本發(fā)明涉及一種基于變?nèi)荻O管的射頻電可調(diào)濾波器，具體涉及一種尺寸小、損耗低、帶內(nèi)匹配良好、選擇性好的可調(diào)濾波器。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能、高可靠性、小型化、低成本已成為無線通信設(shè)備的基本要求。濾波器作為微波器件中的關(guān)鍵器件，用來分離不同的微波信號(hào)，其性能的好壞直接影響著整個(gè)通信系統(tǒng)的質(zhì)量?？烧{(diào)濾波器作為濾波器中的一種重要類型，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于民用通信和軍事應(yīng)用中，以充分利用通信系統(tǒng)中有限的頻譜資源。由于基于變?nèi)荻O管的電可調(diào)濾波器在調(diào)諧速度及成本等方面具有顯著優(yōu)勢，因而成為了可調(diào)濾波器中的研究熱點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)出高性能、小型化的基于變?nèi)荻O管的可調(diào)濾波器，對(duì)于無線通信系統(tǒng)具有十分重要的意義。

目前，基于變?nèi)荻O管的可調(diào)濾波器多為環(huán)形諧振器加載變?nèi)荻O管、階躍阻抗諧振器加載變?nèi)荻O管或開/短路支節(jié)加載變?nèi)荻O管的形式，但這些可調(diào)濾波器普遍存在著如下缺點(diǎn)：(1)電路復(fù)雜，體積較大，主要表現(xiàn)在：所需的集總元件、直流電源多，這必然會(huì)引入額外的寄生效應(yīng)，設(shè)計(jì)及調(diào)試難度也會(huì)相應(yīng)增加；(2)在調(diào)節(jié)中心頻率時(shí)，不能保持穩(wěn)定的濾波特性，其主要表現(xiàn)為：插入損耗大，帶內(nèi)匹配度不好，帶外抑制度不夠。

由此可看出，現(xiàn)階段的可調(diào)濾波器尺寸較大，濾波特性不穩(wěn)定，不利于實(shí)際的工程應(yīng)用，同時(shí)也增加了成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，該可調(diào)濾波器具有尺寸小、損耗低、帶內(nèi)匹配良好、選擇性好等方面的優(yōu)勢。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，包括上層微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)板和下層接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板的上表面，接地金屬附著在中間層介質(zhì)基板的下表面；該可調(diào)濾波器的第一端口和第二端口位于介質(zhì)基板的上層，兩條相同的端口饋線分別與對(duì)應(yīng)的兩個(gè)端口相連，這兩條端口饋線分別為第一端口饋線和第二端口饋線；

第一零階諧振器位于第一端口饋線的右側(cè)，所述第一零階諧振器包括第一交趾型電容、第一高阻抗線電感和變?nèi)荻O管；第一高阻抗線電感的兩端與第一交趾型電容的兩端相連；變?nèi)荻O管嵌在第一交趾型電容交趾的右側(cè)趾間；

第二零階諧振器位于第二端口饋線的右側(cè)，第二零階諧振器和第一零階諧振器關(guān)于第一零階諧振器和第二零階諧振器的水平中軸線鏡像對(duì)稱；所述第二零階諧振器與第一零階諧振器結(jié)構(gòu)相同，包括第二交趾型電容、第二高阻抗線電感和變?nèi)荻O管；第二高阻抗線電感的兩端與第二交趾型電容的兩端相連；變?nèi)荻O管嵌在第二交趾型電容交趾的右側(cè)趾間；

所述第一端口饋線和第二端口饋線關(guān)于第一零階諧振器和第二零階諧振器的水平中軸線鏡像對(duì)稱；

第一隔直電容嵌在第一端口饋線和第一零階諧振器之間，第二隔直電容嵌在第二端口饋線和第二零階諧振器之間。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明公開的基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，和其他類型的可調(diào)濾波器相比，尺寸明顯減小，且其尺寸僅為0.08λg×0.04λg，其中λg為介質(zhì)基板在濾波器最低可調(diào)頻率處的有效波長；2)本發(fā)明公開的基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)，插入損耗在0.31dB～0.93dB之間，和其他類型的可調(diào)濾波器相比，是一種低損耗的可調(diào)濾波器；3)本發(fā)明公開的基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)，回波損耗在20dB～25dB之間，帶內(nèi)匹配度良好，上阻帶抑制度在20dB以上；4)本發(fā)明公開的基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，在通帶兩邊各有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，具有較高的選擇性。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1a是本發(fā)明基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器的原理圖。

圖1b是零階諧振器的原理圖。

圖2a是基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器的回波損耗曲線。

圖2b是基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器的傳輸特性曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，包括上層微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)板和下層接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板的上表面，接地金屬附著在中間層介質(zhì)基板的下表面；該可調(diào)濾波器的第一端口P1和第二端口P2位于介質(zhì)基板的上層，兩條相同的端口饋線分別與對(duì)應(yīng)的兩個(gè)端口相連，這兩條端口饋線分別為第一端口饋線1和第二端口饋線2；

第一零階諧振器5位于第一端口饋線1的右側(cè)，所述第一零階諧振器5包括第一交趾型電容7、第一高阻抗線電感9和變?nèi)荻O管；第一高阻抗線電感9的兩端與第一交趾型電容7的兩端相連；變?nèi)荻O管嵌在第一交趾型電容7交趾的右側(cè)趾間；

第二零階諧振器6位于第二端口饋線2的右側(cè)，第二零階諧振器6和第一零階諧振器5關(guān)于第一零階諧振器5和第二零階諧振器6的水平中軸線鏡像對(duì)稱；所述第二零階諧振器6與第一零階諧振器5結(jié)構(gòu)相同，包括第二交趾型電容8、第二高阻抗線電感10和變?nèi)荻O管；第二高阻抗線電感10的兩端與第二交趾型電容8的兩端相連；變?nèi)荻O管嵌在第二交趾型電容8交趾的右側(cè)趾間；

所述第一端口饋線1和第二端口饋線2關(guān)于第一零階諧振器5和第二零階諧振器6的水平中軸線鏡像對(duì)稱；

第一隔直電容3嵌在第一端口饋線1和第一零階諧振器5之間，第二隔直電容4嵌在第二端口饋線2和第二零階諧振器6之間。

所述第一零階諧振器5和第二零階諧振器6的大小相同，且長度均為0.04λg～0.1λg，寬度均為0.01λg～0.06λg，其中λg為介質(zhì)基板在濾波器最低可調(diào)頻率處的有效波長；所述第一交趾型電容7和第二交趾型電容8的交趾對(duì)數(shù)相同，且均為1～4，線寬均為0.1mm～0.4mm，縫隙寬度均為0.2mm～0.4mm；所述第一高阻抗線電感9和第二高阻抗線電感10的彎折數(shù)相同，且均為0～10，寬度均為0.1mm～0.4mm。

所述第一零階諧振器5和第二零階諧振器6之間的耦合間距為0.125mm～1mm。

所述兩個(gè)隔直電容的容值相同，且均為5～20pF。

所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2～16，介質(zhì)基板的厚度為0.1～4mm。

與第一交趾型電容7相連的變?nèi)荻O管的數(shù)量與第一交趾型電容7的交趾對(duì)數(shù)相同，與第二交趾型電容8相連的變?nèi)荻O管的數(shù)量與第二交趾型電容8的交趾對(duì)數(shù)相同。

優(yōu)選的，第一交趾型電容7的交趾對(duì)數(shù)為3對(duì)，與其相連的變?nèi)荻O管分別為第一變?nèi)荻O管11、第二變?nèi)荻O管12和第三變?nèi)荻O管13，第二交趾型電容8的交趾對(duì)數(shù)為3對(duì)，與其相連的變?nèi)荻O管分別為第四變?nèi)荻O管14、第五變?nèi)荻O管15和第六變?nèi)荻O管16。

所有變?nèi)荻O管的右側(cè)為負(fù)極，左側(cè)為正極，其正極穿過中間層介質(zhì)板與下層金屬地相連。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例

本發(fā)明基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，由兩個(gè)相同的端口饋線，第一端口饋線1、第二端口饋線2，兩個(gè)相同的諧振器，第一零階諧振器5、第二零階諧振器6，兩個(gè)相同的隔直電容，第一隔直電容3和第二隔直電容4構(gòu)成，其中所述兩個(gè)隔直電容分別嵌在對(duì)應(yīng)的諧振器與端口饋線之間，用以實(shí)現(xiàn)隔直及端口匹配。每個(gè)諧振器均由交趾型電容、高阻抗線電感和三個(gè)變?nèi)荻O管組成，所述變?nèi)荻O管嵌在交趾型電容每對(duì)交趾的右側(cè)趾間，用以調(diào)節(jié)諧振器的諧振頻率。介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.2，厚度為0.787mm，電路尺寸為0.08λg×0.04λg，其中λg為介質(zhì)基板在濾波器最低可調(diào)頻率處的有效波長。圖1a中端口饋線1、2的寬度為2.365mm，端口饋線1、2的抽頭寬度為1mm，零階諧振器5、6的長度L₁為16.3mm，寬度W₁為4.6mm，交趾型電容的趾間間距S₁為0.3mm，趾寬W₂為0.2mm，縫隙寬度g₁為0.3mm，交趾數(shù)為6，高阻抗線電感的寬度W₃為0.25mm，彎折數(shù)為4，彎折處長度L₂為1.2mm。第一零階諧振器5和第二零階諧振器6之間的耦合間距為0.2mm，第一隔直電容3、第二隔直電容4的電容值均為7pF，六個(gè)變?nèi)荻O管11、12、13、14、15、16，均選用Skyworks公司的SMV2201-040LF。

圖2給出了利用所述參數(shù)設(shè)計(jì)的高性能可調(diào)濾波器的仿真結(jié)果，其中，圖2a是回波損耗特性曲線，圖2b是傳輸特性曲線。由圖2可見，頻率調(diào)諧范圍從0.95GHz到1.35GHz，具有34.8％的相對(duì)頻率調(diào)諧范圍，在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)保持26.9％±1.9％的相對(duì)帶寬，插入損耗從0.31dB變化到0.93dB，回波損耗在20dB～25dB之間，帶內(nèi)匹配度良好，上阻帶抑制度在20dB以上，通帶兩邊各有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，具有較高的選擇性。

由上可知，本發(fā)明公開的基于零階諧振器的高性能可調(diào)濾波器，和其他類型的可調(diào)濾波器相比，尺寸明顯減小。