CN113422182A - 基于阻抗调谐的可调低通滤波器 - Google Patents

基于阻抗调谐的可调低通滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器。包括：输入传输线，第一级阶跃阻抗谐振器，第二级阶跃阻抗谐振器，第三级阶跃阻抗谐振器，第四级阶跃阻抗谐振器，第一级输入输出阻抗可调传输线，第二级传输线，第三级输入输出阻抗可调传输线，输出传输线；第一级阶跃阻抗谐振器，第二级阶跃阻抗谐振器，第三级阶跃阻抗谐振器以及第四级阶跃阻抗谐振器都是由阶跃阻抗谐振器组成，在开路端以及阶跃阻抗线的高低阻抗连接处均加载可调电容；第一和第三级输入输出阻抗可调谐传输线并联电容可以调节整个传输线的输入输出阻抗，进而调节可调低通滤波器的工作带宽，可以获得更加大的频率调谐范围。

Description

基于阻抗调谐的可调低通滤波器
技术领域
本发明涉及射频电路领域，尤其涉及一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器。
背景技术
通信技术发展非常迅速，射频器件之间的干扰越来越越复杂，因此需要滤波器抑制不需要的干扰信号，拣出有用信号，以此改善通信系统的质量。同时由于通信设备的普适性以及低成本限制，业界提出了性能可重构通信系统的需求，可以根据需要设置通信系统的工作频率以及工作带宽等参数。可重构通信技术可以有效改善通信系统的抗干扰性能，降低系统成本，提高系统的普适能力。
可调低通滤波器是可重构通信系统的关键部件，能够有效滤除频率比较高的干扰信号，同时还能根据系统需要动态调节通带带宽，在可重构通信系统中得到了广泛的应用。对可调低通滤波器的要求是具有较宽的调谐带宽，同时能够根据具体的需求设计实现相应的技术指标，例如滚降系数、调谐带宽范围等。目前可调低通滤波器的实现方式基本上有两种，第一种为采用经典的高低阻抗线形式实现，通过在低阻抗线的开路端加载可调谐电容，从而改变低阻抗线电长度的方式实现低通滤波器截止频率的调节。由于仅仅调节低阻抗线的电长度，因此这类可调谐低通滤波器的频率调谐范围不够大，并且随着调谐范围的增大，由于高阻抗线的电长度没有变化，其通带性能会恶化。第二种类型的可调谐低通滤波器采用特殊形式的谐振结构实现，可以实现较宽的调节带宽，但是由于谐振器结构的特殊性，其可设计性较差，很难拓展到其他频率以及其他性能。
发明内容
本发明针对上述的可调低通滤波器调谐范围有限以及可设计性较差的问题，提出了一种基于传输线阻抗调谐的可调低通滤波器。
为实现以上的方案，本发明的技术方案如下：一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器，其特征在于,包括电路介质基板以及可调低通滤波器电路，所述的介质基板底面为金属接地板，顶面刻蚀可调低通滤波器电路，所述的可调低通滤波器电路包括位于介质基板一侧的输入传输线，所述的输入传输线连接第一级阶跃阻抗谐振器以及第一级输入输出阻抗可调传输线，第一级阶跃阻抗谐振器以及第一级输入输出阻抗可调传输线呈并联关系；所述的第一级阶跃阻抗谐振器的开路端以及阶跃阻抗线连接处均加载可调电容，所述的第一级输入输出阻抗可调传输线由传输线的输入输出端并联可调电容构成，所述的第一级输入输出阻抗可调传输线另一端连接第二级阶跃阻抗谐振器以及第二级传输线，所述的第二级阶跃阻抗谐振器的开路端以及阶跃阻抗线连接处均加载可调电容；所述的第二级传输线连接第三级阶跃阻抗谐振器以及第三级输入输出阻抗可调传输线，第三级阶跃阻抗谐振器以及第三级输入输出阻抗可调传输线呈并联关系，所述的第三级阶跃阻抗谐振器与第二级阶跃阻抗谐振器对称，第三级阶跃阻抗谐振器开路端以及阶跃阻抗线连接处均加载可调电容，所述的第三级输入输出阻抗可调传输线由传输线的输入输出端并联可调电容构成；所述的第三级输入输出阻抗可调传输线连接第四级阶跃阻抗谐振器以及输出传输线，所述的第四级阶跃阻抗谐振器结构与第一级阶跃阻抗谐振器相对称，所述的输出传输线在介质基板的另一端。
本发明的可调低通滤波器基于四分之一波长短截线结构实现，通过改进四分之一波长短截线的结构，实现其输入输出阻抗可调谐。通过调节各段四分之一波长短截线的输入输出阻抗，实现低通滤波器的带宽在比较大的范围内调节,通过添加更多数目的四分之一波长短截线实现更高的滚降系数，具有很强的可设计性。同时本发明通过引入阶梯阻抗线结构，可进一步拓展可调低通滤波器的带宽调节范围。
作为优选，基于四分之一波长短截线结构实现，所述第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器，第三级阶跃阻抗谐振器和第四级阶跃阻抗谐振器在高低阻抗连接处以及开路端均加载接地可调电容。作为优选，所述的第一级输入输出阻抗可调传输线以及第三级输入输出阻抗可调传输线，由传输线端并联电容而成，通过调谐电容，实现宽带调谐效果。作为优选，所述的基于阻抗可调的阶跃阻抗谐振器的调谐方法，阶跃阻抗谐振器本身通过阶梯阻抗比来改变谐振频率，通过在阶跃阻抗谐振器开路以及连接处加载电容的方式，动态地调节谐振频率。所述的第一级阶跃阻抗谐振器和第四级阶跃阻抗谐振器的形状大小相同，都是由相同的阶跃阻抗线组成；第二级阶跃阻抗谐振器和第三级阶跃阻抗谐振器的形状大小相同；所述连接第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器的输入输出阻抗可调谐传输线和连接第三级阶跃阻抗谐振器、第四级阶跃阻抗谐振器的输入输出阻抗可调谐传输线结构相同，且对称。所述的第二级传输线为特定阻抗传输线，其特性阻抗需要根据具体的指标进行优化。调节阶跃阻抗谐振器的可调谐电容以及第一和第三级输入输出阻抗可调谐传输线的并联电容均可以调节可调低通滤波器的工作带宽。相比传统的调节谐振器可变电容的方式，由于增加了输入输出阻抗可调谐传输线的调节，因此可以获得更加大的频率调谐范围；由于本发明的可调低通滤波器结构基于四分之一波长短截线结构，因此可以很容易根据四分之一波长短截线滤波器的设计理论实现不同频率调谐范围、带外抑制性能更优的可调低通滤波器，具有良好的可设计性。
因此本发明的基于阻抗调谐的可调低通滤波器具有带内插损低、带外抑制高、带宽调谐范围广等优点。
附图说明
图1是基于阻抗调谐的可调低通滤波器的正面结构示意图；
图2是基于阻抗调谐的可调低通滤波器的背面结构示意图；
图3是滤波器在200MHz附近滤波性能曲线图；
图4是滤波器在450MHz附近滤波性能曲线图。
具体实施方式
一个具体的实施例如下。如图1～2所示,基于阻抗调谐的可调低通滤波器包括电路介质基板1、输入传输线2、输出传输线3、第一级阶跃阻抗谐振器4、第二级阶跃阻抗谐振器5、连接第一级阶跃阻抗谐振器以及第二级阶跃阻抗谐振器的第一级输入输出阻抗可调传输线6、连接第二级阶跃阻抗谐振器以及第三级阶跃阻抗谐振器的第二级传输线9、第三级阶跃阻抗谐振器7、第四级阶跃阻抗谐振器8、连接第三级阶跃阻抗谐振器以及第四级阶跃阻抗谐振器的第三级输入输出阻抗可调传输线10；第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器高低阻抗线连接处加载一个可调些电容接地，同时开路端也加载一个可调谐电容接地；第三级阶跃阻抗谐振器、第四级阶跃阻抗谐振器高低阻抗连接处加载一个可调电容接地，同时开路端也加载一个可调谐电容接地；连接第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器的第一级输入输出阻抗可调传输线和连接第三级阶跃阻抗谐振器、第四级阶跃阻抗谐振器的第三级输入输出阻抗可调传输线的两端并联各加载一个可调谐电容；基板的下表面为金属接地板。
所述的基板为FR4材料，基板长为60mm，宽为51mm。所述的第一级阶跃阻抗谐振器和第四级阶跃阻抗谐振器的形状大小相同，都是由相同的阶跃阻抗线组成，阶跃阻抗线由2段微带线组成，第一段微带线长度为10.7cm，宽带为1.5cm，第二段微带线长度为13cm，宽带为1.6cm，第二级阶跃阻抗谐振器和第三级阶跃阻抗谐振器的形状大小相同，阶跃阻抗线由2段微带线组成，第一段微带线长度为21cm，宽带为6.8cm，第二段微带线长度为11cm，宽带为3cm；连接第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器以及连接第三级阶跃阻抗谐振器、第四级阶跃阻抗谐振器的第一、第三级输入输出阻抗可调谐的传输线长度为63cm，宽度为0.7cm；第二级传输线长度为94cm，宽度为0.8cm。
选择介电常数为4.4的FR4材料制作基板，厚度为1mm，基板的长为60mm，宽为51mm。输入传输线、输出传输线的形状大小相同，长度均为6.9mm，宽度均为1.9mm。基于阻抗调谐的可调低通滤波器各项性能使用RS-ZVB4网络分析仪进行测试，调节加载的电容值，所得的性能曲线如图3～图4所示。如图3所示，截止频率200MHz，带内插损小于1dB，带内回波损耗小于-20dB，带外抑制良好；如图4所示，截止频率450MHz，带内插损小于1dB，带内回波损耗小于-20dB。
本实施例中，所述的第一级阶跃阻抗谐振器和第四级阶跃阻抗谐振器的形状大小相同，都是由相同的阶跃阻抗线组成；第二级阶跃阻抗谐振器和第三级阶跃阻抗谐振器的形状大小相同；所述连接第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器的输入输出阻抗可调谐传输线和连接第三级阶跃阻抗谐振器、第四级阶跃阻抗谐振器的输入输出阻抗可调谐传输线结构相同，且对称。所述的第二级传输线为特定阻抗传输线，其特性阻抗需要根据具体的指标进行优化。调节阶跃阻抗谐振器的可调谐电容以及第一和第三级输入输出阻抗可调谐传输线的并联电容均可以调节可调低通滤波器的工作带宽。相比传统的调节谐振器可变电容的方式，由于增加了输入输出阻抗可调谐传输线的调节，因此可以获得更加大的频率调谐范围；由于本发明的可调低通滤波器结构基于四分之一波长短截线结构，因此可以很容易根据四分之一波长短截线滤波器的设计理论实现不同频率调谐范围、带外抑制性能更优的可调低通滤波器，具有良好的可设计性。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器，其特征在于,包括电路介质基板(1)以及可调低通滤波器电路，所述的介质基板底面为金属接地板，顶面刻蚀可调低通滤波器电路，所述的可调低通滤波器电路包括位于介质基板一侧的输入传输线(2)，所述的输入传输线(2)连接第一级阶跃阻抗谐振器(4)以及第一级输入输出阻抗可调传输线(6)，第一级阶跃阻抗谐振器(4)以及第一级输入输出阻抗可调传输线(6)呈并联关系；所述的第一级阶跃阻抗谐振器(4)的开路端以及阶跃阻抗线连接处均加载可调电容，所述的第一级输入输出阻抗可调传输线(6)由传输线的输入输出端并联可调电容构成，所述的第一级输入输出阻抗可调传输线(6)另一端连接第二级阶跃阻抗谐振器(5)以及第二级传输线(10)，所述的第二级阶跃阻抗谐振器(5)的开路端以及阶跃阻抗线连接处均加载可调电容；所述的第二级传输线(10)连接第三级阶跃阻抗谐振器(7)以及第三级输入输出阻抗可调传输线(9)，第三级阶跃阻抗谐振器(7)以及第三级输入输出阻抗可调传输线(9)呈并联关系，所述的第三级阶跃阻抗谐振器(7)与第二级阶跃阻抗谐振器(5)对称，第三级阶跃阻抗谐振器(7)开路端以及阶跃阻抗线连接处均加载可调电容，所述的第三级输入输出阻抗可调传输线(9)由传输线的输入输出端并联可调电容构成；所述的第三级输入输出阻抗可调传输线(9)连接第四级阶跃阻抗谐振器(8)以及输出传输线(3)，所述的第四级阶跃阻抗谐振器(8)结构与第一级阶跃阻抗谐振器(4)相对称，所述的输出传输线(3)在介质基板(1)的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器，其特征在于,基于四分之一波长短截线结构实现，所述第一级阶跃阻抗谐振器、第二级阶跃阻抗谐振器，第三级阶跃阻抗谐振器和第四级阶跃阻抗谐振器在高低阻抗连接处以及开路端均加载接地可调电容。
3.根据权利要求2所述的一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器，其特征在于,所述的第一级输入输出阻抗可调传输线以及第三级输入输出阻抗可调传输线，由传输线端并联电容而成，通过调谐电容，实现宽带调谐效果。
4.根据权利要求2所述的一种基于阻抗调谐的可调低通滤波器，其特征在于,所述的基于阻抗可调的阶跃阻抗谐振器的调谐方法，阶跃阻抗谐振器本身通过阶梯阻抗比来改变谐振频率，通过在阶跃阻抗谐振器开路以及连接处加载电容的方式，动态地调节谐振频率。
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