CN115764207B - 一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，具体的说是涉及一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器。本发明利用消逝模谐振器作为基本调谐单元，通过控制压电制动器两端电压控制消逝模谐振腔的谐振频率，陷波频率和衰减同时由两个消逝模谐振器的谐振频率同时决定，通过调节两个消逝模谐振器的谐振频率调节陷波频率大小，通过调节谐振频率的频率差调节陷波频率的衰减。本发明在宽带滤波同时实现带内陷波频率和陷波衰减可重构，能够灵活应对带内出现大功率干扰的现象，同时本发明不仅减小了滤波器的尺寸，还很大程度减小插损，提高了系统的整体性能。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体的说是涉及一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器。
背景技术
带内陷波的宽带滤波器是现代无线通信网络中常用的无源电路，例如在射频收发机中，当带内出现大功率的干扰时，带内具有陷波的滤波器能够在滤除带外干扰的同时滤除带内大功率干扰，当带内没有干扰信号时，带内陷波消失，带内全部有用信号可以通过。传统的带内陷波可重构滤波器采用开关将陷波频率由通带调到阻带。但这种方式带外抑制差，
现有陷波可重构宽带滤波器主要包括两种重构方式，陷波频率可重构和陷波可切换，且通带调节手段较为复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明用在谐振器内部加载PIN开关的方式，避免输入输出开关的使用，从而提出一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器。
本发明的技术方案是：
一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，包括输入和输出相连接的第一通道和第二通道，所述第一通道包括宽带滤波单元和耦合到宽带滤波单元的第一消逝模谐振器，所述第二通道包括分别耦合到输入和输出的第二消逝模谐振器；通过控制第一消逝模谐振器和第二消逝模谐振器的加载电压能调节宽带带通滤波器的陷波频率和衰减，通过调节第一消逝模谐振器和第二消逝模谐振器的频率差能调节宽带带通滤波器的陷波衰减。
进一步的，所述第一消逝模谐振器通过第一J变换器耦合到宽带滤波单元，所述第二消逝模谐振器通过第二J变换器耦合到输入端、通过第三J变换器耦合到输出端，且第二J变换器和第三J变换器的耦合符合相反。
进一步的，所述宽带滤波单元包括输入微带线、输出微带线和三模谐振器，所述三模谐振器包括第一短路枝节、第二短路枝节、开路枝节，其中开路枝节的两端分别与输入微带线和输出微带线耦合；第一短路枝节的一端接地，另一端接开路枝节的中端，并且使开路枝节及输入微带线和输出微带线以第一短路枝节为中线呈对称分布；第二短路枝节的一端接地，另一端接第一短路枝节和开路枝节的连接点；输入微带线、输出微带线和三模谐振器构成五阶的宽带带通滤波器。
进一步的，所述第一消逝模谐振器通过第一J变换器耦合到三模谐振器中开路枝节的中端。
进一步的，所述第二消逝模谐振器的参数决定第二通道的通带中心频率大小。
进一步的，定义输入微带线和输出微带线的长度为l，定义开路枝节两端与输入微带线和输出微带线耦合部分的长度为lSC4，令l -lSC4＝lSC5，则lSC5的长度用于决定第一通道和第二通道的相位差。
进一步的，所述第一消逝模谐振器由第一可变电容和第一电感并联构成，第二消逝模谐振器由第二可变电容和第二电感并联构成，则第一消逝模谐振器和第二消逝模谐振器的调节方式为通过压电制动器对第一可变电容和第二可变电容进行调节。
进一步的，所述第二J变换器包括第三电感、第四电感、第五电感，第四电感的一端和第五电感的一端分别连接到第三电感的两端，第四电感的另一端和第五电感的另一端接地，则第二消逝模谐振器通过第三电感连接到宽带滤波单元输入端形成磁耦合；所述第三J变换器包括第三电容、第四电容、第五电容，第四电容的一端和第五电容的一端分别连接到第三电容的两端，第四电容的另一端和第五电容的另一端接地，则第二消逝模谐振器通过第三电容连接到宽带滤波单元输入端形成电耦合。
进一步的，所述输入和输出端具有长为l8宽为w8的宽阻抗线用于调整输入输出匹配。
进一步的，在第一通道和第二通道的输入交汇处具有第六电容Cr，用和第一通道和第二通道的输出交汇处具有第六电感Lr，第六电容 Cr和第六电感Lr用于改善两个通道的匹配效果。
本发明的有益效果为，本发明通过两种方式引入陷波，在宽带滤波同时实现带内陷波频率和陷波衰减可重构，能够灵活应对带内出现大功率干扰的现象，同时本发明不仅减小了滤波器的尺寸，还很大程度减小插损，提高了系统的整体性能。
附图说明
图1是本发明宽带带通滤波器的电气结构示意图。
图2是本发明宽带带通滤波器的PCB示意图。
图3是消逝模谐振器的3D视图。
图4是图2中A部分的侧视图和俯视图。
图5是本发明宽带带通滤波器的实物示意图。
图6是S参数实测结果与仿真结果对比。
图7是陷波衰减调节的传输参数和反射参数，其中a)(b)为陷波衰减调节到40dB陷波频率可调的传输参数和反射参数，(c)(d) 为陷波频率为1.665GHz陷波衰减由2dB到79dB的传输参数和反射参数。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细的描述。
本发明利用消逝模谐振器作为基本调谐单元，通过控制压电制动器两端电压控制消逝模谐振腔的谐振频率，陷波频率和衰减同时由两个消逝模谐振器的谐振频率同时决定，通过调节两个消逝模谐振器的谐振频率调节陷波频率大小，通过调节谐振频率的频率差调节陷波频率的衰减。本发明的电气结构如图1所示，通过两种方式引入陷波，一种由谐振器耦合到宽带滤波结构，一种由通道2与通道1并联通过信号相减特性得到。信号分别从端口1输入，端口2输出，滤波器由两个通道，通道1和通道2并联构成。通过控制消逝模谐振器的加载电压实现陷波频率可调和衰减可调，通过改变两个消逝模谐振器的频率实现陷波频率可调，通过改变两个消逝模谐振器的频率差实现陷波衰减可调。通道1由三模谐振器构成的宽带滤波单元和耦合到宽带滤波单元的消逝模谐振器构成，通道2由分别耦合到源端和负载端的消逝模谐振器构成，且耦合符号相反。对通道1：宽带带通部分为一个五阶的宽带带通滤波器，微带线的长度决定宽带滤波器的中心频率位置，其中三模谐振器的谐振频率f1,f2,f3位置和耦合缝隙Ssc1共同决定宽带滤波器的带宽，输入和输出微带线构成谐振器1和谐振器5，该宽带滤波网络为对称网络；谐振器6通过J变换器Jn耦合到三模谐振器对称面接近开路点的位置，对通道2：由一阶谐振器构成，L7和 C7决定通道2的通带中心频率，Jm决定耦合量，通道1中微带线的的长度lSC5决定通道1和通道2的相位差。
本发明的PCB版图如图2所示，谐振器R6和谐振器R7为可调元件，利用消逝模谐振器技术实现，通过谐振器上方加载压电制动器的方法通过加载正电压和负电压实现电调陷波频率和陷波衰减功能。消逝模谐振器由内部铜柱，外部铜柱，金属盘和铜箔构成，3D视图如图3所示，图2中A部分即第二消逝模谐振器的侧视图和俯视图如图 4。谐振器R6经过Ln耦合到三模谐振器，谐振器R7通过电感Lm经窄阻抗线连接至微带宽带滤波器左侧形成磁耦合，经过缝隙s2耦合至宽阻抗线连接至微带宽带滤波器右侧形成电耦合，Lm大小和缝隙s2决定耦合量的大小。
输入和输出端的长为l8宽为w8的宽阻抗线用于调整输入输出匹配。加载在通道1和通道2交汇处的Cr和Lr用于改善两个通道的匹配效果。通过改变加载在压电制动器两端的电压，金属膜片随制动器向上和向下弯曲，从而改变消逝模谐振器的加载电容继而改变谐振器的谐振频率。底层金属距金属盘的空腔高度为h1,金属盘直径d1,压电制动器的直径d2。
在实际PCB制作中，本发明采用PCB双层板加工技术，第一层金属为射频走线，第二层为GND层。第一层金属与第二层金属之间的介质基板为Rogers4350，基板厚度1.524mm。消逝模腔位置介质被挖掉直径d2,高度h1,金属盘制作在挖掉后的介质上，如图4中的侧视图所示，加工后的基板，涂上导电胶，将铜箔粘在底层金属上侧，并将压电制动器通过银导电胶粘贴在铜箔上侧，其输入输出端口由SMA接头连接。如图5所示，本实例中所有的电感均采用Hollow0402HP电感，电容采用ATC600s固定电容，选取的电感和电容在工作频率Q值高，各个电感和电容元件的大小以及微带线的尺寸如表1所示。在压电器上施加正负电压，陷波频率改变，调节两个控制电压大小，获得不同频率处的陷波大小和衰减。
表1各个电感和电容元件的大小以及微带线的尺寸
图6-图7展示了本发明方案的仿真测试性能，可见本发明利用微带型三模谐振器构成的宽带滤波结构和两个消逝模谐振器，实现陷波频率由1.494-2.004GHz可调，陷波可调范围为2-79dB邻近频段抑制大于40dB，宽带滤波器的频率范围为1.2-2.36GHz,通带衰减小于0.8dB,滤波器高频抑制在小于6.9GHz范围内均大于15dB。
Claims (8)
1.一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，包括输入和输出相连接的第一通道和第二通道，所述第一通道包括宽带滤波单元和耦合到宽带滤波单元的第一消逝模谐振器，所述第二通道包括分别耦合到输入和输出的第二消逝模谐振器；通过控制第一消逝模谐振器和第二消逝模谐振器的加载电压能调节宽带带通滤波器的陷波频率和衰减，通过调节第一消逝模谐振器和第二消逝模谐振器的频率差能调节宽带带通滤波器的陷波衰减；
所述第一消逝模谐振器通过第一J变换器耦合到宽带滤波单元，所述第二消逝模谐振器通过第二J变换器耦合到输入端、通过第三J变换器耦合到输出端，且第二J变换器和第三J变换器的耦合符合相反；
所述第一消逝模谐振器由第一可变电容和第一电感并联构成，第二消逝模谐振器由第二可变电容和第二电感并联构成，所述第一消逝模谐振器和第二消逝模谐振器的调节方式为通过压电制动器对第一可变电容和第二可变电容进行调节；
所述第一消逝模谐振器、第二消逝模谐振器由内部铜柱、外部铜柱、金属盘和铜箔构成。
2.根据权利要求1所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，所述宽带滤波单元包括输入微带线、输出微带线和三模谐振器，所述三模谐振器包括第一短路枝节、第二短路枝节、开路枝节，其中开路枝节的两端分别与输入微带线和输出微带线耦合；第一短路枝节的一端接地，另一端接开路枝节的中端，并且使开路枝节及输入微带线和输出微带线以第一短路枝节为中线呈对称分布；第二短路枝节的一端接地，另一端接第一短路枝节和开路枝节的连接点；输入微带线、输出微带线和三模谐振器构成五阶的宽带带通滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，所述第一消逝模谐振器通过第一J变换器耦合到三模谐振器中开路枝节的中端。
4.根据权利要求3所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，所述第二消逝模谐振器的参数决定第二通道的通带中心频率大小。
5.根据权利要求3所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，定义输入微带线和输出微带线的长度为l，定义开路枝节两端与输入微带线和输出微带线耦合部分的长度为lSC4，令l-lSC4＝lSC5，则lSC5的长度用于决定第一通道和第二通道的相位差。
6.根据权利要求5所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，所述第二J变换器包括第三电感、第四电感、第五电感，第四电感的一端和第五电感的一端分别连接到第三电感的两端，第四电感的另一端和第五电感的另一端接地，则第二消逝模谐振器通过第三电感连接到宽带滤波单元输入端形成磁耦合；所述第三J变换器包括第三电容、第四电容、第五电容，第四电容的一端和第五电容的一端分别连接到第三电容的两端，第四电容的另一端和第五电容的另一端接地，则第二消逝模谐振器通过第三电容连接到宽带滤波单元输入端形成电耦合。
7.根据权利要求6所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，所述输入和输出端具有长为l8宽为w8的宽阻抗线用于调整输入输出匹配。
8.根据权利要求7所述的一种带内陷波频率和衰减可重构的宽带带通滤波器，其特征在于，在第一通道和第二通道的输入交汇处具有第六电容Cr，用和第一通道和第二通道的输出交汇处具有第六电感Lr，第六电容Cr和第六电感Lr用于改善两个通道的匹配效果。
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