本发明属于滤波器
技术领域：
，涉及一种加载non-Foster电路的小型化宽带基片集成波导滤波器。
背景技术：
：雷达技术、无线通信技术等的飞速发展对微波毫米波电路和系统提出了更高的要求。各种军用和民用微波毫米波系统急需小型化、轻量化、低成本和高可靠性。基片集成波导是近年来出现在微波毫米波领域内的一种能够集成于介质基片中的新型导波结构，它具有Q值高、插入损耗小、辐射低、功率容量高、制作成本低等诸多优势，近年来被广泛应用于滤波器的设计中。然而，正是由于基片集成波导的高Q特性，所以在利用基片集成波导设计滤波器时，通常都要采用多腔级联的方式来提高带宽，但是这样会大幅度增加滤波器的横向尺寸。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种加载non-Foster电路的小型化宽带基片集成波导滤波器，设计一款有源non-Foster电路，并将其嵌入该无源滤波器上合适的位置，实现滤波器的阻抗带宽的大幅度扩展。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：加载non-Foster电路的小型化宽带基片集成波导滤波器，该滤波器包含介质基板1，半模基片集成波导谐振器2，金属通孔21，微带馈线22，连接端口5和有源non-Foster电路；所述介质基板1的截面为矩形，所述介质基板1的下表面完全覆盖有接地板3，所述半模基片集成波导谐振器2设置在所述介质基板1的上表面，在所述半模基片集成波导谐振器2的窄边一侧设置有金属通孔21，所述金属通孔21沿着半模基片集成波导谐振器2的窄边呈直线排列，在所述半模基片集成波导谐振器2的窄边对侧两边分别设置有微带馈线22，两根微带馈线22分别从半模基片集成波导谐振器2的两条边直线延伸至所述介质基板1的边沿，并分别形成馈电端口Ⅰ4和馈电端口Ⅱ6；连接端口5设置在两根微带馈线22之间，所述半模基片集成波导谐振器2通过所述连接端口5连接至所述有源non-Foster电路。进一步，所述有源non-Foster电路包含电源，电阻R1，电阻R1_1，RLC谐振电路7，负阻抗变换电路8和接地电路9；所述电源的负极接直流电源地，正极分别连接至电阻R1和电阻R1_1的一端；所述RLC谐振电路7包含电阻R2，电阻R2_1，电感L1和电容C1，电阻R1的另一端分别连接至电阻R2和电感L1的一端，电阻R2和电感L1的另一端相互连接并连接至电容C1和电阻R2_1的一端，电容C1和电阻R2_1的另一端连接至电阻R1_1的另一端。进一步，所述负阻抗变换电路8包含电阻R3，电阻R3_1，电容C2，电容C2_1，三极管BJT1和三极管BJT2，三极管BJT1的基级通过电容C2后与三极管BJT2的集电极相连接，三极管BJT2的基极通过电容C2_1连接至三极管BJT1的集电极，电阻R3跨接在三极管BJT1的基极和集电极之间，电阻R3_1跨接在三极管BJT2的基极和集电极之间。进一步，所述接地电路9包含电阻R4，电阻R4_1，电容C3和电容C3_1，所述三极管BJT1的发射极通过电阻R4和电容C3并联接地，三极管BJT2的发射极通过电阻R4_1和电容C3_1并联接地；三极管BJT1的发射极作为有源non-Foster电路的输出端。进一步，所述金属通孔21贯穿介质基板，用于形成半模基片集成波导谐振器2，所述有源non-Foster电路为接地型电路，且所述有源non-Foster电路与半模基片集成波导谐振器2共用接地板3。进一步，所述金属通孔21呈等间距排列，连接端口5设置在两根微带馈线22之间的中间位置，整个滤波器关于半模基片集成波导谐振器2的轴线成镜像对称。进一步，所述微带馈线22的结构均为50欧姆的微带线结构。进一步，所述介质基板1的尺寸为66mm*50mm，厚度为0.508mm，选用TaconicTLF-35A材料制成。进一步，所述半模基片集成波导谐振器2长边长度为50-60mm，窄边长度为28-35mm。进一步，所述金属通孔21的半径为0.5-1.5mm，金属通孔21中心间间距为3-4mm。本发明的有益效果在于：1、采用半模基片集成波导设计滤波器，采用半模基片集成波导的优势在于，不仅仅实现了在滤波器自身的小型化，而且将全封闭式的基片集成波导改为单侧开放式结构以后，为嵌入non-Foster电路提供了有效的连接点，如，半模基片集成波导滤波器的波导切断界面处的轴对称位置处为一个很好的non-Foster电路接入点。2、该non-Foster电路可以往高频或者低频调节移动滤波器的工作频率，并且可以同时增加滤波器的工作带宽。而且，根据提取到的具体的滤波器特性参数，可以根据需求用户的需求，在一定范围内实现固定值的频率移动和带宽扩展。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：图1为本发明滤波器的整体结构；图2为本发明滤波器的几何结构示意图；图3为本发明的有源non-Foster电路拓扑结构；图4为本发明涉滤波器与有源non-Foster电路的连接示意图；图5为本发明滤波器的S参数；图6为有源负阻抗变换电路的输出阻抗特性；图7为本发明加载有源non-Foster电路的滤波器的S参数。具体实施方式下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。本发明为一种加载non-Foster电路的小型化宽带基片集成波导滤波器，该有源滤波器为平面结构，其整体包括两部分，一部分是无源半模基片集成波导滤波器，包含介质基板1，半模基片集成波导谐振器2，设置在介质基板1下表面的接地板3，馈电端口Ⅰ4，连接端口5，馈电端口Ⅱ6以及金属通孔21，具体结构示意图如图1所示。另一部分是基于该无源半模基片集成波导滤波器设计的有源non-Foster电路，包含RLC谐振电路7，负阻抗变换电路8，接地电路9和输出端10，具体电路原理图如图2所示。图3为无源滤波器和non-Foster电路的连接情况结构示意图。对于该有源滤波器，馈电端口Ⅰ4和馈电端口Ⅱ6为特征阻抗为50ohm的微带线结构，为有源滤波器的输入输出端，连接端口5为滤波器的内部接口，用于连接non-Foster电路，具体的连接情况如图3所示。如图1所示，无源半模基片集成波导滤波器采用单层的介质基板1加工而成，谐振器部分包含微带馈线22，由金属通孔21将位于介质基板1上表面的矩形金属和介质基板1下表面的接地金属连接而成。该谐振器位于介质基板1的上表面部分的半模基片集成波导谐振器2与介质基板1背面的金属接地板3通过一排等间距的通孔21相连。半模基片集成波导谐振器2两端各直接同一段特征阻抗为50欧姆的微带线相连，馈电端口Ⅰ4和馈电端口Ⅱ6为滤波器的输入输出端。连接端口5为滤波器内部接口，空载情况不影响滤波器的滤波器特性，当连接端口5外接non-Foster电路时，可以拓展滤波器的工作带宽。如图2所示，有源non-Foster电路，该电路结构优异，由RLC谐振电路7，负阻抗变换电路8和接地电路9组成。如图3所示，电源的负极接地，正极分别连接至电阻R1和电阻R1_1的一端，RLC谐振电路7包含电阻R2，电阻R2_1，电感L1和电容C1，电感L1和电阻R2并联，电容C1和电阻R2_1并联，然后这两组并联器件再进行串联。负阻抗变换电路8包含电阻R3，电阻R3_1，电容C2，电容C2_1，三极管BJT1和三极管BJT2；BJT1的基级通过电容C2后与BJT2的集电极相连接，BJT2的基极通过电容C2_1后与BJT1的集电极相连接。电阻R3跨接在BJT1的基极和集电极之间，R3_1跨接在BJT2的基极和集电极之间。接地电路9包含电阻R4，电阻R4_1，电容C3和电容C3_1，三极管BJT1的发射极通过电阻R4和电容C3并联接地，三极管BJT2的发射极通过电阻R4_1和电容C3_1并联接地，三极管BJT1的发射极作为有源non-Foster电路的输出端。该有源non-Foster电路具有超低的输入电阻，其输入电抗值具有非福斯特特性，且在一定范围内，输入电抗大小可调。该电路的拓扑结构具有较为广泛的适用性，在具体的滤波器应用上，可以修订具体的电路参数值。如图4所示，有源non-Foster电路为接地型电路，其输出端10与图1中的滤波器连接端口5相连，共用金属地3。具体实施例如图1、2所示，本无源滤波器为平面结构。介质基板1采用TaconicTLF-35A，其介电常数为3.5，介质基板厚度为0.508mm，长宽为66mm*50mm。介质基板1的下表面全覆铜，为接地板3。介质基板1的上表面的为包括半模基片集成波导谐振器2、微带馈线22和半模基片集成波导滤波器与有源non-Foster电路的连接端口5。半模基片集成波导谐振器2的长边L1为50-60mm，窄边W1为28-35mm，其窄边有一排金属通孔21，金属通孔21的半径R1为0.5-1.5mm，孔间距W2为3-4mm。半模基片集成波导滤波器与non-Foster电路的连接端口5为一个矩形金属贴片，尺寸为2*2mm，它对滤波器的性能基本没有实质影响。该半模基片集成波导滤波器的仿真S参数如图5所示。有源non-Foster电路的拓扑结构如图3所示，有源non-Foster电路与当外接特定的non-Foster电路时，滤波器的性能发生实质性变化。有源non-Foster电路与半模基片集成波导滤波器的连接方式如图4所示。有源non-Foster电路的特性由具体的半模基片集成波导滤波器的特性决定，主要表现在有源non-Foster电路的输出阻抗的实部要尽可能小，但是要大于零，其虚部要尽可能地降低半模基片集成波导滤波器Q值。针对本优选实施例子，有源non-Foster电路的具体的器件值如表1所示，表1、有源non-Foster电路的元器件值Vdc＝5VR1＝37.5ΩR1_1＝37.5ΩR2＝484ΩR2_1＝42ΩR3＝33kΩR3_1＝33kΩR4＝26ΩR4_1＝26ΩL1＝17.7nHC1＝4.3pFC2＝28.7pFC2_1＝28.7pFC3＝8.6pFC3_1＝8.6pFC4＝10nF其输出阻抗特性如图6所示，当半模基片集成波导滤波器加载有源non-Foster电路以后，其S参数如图7所示。对比图5和图7可知，无源半模基片集成波导滤波器工作在716MHz，其相对带宽约为6.0％，当加载有源non-Foster电路以后，该有源non-Foster滤波器工作在401-540MHz，其相对带宽约为30％。non-foster电路同时实现了半模基片集成波导滤波器的工作频率的大幅度降低和工作带宽的大幅度扩展。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。当前第1页1 2 3