带宽恒定的三阶电调带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种选择性高、电调控制简单、整体尺寸较小且在滤波器中心频率可调过程中能够保持绝对带宽固定的带宽恒定的三阶电调带通滤波器。本发明所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器通过调节加载到主传输线上的变容管来实现外部Q值的调整，第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器采用统一电压馈电，并且可以通过改变加载到带阻单元上的电容来灵活的调节低频处的带外抑制水平，控制简单，便于设计，选择性高且调节过程中绝对带宽保持恒定，另外，在保证了高选择性和谐波抑制功能的前提下，采用带阻单元结合带通滤波器设计，大大降低了滤波器的整体尺寸。适合在滤波器【技术领域】推广运用。
【专利说明】带宽恒定的三阶电调带通滤波器
【技术领域】
[0001] 本发明属于滤波器【技术领域】，具体涉及一种带宽恒定的三阶电调带通滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展，尤其是认知无线电、电子作战的发展，在宽带、小型化、 多协议、可重构等方面给无线收发机提出了苛刻的要求，迫切需要无线收发机突破传统通 信制式的固定模式，在一定范围内实现其载频、带宽以及波束方向等指标的自由可调/可 切换，从而构建多模通信链路，达到提高抗干扰能力及鲁棒性、增加频谱的利用率、扩大通 信容量及服务质量之目的。由于滤波器是构成无线电信号收发的空中接口，研究可调滤波 器将具有特别重要的意义。
[0003] 考虑到在实际应用中，信道带宽往往是固定的，并不随着载波的频率而变化，所以 在中心频率可调过程中保持固定绝对带宽的可调滤波器具有较强的应用前景。在这个研究 领域，目前已经有一些研究报道，多种结构的固定绝对带宽的可调滤波器已经被提出。但 是，近年来无线频谱的日益拥挤和干扰信号日益增多等实际背景都对可调滤波器的选择性 提出了更高的要求。
[0004] 目前已经有几种高选择性的可调滤波器的设计方法，典型的有：第一种方法是根 据滤波器综合理论，构建高阶（>3阶）可调滤波器来实现高选择性，如C. Yi-Chyun，and G .M. Rebeiz, "TunableL 55-2. lGHz4_Pole Elliptic Bandpass Filter With Bandwidth Control>50dB Rejection for Wireless Systems，，' IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，vol. 61，no. 1，pp. 117-124, 2013。第二种方法是采用带通滤波 器和带阻滤波器集成在一起的方法来提高某频段的谐波抑制。如E. J. Naglich，J. Lee，D. Peroulis,and W. J. Chappell, uBandpass-Bandstop Filter Cascade Performance Over Wide Frequency Tuning Ranges，，'IEEE Transactions on Microwave Theory and Techn iques，vol. 58, no. 12, pp. 3945-3953, 2010。
[0005] 但是，上述设计方法在实际使用过程中存在如下的技术缺陷：一是现有的可调高 阶滤波器一般为4阶，而且设计过程中可调参数较多，控制起来极为复杂；二是将带阻滤 波器和可调带通滤波器结合来提高选择性的方法会增加整体滤波器的尺寸，限制其应用场 旦 -5^ 〇
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种选择性高、电调控制简单、整体尺寸较小 且在滤波器中心频率可调过程中能够保持绝对带宽固定的带宽恒定的三阶电调带通滤波 器。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：该带宽恒定的三阶电调带通滤波 器，包含上层微带结构、中间层介质基板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一谐振 器、第二谐振器、第三谐振器、主传输线、第一带阻单元、第二带阻单元，所述第一谐振器、第 三谐振器结构相同且对称的设置在第二谐振器的两侧，所述第一带阻单元、第二带阻单元 结构相同且对称的设置在第二谐振器的两侧；
[0008] 所述第二谐振器包括第二微带线A、第二微带线B、第二微带线C、第二微带线D、第 二隔直电容、第二变容二极管，所述第二微带线A与第二微带线D平行设置，第二微带线B、 第二微带线C设置在第二微带线A与第二微带线D之间，第二微带线B连接在第二微带线 A的一端且与第二微带线A垂直设置，第二微带线A的另一端通过接地过孔与下层金属接 地板相连，第二微带线C连接在第二微带线D的一端且与第二微带线D垂直设置，第二微带 线D的另一端通过接地过孔与下层金属接地板相连，所述第二微带线B依次通过第二隔直 电容、第二变容二极管与第二微带线C相连；
[0009] 所述第一谐振器包括第一微带线A、第一微带线B、第一微带线C、第一隔直电容、 第一变容二极管，第一微带线C设置在第二微带线A的外侧且与第二微带线A平行设置形 成平行耦合，所述第一微带线A设置在第一微带线C的外侧且与第一微带线C平行设置，第 一微带线B的两端分别与第一微带线A的一端、第一微带线C的一端相连且第一微带线B 分别与第一微带线A、第一微带线C垂直设置，第一微带线C的另一端依次通过第一隔直电 容、第一变容二极管与接地端相连；
[0010] 所述第三谐振器包括第三微带线A、第三微带线B、第三微带线C、第三隔直电容、 第三变容二极管，第三微带线C设置在第二微带线D的外侧且与第二微带线D平行设置形 成平行耦合，所述第三微带线A设置在第三微带线C的外侧且与第三微带线C平行设置，第 三微带线B的两端分别与第三微带线A的一端、第三微带线C的一端相连且第三微带线B 分别与第三微带线A、第三微带线C垂直设置，第三微带线C的另一端依次通过第三隔直电 容、第三变容二极管与接地端相连；
[0011] 所述第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管具有相同的偏置电压； [0012] 所述第一带阻单元包括多段第一带阻微带线，所述多段第一带阻微带线依次首尾 相连，所述第一带阻单元的末端连接有第一片状微带线，第一片状微带线通过第一固定电 容与接地端相连；所述第二带阻单元包括多段第二带阻微带线，所述多段第二带阻微带线 依次首尾相连，所述第二带阻单元的末端连接有第二片状微带线，第二片状微带线通过第 二固定电容与接地端相连；
[0013] 所述主传输线由第一传输线和第二传输线组成，所述第一传输线与第二传输线结 构相同且沿第二谐振器的中心线对称设置，所述第一传输线包括依次首尾相连的第一传输 微带线A、第一传输微带线B、第一传输微带线C、第一传输微带线D、第一传输微带线E、第一 传输微带线F、第一匹配电容、第一传输变容二极管A、第一传输变容二极管B，所述第一匹 配电容设置在第一传输微带线A与第一传输微带线B之间，所述第一传输微带线F的末端 依次通过第一传输变容二极管A、第一传输变容二极管与接地端相连，所述第一传输变容二 极管A、第一传输变容二极管B互为隔直电容，所述第一传输微带线C与第一微带线A平行 设置形成平行耦合，第一传输微带线D与第一微带线B平行设置形成平行耦合，第一传输微 带线E与第二微带线A平行设置形成平行耦合，第一传输微带线F与第二微带线B平行设 置形成平行耦合；所述第二传输线包括依次首尾相连的第二传输微带线A、第二传输微带 线B、第二传输微带线C、第二传输微带线D、第二传输微带线E、第二传输微带线F、第二匹配 电容、第二传输变容二极管A、第二传输变容二极管B，所述第二匹配电容设置在第二传输 微带线A与第二传输微带线B之间，所述第二传输微带线F的末端依次通过第二传输变容 二极管A、第二传输变容二极管与接地端相连，所述第二传输变容二极管A、第二传输变容 二极管B互为隔直电容，所述第二传输微带线C与第三微带线A平行设置形成平行耦合，第 二传输微带线D与第三微带线B平行设置形成平行耦合，第二传输微带线E与第二微带线 D平行设置形成平行耦合，第二传输微带线F与第二微带线C平行设置形成平行耦合。
[0014] 进一步的是，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器均为四分之一波长谐振 器。
[0015] 进一步的是，所述第一微带线A与第一传输微带线C形成的平行耦合、第一微带线 B与第一传输微带线D形成的平行耦合、第一微带线C与第二微带线A形成的平行耦合满足 以下公式：
[0016]
【权利要求】
1.带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：包含上层微带结构、中间层介质基 板和下层接地金属，所述上层微带结构包括第一谐振器（1)、第二谐振器（2)、第三谐振器 (3)、主传输线（4)、第一带阻单元（5)、第二带阻单元￠)，所述第一谐振器（1)、第三谐振器 (3)结构相同且对称的设置在第二谐振器（2)的两侧，所述第一带阻单元（5)、第二带阻单 元（6)结构相同且对称的设置在第二谐振器（2)的两侧； 所述第二谐振器（2)包括第二微带线A (201)、第二微带线B (202)、第二微带线C (203)、 第二微带线D(204)、第二隔直电容（205)、第二变容二极管（206)，所述第二微带线A(201) 与第二微带线D (204)平行设置，第二微带线B (202)、第二微带线C (203)设置在第二微带线 A(201)与第二微带线D(204)之间，第二微带线B(202)连接在第二微带线A(201)的一端 且与第二微带线A (201)垂直设置，第二微带线A (201)的另一端通过接地过孔与下层金属 接地板相连，第二微带线C (203)连接在第二微带线D (204)的一端且与第二微带线D (204) 垂直设置，第二微带线D (204)的另一端通过接地过孔与下层金属接地板相连，所述第二微 带线B (202)依次通过第二隔直电容（205)、第二变容二极管（206)与第二微带线C (203)相 连； 所述第一谐振器（1)包括第一微带线A (101)、第一微带线B (102)、第一微带线C (103)、 第一隔直电容（104)、第一变容二极管（105)，第一微带线C(103)设置在第二微带线A(201) 的外侧且与第二微带线A (201)平行设置形成平行耦合，所述第一微带线A (101)设置在第 一微带线C (103)的外侧且与第一微带线C (103)平行设置，第一微带线B (102)的两端分别 与第一微带线A (101)的一端、第一微带线C (103)的一端相连且第一微带线B (102)分别与 第一微带线A(101)、第一微带线C(103)垂直设置，第一微带线C(103)的另一端依次通过第 一隔直电容（104)、第一变容二极管（105)与接地端相连； 所述第三谐振器（3)包括第三微带线A (301)、第三微带线B (302)、第三微带线C (303)、 第三隔直电容（304)、第三变容二极管（305)，第三微带线C(303)设置在第二微带线D(204) 的外侧且与第二微带线D (204)平行设置形成平行耦合，所述第三微带线A (301)设置在第 三微带线C (303)的外侧且与第三微带线C (303)平行设置，第三微带线B (302)的两端分别 与第三微带线A (301)的一端、第三微带线C (303)的一端相连且第三微带线B (302)分别与 第三微带线A(301)、第三微带线C(303)垂直设置，第三微带线C(303)的另一端依次通过第 三隔直电容（304)、第三变容二极管（305)与接地端相连； 所述第一变容二极管（105)、第二变容二极管（206)、第三变容二极管（305)具有相同 的偏置电压； 所述第一带阻单元（5)包括多段第一带阻微带线（501)，所述多段第一带阻微带线 (501)依次首尾相连，所述第一带阻单元（5)的末端连接有第一片状微带线（502)，第一片 状微带线（502)通过第一固定电容（503)与接地端相连；所述第二带阻单元（6)包括多段 第二带阻微带线（601)，所述多段第二带阻微带线（601)依次首尾相连，所述第二带阻单元 (6)的末端连接有第二片状微带线￠02)，第二片状微带线（602)通过第二固定电容（603) 与接地端相连； 所述主传输线（4)由第一传输线（41)和第二传输线（42)组成，所述第一传输线（41) 与第二传输线（42)结构相同且沿第二谐振器（2)的中心线对称设置，所述第一传输线（41) 包括依次首尾相连的第一传输微带线A(411)、第一传输微带线B(412)、第一传输微带线 C (413)、第一传输微带线D (414)、第一传输微带线E (415)、第一传输微带线F (416)、第一匹 配电容（417)、第一传输变容二极管A(418)、第一传输变容二极管B(419)，所述第一匹配 电容（417)设置在第一传输微带线A(411)与第一传输微带线B(412)之间，所述第一传输 微带线F (416)的末端依次通过第一传输变容二极管A (418)、第一传输变容二极管与接地 端相连，所述第一传输变容二极管A(418)、第一传输变容二极管B (419)互为隔直电容，所 述第一传输微带线C(413)与第一微带线A(101)平行设置形成平行耦合，第一传输微带线 D (414)与第一微带线B (102)平行设置形成平行耦合，第一传输微带线E (415)与第二微带 线A(201)平行设置形成平行耦合，第一传输微带线F(416)与第二微带线B (202)平行设 置形成平行耦合；所述第二传输线（42)包括依次首尾相连的第二传输微带线A(421)、第 二传输微带线B (422)、第二传输微带线C (423)、第二传输微带线D (424)、第二传输微带线 E (425)、第二传输微带线F (426)、第二匹配电容（427)、第二传输变容二极管A (428)、第二 传输变容二极管B(429)，所述第二匹配电容（427)设置在第二传输微带线A(421)与第二 传输微带线B(422)之间，所述第二传输微带线F(426)的末端依次通过第二传输变容二极 管A(428)、第二传输变容二极管与接地端相连，所述第二传输变容二极管A(428)、第二传 输变容二极管B (429)互为隔直电容，所述第二传输微带线C (423)与第三微带线A (301)平 行设置形成平行耦合，第二传输微带线D (424)与第三微带线B (302)平行设置形成平行耦 合，第二传输微带线E (425)与第二微带线D (204)平行设置形成平行耦合，第二传输微带线 F(426)与第二微带线C(203)平行设置形成平行耦合。
2. 如权利要求1所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：所述第一谐振 器（1)、第二谐振器（2)、第三谐振器（3)均为四分之一波长谐振器。
3. 如权利要求2所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：所述第一微带 线A (101)与第一传输微带线C (413)形成的平行耦合、第一微带线B (102)与第一传输微带 线D (414)形成的平行耦合、第一微带线C (103)与第二微带线A (201)形成的平行耦合满足 以下公式：
其中为第一谐振器（1)的谐振频率，CT1为第一隔直电容（104)与第一变容二极管 (105)的串联值，h为第一微带线A (101)、第一微带线B (102)、第一微带线C (103)的总长 度值，Yi为第一微带线A (101)、第一微带线B (102)、第一微带线C (103)的导纳值，c为真空 中的光速，^为介质基板的介电常数。
4. 如权利要求3所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：第二微带线 A(201)与第一传输微带线E (415)形成的平行耦合、第二微带线B (202)与第一传输微带线 F (416)形成的平行耦合、第二微带线C (203)与第二传输微带线F (426)形成的平行耦合、第 二微带线D(204)与第二传输微带线E(425)形成的平行耦合满足以下公式：
其中f2为第二谐振器（2)的谐振频率，CT2为第二隔直电容（205)与第二变容二极管 (206)的串联值，12为第二微带线A(201)、第二微带线B(202)的总长度值，Y2为第二微带 线Α(201)、第二微带线Β(202)的导纳值，c为真空中的光速，ε,为介质基板的介电常数。
5. 如权利要求4所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：所述第一带阻 单元（5)的多段第一带阻微带线（501)总电长度为θ ω，长度为lbl，导纳为Ybl ;第一片状 微带线（502)的电长度为0b2，长度为lb2，导纳为Yb2;第一固定电容（503)的电容值C b在 10-40pF之间，并满足以下公式： Ybl- (2Yb2tan Θ b2+2 π fzGb) tan Θ bl = 〇 其中fz为低频处传输零点的频率。
6. 如权利要求5所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：所述第一传输 线（41)的第一传输微带线C(413)、第一传输微带线D(414)、第一传输微带线E(415)、第 一传输微带线F(416)的总物理长度为l p，电长度为θρ，导纳*γρ，第一传输变容二极管 A(418)与第一传输变容二极管B(419)的总电容值为CT3，且满足以下公式：
其中I为滤波器的外部Q值，Cp为第一匹配电容（417)的电容值，j为虚部符号，ω为 角速度，为滤波器中心频率f〇处的角速度。
7. 如权利要求6所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：所述第一微带 线C (103)与第二微带线A (201)形成的平行耦合的耦合长度为1。，耦合间距为g。，耦合系数 k12满足：
?Q1为第一谐振器（1)的固有频率，ω%为第二谐振器（2)的固有频率；(^表不第一 谐振器（1)与第二谐振器（2)形成的耦合谐振器在频率低端的振荡点，《2表示第一谐振器 (1)与第二谐振器（2)形成的耦合谐振器在频率高端的振荡点。
8. 如权利要求7所述的带宽恒定的三阶电调带通滤波器，其特征在于：所述第一谐振 器（1)和第二谐振器（2)之间的耦合系数为k 12，第一带阻单元（5)的外部Q值1满足以下 条件：
其中BW为绝对带宽，&为滤波器的中心频率，gl为第一谐振器（1)的低通原型综合参 数，g2为第一谐振器（1)的低通原型综合参数。
【文档编号】H01P1/203GK104143674SQ201410366355
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】冯全源, 贾定宏 申请人:西南交通大学