基于微带线谐振器的中心频率和带宽可调的多功能滤波器的制作方法

本发明涉及无线通信系统领域，尤其是基于微带线谐振器的中心频率和带宽可调的多功能滤波器。

背景技术：

随着现代无线通信系统的快速发展，频谱资源日益紧张，越来越多的环境都要求其所用的电子设备具备可调谐、多功能的特点，从而提高频谱资源的利用率。其中，巴伦滤波器是一种独立的微波无源器件，其借助于信号系统中平衡电路抗干扰的原理，同时巴伦滤波器也具有低成本、高集成度、小型化等优点，因此，巴伦滤波器成为开发抗电磁干扰的雷达通信系统的关键之一。另外，功率分配器也是射频前端的重要器件，经常同滤波器被应用于射频前端的电路当中，通过级联的方式实现滤波与功率分配的功能，采用这种方式会使系统的体积比较庞大，同时系统的插入损耗也会比较大。功分器与滤波器通过集成化的方式实现滤波与功率分配的功能，这样就能缩小系统的整体体积，同时也能改善系统的整体损耗。目前，现有的巴伦滤波器的可调范围较低，且市面上并未涉及到中心频率与相对带宽均可控的巴伦滤波器。另外，市面上尚无关于巴伦滤波器与功分器滤波器在无附加电路的情况下相互转换的研究文献。

如申请号为“201410210133.1”、名称为“带宽和工作频率独立可控的多层双模双通带巴伦滤波器”的中国专利，其包括第一微波介质基片，第二微波介质基片，第一微波介质基片朝向第二微波介质基片的一面设有作为公共地的第一金属层，第一金属层上设有两条正交且长度不相等的第一缝隙，第一微波介质基片的远离第二微波介质基片的一面设有第一贴片谐振器，第一贴片谐振器设置有两条正交且长度不相等的第二缝隙，第一贴片谐振器设有一输入端，第二微波介质基片的远离第一微波介质基片的一面设有第二贴片谐振器，第二贴片谐振器上设有两条正交且长度不等的第三缝隙，以及第二贴片谐振器在与输入端正交的两端设有两个输出端。该专利通过分别控制两条第一缝隙的长度，可以分别控制对应通带的带宽，通过控制两条第二缝隙以及第三缝隙的长度，可以分别控制对应通带的中心频率，利用新型的拓扑结构实现了独立控制两个通带带宽和中心频率。但是该专利也存在以下不足之处：第一，加载变容二极管较多，增加了电路的插入损耗与应用难度。第二，中心频率调节范围约为26％，仍有进一步的提升空间。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于微带线谐振器的中心频率和带宽可调的多功能滤波器，本发明采用的技术方案如下：

基于微带线谐振器的中心频率和带宽可调的多功能滤波器：

包括均贴覆于介质基板上、且呈γ型结构的第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器，阳极均与第一阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管d1、变容二极管d7和变容二极管d10，阳极均与第二阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管d12、变容二极管d11、变容二极管d8和变容二极管d3，阳极均与第三阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管d5、变容二极管d9和变容二极管d13，一端与变容二极管d7的阴极连接的电容c1，与电容c1的另一端连接的第二端口port2，阴极与变容二极管d1的阴极连、且阳极接地的变容二极管d2，一端与变容二极管d8的阴极连接的电容c2，与电容c2的另一端连接的第一端口port1，阴极与变容二极管d3的阴极连、且阳极接地的变容二极管d4，一端与变容二极管d9的阴极连接的电容c3，与电容c3的另一端连接的第三端口port3，阴极与变容二极管d5的阴极连、且阳极接地的变容二极管d6，以及与第一端口port1、第二端口port2和第三端口port3一一对应连接的sma接头。所述第一阻抗谐振器与第二阻抗谐振器相对位置布设，且第二阻抗谐振器与第三阻抗谐振器相背位置布设。其中，所述介质基板的厚度为25mil，且相对介电常数为10.2。

所述第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器的结构相同，均包括一体成型的第一低阻抗带和第二低阻抗带，所述第一低阻抗带的侧边缘与第二低阻抗带的侧边缘共边、且由第一低阻抗带和第二低阻抗带共同构成γ型结构。

所述第一低阻抗带的长度l1为8mm、宽度w1为4mm，且所述第二低阻抗带的长度l2为20mm、宽度w2为1.18mm。

所述第一阻抗谐振器的第一低阻抗带与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s1为2mm，第二阻抗谐振器的第一低阻抗带与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s2为1.2mm。

所述变容二极管d10、变容二极管d11、变容二极管d13、变容二极管d1、变容二极管d7、变容二极管d3、变容二极管d8、变容二极管d5和变容二极管d9的阴极均与反向偏置电源连接。

进一步地，所述多功能滤波器，还包括一端与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻r9，一端与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻r10，以及一端与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻r11。

更进一步地，所述多功能滤波器，还包括一端分别与变容二极管d10和变容二极管d11的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻r7，一端分别与变容二极管d12和变容二极管d13的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻r8，连接在变容二极管d1的阴极与反向偏置电源之间的电阻r2，连接在变容二极管d7的阴极与反向偏置电源之间的电阻r1，连接在变容二极管d8的阴极与反向偏置电源之间的电阻r3，连接在变容二极管d3的阴极与反向偏置电源之间的电阻r4，连接在变容二极管d9的阴极与反向偏置电源之间的电阻r6，以及连接在变容二极管d5的阴极与反向偏置电源之间的电阻r5。

优选地，所述变容二极管d1连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管d7连接在距第一阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.68mm处。所述变容二极管d5连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管d9连接在距第三阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.68mm处。所述变容二极管d3连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管d8连接在距第二阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d2为1.38mm处。

优选地，所述电阻r9连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对；所述电阻r10连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对；所述电阻r11连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中的第一阻抗谐振器与第三阻抗谐振器共用第二阻抗谐振器，并且分别通过电场耦合与磁场耦合的方式传递信号，使两路输出信号相位分别超前与滞后90°，从何形成巴伦信号输出。

(2)本发明通过第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器之间的电容使磁场耦合转变为电场耦合，从而实现相位一致，由巴伦转变为功分器。

(3)本发明通过第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器之间电容值大小，使电场耦合与本身磁场耦合相互抵消，从而实现双端口滤波器。

(4)本发明通过对输入输出端口与阻抗谐振器之间电容值大小的调节，谐振器与谐振器之间电容值大小的调节以及四分之一波长谐振器高阻抗微带线端串联的接地电容值大小的调节，从而控制外部品质因素，电磁耦合系数以及谐振器电长度，从而达到实现对中心频率、带宽的调节，以及巴伦滤波器、功分滤波器与双端口滤波器之间的相互转换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，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相关的附图。

图1为本发明作为结构尺寸示意图。

图2为本发明作为实物图。

图3为本发明作为巴伦滤波器的s11参数仿真图。

图4为本发明作为巴伦滤波器的s21参数仿真图。

图5为本发明作为巴伦滤波器的s31参数仿真图。

图6为本发明作为巴伦滤波器的中心频率为1.1ghz的带宽调节测试s11参数仿真图。

图7为本发明作为巴伦滤波器的中心频率为1.1ghz的带宽调节测试s21参数仿真图。

图8为本发明作为巴伦滤波器的中心频率为1.1ghz的带宽调节测试s31参数仿真图。

图9为本发明作为巴伦滤波器的中心频率为1.22ghz的带宽调节测试s11参数仿真图。

图10为本发明作为巴伦滤波器的中心频率为1.22ghz的带宽调节测试s21参数仿真图。

图11为本发明作为巴伦滤波器的中心频率为1.22ghz的带宽调节测试s31参数仿真图。

图12为本发明作为巴伦滤波器的信号输出端口幅度与相位不平衡度测试图(一)。

图13为本发明作为巴伦滤波器的信号输出端口幅度与相位不平衡度测试图(二)。

图14为本发明作为功分滤波器的s11参数仿真图。

图15为本发明作为功分滤波器的s21参数仿真图。

图16为本发明作为功分滤波器的s31参数仿真图。

图17为本发明作为功分滤波器的中心频率为1.1ghz的带宽调节测试s11参数仿真图。

图18为本发明作为功分滤波器的中心频率为1.1ghz的带宽调节测试s31参数仿真图。

图19为本发明作为功分滤波器的中心频率为1.2ghz的带宽调节测试s11参数仿真图。

图20为本发明作为功分滤波器的中心频率为1.2ghz的带宽调节测试s31参数仿真图。

图21为本发明作为功分滤波器的信号输出端口幅度与相位不平衡度测试图(一)。

图22为本发明作为功分滤波器的信号输出端口幅度与相位不平衡度测试图(二)。

图23为本发明作为双端口可重构滤波器的s11参数仿真图。

图24为本发明作为双端口可重构滤波器的s21参数仿真图。

图25为本发明作为双端口可重构滤波器的s31参数仿真图。

图26为本发明作为双端口可重构滤波器的中心频率为1.06ghz的带宽调节测试s11参数仿真图。

图27为本发明作为双端口可重构滤波器的中心频率为1.06ghz的带宽调节测试s21参数仿真图。

图28为本发明作为双端口可重构滤波器的中心频率为1.06ghz的带宽调节测试s31参数仿真图。

图29为本发明作为双端口可重构滤波器的中心频率为1.16ghz的带宽调节测试s11参数仿真图。

图30为本发明作为双端口可重构滤波器的中心频率为1.16ghz的带宽调节测试s21参数仿真图。

图31为本发明作为双端口可重构滤波器的中心频率为1.16ghz的带宽调节测试s31参数仿真图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-第一低阻抗带，2-第二低阻抗带。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1至图2所示，本实施例提供了一种基于微带线谐振器的中心频率和带宽可调的多功能滤波器，该多功能滤波器包括巴伦滤波器、功分滤波器和双端口可重构滤波器。其中，本实施例中的介质基板的厚度为25mil，且相对介电常数为10.2，另外，变容二极管选用smv123系列。需要说明的是，本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中所述的“底部”、“顶部”、“边缘”等方位性用语是基于附图来说明的。

具体来说，该多功能滤波器包括均贴覆于介质基板上、且呈γ型结构的第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器，阳极均与第一阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管d1、变容二极管d7和变容二极管d10，阳极均与第二阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管d12、变容二极管d11、变容二极管d8和变容二极管d3，阳极均与第三阻抗谐振器采用微带线连接的变容二极管d5、变容二极管d9和变容二极管d13，一端与变容二极管d7的阴极连接的电容c1，与电容c1的另一端连接的第二端口port2，阴极与变容二极管d1的阴极连、且阳极接地的变容二极管d2，一端与变容二极管d8的阴极连接的电容c2，与电容c2的另一端连接的第一端口port1，阴极与变容二极管d3的阴极连、且阳极接地的变容二极管d4，一端与变容二极管d9的阴极连接的电容c3，与电容c3的另一端连接的第三端口port3，阴极与变容二极管d5的阴极连、且阳极接地的变容二极管d6，与第一端口port1、第二端口port2和第三端口port3一一对应连接的sma接头，一端与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻r9，一端与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻r10，一端与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带连接、且另一端接地的电阻r11，一端分别与变容二极管d10和变容二极管d11的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻r7，一端分别与变容二极管d12和变容二极管d13的阴极连接、且另一端与反向偏置电源连接的电阻r8，连接在变容二极管d1的阴极与反向偏置电源之间的电阻r2，连接在变容二极管d7的阴极与反向偏置电源之间的电阻r1，连接在变容二极管d8的阴极与反向偏置电源之间的电阻r3，连接在变容二极管d3的阴极与反向偏置电源之间的电阻r4，连接在变容二极管d9的阴极与反向偏置电源之间的电阻r6，以及连接在变容二极管d5的阴极与反向偏置电源之间的电阻r5。其中，变容二极管d10、变容二极管d11、变容二极管d13、变容二极管d1、变容二极管d7、变容二极管d3、变容二极管d8、变容二极管d5和变容二极管d9的阴极均与反向偏置电源连接。另外，电阻r1至电阻r11的阻值均为100kω，电容c1至电容c3均为8pf。

在本实施例中，该第一阻抗谐振器与第二阻抗谐振器相对位置布设，且第二阻抗谐振器与第三阻抗谐振器相背位置布设。所述第一阻抗谐振器、第二阻抗谐振器和第三阻抗谐振器的结构相同，均包括一体成型的第一低阻抗带1和第二低阻抗带2，所述第一低阻抗带的侧边缘与第二低阻抗带的侧边缘共边、且由第一低阻抗带和第二低阻抗带共同构成γ型结构。其中，电阻r9连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第一阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。且所述电阻r10连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对；与此同时，电阻r11连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部边缘、且与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带和第二低阻抗带的共边相对。

在本实施例中，第一低阻抗带的长度l1为8mm、宽度w1为4mm，且所述第二低阻抗带的长度l2为20mm、宽度w2为1.18mm。所述第一阻抗谐振器的第一低阻抗带与第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s1为2mm，第二阻抗谐振器的第一低阻抗带与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s2为1.2mm。变容二极管d1连接在第一阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管d7连接在距第一阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.68mm处。所述变容二极管d5连接在第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管d9连接在距第三阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d1为0.68mm处。所述变容二极管d3连接在第二阻抗谐振器的第一低阻抗带的底部中央，且变容二极管d8连接在距第二阻抗谐振器的第一低阻抗带底部的距离d2为1.38mm处。经申请人反复试验验证，当第二阻抗谐振器的第一低阻抗带与第三阻抗谐振器的第一低阻抗带的间距s2为1.2mm时，才能实现三种滤波器功能切换。

为了验证多种功能滤波器的参数特性，特进行中心频率调节仿真测试、s11参数测试、s21参数测试和信号输出端口幅度与相位不平衡度测试。如图3至图13所示，本实施例作为巴伦滤波器使用，在电磁仿真软件hfss.15中建模仿真的，并进行了完善了实物加工测试。从图3至图11中可以看出，该巴伦滤波器中心频率调节范围覆盖1.0-1.32ghz、1-db带宽调节范围约为30-60mhz，通带内回波损耗优于-10db。从图11至图12中可以看出，该巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口1db带宽幅度差在0.4db以内。同时，该巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口1db带宽相位差在1.3°以内，说明两个平衡端口180°反相性能良好。

另外，本实施也可作为功分滤波器使用，其性能参数测试曲线如图14至图22所示，从图14至图20中可以看出,该功分滤波器中心频率调节范围覆盖0.96-1.27ghz，1-db带宽调节范围约为30-110mhz，通带内回波损耗优于-10db。且从图21至图22中可以看出，该功分滤波器通带内的两个输出端口1db带宽幅度差在0.5db以内。同时，该功分滤波器通带内的两个输出端口1db带宽相位差在1.5°以内，显示的很好的等功分性能。

不仅如此，本实施例还可以作为双端口可重构滤波器使用，其性能参数测试曲线如图23至图31所示，从图23至图25中可以看出，该双端口可重构滤波器中心频率可调范围为1-1.28ghz，通带内回波损耗优于-10db，其中一个端口的功率抑制度优于-30db，体现了良好的双端口可重构滤波器性能。且从图26至图31中可以看出，该双端口可重构滤波器1-db带宽调节范围约为70-130mhz，显示了良好的带宽控制性能。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。