一种恒定带宽的双通带独立可调带通滤波器

1.本发明涉及微波通信技术领域，特别是涉及一种恒定带宽的双通带独立可调带通滤波器。


背景技术：

2.随着现代无线通信技术的快速发展，移动通信，卫星通信，雷达追踪及遥感技术等越来越多的需要借助微波，毫米波技术，从而导致了电磁环境日益复杂，最终使得频谱资源愈加紧张，有限的频谱资源与应用需求之间的矛盾日益突出，传统的窄带通信系统因传输容量小，传输速率低已经无法适应这些应用场景的实际需求，因此，可调技术越来越受到人们的重视。
3.为了满足多用户对不同通信模式以及对高传输速率的迫切需求，现代通信系统需要将多频段技术以及可调技术结合起来，因此，可调的多通带滤波器应运而生。另一方面，随着无线通信技术的飞速发展，通常需要通过具有相同的带宽的一系列信道进行通信。尽管大量的可调双通带滤波器已经被报道出来，但是这些滤波器并不能满足恒定带宽以及独立可调的要求，并且结构复杂，增加了许多设计的不确定性。
4.以往设计的可调滤波器结构存在以下缺点：
5.(1)频率调节范围过程中带宽变化；
6.(2)多通带可调滤波器中通带并不独立可调；
7.(3)调节过程中，滤波器性能变差，不稳定。


技术实现要素：

8.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种恒定带宽的双通带独立可调带通滤波器，其结构紧凑，可以同时实现高选择性，独立可调，并且可以保持恒定带宽。
9.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
10.一种保持恒定带宽的双通带独立可调滤波器，包括：上层微带结构、中间层介质基板、下层接地金属、第一端口、第二端口、与所述第一端口连接的第一微带线、与所述第二端口连接的第二微带线；所述上层微带结构附着在所述中间层介质基板的上表面，所述下层接地金属附着在所述中间层介质基板的下表面；所述第一端口和所述第二端口分别位于所述中间层介质基板的两侧；所述第一微带线与所述第二微带线相互连接，构成共用输入输出馈线；
11.所述上层微带结构包括第一谐振器和第二谐振器；所述第一谐振器和所述第二谐振器均关于垂直轴左右对称；所述第一谐振器位于所述共用输入输出馈线的外侧，并与所述共用输入输出馈线以缝隙耦合的方式连接；所述第一谐振器包括对称的两个阻抗线结构；所述阻抗线结构包括低阻抗线、第一高阻抗线、第二高阻抗线、第三高阻抗线、第四高阻抗线以及第一变容二极管；所述低阻抗线的一端通过大电阻与第一偏置电压相连，所述低阻抗线的另一端均与所述第一高阻抗线和所述第二高阻抗线相连，所述第二高阻抗线的另
一端与所述第一变容二极管的一端相连，所述第一变容二极管的另一端均与所述第三高阻抗线和所述第四高阻抗线相连，所述第四高阻抗线的另一端与地相连接；对称的两根所述低阻抗线互相耦合，对称的两根所述第一高阻抗线互相耦合；
12.所述第二谐振器位于所述共用输入输出馈线的内侧，并与所述共用输入输出馈线以缝隙耦合的方式连接；所述第二谐振器包括第三变容二极管、第五微带线、第六微带线、第七微带线和对称的两个微带线结构；所述微带线结构包括第二变容二极管、第三微带线和与所述第三微带线连接的第四微带线；所述第四微带线的另一端与所述第二变容二极管的一端相连，所述第二变容二极管的另一端与所述第五微带线相连，所述第五微带线的两端分别通过大电阻接地，所述第五微带线的中心再通过加载所述第三变容二极管与所述第六微带线和所述第七微带线相连；所述第六微带线通过大电阻与第二偏置电压相连。
13.优选地，所述第一谐振器用于产生两个模式，以形成第一通带，并通过改变所述第一变容二极管的电容来实现第一通带频率的可调；所述第二谐振器用于产生奇偶两个模式，以形成第二通带，并通过改变所述第二变容二极管的电容来实现第二通带频率的频率可调；枝节结构的所述第六微带线和所述第七微带线加载第三变容二极管，以产生一个自身的传输零点。
14.优选地，所述中间层介质基板为r04003c，厚度为0.508mm，介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。
15.优选地，所述所述第五微带线的两端分别通过大电阻接地的接地端孔的半径为0.3mm。
16.优选地，所述第一偏置电压和/或所述第二偏置电压为0-15v。
17.优选地，所述第一变容二极管的型号为硅变容二极管smv1233；所述第二变容二极管和/或所述第三变容二极管的型号为硅变容二极管smv1234。
18.优选地，所述大电阻的电阻值为100k欧姆。
19.优选地，所述共用输入输出馈线包括源负载耦合结构，所述源负载耦合结构用于额外产生三个自适应的传输零点。
20.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
21.本发明提供了本发明具有如下有益效果
22.本发明能够通过枝节加载和源负载耦合结构产生上下通带的四个传输零点，以实现高选择性；且通过两个不同谐振器通过共用输入输出馈线来实现上下两个通带的独立可调。且在具体实施例中，通过控制耦合系数k
12
和外部品质因数qe来实现频率调谐过程中的带宽恒定。本发明能够使得器件结构紧凑，在保持恒定绝对带宽时实现两个通带的独立可调。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例提供的可调滤波器的三维结构示意图；
25.图2为本发明实施例提供的可调滤波器的具体结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的可调滤波器的物理尺寸示意图；
27.图4为本发明实施例提供的可调一通带的s参数仿真曲线示意图；
28.图5为本发明实施例提供的可调二通带的s参数仿真曲线示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
31.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
32.本发明的目的是提供一种恒定带宽的双通带独立可调带通滤波器，其结构紧凑，可以同时实现高选择性，独立可调，并且可以保持恒定带宽。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.图1为本发明实施例提供的可调滤波器的三维结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种保持恒定带宽的双通带独立可调滤波器，包括上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属。
35.如图2所示，上层微带结构关于垂直轴左右对称。滤波器的微带结构由两个不同的谐振器通过共用输入输出馈线来实现，所述两个不同谐振器分别为第一谐振器和第二谐振器；第一谐振器和第二谐振器均关于垂直轴左右对称；滤波器的第一端口位于介质基板的一侧，所述第二端口位于介质基板的另一侧；两条50欧姆的微带线分别与对应的两个端口相连，这两条50欧姆微带线即为第一微带线12(12_1)，且两条微带线设置在同一水平线上；第一微带线12与第二微带线11(11_1)相连构成共用输入输出馈线。
36.第一谐振器位于共用馈线的外测，与馈线以缝隙耦合的方式相连接；第一谐振器包括对称的低阻抗线1(1_1)和第一高阻抗线2(2_1)，第二高阻抗线3，第三高阻抗线4，第四高阻抗线5以及第一变容二极管cv1组成，低阻抗线1的一段通过大电阻与第一偏置电压(偏压1)相连，另一端与第一高阻抗线2与第二高阻抗线3相连，第二高阻抗线3的另一端与第一变容二极管c
v1
的一端相连，第一变容二极管c
v1
的另一端与第三高阻抗线4与第四高阻抗线5相连，第四高阻抗线5的另一端与地相连接；其中，低阻抗线1与低阻抗线1_1互相耦合，第一高阻抗线2与第一高阻抗线2_1互相耦合。
37.第二谐振器位于共用馈线的内测，与馈线以缝隙耦合的方式相连接；第二谐振器包括对称的第三微带线6与第四微带线7相连，第四微带线7的另一端与第二变容二极管c
v2
的一端相连，第二变容二极管c
v2
的另一端与第五微带线8相连，第五微带线8的两端分别通过大电阻接地，第五微带线8的中心再通过加载第三变容二极管c
v3
与第七微带线9与第六微带线10相连；第七微带线9通过大电阻与第二偏置电压(偏压2)相连。
38.第一谐振器为一对双模谐振器与馈线耦合产生两个谐振模式，形成第一通带，通过改变外置偏压1来实现一通带频率的可调。第二谐振器为枝节加载阶跃阻抗谐振器，可以产生一奇一偶两个谐振模式，形成第二通带，通过改变外置偏压2来实现二通带频率的可调，该谐振器还可以额外产生一个零点。
39.本实施例分别分析了上下两个通带的耦合系数k
12
与外部品质因数qe，当通带带宽保持恒定时，随着调谐过程中频率的增大，耦合系数k
12
减小，而外部品质因数qe增大。
40.如图1所示，本实施例采用的中间层介质板为r04003c，厚度为0.508mm，介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027。馈线结构采用源负载耦合结构进行馈电，此结构可以引入额外的传输零点，提高通带的选择性以及通带之间的隔离度。
41.如图3所示，谐振器结构的详细电路尺寸为：l1＝1.1mm，l2＝2.4mm，l3＝4.15mm，l4＝5.65mm，l5＝2.7mm，l6＝12.1mm，l7＝5.8mm，l8＝4.3mm，l9＝7.85mm，l
10
＝6.95mm，l
11
＝19.95mm，w1＝2.3mm，w2＝0.1mm，w3＝0.3mm，w4＝0.7mm，w5＝0.3mm，w6＝0.15mm，w7＝0.4mm，w8＝1.1mm，g1＝0.3mm，g2＝0.4mm，s1＝0.3mm，s2＝0.2mm，s3＝0.8mm。接地孔半径为0.3mm。
42.本实施例利用高频仿真软件sonnet对整体结构进行优化分析，得到的s参数仿真曲线如图4及图5。从图4和图5可以看出，该滤波器的第一通带中心频率可以在2.06-2.22ghz范围内变化，变化过程中绝对带宽可以保持60mhz不变；第二通带中心频率可以在3.1-3.6ghz范围内变化，变化过程中绝对带宽可以保持72mhz不变；在整个调谐范围内，插入损耗均小于1.4db，回波损耗优于12db；且上下通带的调谐过程互不影响，可以实现两个通带独立可调。上下通带各自两侧的两个自适应零点使得该滤波器具有很高的选择性。
43.综上，本发明的恒定带宽的双通带独立可调滤波器结合多模谐振器和阶跃阻抗谐振器，实现了一种结构紧凑，高选择性，低损耗，以及调节过程中带宽可以保持恒定的双通带独立可调滤波器，该滤波器适用于现代无线通信系统。
44.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
45.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。