一种可调可重构的带通滤波器的制作方法

本发明涉及微波通信技术领域，更具体地说，涉及一种可调可重构的带通滤波器。

背景技术：

随着现代无线通信系统的飞速发展，频谱拥挤的矛盾日益突出。为了提高频谱资源的可利用率，多通带、扩跳频和动态频率分配等频谱技术得到广泛应用，这大大促进了快速电调或电可重构滤波器的发展。同时，现代无线通讯技术的飞速发展对无线电子设备的多功能、小型化提出了越来越高的设计要求。

然而传统的固定滤波器通常需要多个不同频段的滤波器组合使用来实现频段的可调。但是这种方式不但使射频收发器的体积倍增，而且增加了它的功耗和成本，这不符合当前接收机射频前端电路小型化、低成本的主流趋势。同时，在使用这种方式的滤波器时，不需要使用某一个频段时，操作繁琐，无法立刻进行调节。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的不足，提供一种可调可重构的带通滤波器。

本发明解决上述问题的技术方案是提供了一种可调可重构的带通滤波器，包括：

基板，以及设置在所述基板上的第一谐振单元、第二谐振单元、第三谐振单元、第四谐振单元、输入端和输出端；

所述第一谐振单元与所述第三谐振单元呈左右对称设置，所述第二谐振单元与所述第四谐振单元呈左右对称设置，所述第一谐振单元、所述第二谐振单元、所述第三谐振单元和所述第四谐振单元的谐振频率相同且依次耦合连接，所述输入端与所述第一谐振单元耦合连接，所述输出端与所述第四谐振单元耦合连接；

所述第一谐振单元、所述第二谐振单元、所述第三谐振单元和所述第四谐振单元的一端分别设置有一变容电路，所述变容电路根据输入的不同的偏置电压改变所述第一谐振单元、所述第二谐振单元、所述第三谐振单元和所述第四谐振单元的谐振频率，进而改变所述带通滤波器的中心频率；

所述第二谐振单元和所述第三谐振单元的另一端分别设置有一开关电路，所述开关电路的两端分别与所述第二谐振单元或者所述第三谐振单元的另一端和参考地连接，所述开关电路控制所述第二谐振单元和所述第三谐振单元的谐振频率与所述第一谐振单元和第四谐振单元的谐振频率相同或者不同，以使所述第一谐振单元、所述第二谐振单元、所述第三谐振单元和所述第四谐振单元耦合形成一谐振通带或者耦合无法形成一谐振通带，进而实现可重构的谐振通带。

其中，所述变容电路包括变容二极管、电容、第一电阻、连接端子、电压输入端子和第一接地端子，其中，所述电容的一端连接于所述第一谐振单元或者所述第二谐振单元或者所述第三谐振单元或者所述第四谐振单元的一端，所述电容的另一端、所述变容二极管的一端以及所述第一电阻的一端连接于所述连接端子，所述第一电阻的另一端连接于所述电压输入端子，所述变容二极管的另一端连接于所述第一接地端子；在所述电压输入端子外接不同的偏置电压时，所述变容二极管获得不同的电容值，进而改变所述第一谐振单元或者所述第二谐振单元或者所述第三谐振单元或者所述第四谐振单元的谐振频率。

其中，所述带通滤波器还包括一第一接地面，所述第一接地面设置在所述基板上且与所述基板的侧边缘齐平，所述第一接地端子连接于所述第一接地面上。

其中，所述开关电路包括MEMS开关、第二电阻和第二接地端子，所述MEMS开关的第一端子与所述第二谐振单元或者所述第三谐振单元的另一端连接、第二端子经过所述第二电阻连接于所述第二接地端子、控制端外接直流信号。

其中，所述带通滤波器还包括一第二接地面，所述第二接地面设置在所述基板上且与所述基板的侧边缘齐平，所述第二接地端子连接于所述第二接地面上。

其中，所述第一谐振单元、所述第二谐振单元、所述第三谐振单元和所述第四谐振单元均为螺旋型谐振器

其中，所述螺旋型谐振器由半波长均匀阻抗微带线螺旋而成。

其中，所述输入端设置有一输入边耦合线，所述输出端设置有一输出边耦合线，所述输入边耦合线与所述输出边耦合线呈左右对称设置，所述第一边耦合线与所述第一谐振单元耦合连接，所述第二边耦合线与所述第四谐振单元耦合连接。

其中，所述基板为高温超导介质基板。

本发明的有益效果为：本发明的可调可重构的带通滤波器通过在所有的谐振单元的一端设置变容电路来实现谐振单元的谐振频率的改变，进而实现带通滤波器的可调特性，且仅中心频率可调，在使用时，可输入不同的该变容电路的偏置电压即可改变通带滤波器的中心频率，结构简单且小型化。同时，通过在其中一些谐振单元的另一端设置开关电路，使得所有谐振单元的谐振频率不同或者相同，进而所有谐振单元之间失谐或者谐振，从而实现可重构特性，在应用时，闭合或者断开开关电路即可使相应的中心频率的电磁信号通过，操作简单，且在使用过程中，不需要或者需要使用某一个频段时立刻可进行调节。

此外，采用高温超导介基板制作该可调可重构的带通滤波器，损耗小。

附图说明

图1是本发明实施例的可调可重构的带通滤波器的结构示意图。

图2是开关电路处于闭合状态时改变变容二极管偏置电压得到的不同的反射系数曲线图。

图3是开关电路处于闭合状态时改变变容二极管偏置电压得到的不同的传输系数曲线图。

图4是MEMS开关闭合与断开情况下的散射参数曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的可调可重构的带通滤波器的结构示意图，可调可重构的带通滤波器呈左右对称设置，包括基板100，以及设置在基板100上的第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3、第四谐振单元4、输入端5和输出端6。第一谐振单1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4的一端分别设置有一变容电路7；第二谐振单元2和第三谐振单元3的另一端分别设置有一开关电路8。

第一谐振单元1与第三谐振单元3呈左右对称设置，第二谐振单元2与第四谐振单元4呈左右对称设置，第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4的谐振频率相同且依次耦合连接，输入端5与第一谐振单元4耦合连接，输出端3与第四谐振单元4耦合连接。在本实施例中，第一谐振单元1与第二谐振单元2，第二谐振单元2与第三谐振单元3，以及第三谐振单元3与第四谐振单元4均采用缝隙耦合的方式进行耦合连接，其中，其耦合缝隙分别标记为d12、d23、d34。输入端5与第一谐振单元以及输出端6与第四谐振单元4也均采用缝隙耦合的方式进行耦合连接，其耦合缝隙分别标记为din和dout。输入端5馈入电磁信号，输出端6馈出电磁信号，此时，通过耦合缝隙d12、d23和d34将第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4进行谐振，以形成一个谐振通带。

参考图1，变容电路7根据输入的不同的偏置电压改变第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4的谐振频率，进而改变带通滤波器的中心频率。在本实施例中，通过不同的偏置电压，变容电路7输出不同的电容值，不同的电容值与第一谐振单元1或者第二谐振单元2或者第三谐振单元3或者第四谐振单元4一起作用进行谐振，相当于改变第一谐振单元1或者第二谐振单元2或者第三谐振单元3或者第四谐振单元4的谐振频率，进而改变带通滤波器的中心频率，即实现了中心频率可调的特性。当输入的偏置电压为某一数值时，第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4的谐振频率一起变化，且变化的大小相同，此时，通过耦合缝隙d12、d23和d34将第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4进行谐振，带通滤波器的中心频率也随之变化。如图2和图3所示，输入的偏置电压分别为2V、8V、16V和30V时，带通滤波器的中心频率的变化，可以看出，偏置电压越大，带通滤波器的中心频率越大，即偏执电压越大，相当于第一谐振单元1或者第二谐振单元2或者第三谐振单元3或者第四谐振单元4的等效电长度越短，需要说明的是，图2和图3是在开关电路8处于闭合状态时。

参考图1，开关电路8的两端分别与第二谐振单元2或者第三谐振单元3的另一端和参考地连接，开关电路8控制第二谐振单元2和第三谐振单元3的谐振频率与第一谐振单元1和第四谐振单元4的谐振频率相同或者不同，以使第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4耦合形成一谐振通带或者耦合无法形成一谐振通带，进而实现可重构的谐振通带。在本实施例中，在开关电路8处于闭合状态时，第二谐振单元2和第三谐振单元3连接参考地，此时，第二谐振单元2和第三谐振单元3相当于四分之一波长谐振，而第一谐振单元1和第四谐振单元4未连接参考地，相当于半波长谐振，进而第二谐振单元2和第三谐振单元3的谐振频率与第一谐振单元1和第四谐振单元4的谐振频率不同，由四分之一波长谐振与半波长谐振可知，两者的谐振频率相差较大，即四分之一个波长，进而第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4之间造成失谐，输入端5馈入的电磁信号在第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4之间难以耦合，进而无法形成谐振通带，相当于该带通滤波器无法使得电磁信号通过，即处于不工作状态。在开关电路6处于断开状态时，第二谐振单元2和第三谐振单元3未连接参考地，此时，第二谐振单元2和第三谐振单元3相当于半波长谐振，与第一谐振单元1和第四谐振单元4相同，进而第二谐振单元2和第三谐振单元3的谐振频率与第一谐振单元1和第四谐振单元4的谐振频率相同，进而第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4之间通过耦合缝隙d12、d23和d34，进行耦合谐振，以形成一个谐振通带。可以看出，在带通滤波器工作时，通过控制开关电路8即可控制是否形成谐振通带，以进行电磁信号是否通过，应用在射频收发模块时，操作方便。

进一步地，在本实施例中，第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4均为螺旋型谐振器，减少了带通滤波器整体尺寸，实现小型化特性。该螺旋型谐振器由半波长均匀阻抗微带线螺旋而成，在本实施例中，该螺旋型谐振器采用旋入旋出式，即该螺旋型谐振器的两端分别被螺旋在其外部，需要说明的是，在其他实施例中，该螺旋型谐振器还可由半波长非均匀阻抗微带线螺旋而成，例如，半波长阶跃阻抗微带线，在设计该带通滤波器时，其中心频率主要由半波长均匀阻抗微带线的电长度来决定。进一步地，此时，变容电路7输出的不同的电容值在与该螺旋型谐振器一起作用进行谐振时，不同的电容值相当于改变该螺旋型谐振器的等效电长度，而不同的等效电长度，其谐振频率不同，进而改变该螺旋型谐振器的谐振频率。同时，在变容电路7输出某一电容值时，此时，开关电路8处于闭合状态时，第二谐振单元2和第三谐振单元3采用的螺旋型谐振器相当于四分之一波长谐振器，而第一谐振单元1和第四谐振单元4采用的螺旋型谐振器相当于半波长谐振器。

进一步地，参考图1，输入端5设置有一输入边耦合线11，输出端6设置有一输出边耦合线12，输入边耦合线11与输出边耦合线12呈左右对称设置，第一边耦合线11与第一谐振单元1耦合连接，第二边耦合线12与第四谐振单元4耦合连接。在本实施例中，第一边耦合线11与第一谐振单元1以及第二边耦合线12与第四谐振单元4采用缝隙耦合的方式进行耦合连接，其耦合缝隙也分别标记为din和dout。通过第一边耦合线11和第二边耦合线12增加输入端5与第一谐振单元1之间的耦合强度，以及输出端6与第四谐振单元4之间的耦合强度。

进一步地，在本实施例中，参考图1，变容电路7包括变容二极管71、电容72、第一电阻73、连接端子74、电压输入端子75和第一接地端子76，其中，电容72的一端连接于第一谐振单元1或者第二谐振单元2或者第三谐振单元3或者第四谐振单元4的一端，电容72的另一端、变容二极管71的一端以及第一电阻73的一端连接于连接端子74，第一电阻73的另一端连接于电压输入端子75，变容二极管71的另一端连接于第一接地端76；在电压输入端子75外接不同的偏置电压时，变容二极管71获得不同的电容值，进而改变第一谐振单元1或者第二谐振单元2或者第三谐振单元3或者第四谐振单元4的谐振频率。

进一步地，带通滤波器还包括一第一接地面9，第一接地面9设置在基板100上且与基板100的侧边缘齐平，第一接地端子76连接于第一接地面9上。需要说明的是，为了该带通滤波器的拓扑结构简单，且简洁，第一接地面9设置在变容电容7相对于基板100的一侧。在其他实施例中，第一接地端子76可通过打孔方式连接到参考地，此时，孔内需要注入金属材料，例如银、铜等。

进一步地，在本实施例中，参考图1，开关电路8包括MEMS开关81、第二电阻82和第二接地端子83，MEMS开关81的第一端子与第二谐振单元2或者第三谐振单元3的另一端连接、第二端子经过第二电阻82连接于第二接地端子83、控制端84外接直流信号，即控制端84外接直流电压。在变容电路7输出某一电容值时，MEMS开关81闭合，开关电路8处于闭合状态，此时，输入端5馈入的电磁信号在第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4之间难以耦合，进而无法形成谐振通带，如图4所示。MEMS开关81断开时，开关电路8处于断开状态，此时，第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3和第四谐振单元4之间通过耦合缝隙d12、d23和d34，进行耦合谐振，以形成一个谐振通带，如图4所示。

进一步地，带通滤波器还包括一第二接地面10，第二接地面10设置在基板100上且与基板100的侧边缘齐平，第二接地端子83连接于第二接地面10上。需要说明的是，为了该带通滤波器的拓扑结构简单，且简洁，第二接地面10设置在开关电路8相对于基板100的一侧。在其他实施例中，第二接地端子83可通过打孔方式连接到参考地，此时，孔内需要注入金属材料，例如银、铜等。

进一步地，参考图1，在本实施例中，基板1为高温超导介质基板，其介电常数为9.78，厚度为0.5mm，该高温超导介质基板由氧化镁制成，该高温超导介质基板的上下表面由钇钡铜氧超导薄膜制成，在本实施例中，在该高温超导介质基板的上表面的钇钡铜氧超导薄膜通过光刻法刻蚀出第一谐振单元1、第二谐振单元2、第三谐振单元3、第四谐振单元4、输入端5、输出端6、第一接地表面9、第二接地表面10、第一边耦合线11、第二边耦合线12、上述变容电路7中的连接端子74、电压输入端子75和第一接地端子76以及开关电路8中的第二接地端子83。由于高温超导介质基板，该带通滤波器的损耗小。

综述，本发明的可调可重构的带通滤波器通过在所有的谐振单元的一端设置变容电路来实现谐振单元的谐振频率的改变，进而实现带通滤波器的可调特性，且仅中心频率可调，在使用时，可输入不同的该变容电路的偏置电压即可改变通带滤波器的中心频率，结构简单且小型化。同时，通过在其中一些谐振单元的另一端设置开关电路，使得所有谐振单元的谐振频率不同或者相同，进而所有谐振单元之间失谐或者谐振，从而实现可重构特性，在应用时，闭合或者断开开关电路即可使相应的中心频率的电磁信号通过，操作简单，且在使用过程中，不需要或者需要使用某一个频段时立刻可进行调节。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。