CN203056058U - 具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器。该平衡式射频电调带通滤波器由上层的微带结构，中间层的介质基板和下层的接地金属组成。上层的微带结构中两个输入端口分别与两个输入馈电网络连接，两个输出端口分别与两个输出馈电网络连接；两个输入馈电网络与第一半波长阶跃阻抗谐振器耦合，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器耦合，最后第二半波长阶跃阻抗谐振器分别与两个输出馈电网络耦合，整个滤波器结构上下镜像对称。本实用新型的平衡式射频电调带通滤波器实现了灵活的带宽控制，较高的共模抑制度以及宽阻带等特性，可用于无线通信或雷达系统的可重构射频前端。

Description

具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种新型的基于变容二极管的平衡式射频电调谐带通滤波器，特别是一种可应用在多频带、宽频带和可重构射频前端系统中的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器。

背景技术

电调滤波器是跳扩频通信技术、抗干扰雷达、动态频率分配技术、多功能接收机、杂散发射测量等方面的关键技术之一。自二战以来，电调滤波器一直都是各国研究的热点之一。在这个方面，目前已经有一些研究报道，多种不同的调谐器件也已经被使用，例如半导体变容二极管、射频微机电系统（RF MEMS）电容管以及铁电薄膜材料变容管等。其中半导体变容二极管因其调谐速度快、控制电压和功率消耗低、工艺成熟等优点在可重构系统的设计中得到了广泛的应用。

现代超宽带雷达和无线通信要求采用高性能的可重构射频前端。例如在认知无线电体系中，为了充分利用和融合各种不同的无线信道和标准，射频前端需要工作在不同的频率上，这就需要中心频率可调谐的可重构射频前端。随着近年来雷达和通信技术的快速发展，频谱资源日益拥挤，这些系统往往又同时有着严格的带宽要求和抗干扰能力。根据实际应用环境，当前设计的平衡式射频电调滤波器主要还存在以下问题：

（1）对于大多数调谐滤波器而言，当调谐通带中心频率时，通带的绝对带宽或相对带宽往往呈现无规则的变化，而在很多实际应用中对带宽有一定的要求。因此我们需要在调谐中心频率时候能够控制通带带宽的变化的调谐滤波器。

（2）随着无线系统的发展和广泛应用，周围环境噪声的干扰愈发不容忽略。环境噪声的存在导致滤波器的性能下降，进而影响到射频前端的噪声系数。因此必须采取一些抑制环境噪声的方法。

（3）阻带扩展。随着频谱资源日益拥挤，可能有多种不同频率的微波信号共存于一个空间。因此带通滤波器的带外必须保证较宽的阻带以抑制可能进入的杂波信号。

针对中心频率调谐时进行带宽控制的问题，目前已经提出了一些方法。目前比较常用的有两种：根据“S.J.Park and G.M.Rebeiz，Low-loss two-poletunablefilters with three different predefined band width characteristics，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.56,no.5,pp.1137-1148,May2008.”所提供的分析可知，采用独立的电耦合和磁耦合机制来控制耦合系数的变化，能够实现带宽控制；根据“M.A.ElTanani and G.M.Rebeiz，High performance 1.5-2.5GHz RF-MEMS tunablefilters for wireless applications，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.58,no.6,pp.1629-1637,Jun.2010.”所提供的分析可知，采用电磁混合耦合机制同样能控制带宽。然而上述所提出的方法都是单端口电路，对于环境噪声的抑制没有显著效果。

平衡结构电路对环境噪声有较好的抑制效果，因此在现代通信系统中平衡电路得到广泛应用。目前大多数的研究集中在阻带扩展、共模抑制、宽通带等方面。根据“J.Shi,and Quan Xue，Balanced Bandpass Filters Using Center-LoadedHalf-Wavelength Resonators，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.59,no.10,pp.2452-2460,Oct.2011.”所提供的分析可知，中间加载电容的方式可以吸收共模信号。然而大多数平衡式滤波器的设计都是不可调的，目前只有“Y.C.Li and QuanXue，Tunable balanced bandpass filter with constant bandwidth and high commonmode suppression，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.59,no.10,pp.2452-2460,Oct.2011.”一文中提出了一种平衡式可调滤波器。然而文中只实现了恒定绝对带宽控制和恒定相对带宽控制，并未实现其他方式的带宽控制。

针对拓宽阻带的问题，根据“M.Sagawa,M.Makimoto,and S.Yamashita,Geometrical structures and fundamental characteristics of microwave steppedimpedance resonators,IEEE Trans.Microw.Theor Tech.,vol.45,no.7,pp.1078-1085,July1997.”中所提供的分析可知，在基频不变的情况下，通过改变阶跃阻抗谐振器的阻抗比可以控制二次谐波的频率。目前应用阶跃阻抗谐振器拓宽带宽的设计都是不可调的，还没有研究报告讨论过阶跃阻抗谐振器在射频电调滤波器中的应用。

总之，目前的技术还需解决调谐中心频率时控制带宽，同时抑制环境噪声以及阻带扩展的问题，但是尚无相关描述。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，该型平衡式带通滤波器在设计时可以灵活控制其带宽变化模式，同时具有较宽阻带并对共模信号具有很好的抑制作用。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，包括上层的微带结构，中间层介质基板和下层的接地金属，上层的微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层介质板下表面为接地金属。

所述上层的微带结构包括两个半波长阶跃阻抗谐振器、两个输入馈电网络、两个输出馈电网络、两个输入端口和两个输出端口；其中每个半波长阶跃阻抗谐振器均包括一段微带线和两个变容二极管，所述两个变容二极管分别连接在微带线的两端，其中微带线的中间段阻抗和两边不同，构成一段关于中点对称的阶跃阻抗的微带线；其中一个半波长阶跃阻抗谐振器的中间加载有用于吸收共模信号的电容；两个输入馈电网络和两个输出馈电网络均包括依次连接的50欧姆微带线、隔直电容和耦合微带线，耦合微带线的另一端开有接地过孔；两个输入端口分别与两个输入馈电网络的50欧姆微带线连接，两个输出端口也分别与两个输出馈电网络的50欧姆微带线连接，上述两个输入端口和两个输出端口的特性阻抗均为50欧姆；两个输入馈电网络与第一半波长阶跃阻抗谐振器耦合，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器耦合，最后第二半波长阶跃阻抗谐振器分别与两个输出馈电网络耦合，整个滤波器结构上下左右均对称。

上述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，所述的第一半波长阶跃阻抗谐振器包括依次连接的第一变容二极管、第一矩形微带线、第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第五矩形微带线、第六矩形微带线、第七矩形微带线、第八矩形微带线、第九矩形微带线、第二变容二极管，第一变容二极管和第二变容二极管的阳极均穿过中间介质基板与下层接地金属相连；第二半波长阶跃阻抗谐振器与第一半波长阶跃阻抗谐振器结构相同，其中间加载有用于吸收共模信号的电容，电容的另一端穿过中间层介质基板与下层接地金属相连；上述两个半波长阶跃阻抗谐振器一起排布成左右、上下均对称的结构。

上述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，所述的两个输入馈电网络中的第一输入馈电网络由50欧姆矩形微带线、隔直电容、第十矩形微带线、第十一矩形微带线顺次连接构成，其中第十矩形微带线和第十一矩形微带线与第一半波长阶跃阻抗谐振器构成平行耦合结构用以馈电，第十一矩形微带线末端通过接地过孔穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，第二输入馈电网络的结构与第一输入馈电网络相同；两个输出馈电网络与两个输入馈电网络结构相同；两个输入馈电网络、两个输出馈电网络、两个输入端口、两个输出端口和上述两个半波长阶跃阻抗谐振器一起排布成左右、上下均对称的结构。

上述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，所述的第一半波长阶跃阻抗谐振器的第一矩形微带线、第五矩形微带线和第九矩形微带线分别和第二半波长阶跃阻抗谐振器中对应的第十二矩形微带线、第十三矩形微带线、第十四矩形微带线平行放置构成三段级间耦合结构。

上述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，所述的第一半波长阶跃阻抗谐振器的第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第五矩形微带线、第六矩形微带线、第七矩形微带线、第八矩形微带线具有相同的阻抗值，第一矩形微带线和第九矩形微带线具有相同的阻抗值，上述两个阻抗值不同，形成阶跃阻抗的结构。

所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，当第一输入端口和第二输入端口输入差模信号时，整个滤波器在第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器的中点所在直线位置上形成一个电隔离墙。在此情况下，第二半波长阶跃阻抗谐振器中间位置没有电流，加载在该位置的所述电容可以忽略。所以在差模信号激励下，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器等效为两个耦合的四分之一波长谐振器，其中磁耦合为主耦合路径，同时还存在作为负反馈枝节的电耦合路径。当第一输入端口和第二输入端口输入共模信号时，整个滤波器在第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器的中点所在直线位置上形成一个磁隔离墙。在此情况下，第二半波长阶跃阻抗谐振器中间位置有电流通过，加载在该位置的所述电容上有电流流通。不考虑该电容时，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器等效为两个耦合的二分之一波长谐振器，且谐振频率是差模信号激励时谐振频率的两倍。考虑第二半波长阶跃阻抗谐振器中间加载的所述电容时，等效的两个二分之一波长谐振器的谐振频率不同，使得共模信号不能通过，达到抑制的效果。

为了进一步实现本实用新型的目的，所述具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器的第一半波长阶跃阻抗谐振器的第二矩形微带线、第三矩形微带线、第四矩形微带线、第五矩形微带线、第六矩形微带线、第七矩形微带线、第八矩形微带线宽0.2～2mm，第一矩形微带线和第九矩形微带线宽0.2～2mm，第一矩形微带线长2～10mm，第二矩形微带线长3～10mm，第三矩形微带线长5～20mm，第四矩形微带线长3～10mm，第五矩形微带线长4～20mm；所有隔直电容的容值一样并均在6pF以上；第二半波长阶跃阻抗谐振器中间加载电容的电容值为6～100pF；第一矩形微带线和第十二矩形微带线之间的距离为0.1～1mm；第九矩形微带线和第十四矩形微带线之间的距离也为0.1～1mm；第五矩形微带线和第十三矩形微带线之间的距离为0.1～0.5mm。

所述介质基板的介电常数ε_r为2～10，高度为0.2～2mm。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：1）由于使用平衡结构设计，该带通滤波器对于差模信号能正常工作，而对于共模信号则有较好的抑制作用，因此对于环境噪声这类干扰具有免疫功能。实施例中实测的共模抑制水平都超过-20dB；2）本实用新型在两个半波长谐振器间设置了一组较强的磁耦合作为主耦合路径，又通过引入终端连接变容二极管的对称平行耦合线作为副耦合枝节，加强或者抵消较强的磁耦合，实现在中心频率调谐时的带宽控制；不需要改变拓扑结构，仅需调节两边副耦合枝节的平行耦合线之间的间距，即可实现带宽随频率的各种变化方式，以满足不同的应用需求；3）通过引入阶跃阻抗谐振器，拓宽了阻带。在实施例中实测的阻带可延伸至3GHz以上。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1是具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器结构的原理图。

图2是半波长阶跃阻抗谐振器的原理图。

图3是图2中的半波长阶跃阻抗谐振器取不同阻抗比Rz的情况下，二次谐波对基波频率的归一化值随变容二极管的电容值变化的情况。

图4a是绝对带宽恒定时，不同直流偏置下的差模传输特性的仿真和实测曲线。

图4b是绝对带宽恒定时，不同直流偏置下的差模回波损耗的仿真和实测曲线。

图4c是绝对带宽恒定时，不同直流偏置下的共模传输特性的实测曲线。

图5a是相对带宽恒定时，不同直流偏置下的差模传输特性的仿真和实测曲线。

图5b是相对带宽恒定时，不同直流偏置下的差模回波损耗的仿真和实测曲线。

图5c是相对带宽恒定时，不同直流偏置下的共模传输特性的实测曲线。

具体实施方式

一种具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，包括上层的微带结构，中间层介质基板和下层的接地金属，上层的微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层介质板下表面为接地金属。

所述上层的微带结构包括两个半波长阶跃阻抗谐振器、两个输入馈电网络、两个输出馈电网络、两个输入端口和两个输出端口；其中每个半波长阶跃阻抗谐振器均包括一段微带线和两个变容二极管，所述两个变容二极管分别连接在微带线的两端，其中微带线的中间段阻抗和两边不同，构成一段关于中点对称的阶跃阻抗的微带线；其中一个半波长阶跃阻抗谐振器的中间加载有用于吸收共模信号的电容；两个输入馈电网络和两个输出馈电网络均包括依次连接的50欧姆微带线、隔直电容和耦合微带线，耦合微带线的另一端开有接地过孔；两个输入端口分别与两个输入馈电网络的50欧姆微带线连接，两个输出端口也分别与两个输出馈电网络的50欧姆微带线连接，上述两个输入端口和两个输出端口的特性阻抗均为50欧姆；两个输入馈电网络与第一半波长阶跃阻抗谐振器耦合，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器耦合，最后第二半波长阶跃阻抗谐振器分别与两个输出馈电网络耦合，整个滤波器结构上下左右均对称。

上述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，所述的第一半波长阶跃阻抗谐振器包括依次连接的第一变容二极管14、第一矩形微带线5、第二矩形微带线6、第三矩形微带线7、第四矩形微带线8、第五矩形微带线9、第六矩形微带线10、第七矩形微带线11、第八矩形微带线12、第九矩形微带线13、第二变容二极管15，第一变容二极管14和第二变容二极管15的阳极均穿过中间介质基板与下层接地金属相连；第二半波长阶跃阻抗谐振器与第一半波长阶跃阻抗谐振器结构相同，其中间加载有用于吸收共模信号的电容20，电容20的另一端穿过中间层介质基板与下层接地金属相连；上述两个半波长阶跃阻抗谐振器一起排布成左右、上下均对称的结构。

上述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，所述的两个输入馈电网络的第一输入馈电网络由50欧姆矩形微带线1、隔直电容2、第十矩形微带线3、第十一矩形微带线4顺次连接构成，其中第十矩形微带线3和第十一矩形微带线4与第一半波长阶跃阻抗谐振器构成平行耦合结构用以馈电，第十一矩形微带线4末端通过接地过孔21穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，第二输入馈电网络的结构与第一输入馈电网络相同；两个输出馈电网络与两个输入馈电网络结构相同；两个输入馈电网络、两个输出馈电网络、两个输入端口、两个输出端口和上述两个半波长阶跃阻抗谐振器一起排布成左右、上下均对称的结构。

所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，第一半波长阶跃阻抗谐振器的第一矩形微带线5、第五矩形微带线9和第九矩形微带线13分别和第二半波长阶跃阻抗谐振器中对应的第十二矩形微带线17、第十三矩形微带线19、第十四矩形微带线18平行放置构成三段级间耦合结构。

所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，第一半波长阶跃阻抗谐振器的第二矩形微带线6、第三矩形微带线7、第四矩形微带线8、第五矩形微带线9、第六矩形微带线10、第七矩形微带线11、第八矩形微带线12具有相同的阻抗值，第一矩形微带线5和第九矩形微带线13具有相同的阻抗值，上述两个阻抗值不同，形成阶跃阻抗的结构。

所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器,第一半波长阶跃阻抗谐振器的第二矩形微带线6、第三矩形微带线7、第四矩形微带线8、第五矩形微带线9、第六矩形微带线10、第七矩形微带线11、第八矩形微带线12宽0.2～2mm，第一矩形微带线5和第九矩形微带线13宽0.2～2mm，第一矩形微带线5长2～10mm，第二矩形微带线6长3～10mm，第三矩形微带线7长5～20mm，第四矩形微带线8长3～10mm，第五矩形微带线9长4～20mm；所有隔直电容的容值一样并均在6pF以上；第二半波长阶跃阻抗谐振器中间加载电容的电容值为6～100pF；第一矩形微带线5和第十二矩形微带线17之间的距离为0.1～1mm；第九矩形微带线13和第十四矩形微带线18之间的距离也为0.1～1mm；第五矩形微带线9和第十三矩形微带线19之间的距离为0.1～0.5mm。

所述介质基板的介电常数ε_r为2～10，高度为0.2～2mm。

调整滤波器的各项参数，使滤波器在整个结构上达到平衡。图2所展示的是提出的可调谐的半波长阶跃阻抗谐振器。当第一输入端口IN和第二输入端口IN'输入差模信号时，整个滤波器在第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器的中点所在直线位置上形成一个电隔离墙。在此情况下，第二半波长阶跃阻抗谐振器中间位置没有电流，加载在该位置的电容20可以忽略。所以在差模信号激励下，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器等效为两个耦合的四分之一波长谐振器。当四分之一波长谐振器谐振时，其基波谐振频率和谐波谐振频率可由以下谐振条件解出：

$\mathrm{\ωC}+Y_2\frac{Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_1\·\tan {\mathrm{\θ}}_2-Y_1}{Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_1+Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}=0$

其中ω＝2πf，f为中心谐振频率，C是变容二极管在不同电压下的电容值，Y₁是该半波长阶跃阻抗谐振器中间部分微带线的特性导纳，Y₂是该半波长阶跃阻抗谐振器两边部分微带线（第一矩形微带线5、第九矩形微带线13）的特性导纳，θ₁、θ₂是对应微带线的电长度，定义阻抗比R_z为：

$R_z=\frac{Y_2}{Y_1}$

和均匀阻抗谐振器相比，阶跃阻抗谐振器在R_z>1时有增大二阶谐振频率的优点。图3展示了不同的阻抗比对二次谐波的影响，其中横坐标为谐振器两端连接的变容二极管的电容值，纵坐标为二次谐波频率对基波频率归一化后的数值。

当第一输入端口IN和第二输入端口IN'输入共模信号时，整个滤波器在第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器的中点所在直线位置上形成一个磁隔离墙。在此情况下，第二半波长阶跃阻抗谐振器中间位置有电流通过，加载在该位置的所述电容20上有电流流通。此时从中心参考平面看过去的谐振条件可以表示为：

$-\mathrm{\ωC}=Y_2\frac{2Y_1(Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_1+Y_2\mathrm{tna}{\mathrm{\θ}}_2)+\mathrm{\ω}{C}_L(Y_1-Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2)}{2Y_1(Y_2-Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2)-\mathrm{\ω}{C}_L(Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_1+Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_2)}$

其中ω＝2πf，f为中心谐振频率，C_L是所述加载电容20的电容值，C是变容二极管在不同电压下的电容值，Y₁是该半波长阶跃阻抗谐振器中间部分微带线的特性导纳，Y₂是该半波长阶跃阻抗谐振器两边部分微带线（第一矩形微带线5、第九矩形微带线13）的特性导纳，θ₁、θ₂是对应微带线的电长度。

当C_L等于0pF时，上式可写作：

$-\mathrm{\ωC}=Y_2\frac{Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_1+Y_2\tan {\mathrm{\θ}}_2}{Y_2-Y_1\tan {\mathrm{\θ}}_1\tan {\mathrm{\θ}}_2}$

即为中心不加载电容时二分之一波长阶跃阻抗谐振器的共模谐振条件。如果一个中心加载电容的谐振器和一个中心不加载电容的谐振器相耦合，只要两者距离足够大，它们之间的耦合系数可以认为是零。因此，可以在不影响差模谐振频率的情况下，在全频带范围内有效抑制共模噪声。

如图1中所示，在两个半波长阶跃阻抗谐振器中间存在着三条耦合路径，其中由中间第五矩形微带线9和第十三矩形微带线19平行耦合组成的磁耦合强度较高，为主耦合路径，主要负责能量的传输。而在谐振器两边，由第一矩形微带线5、第九矩形微带线13和第十二矩形微带线17、第十四矩形微带线18分别组成了副耦合路径，副耦合路径中以电耦合为主，可以抵消一部分过量的磁耦合。通过控制副耦合路径耦合线之间的间距，可以灵活控制电耦合的强弱，进而控制了带宽变化的方式。其中具体原理可参照“S.J.Park and G.M.Rebeiz，Low-losstwo-pole tunable filters with three different predefined band width characteristics，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.56,no.5,pp.1137-1148,May 2008.”中的分析。

本实用新型中涉及的具有带宽控制的射频电调带通滤波器可以实现绝对带宽或相对带宽随中心频率变小、变大或者不变。为了便于展示，在下面实施例中选取了恒定绝对带宽的工作模式和恒定相对带宽的工作模式，但并不局限在这两种带宽控制形式。在下面实施例1和实施实例2中，分别实现具有95MHz恒定绝对带宽和具有9.8%恒定相对带宽的平衡式电调滤波器，制作在介电常数为2.2、厚度为0.8mm的介质基板上。变容二极管选用东芝公司的硅变容二极管JSV2S71E。

实施实例1：实现具有95MHz恒定绝对带宽的平衡式射频电调滤波器

工作频率在733MHz-1603MHz具有95MHz恒定绝对带宽的平衡式射频电调滤波器结构如图1所示。具体参数为：第一矩形微带线5长4.3mm，宽1.2mm；第二矩形微带线6长3mm，宽1mm；第三矩形微带线7长11mm，宽1mm；第五矩形微带线9长8mm，宽1mm；与第十一矩形微带线4连接的接地过孔21中心和第五矩形微带线9的距离为0.8mm；所有隔直电容的容值均为10pF；第二半波长阶跃阻抗谐振器中间加载的电容20的容值为10pF；第一矩形微带线5（第五矩形微带线13）和第十二矩形微带线17（第十三矩形微带线18）之间的距离为0.2mm；第九矩形微带线9和第十四矩形微带线19之间的距离是0.15mm；第十矩形微带线3和第三矩形微带线7之间的距离为0.12mm，第十一矩形微带线4和第十四矩形微带线8之间的距离也是0.12mm。图4给出了利用上述参数设计的滤波器进行仿真和实际测量的结果，其中仿真和实际测量分别是使用安捷伦公司的商业电磁仿真软件ADS和N5230C PNA-L网络分析仪来完成。图4a为该滤波器差模工作情况下，在六个不同偏置电压时的仿真及测试传输特性，横轴表示频率，纵轴表示差模传输特性|S_dd21|。图4b所示为该滤波器差模工作情况下对应的反射特性，横轴表示频率，纵轴表示回波损耗|S_dd11|。由图4a和图4b可见，绝对带宽恒定时，滤波器的通带频率可以从733MHz调到1603MHz，具有74.5%的相对调节范围。对所有的调谐状态，测量的带内插入损耗在5.7dB到2.5dB之间，回波损耗都低于-10dB，3dB带宽为95±10MHz，基本保持恒定。对所有的调谐状态，其二次谐波频率均高于3GHz，较好地实现了阻带拓宽的目的。图4c显示了在共模工作情况下对共模噪声的抑制，可见在全频率范围内共模抑制都低于-20dB，在通带内的共模抑制能达到-40dB，远远高于通信系统中所要求的-20dB共模抑制水平。

实施实例2：实现具有9.8%恒定相对带宽的平衡式射频电调滤波器

726MHz—1625MHz具有9.8%恒定相对带宽的平衡式射频电调滤波器结构如图1所示。具体参数为：第一矩形微带线5长4.3mm，宽1.3mm；第二矩形微带线6长3mm，宽1mm；第三矩形微带线7长11mm，宽1mm；第五矩形微带线9长8mm，宽1mm；与第十一矩形微带线4连接的接地过孔21中心和第五矩形微带线9的距离为0.8mm；所有隔直电容的容值均为10pF；第二半波长阶跃阻抗谐振器中间加载的电容20的容值为10pF；第一矩形微带线5（第五矩形微带线13）和第十二矩形微带线17（第十三矩形微带线18）之间的距离为0.4mm；第九矩形微带线9和第十四矩形微带线19之间的距离是0.15mm；第十矩形微带线3和第三矩形微带线7之间的距离为0.12mm，第十一矩形微带线4和第十四矩形微带线8之间的距离也是0.12mm。图5给出了利用上述参数设计的滤波器进行仿真和实际测量的结果，其中仿真和实际测量分别是使用安捷伦公司的商业电磁仿真软件ADS和N5230C PNA-L网络分析仪来完成。图5a为该滤波器差模工作情况下，在六个不同偏置电压时的仿真及测试传输特性，横轴表示频率，纵轴表示差模传输特性|S_dd21|。图5b所示为该滤波器差模工作情况下对应的反射特性，横轴表示频率，纵轴表示回波损耗|S_dd11|。由图5a和图5b可见，相对带宽恒定时，滤波器的通带频率可以从726MHz调到1625MHz，具有76.5%的相对调节范围。对所有的调谐状态，测量的带内插入损耗在6.0dB到1.7dB之间，回波损耗都低于-12dB。3dB相对带宽为9.8%±1.2%，基本恒定。对所有的调谐状态，其二次谐波频率均高于3GHz，较好地实现了阻带拓宽的目的。图5c显示了在共模工作情况下对共模噪声的抑制，可见在全频率范围内共模抑制都低于-20dB，在通带内的共模抑制能达到-40dB，远远高于通信系统中所要求的-20dB共模抑制水平。

由以上两个实施例中可以看出，在所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器中，仅需改变副耦合中的耦合间距（第一矩形微带线5和第十二矩形微带线17间的距离），即可控制带宽随频率的变化。

本实用新型基于镜像对称的平衡结构，在差模信号下等效为带通滤波器，而对于较宽频带内的共模干扰具有抑制作用。通过引入多条耦合路径，实现了在中心频率调谐时的带宽控制。无需改变结构、仅需调节几个结构参数就能实现不同形式的带宽控制，满足了不同的应用需求。阶跃阻抗谐振器的引入拓宽了阻带，避免了高频杂波对系统的干扰。通过调节设计的参数，这种结构可以实现各种频率、带宽和带宽控制的平衡式电调带通滤波器。

以上所述仅为本实用新型的较佳实例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，包括上层的微带结构，中间层介质基板和下层的接地金属，上层的微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层介质板下表面为接地金属；

所述上层的微带结构包括两个半波长阶跃阻抗谐振器、两个输入馈电网络、两个输出馈电网络、两个输入端口和两个输出端口；其中每个半波长阶跃阻抗谐振器均包括一段微带线和两个变容二极管，所述两个变容二极管分别连接在微带线的两端，其中微带线的中间段阻抗和两边不同，构成一段关于中点对称的阶跃阻抗的微带线；其中一个半波长阶跃阻抗谐振器的中间加载有用于吸收共模信号的电容；两个输入馈电网络和两个输出馈电网络均包括依次连接的50欧姆微带线、隔直电容和耦合微带线，耦合微带线的另一端开有接地过孔；两个输入端口分别与两个输入馈电网络的50欧姆微带线连接，两个输出端口也分别与两个输出馈电网络的50欧姆微带线连接，上述两个输入端口和两个输出端口的特性阻抗均为50欧姆；两个输入馈电网络与第一半波长阶跃阻抗谐振器耦合，第一半波长阶跃阻抗谐振器和第二半波长阶跃阻抗谐振器耦合，最后第二半波长阶跃阻抗谐振器分别与两个输出馈电网络耦合，整个滤波器结构上下左右均对称。

2.根据权利要求1所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，第一半波长阶跃阻抗谐振器包括依次连接的第一变容二极管[14]、第一矩形微带线[5]、第二矩形微带线[6]、第三矩形微带线[7]、第四矩形微带线[8]、第五矩形微带线[9]、第六矩形微带线[10]、第七矩形微带线[11]、第八矩形微带线[12]、第九矩形微带线[13]、第二变容二极管[15]，第一变容二极管[14]和第二变容二极管[15]的阳极均穿过中间介质基板与下层接地金属相连；第二半波长阶跃阻抗谐振器与第一半波长阶跃阻抗谐振器结构相同，其中间加载有用于吸收共模信号的电容[20]，电容[20]的另一端穿过中间层介质基板与下层接地金属相连；上述两个半波长阶跃阻抗谐振器一起排布成左右、上下均对称的结构。

3.根据权利要求1所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，两个输入馈电网络中的第一输入馈电网络由50欧姆矩形微带线[1]、隔直电容[2]、第十矩形微带线[3]、第十一矩形微带线[4]顺次连接构成，其中第十矩形微带线[3]和第十一矩形微带线[4]与第一半波长阶跃阻抗谐振器构成平行耦合结构用以馈电，第十一矩形微带线[4]末端通过接地过孔[21]穿过中间层介质基板与下层接地金属相连，第二输入馈电网络的结构与第一输入馈电网络相同；两个输出馈电网络与两个输入馈电网络结构相同；两个输入馈电网络、两个输出馈电网络、两个输入端口、两个输出端口和上述两个半波长阶跃阻抗谐振器一起排布成左右、上下均对称的结构。

4.根据权利要求1所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，第一半波长阶跃阻抗谐振器的第一矩形微带线[5]、第五矩形微带线[9]和第九矩形微带线[13]分别和第二半波长阶跃阻抗谐振器中对应的第十二矩形微带线[17]、第十三矩形微带线[19]、第十四矩形微带线[18]平行放置构成三段级间耦合结构。

5.根据权利要求1所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，第一半波长阶跃阻抗谐振器的第二矩形微带线[6]、第三矩形微带线[7]、第四矩形微带线[8]、第五矩形微带线[9]、第六矩形微带线[10]、第七矩形微带线[11]、第八矩形微带线[12]具有相同的阻抗值，第一矩形微带线[5]和第九矩形微带线[13]具有相同的阻抗值，上述两个阻抗值不同，形成阶跃阻抗的结构。

6.根据权利要求1～5任一项所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器,其特征在于，第一半波长阶跃阻抗谐振器的第二矩形微带线[6]、第三矩形微带线[7]、第四矩形微带线[8]、第五矩形微带线[9]、第六矩形微带线[10]、第七矩形微带线[11]、第八矩形微带线[12]宽0.2～2mm，第一矩形微带线[5]和第九矩形微带线[13]宽0.2～2mm，第一矩形微带线[5]长2～10mm，第二矩形微带线[6]长3～10mm，第三矩形微带线[7]长5～20mm，第四矩形微带线[8]长3～10mm，第五矩形微带线[9]长4～20mm；所有隔直电容的容值一样并均在6pF以上；第二半波长阶跃阻抗谐振器中间加载电容的电容值为6～100 pF；第一矩形微带线5和第十二矩形微带线[17]之间的距离为0.1～1mm；第九矩形微带线[13]和第十四矩形微带线[18]之间的距离也为0.1～1mm；第五矩形微带线[9]和第十三矩形微带线[19]之间的距离为0.1～0.5mm。

7.根据权利要求1～5任一项所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，介质基板的介电常数ε _r为2～10，高度为0.2～2mm。

8.根据权利要求6所述的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器，其特征在于，介质基板的介电常数ε _r为2～10，高度为0.2～2mm。

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