CN114024108B - 一种小型化可重构微带低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小型化可重构微带低通滤波器，采用单层基板的微带结构，所述单层基板上具有两条级联连接的耦合微带线，所述两条耦合微带线的连接处加载了变容二极管，所述其中一条耦合线的一端加载了贴片大电容，且所述的单层基板上还设有用于调控所述变容二极管的外接偏置调控电路。本发明仅采用级联两条耦合微带线结合加载变容二极管和贴片电容的方式，实现截止频率可重构的低通滤波器，该滤波器具有小尺寸、简易结构、低损耗、以及低数量的变容二极管和调控电压通道等特点。
Description
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种小型化可重构微带低通滤波器。
背景技术
近年来，频谱资源日益紧缺，无线通信系统正朝着小型化、高集成度、低损耗等方向发展。低通滤波器是通信系统的重要组成部件，用于滤出所需低频段信号，同时抑制高频段信号，在卫星通信、电子对抗、雷达、测量等多个领域应用甚广。可重构低通滤波器作为低通滤波器的一种，可以有效利用现有的频谱资源，满足不同的应用要求，大大减小系统尺寸和器件数量，有利于系统的小型化和高集成度的实现。因此，实现小型化和低损耗的可重构低通滤波器符合无线通信系统的发展需求，但目前此类可重构低通滤波器的设计仍然是一个重要的挑战。
现有多种可重构微带低通滤波器的设计技术，主要采用低阻抗枝节加载阶跃阻抗谐振器、级联发卡型阶跃阻抗谐振器、扇形枝节和开路枝节加载耦合线、多条开路枝节加载六角形谐振器、阶跃阻抗枝节和扇形枝节加载耦合线等设计方法实现可重构低通滤波响应。然而采用上述传统方法设计的可重构微带低通滤波器，普遍存在电路尺寸较大、结构复杂等问题，这主要来源于谐振器尺寸较大以及加载的枝节。除此之外，上述设计损耗普遍较高，且大多数需要多个变容二极管以及多个调控电压通道。因此，提出一种新型的可重构微带低通滤波器，使其减小尺寸，简化结构，降低损耗，并同时保证低数量的变容二极管和调控电压通道显得至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种小型化可重构微带低通滤波器，采用简易结构可以实现小尺寸和低损耗的优点。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种小型化可重构微带低通滤波器，采用单层基板的微带结构，所述单层基板上具有两条级联连接的耦合微带线，所述两条耦合微带线的连接处设置有变容二极管，其中一条耦合线的一端加载了贴片大电容，且所述的基板上还设有用于调控所述变容二极管的外接偏置调控电路。
进一步的，所述两条耦合微带线包括第一耦合微带线与第二耦合微带线，所述的第一耦合微带线包括相互耦合的第一微带线和第二微带线，所述的第二耦合微带线包括相互耦合的第三微带线和第四微带线，且第一微带线和第三微带线对应连接，第二微带线和第四微带线对应连接。
进一步的，所述变容二极管位于两条耦合微带线连接处的内侧，且所述变容二极管的一端连接在第一微带线和第三微带线的连接处，另一端连接在第二微带线和第四微带线的连接处。
进一步的，所述贴片电容位于第二耦合微带线的内侧，且位于所述第二耦合微带线远离两条耦合微带线连接处的一端。
进一步的，外接偏置调控电路包括分别加载在第一耦合微带线和第二耦合微带线连接处外侧的第一隔直电容和第二隔直电容，且所述第一隔直电容和第二隔直电容分别连接第一馈线和第二馈线。第一隔直电容和第二隔直电容加载在馈线与耦合微带线连接处，防止直流偏置信号流入滤波器的端口，降低偏置调控电路对滤波器整体性能的影响。
进一步的，第一馈线外接信号输入端口，所述第二馈线外接信号输出端口。
进一步的，外接偏置调控电路还包括第一贴片大电感和第二贴片大电感，所述第一贴片大电感和第二贴片大电感连接于第一耦合微带线的一端。第一贴片大电感和第二贴片大电感可以作为射频扼流圈加载在第一耦合微带线的一端，避免了偏置电路中有射频信号流入滤波器。
进一步的，第一贴片大电感位于第一微带线一端的外侧，所述第二贴片大电感位于第二微带线一端的外侧。
进一步的，第一贴片大电感连接有金属贴片，所述第二贴片大电感连接金属化接地通孔。通过第二贴片大电感连接金属化接地通孔，保证了直流偏置信号流经变容二极管后能够从金属化通孔流入金属地构成闭合回路。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明一种小型化可重构微带低通滤波器仅采用级联两条耦合微带线结合加载变容二极管和贴片电容的方式，实现截止频率可重构的低通滤波器，该滤波器具有小尺寸、简易结构、低损耗、以及低数量的变容二极管和调控电压通道等特点；
2.本发明利用变容二极管和第一隔直电容以及第二隔直电容加载的第一耦合微带线和第二耦合微带线，获得具有多个传输零点的低通滤波响应，使得滤波器具有良好的滚降系数和带外抑制，且截止频率可以通过偏置电压进行调控，从而达到可重构的效果；
3.本发明贴片大电容加载在第二耦合微带线的一端的内侧，既连接了耦合线，又保证偏置电路中的直流信号可以顺利流入变容二极管，使其可以正常工作；
4.本发明第一贴片大电感和第二贴片大电感作为射频扼流圈加载在第一耦合微带线的一端，避免了偏置电路中有射频信号流入滤波器，又保证了直流偏置信号流经变容二极管后能够从金属化接地通孔流入金属地，从而构成闭合回路；
5.本发明第一隔直电容和第二隔直电容加载在馈线与耦合微带线连接处，防止直流偏置信号流入滤波器的端口，降低偏置调控电路对滤波器整体性能的影响。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2a和图2b是本发明实施例的频率响应仿真结果图。
图中，第一馈线1，第二馈线2，第一耦合微带线3，第一微带线3a，第二微带线3b，第二耦合微带线4，第三微带线4a，第四微带线4b，变容二极管5，第一隔直电容6，第二隔直电容7，贴片大电容8，第一贴片大电感9，第二贴片大电感10，金属贴片11，金属化接地通孔12。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，本实施例一种小型化可重构微带低通滤波器，采用单层微带结构，单层基板上具有两条级联连接的耦合微带线，两条耦合微带线的一端相连接，所述两条耦合微带线的连接处加载有变容二极管5，其中一条耦合线4的一端加载了贴片大电容8，且所述的基板上还设有用于调控所述变容二极管5的外接偏置调控电路。
两条耦合微带线包括第一耦合微带线3与第二耦合微带线4，所述的第一耦合微带线3包括相互耦合的第一微带线3a和第二微带线3b，所述的第二耦合微带线4包括相互耦合的第三微带线4a和第四微带线4b，且第一微带线3a和第三微带线4a对应连接，第二微带线3b和第四微带线4b对应连接。即第一微带线3a的一端与第三微带线4a的一端相连，第二微带线3b的一端与第四微带线4b的一端相连。
变容二极管5加载在第一耦合微带线3和第二耦合微带线4的连接处的内侧，且所述变容二极管5的一端连接在第一微带线3a和第三微带线4a的连接处，另一端连接在第二微带线3b和第四微带线4b的连接处。
贴片大电容8加载在第二耦合微带线4一端的内侧，即位于第三微带线4a和第四微带线4b之间，且位于所述第二耦合微带线4远离两条耦合微带线连接处的一端。
本实施例外接偏置调控电路包括第一隔直电容6和第二隔直电容7以及贴片大电容8，第一隔直电容6和第二隔直电容7分别加载在第一耦合微带线3和第二耦合微带线4连接处的外侧，并分别连接第一馈线1和第二馈线2，贴片大电容加载在第二耦合微带线4一端的内侧。本实施例第一馈线1外接信号输入端口，所述第二馈线2外接信号输出端口。第一隔直电容6和第二隔直电容7加载在馈线与耦合微带线连接处，能够防止直流偏置信号流入滤波器的端口，降低偏置调控电路对滤波器整体性能的影响。
本实施例第二隔直电容6、第三隔直电容7、贴片大电容8均采用贴片电容，贴片可以减小可重构微带低通滤波器的体积，降低成本。
本实施例外接偏置调控电路还包括第一贴片大电感9和第二贴片大电感10，所述第一贴片大电感9和第二贴片大电感10分别加载在第一耦合微带线3的外侧。第一贴片大电感9连接有金属贴片11，所述第二贴片大电感10与金属化接地通孔12相连接。第一贴片大电感9和第二贴片大电感10可以作为射频扼流圈加载在第一耦合微带线3的一端，避免了偏置电路中有射频信号流入滤波器，也能够保证直流偏置信号流经变容二极管5后能够从金属化通孔流入金属地构成闭合回路。
本实施例的仿真频率响应如图2a和图2b所示，其中，图2a是传输系数S21的频率响应仿真结果图，图2b是反射系数S11的频率响应仿真结果图。当变容二极管5的容值Cv从0.66pF变到1.64pF时，低通滤波器的3-dB截止频率为从2.28GHz变化到1.62GHz，通带内的最小插入损耗从0.35dB变化到0.18dB。整个调控过程中，在通带的外侧始终存在着三个传输零点，使得滤波器具有良好的滚降系数，在带外1.82GHz到6.72GHz的频率范围内对信号的抑制均达到了10dB以上。本实施例的物理尺寸为17.5mm×4.4mm，对应的电尺寸仅为0.094λg×0.024λg(λg为1GHz所对应的导波波长)。本实施例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，基板厚度为0.813mm，铜厚为半盎司，仿真时选用的变容二极管5的型号为SMV-1247-079L。
本发明的工作原理是：本发明一种小型化可重构微带低通滤波器，在第一耦合微带线3和第二耦合微带线4以及贴片大电容8的共同作用下，可在低频处获得两个传输极点，在高频处获得两个传输零点，从而获得低通滤波响应。变容二极管5为整个滤波器额外提供一条信号传输通道，使得滤波器在特定频点有了相位相消的可能性，因此又额外产生了一个传输零点。三个传输零点均分布在通带的外侧，使得滤波器具有良好的滚降系数，从而实现对带外信号的有效抑制。当偏置调控电压从金属贴片11接入时，变容二极管5开始工作，其容值随着偏置电压的降低而增加，此时传输极点和部分传输零点同时向低频移动，从而实现了截止频率的可重构，且在整个调控过程中滤波器始终具有良好的带内匹配以及带外抑制。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种小型化可重构微带低通滤波器，采用单层基板的微带结构，其特征在于，所述单层基板上具有两条级联连接的耦合微带线，所述两条耦合微带线的连接处设置有变容二极管(5)，其中一条耦合微带线的一端加载了贴片大电容(8)，且所述的单层基板上还设有用于调控所述变容二极管(5)的外接偏置调控电路；
所述两条耦合微带线包括第一耦合微带线(3)与第二耦合微带线(4)，所述的第一耦合微带线(3)包括相互耦合的第一微带线(3a)和第二微带线(3b)，所述的第二耦合微带线(4)包括相互耦合的第三微带线(4a)和第四微带线(4b)，且第一微带线(3a)和第三微带线(4a)对应连接，第二微带线(3b)和第四微带线(4b)对应连接；
所述变容二极管(5)位于两条耦合微带线连接处的内侧，且所述变容二极管(5)的一端连接在第一微带线(3a)和第三微带线(4a)的连接处，另一端连接在第二微带线(3b)和第四微带线(4b)的连接处；
所述贴片大电容(8)位于第二耦合微带线(4)的内侧，且位于所述第二耦合微带线(4)远离两条耦合微带线连接处的一端，所述贴片大电容(8)的一端连接第三微带线(4a)，另一端连接第四微带线(4b)；
所述外接偏置调控电路包括分别加载在第一耦合微带线(3)和第二耦合微带线(4)连接处外侧的第一隔直电容(6)和第二隔直电容(7)，且所述第一隔直电容(6)和第二隔直电容(7)分别连接第一馈线(1)和第二馈线(2)。
2.根据权利要求1所述的一种小型化可重构微带低通滤波器，其特征在于，所述第一馈线(1)外接信号输入端口，所述第二馈线(2)外接信号输出端口。
3.根据权利要求1所述的一种小型化可重构微带低通滤波器，其特征在于，所述外接偏置调控电路还包括第一贴片大电感(9)和第二贴片大电感(10)，所述第一贴片大电感(9)和第二贴片大电感(10)连接于第一耦合微带线(3)的一端。
4.根据权利要求3所述的一种小型化可重构微带低通滤波器，其特征在于，所述第一贴片大电感(9)位于第一微带线(3a)一端的外侧，所述第二贴片大电感(10)位于第二微带线(3b)一端的外侧。
5.根据权利要求4所述的一种小型化可重构微带低通滤波器，其特征在于，所述第一贴片大电感(9)的另一端连接有金属贴片(11)，所述第二贴片大电感(10)的另一端连接金属化接地通孔(12)。
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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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