滤波器供电电压Vcc经第一补甲限流电阻63加于第一补放场效应管64的漏极，第一栅极偏置电压Vg1经第一补甲栅偏电阻62加于第一补放场效应管64的栅极，第一补甲串联电容60与第一微带菱形线圈15相电气连接的一端为第一补偿放大器13的输入端，第一补放场效应管64的源极为第一补偿放大器13的输出端；第一可变电容器14由第一变容场效应管68、第一变甲旁路电容69、第一变乙旁路电容70、第一变偏电阻67组成，第一可变电容器14的电容由漏、源短路的第一变容场效应管68的栅源电容加栅漏电容实现，第一变容场效应管68源极和漏极通过第一变甲旁路电容69、第一变乙旁路电容70对微波信号短路到地，第一变容偏置电压Vt1通过第一变偏电阻67加于第一变容场效应管68的漏极。
本实施例中还在中心对称面93的位置设置了一块厚度为0.2毫米的隔离墙，用以减少左、右两半电路中的有害感性耦合。
本实施例中，需要根据所用场效应管的特性确定一个参考电压Vref，然后令Vri=Vci-Vref、Vr12=Vc12-Vref、Vr23=Vc23-Vref、Vr34=Vc34-Vref，于是该六有源谐振器耦合谐振器滤波器最后的控制电压为Vci、Vc12、V23、Vc24、Vg1、Vg2、Vg3、Vt1、Vt2、Vt3。
作为一种优选方案，本实施例采用了海威华芯0.25微米砷化镓pHEMT集成电路工艺来实现，砷化镓基片厚0.1微米，相对介电常数为12.9，滤波器供电电压Vcc=+5V，接地方式为反面过孔接地；根据所用pHEMT的特性，选定参考电压Vref为1.4V；滤波器中的第一微带菱形线圈15、第二微带菱形线圈19、第三微带菱形线圈23采用相同的形状和尺寸，抽头位置也相同，其形状、尺寸如图4所示；其它元件的参数如下：第一补放场效应管64、第二补放场效应管77、第三补放场效应管88的型号均为PPA25F02W050，首阻场效应管33、次阻场效应管40、内阻场效应管47、中阻场效应管55的型号均为PPA25F02W008，输入变容场效应管34的型号为PPA25F02W037，次甲变容场效应管39、次乙变容场效应管44的型号均为PPA25F02W025，内甲变容场效应管48、内乙变容场效应管52的型号均为PPA25F02W022，中甲变容场效应管56的型号为PPA25F02W023，第一变容场效应管68的型号为PPA25F02W034，第二变容场效应管72的型号为PPA25F02W055，第三变容场效应管82的型号为PPA25F02W051，第一补甲串联电容60、第一补甲串联电容75、第三补甲串联电容85均为容值5.145pF面积8800平方微米的片上不规则MIM电容，第一补甲旁路电容65、第二补甲旁路电容73、第三补甲旁路电容83均为容值9.1pF面积15400平方微米的片上不规则MIM电容，第一补乙旁路电容66、第二补乙旁路电容74、第三补乙旁路电容84均为容值13.025pF面积22080平方微米的片上不规则MIM电容，第一补甲限流电阻63、第二补甲限流电阻78、第三补甲限流电阻89均为阻值55.333欧姆宽3微米长30微米的片上TFR电阻，首偏限流电阻30、次偏限流电阻38、内偏限流电阻46、中偏限流电阻54均为阻值8277.683欧姆宽3微米长125微米的片上ISO_R电阻，首栅电阻31、次栅电阻37、内栅电阻45、中栅电阻53、第一补甲栅偏电阻62、第二补甲栅偏电阻94、第三补甲栅偏电阻87、第一变偏电阻67、第二变偏电阻71、第一变偏电阻81均为阻值31.877千欧姆宽3微米长485微米的片上ISO_R电阻，第一补甲均衡电阻61为阻值20.75欧姆宽8微米长3微米的片上TFR电阻，第二补甲均衡电阻76、第三补甲均衡电阻86均为阻值22.133欧姆宽8微米长3微米的片上TFR电阻，交叉耦合微带线12的半段微带线92为长1489微米宽20微米的M1+M2金属层微带线，首甲微带线32、首乙微带线35、首丙微带线36分别为长77微米宽20微米、长63微米宽30微米、长15微米宽14微米的M1+M2金属层微带线，次甲微带线41、次乙微带线42、次丙微带线43分别为长14.7微米宽14微米、长65微米宽14微米、长17微米宽14微米的M1+M2金属层微带线，内甲微带线49、内乙微带线50、内丙微带线51分别为长43微米宽14微米、长148.5微米宽20微米、长31微米宽14微米的M1+M2金属层微带线，中甲微带线57、中乙微带线58、中丙微带线59分别为长47微米宽14微米、长121微米宽20微米、长250微米宽35微米的M1+M2金属层微带线。
当Vci、Vc12、V23、Vc24、Vg1、Vg2、Vg3、Vt1、Vt2、Vt3分别为1.2802V、1.3167V、1.3306V、1.3249V、-1.1237V、-1.1218V、-1.1166V、1.2174V、1.1822V、1.1194V时，滤波器的传输和反射频率响应曲线如图5所示，显示此时滤波器的中心频率为10GHz，通带宽度为0.5GHz，传输损耗为40dB时的矩形系数小于2，带内反射损耗大于19dB，带内不平坦度小于1.52dB, 带外抑制大于53dB，传输曲线dB(S(2,1))在通带内高频端部分为正值，滤波器在这些频率处存在增益，这是损耗补偿的正常结果，传输曲线还显示在9.42GHz和10.68GHz处各有一个传输零点，这是交叉耦合微带线12所起的作用。
当Vci、Vc12、V23、Vc24、Vg1、Vg2、Vg3、Vt1、Vt2、Vt3分别为1.3600V、1.3837V、1.3882V、1.3827V、-1.1455V、-1.1483V、-1.1468V、1.5750V、1.4639V、1.4794V时，滤波器的传输和反射频率响应曲线如图6所示，显示此时滤波器的中心频率为11GHz，通带宽度为0.6GHz，传输损耗为40dB时的矩形系数小于2，带内反射损耗大于19dB，带内不平坦度小于0.92dB, 带外抑制大于51dB，传输曲线dB(S(2,1))在通带内高频端部分为正值，滤波器在这些频率处存在增益，这是损耗补偿的正常结果，传输曲线还显示在10.32GHz和11.76GHz处各有一个传输零点，这是交叉耦合微带线12所起的作用。
Claims (5)
1.一种电调微波有源滤波器，它由输入端（1）、输出端（2）、n个损耗补偿型电调有源谐振器（n为大于1、小于10的正整数）、n+1个耦合电容器级联而成，即由输入端（1）、输出端（2）、输入耦合电容器（3）、第一级间耦合电容器（4）、第二级间耦合电容器（5）、第n-1级间耦合电容器（6）、输出耦合电容器（7）、第一有源谐振器（8）、 第二有源谐振器（9）、第三有源谐振器（10）、第n有源谐振器（11）级联而成；其连接关系为：输入端（1）与输入耦合电容器（3）相电气连接，输入耦合电容器（3）的另一端与第一有源谐振器（8）、第一级间耦合电容器（4）相电气连接，第一级间耦合电容器（4）的另一端与第二有源谐振器（9）、第二级间耦合电容器（5）相电气连接，第二级间耦合电容器（5）的另一端与第三有源谐振器（10）和下一级间耦合电容器相电气连接，以此类推，第n-1级间耦合电容器（6）与第n有源谐振器（11）和输出耦合电容器（7）相电气连接，第一有源谐振器（8）、第二有源谐振器（9）、第三有源谐振器（10）、第n有源谐振器（11）的接地端接地；为了产生一对传输零点，还设置了一条电气连接于两相隔较远的非相邻有源谐振器接地过孔开路端比如第一有源谐振器接地过孔（16）开路端和第n有源谐振器接地过孔（28）开路端的交叉耦合微带线（12）；滤波器输入端（1）、输出端（2）与有源谐振器之间、相邻两有源谐振器之间的信号耦合分别通过耦合电容器实现，故属于容性耦合型耦合谐振器滤波器。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征是，其损耗补偿型电调有源谐振器如第一有源谐振器（8）、第二有源谐振器（9）、第三有源谐振器（10）、第n有源谐振器（11）等，各由一个微带菱形线圈、一个接地过孔、一个补偿放大器、一个可变电容器以相同的连接关系组成，以第一有源谐振器（8）为例，它由第一微带菱形线圈（15）、第一有源谐振器接地过孔（16）、第一补偿放大器（13）、第一可变电容器（14）组成，第一微带菱形线圈（15）的开路端与第一补偿放大器（13）的输入端、第一可变电容器（14）的一端相电气连接，第一微带菱形线圈（15）的接地端与第一有源谐振器接地过孔（16）相电气连接，第一微带菱形线圈（15）与第一有源谐振器接地过孔（16）组成第一有源谐振器（8）的并联谐振体，第一微带菱形线圈（15）的抽头与第一补偿放大器（13）的输出端相电气连接，第一可变电容器（14）的另一端接地；各补偿放大器的作用使各有源谐振器中产生一个负阻以抵消该有源谐振器及其前后耦合电容器中的损耗电阻；所有有源谐振器均产生一个负阻，结果是所有元件的固有损耗得到补偿，各有源谐振器的品质因数即无载Q值被大大提高，相应地，滤波器的插入损耗和矩形特性等技术指标也得到很大的改善，改变各有源谐振器中补偿放大器的偏置电压，即可改变滤波器的插入损耗和矩形特性。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征是，以微带菱形线圈过其接地端的对角线为纵向对角线，另一对角线为横向对角线，则所有有源谐振器中的微带菱形线圈即第一微带菱形线圈（15）、第二微带菱形线圈（19）、第三微带菱形线圈（23）、...、以及第n微带菱形线圈（27）应排列成一个直线阵列，并相互间隔适当或稍大的间距，且所有微带菱形线圈的横向对角线在同一直线上或接近于同一直线，这样对角排列的两微带菱形线圈在相同间距的情况下感性耦合最弱，对滤波器性能的影响最小，这种微弱的感性耦合可通过适度增加各耦合电容器的电容量来尽量抵消，使其对滤波器性能的影响进一步降低；为了减少第一级间耦合电容器（4）和第n-1级间耦合电容器（6）因抵消感性耦合所需要增加的电容量，应将第一有源谐振器（8）和第二有源谐振器（9）、第n有源谐振器（11）和其前面的有源谐振器相互反向排列，即两谐振器的相邻边为近开路边、相离边为近地边；当滤波器的阶数较高即有源谐振器的数量较多时——比如超过五个——微调各耦合电容器不足以抵消线圈感性耦合的有害影响，此时，可将滤波器分成有源谐振器数量不多于四个的左、右俩部分，其间用金属隔墙隔开，隔墙要尽量薄，以免过多影响滤波器性能。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征是：各有源谐振器中的可变电容器由一个漏、源短路的场效应管或一个变容二极管和若干偏置元件组成，改变各有源谐振器中可变电容器的偏置电压等效于改变各有源谐振器中的谐振电容，从而改变了各有源谐振器的谐振频率，进而改变了滤波器的中心频率，因此可变电容器使滤波器中心频率可由直流电压调整；各耦合电容器均由一个漏、源短路的场效应管或一对串联的漏、源短路的场效应管或一个变容二极管或一对串联的变容二极管和若干偏置元件及若干段微带线组成，改变各耦合电容器也即输入耦合电容器（3）、第一级间耦合电容器（4）、第二级间耦合电容器（5）、第n-1级间耦合电容器（6）、输出耦合电容器（7）的偏置电压就可改变它们的电容量，从而改变各级耦合的强度使之与滤波器的通带宽度等特性相符，因此滤波器的通带宽度主要通过各耦合电容器的偏置电压来调整。
5.根据权利要求2所述的损耗补偿型电调有源谐振器，同时提供一种在两有源谐振器之间引入交叉感性耦合的装置，它是一段较长的高阻微带线，即交叉耦合微带线（12），它串联于两有源谐振器接地过孔的开路端，通过两有源谐振器的接地过孔形成感性耦合回路，使两有源谐振器之间产生感性耦合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010756641.5A CN111817685A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种电调微波有源滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010756641.5A CN111817685A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种电调微波有源滤波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111817685A true CN111817685A (zh) | 2020-10-23 |
Family
ID=72863392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010756641.5A Pending CN111817685A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 一种电调微波有源滤波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111817685A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113114280A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-13 | 维沃移动通信有限公司 | 射频电路、电子设备及射频电路控制方法 |
| CN113381727A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-10 | 电子科技大学 | 一种阶数、中心频率和带宽可重构的有源滤波芯片 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101790059A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-07-28 | 常州新超电子科技有限公司 | 具有高q值调谐滤波器的电视调谐器 |
| CN102638239A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-15 | 南京航空航天大学 | 电容耦合集总参数三频带通滤波器 |
| CN102638238A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-15 | 南京航空航天大学 | 电容耦合集总参数双频带通滤波器 |
| CN103281046A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-09-04 | 王少夫 | 一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法 |
| CN104506155A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-04-08 | 深圳顺络电子股份有限公司 | 一种滤波器 |
| CN104966871A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-07 | 南京恒电电子有限公司 | 微带平面螺旋滤波器及其设计方法 |
| CN204905389U (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 南京恒电电子有限公司 | 微带平面螺旋滤波器 |
| CN109888446A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-06-14 | 曾运华 | 一种损耗补偿型电调有源谐振器及其损耗补偿方法 |
-
2020
- 2020-07-31 CN CN202010756641.5A patent/CN111817685A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101790059A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-07-28 | 常州新超电子科技有限公司 | 具有高q值调谐滤波器的电视调谐器 |
| CN102638239A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-15 | 南京航空航天大学 | 电容耦合集总参数三频带通滤波器 |
| CN102638238A (zh) * | 2012-04-17 | 2012-08-15 | 南京航空航天大学 | 电容耦合集总参数双频带通滤波器 |
| CN103281046A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-09-04 | 王少夫 | 一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法 |
| CN104506155A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-04-08 | 深圳顺络电子股份有限公司 | 一种滤波器 |
| CN104966871A (zh) * | 2015-07-13 | 2015-10-07 | 南京恒电电子有限公司 | 微带平面螺旋滤波器及其设计方法 |
| CN204905389U (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 南京恒电电子有限公司 | 微带平面螺旋滤波器 |
| CN109888446A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-06-14 | 曾运华 | 一种损耗补偿型电调有源谐振器及其损耗补偿方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113114280A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-13 | 维沃移动通信有限公司 | 射频电路、电子设备及射频电路控制方法 |
| CN113381727A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-09-10 | 电子科技大学 | 一种阶数、中心频率和带宽可重构的有源滤波芯片 |
| CN113381727B (zh) * | 2021-05-25 | 2023-08-18 | 电子科技大学 | 一种阶数、中心频率和带宽可重构的有源滤波芯片 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8392495B2 (en) | Reflectionless filters | |
| US20130328642A1 (en) | Miniaturized Passive Low Pass Filter | |
| Kim et al. | RF CMOS integrated on-chip tunable absorptive bandstop filter using Q-tunable resonators | |
| US9166564B2 (en) | Wideband analog bandpass filter | |
| JP4850134B2 (ja) | 高周波回路 | |
| KR100396607B1 (ko) | 통과대역 평탄도 보상회로 | |
| CN111817685A (zh) | 一种电调微波有源滤波器 | |
| US5202655A (en) | Microwave active filter circuit using pseudo gyrator | |
| CN109888446B (zh) | 一种损耗补偿型电调有源谐振器及其损耗补偿方法 | |
| US4920325A (en) | Integrated active electronic switched capacitor filter having extremely low sensitivity to variations of the components | |
| Hu et al. | A high-selectivity active bandpass filter using gyrator based resonators in 0.13-μm CMOS | |
| CN210489802U (zh) | 一种损耗补偿型电调有源谐振器 | |
| EP1250755B1 (en) | Phase-compensated impedance converter | |
| Pantoli et al. | A wideband class-AB tunable active filter | |
| CN112583373A (zh) | 一种具有频率相关复数源和负载的带通滤波器芯片 | |
| US20070236280A1 (en) | Active Bandpass Filter | |
| Huang et al. | A 100 MHz G m-C bandpass filter chip design for wireless application | |
| Darcel et al. | New MMIC approach for low noise high order active filters | |
| Pantoli et al. | High efficiency active filter | |
| KR100396608B1 (ko) | 통과대역 평탄도 보상기능을 갖는 통신 시스템 | |
| Del Re et al. | A new approach to the design of high dynamic range tunable active inductors | |
| WO2013088337A1 (en) | Low-noise electronic circuit simulating the behaviour of an inductance | |
| Andriesei et al. | Negative resistance based tuning of an RF bandpass filter | |
| WO2021240843A1 (ja) | 増幅回路 | |
| Koirala et al. | A Compact Low Noise Amplifier with Integrated Notch Filter using CMOS Active Inductor for UWB Systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201023 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |