CN116544637B - 一种带宽可调差分滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带宽可调差分滤波器，包括中心变容管，中心变容管的两侧对称设置有差分馈电结构，每个差分馈电结构与中心变容管之间连接有串跨接变容管加载四分之一波长耦合线，且串跨接变容管加载四分之一波长耦合线与差分馈电结构之间连接有电容一，串跨接变容管加载四分之一波长耦合线包括与电容一顺序串联的耦合线一、电容二、耦合线二、变容管一以及耦合线三；电容二和变容管一位于耦合线的下支路，耦合线三的下端为开路；耦合线一与耦合线二之间且位于耦合线的上下两线之间跨接有变容管二；耦合线二与耦合线三之间且位于耦合线的上支路串接有电容三；变容管一和变容管二的两端均端接两个射频扼流电感。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种带宽可调差分滤波器。
背景技术
可调滤波器可以通过调控相关因素比如偏置电压等，改变滤波器的工作频率、工作带宽等性能表现，能够让无线通信系统在采用单个系统或器件的条件下兼容不同的频段或带宽需求，达到减少器件数目、系统复杂度等目的，符合无线通信系统低成本、高性能发展趋势。可调差分滤波器不仅可以实现差模工作频带对频率或带宽的调控，还能够实现共模抑制，提高系统对环境噪声的免疫能力，相对于可调单端滤波器具有更强的抗电磁干扰能力。带宽可调差分滤波器是可调差分滤波器的重要分支，其差模工作带宽能够随控制因素而改变，而在对应的差模工作频带内总能获得足够的共模抑制水平，能够大大提高系统的兼容能力。目前，带宽可调差分滤波器相对较少，仍然是一个重要的挑战。
现有的可调差分滤波器多为频率可调差分滤波器，主要方法分别采用并联变容管加载的阶梯阻抗半波长谐振器、串联变容管加载的短路型π型谐振器、多短路枝节加载的带环哑铃型谐振器和跨接变容管的电容加载型耦合线，虽然这些方法能够顺利调控差模工作频带的中心频率，但是由于电路的基础结构、变容管的加载方式等原因使得整体电路无法实现带宽可调，且电路结构复杂、尺寸大。带宽可调差分滤波器目前相对较少，其设计方法是通过短路线耦合加载有三对面对面串接变容管的“日”字型谐振器。由于采用的谐振器、变容管加载方式，结合整体结构需要沿差分端口中心线对称，使得此类带宽可调差分滤波器整体结构复杂、尺寸大，并且工作带宽窄、带宽调整范围有限。因此有必要提出一种新型的带宽可调差分滤波器，简化结构，减小尺寸，增强差模带宽及差模带宽的可调范围，同时确保较好的共模抑制水平。
发明内容
本发明提出一种带宽可调差分滤波器，能够解决现有的可调差分滤波器，大多数无法实现带宽可调，而带宽可调差分滤波器存在电路结构复杂、尺寸大、工作带宽窄、带宽可调范围有限的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种带宽可调差分滤波器，包括中心变容管，所述中心变容管的两侧对称设置有差分馈电结构，每个差分馈电结构与所述中心变容管之间连接有串跨接变容管加载四分之一波长耦合线，且所述串跨接变容管加载四分之一波长耦合线与所述差分馈电结构之间连接有电容一，所述串跨接变容管加载四分之一波长耦合线包括与所述电容一顺序串联的耦合线一、电容二、耦合线二、变容管一以及耦合线三；其中，所述电容二和所述变容管一位于耦合线的下支路，耦合线三的下端为开路；所述耦合线一与耦合线二之间且位于耦合线的上下两线之间跨接有变容管二；所述耦合线二与耦合线三之间且位于耦合线的上支路串接有电容三；所述变容管一和所述变容管二的两端均端接两个射频扼流电感。
其中，所述中心变容管位于耦合线的上支路。
可选的，所述耦合线一的电长度为九分之一波长。
可选的，所述耦合线二的电长度为十八分之一波长。
可选的，所述耦合线三的电长度为十二分之一波长。
可选的，所述差分馈电结构由差分端口和连接于差分端口之间的传输线构成。
有益效果：
本发明通过将两个串跨接变容管的四分之一波长耦合线及中心变容管串接，并作用半波长差分馈电结构，利用串联变容管的频带上移效果、跨接变容管的频带下边沿下拓效果及中心变容管的匹配稳定作用，实现了带宽可调差分滤波器，具有差模带宽可调范围宽、工作带宽宽、结构简洁、尺寸小等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种带宽可调差分滤波器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的|Sdd11|带宽可调差分滤波器的差模仿真响应图；
图3是根据本发明实施例的|Sdd21|带宽可调差分滤波器的差模仿真响应图；
图4是根据本发明实施例的带宽可调差分滤波器的共模仿真响应图。
图中：
1、中心变容管；2、电容一；3、耦合线一；4、电容二；5、耦合线二；6、变容管一；7、耦合线三；8、变容管二；9、电容三；10、射频扼流电感；11、传输线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种带宽可调差分滤波器。
如图1所示，根据本发明实施例的一种带宽可调差分滤波器包括五个变容管、十个射频扼流电感、六个电容、两条传输线和六条耦合线，具体的，包括中心变容管1，所述中心变容管1的两侧对称设置有差分馈电结构，每个差分馈电结构与所述中心变容管1之间连接有串跨接变容管加载四分之一波长耦合线，且所述串跨接变容管加载四分之一波长耦合线与所述差分馈电结构之间连接有电容一2，所述串跨接变容管加载四分之一波长耦合线包括与所述电容一2顺序串联的耦合线一3、电容二4、耦合线二5、变容管一6以及耦合线三7；其中，所述电容二4和所述变容管一6位于耦合线的下支路，耦合线三7的下端为开路；所述耦合线一3与耦合线二5之间且位于耦合线的上下两线之间跨接有变容管二8；所述耦合线二5与耦合线三7之间且位于耦合线的上支路串接有电容三9；所述变容管一6和所述变容管二8的两端均端接两个射频扼流电感10；中心变容管1位于耦合线的上支路。
应用时，所述耦合线一3的电长度为九分之一波长；所述耦合线二5的电长度为十八分之一波长；所述耦合线三7的电长度为十二分之一波长；所述差分馈电结构由差分端口和连接于差分端口之间的传输线11构成。
工作时，差模及共模信号从差分馈电结构(端口1+和1-)输入，馈入到串跨接变容管加载四分之一波长耦合线，经过中心变容管2流入右侧相同对称电路，从差分输出结构(端口2+和2-)输出，在整体电路及偏置电压之下的作用下形成差模带宽可调滤波功能及宽带共模抑制功能。
在此过工作程中，由于串接变容管一6位于四分之一波长耦合线中的下支路开路端侧，其容值的变化能够有效改变四分之一波长耦合线的等效电长度，因此变容管一6的容值减少时，工作频带整体上移，并且当变容管一6位于耦合线开路端十二分之一波长处时，整体效果最好。变容管二8的容值变化能够改变四分之一波长耦合线上下两线之间的耦合强度，当变容管二8位于变容管一6的相对侧时，随着其容值的增大，能够使差模工作频带的下边沿下拓，并且当变容管二8位于四分之一波长耦合线的九分之一波长处时，整体效果最好。因此，整体电路中变容管二8调控时的差模工作频带上移、变容管二8调控时的差模工作频带下边沿下拓，两者功能相互组合能够实现差模工作频带带宽可调的功能，且调节范围相对传统方法更宽。
同时，由于变容管加载形式产生的耦合增强效应，使得整体差模匹配的带宽较宽，反射零点个数也在增加。中心变容管1的容值改变能够调节两个串跨接变容管加载四分之一波长耦合线整体的阻抗，且对其电长度有一定影响，因此其主要用于抑制带宽变化时带来的匹配波动，从而获得稳定的匹配，其次要作用是用于带宽的调节。另外，当两个串跨接变容管加载四分之一波长耦合线作用于差分馈电结构时，整体的共模阻抗在恶化，因此能增强宽带共模抑制的效果。
另外，在结构上，本发明仅需要两个串跨接变容管加载四分之一波长耦合线、差分馈电或输出结构、中心变容管，因此整体电路简单、尺寸较小。
以图1所示的带宽可调差分滤波器为例，案例的元器件值为：射频扼流电感10的电感值为270nH、电容一2、电容二4和电容三9的电容值为430pF、变容管一6的电容值Cv2的变化范围是0.2pF～1.2pF、变容管二8的电容值Cv2的变化范围是0.6pF～7pF、中心变容管1的电容值Cv3的变化范围是2.9pF～10pF。图2-3是本案例的差模仿真响应，图4是本案例的共模仿真响应。从图2-4可以看出，工作频带的中心频率为1.8GHz，差模3-dB相对带宽调控范围为49.5％～75.3％，即调控范围内的带宽均达到了宽带水平，并且相对带宽的绝对可调范围达到了25.8％，共模抑制在0GHz到3.5GHz频率范围内均可达到15dB以上。本案例采用RO4003C基板，电路尺寸仅为1.5λg×0.08λg(λg为中心频率所对应的导波波长)。
由此可见，借助于本发明的上述技术方案，通过将两个串跨接变容管的四分之一波长耦合线及中心变容管串接，并作用半波长差分馈电结构，利用串联变容管的频带上移效果、跨接变容管的频带下边沿下拓效果及中心变容管的匹配稳定作用，实现了带宽可调差分滤波器，具有差模带宽可调范围宽、工作带宽宽、结构简洁、尺寸小等特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种带宽可调差分滤波器，其特征在于，包括中心变容管，所述中心变容管的两侧对称设置有差分馈电结构，每个差分馈电结构与所述中心变容管之间连接有串跨接变容管加载四分之一波长耦合线，且所述串跨接变容管加载四分之一波长耦合线与所述差分馈电结构之间连接有电容一，所述串跨接变容管加载四分之一波长耦合线包括与所述电容一顺序串联的耦合线一、电容二、耦合线二、变容管一以及耦合线三；其中，所述电容二和所述变容管一位于耦合线的下支路，耦合线三的下端为开路；所述耦合线一与耦合线二之间且位于耦合线的上下两线之间跨接有变容管二；所述耦合线二与耦合线三之间且位于耦合线的上支路串接有电容三；所述变容管一和所述变容管二的两端均端接两个射频扼流电感。
2.根据权利要求1所述的带宽可调差分滤波器，其特征在于，所述中心变容管位于耦合线的上支路。
3.根据权利要求1所述的带宽可调差分滤波器，其特征在于，所述耦合线一的电长度为九分之一波长。
4.根据权利要求1所述的带宽可调差分滤波器，其特征在于，所述耦合线二的电长度为十八分之一波长。
5.根据权利要求1所述的带宽可调差分滤波器，其特征在于，所述耦合线三的电长度为十二分之一波长。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的带宽可调差分滤波器，其特征在于，所述差分馈电结构由差分端口和连接于差分端口之间的传输线构成。
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