S-C波段有源可调带通滤波器

本发明涉及有源可调滤波器，具体涉及一种s-c波段有源可调带通滤波器。

背景技术：

1、目前，在无线通信系统中对高性能带通滤波器的需求越来越大，而加入有源可调单元使之具备更灵活的频率选择性，进一步拓展了其在集成电路的应用。将直流电控单元与滤波器相结合，通过控制电控单元的输出特性改变电磁场在结构中的分布参数，从而达到调节带通滤波器的工作频率、频段或通带等指标的目的。

2、pin二极管是一种较为常用的电控元件，其正向偏压导通、反向偏压截止特性可以便捷的控制平面电路的通断，从而可以动态有源调控微波频段结构的电尺寸大小。将其结合到基片集成波导(substrateintegratedwaveguide,siw)的结构设计中，可实现具有低剖面、易集成、高q值和低成本等优势的微波开关，被广泛应用于平面电路集成和小型化。xu等人设计的微波开关结构“switchablesubstrateintegratedwaveguide”在ieeemicrowaveandwireless communicationcomponentsletters(2011,21(4),194-196)上发表，利用电控二极管的通断，改变了半模基片集成波导的截止频率，从而实现结构高通性能的调控。wei等人设计的开关“v-andw-bandsubstrateintegratedwaveguide(siw)mechanicalswitch”在ieeetransactions onmicrowavetheoryandtechniques(2018,66(6),3090-3098)上发表；shaker等人设计的开关“gallium-basedliquidmetalsubstrateintegratedwaveguideswitches”在ieeemicrowaveand wirelesscommunicationcomponentsletters(2021,31(3),257-260)上发表。

3、目前采用这种微波开关所设计的带通滤波器主要通过电控单元对siw腔体内分布电容或电感的调控来改变谐振参数，cheng等人设计的可调滤波器“centerfrequencyandbandwidth switchablesubstrateintegratedwaveguidefilters”在internationaljournalofmicrowaveand wirelesstechnologies(2020,12(4),282-287)上发表，利用pin二极管的通断特性实现了工作频率与带宽可调。但由于siw内部分布参数可调范围的局限性，以及二极管引入寄生电容/电感的影响，该类型有源滤波器的可调频段范围及带宽都相对较窄，且往往伴随着较复杂的馈电网络，增加了设计难度与成本。随着芯片级集成电路的高速发展，对大范围、跨波段、易控易调的小型化有源带通滤波器的要求不断提高，因此对于该技术的深入探索与结构设计是目前滤波器件的研究热点和难点。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的技术问题，本发明提供一种通过直流源控制二极管通断实现在s波段和c波段切换工作的带通滤波器。。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种s-c波段有源可调带通滤波器，包括c波段带通滤波器单元和s波段滤波可调单元，c波段带通滤波器单元包括半模基片集成波导单元和微带线转共面波导馈电部分，半模基片集成波导单元包括上层金属部分、下层金属接地部分、中层介质基板部分、若干金属通孔，上层金属部分、下层金属接地部分分别印制在中层介质基板部分的上层、下层，金属通孔设置在中层介质基板部分的一侧，微带线转共面波导馈电部分位于上层金属部分的两侧且印制在中层介质基板部分的上层，上层金属部分远离金属通孔的一端横向设置两个谐振单元槽，两个谐振单元槽及其纵向连线在上层金属部分上构成的矩形区域内部为一端开路一端短路四分之一波长谐振单元，上层金属部分靠近金属通孔的一端设有第一扼流电感。

4、优选地，s波段滤波可调单元包括第一矩形金属片、第二矩形金属片、第三矩形金属片、十个pin二极管和三个第二扼流电感，s波段滤波可调单元印制在中层介质基板部分的上层，第一矩形金属片、第三矩形金属片分别通过三个pin二极管与上层金属部分靠近谐振单元槽的一端相连，第二矩形金属片通过四个pin二极管与上层金属部分靠近谐振单元槽的一端相连，第二矩形金属片位于第一矩形金属片与第三矩形金属片之间，第二矩形金属片的纵向长度与两个谐振单元槽纵向连线长度相同，每个矩形金属片均设置一个第二扼流电感。

5、优选地，半模基片集成波导单元由sma接头馈电，微带线转共面波导馈电部分的微带金属线接sma结构的内芯，下层金属接地部分接sma结构的外芯。

6、优选地，微带线转共面波导馈电部分两侧均设有纵向的第一开槽，远离s波段滤波可调单元的第一开槽在靠近谐振单元槽的一端设有横向的第二开槽。

7、优选地，微带线转共面波导馈电部分的微带线金属横向尺寸为1.28mm、纵向尺寸为8.92mm，下层金属接地部分横向尺寸为20mm；第一开槽15横向尺寸为0.25mm，第二开槽16纵向尺寸为0.31mm、横向尺寸为2mm。

8、优选地，上层金属部分横向尺寸为15mm、纵向尺寸为15mm，厚度为0.035mm；一端开路一端短路四分之一波长谐振单元纵向尺寸为6.44mm，谐振单元槽横向尺寸为8.1mm、纵向尺寸为0.31mm。

9、优选地，金属通孔有25个，其中19个金属通孔纵向排列在中层介质基板部分一侧，在纵向排列的19个金属通孔中间位置及距离中间位置两侧长度为4.8mm处各有两个横向排列的金属通孔，相邻金属通孔的间距为0.8mm，金属通孔半径为0.1mm。

10、优选地，矩形金属片与上层金属部分之间的横向距离为0.2mm，三个矩形金属片彼此之间的纵向距离为0.31mm，矩形金属片横向尺寸为3.6mm，第一、第三矩形金属片纵向尺寸为3.97mm，第二矩形金属片纵向尺寸为6.44mm。

11、优选地，上层金属部分、s波段滤波可调单元、下层金属接地部分厚度为0.035mm；中层介质基板相对介电常数为2.2，损耗正切为0.0009，厚度为0.5mm。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、本发明的s-c波段有源可调带通滤波器，通过在半模基片集成波导上层金属面上开槽，形成一端开路一端短路的四分之一波长谐振单元，实现了在c波段内的带通滤波特性；通过若干个二极管将三个金属贴片与半模基片集成波导上层金属相连，当二极管在导通状态时增加了半模基片集成波导横向电长度和四分之一波长谐振单元横向电长度，实现了在s波段内的带通滤波特性；用直流源来控制二极管的导通与截止，实现了该带通滤波器工作在s和c波段的切换。相比传统的有源可调结构，该滤波器可实现跨频段的通带切换，且易于加工与调谐。

技术特征：

1.一种s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，包括c波段带通滤波器单元(1)和s波段滤波可调单元(2)，c波段带通滤波器单元(1)包括半模基片集成波导单元(3)和微带线转共面波导馈电部分(4)，半模基片集成波导单元(3)包括上层金属部分(5)、下层金属接地部分(6)、中层介质基板部分(7)、若干金属通孔(8)，上层金属部分(5)、下层金属接地部分(6)分别印制在中层介质基板部分(7)的上层、下层，金属通孔(8)设置在中层介质基板部分(7)的一侧，微带线转共面波导馈电部分(4)位于上层金属部分(5)的两侧且印制在中层介质基板部分(7)的上层，上层金属部分(5)远离金属通孔(8)的一端横向设置两个谐振单元槽(14)，两个谐振单元槽(14)及其纵向连线在上层金属部分(5)上构成的矩形区域内部为一端开路一端短路四分之一波长谐振单元(9)，上层金属部分(5)靠近金属通孔(8)的一端设有第一扼流电感(10)。

2.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，s波段滤波可调单元(2)包括第一矩形金属片(11-1)、第二矩形金属片(11-2)、第三矩形金属片(11-3)、十个pin二极管(12)和三个第二扼流电感(13)，s波段滤波可调单元(2)印制在中层介质基板部分(7)的上层，第一矩形金属片(11-1)、第三矩形金属片(11-3)分别通过三个pin二极管(12)与上层金属部分(5)靠近谐振单元槽(14)的一端相连，第二矩形金属片(11-2)通过四个pin二极管(12)与上层金属部分(5)靠近谐振单元槽(14)的一端相连，第二矩形金属片(11-2)位于第一矩形金属片(11-1)与第三矩形金属片(11-3)之间，第二矩形金属片(11-2)的纵向长度与两个谐振单元槽(14)纵向连线长度相同，每个矩形金属片均设置一个第二扼流电感(13)。

3.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，半模基片集成波导单元(3)由sma接头馈电，微带线转共面波导馈电部分(4)的微带金属线接sma结构的内芯，下层金属接地部分(6)接sma结构的外芯。

4.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，微带线转共面波导馈电部分(4)两侧均设有纵向的第一开槽(15)，远离s波段滤波可调单元(2)的第一开槽(15)在靠近谐振单元槽(14)的一端设有横向的第二开槽(16)。

5.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，微带线转共面波导馈电部分(4)的微带线金属横向尺寸(a)为1.28mm、纵向尺寸(f)为8.92mm，下层金属接地部分(6)横向尺寸(b)为20mm；第一开槽(15)横向尺寸(c)为0.25mm，第二开槽(16)纵向尺寸(d)为0.31mm、横向尺寸(e)为2mm。

6.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，上层金属部分(5)横向尺寸(g)为15mm、纵向尺寸(h)为15mm；一端开路一端短路四分之一波长谐振单元(9)纵向尺寸(j)为6.44mm，谐振单元槽(14)横向尺寸(i)为8.1mm、纵向尺寸(k)为0.31mm。

7.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，金属通孔(8)有25个，其中19个金属通孔(8)纵向排列在中层介质基板部分(7)一侧，在纵向排列的19个金属通孔(8)中间位置及距离中间位置两侧长度(l)为4.8mm处各有两个横向排列的金属通孔(8)，相邻金属通孔(8)的间距为0.8mm，金属通孔(8)半径为0.1mm。

8.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，矩形金属片与上层金属部分(5)之间的横向距离(m)为0.2mm，三个矩形金属片彼此之间的纵向距离(k)为0.31mm，矩形金属片横向尺寸(n)为3.6mm，第一、第三矩形金属片纵向尺寸(p)为3.97mm，第二矩形金属片纵向尺寸(q)为6.44mm。

9.根据权利要求1所述的s-c波段有源可调带通滤波器，其特征在于，上层金属部分(5)、s波段滤波可调单元(2)、下层金属接地部分(6)厚度为0.035mm；中层介质基板(7)相对介电常数为2.2，损耗正切为0.0009，厚度为0.5mm。

技术总结
本发明公开了一种S‑C波段有源可调带通滤波器，包括C波段带通滤波器单元和S波段滤波可调单元，C波段带通滤波器单元包括半模基片集成波导单元和微带线转共面波导馈电部分，微带线转共面波导馈电部分位于上层金属部分的两侧且印制在中层介质基板部分的上层，上层金属部分远离金属通孔的一端横向设置两个谐振单元槽，两个谐振单元槽及其纵向连线在上层金属部分上构成的矩形区域内部为一端开路一端短路四分之一波长谐振单元，上层金属部分靠近金属通孔的一端设有第一扼流电感。本发明通过半模基片集成波导基模传输特性与四分之一波长结构谐振特性，在C波段内实现带通滤波效应。

技术研发人员：徐若锋,赵雷
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12