一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)和有源電路、中層的介質(zhì)基板、下層的接地金屬貼片以及金屬通孔，所述金屬通孔依次貫穿微帶線結(jié)構(gòu)、介質(zhì)基板和接地金屬貼片，使微帶線結(jié)構(gòu)與接地金屬貼片之間通過介質(zhì)基板連接，所述微帶線結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個(gè)三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線經(jīng)過彎折處理，使整個(gè)微帶線結(jié)構(gòu)呈兩個(gè)左右對稱的E型結(jié)構(gòu)；所述接地金屬貼片包括第一缺陷地結(jié)構(gòu)和第二缺陷地結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的頻率和帶寬獨(dú)立可重構(gòu)，在通帶兩側(cè)各有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，提高了濾波器的矩形度和選擇性，并且在開路枝節(jié)上引入變?nèi)荻O管，實(shí)現(xiàn)了對開路結(jié)構(gòu)的電控制。
【專利說明】
一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種寬帶平衡帶通濾波器，尤其是一種應(yīng)用在寬帶前端系統(tǒng)的頻 率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，屬于微波通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電可重構(gòu)濾波器受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān) 注。傳統(tǒng)的電調(diào)諧濾波器無法自由調(diào)節(jié)帶寬，不能很好地適應(yīng)現(xiàn)代無線系統(tǒng)的要求。正因 此，一種同時(shí)具有中心頻率和帶寬調(diào)節(jié)能力的濾波器被提出，其英文名為fully tunable filter，譯作全可調(diào)濾波器。該種濾波器是電調(diào)濾波器研究的前沿和趨勢之一，目前國際上 只有少量文獻(xiàn)報(bào)道。共模干擾對通信系統(tǒng)有嚴(yán)重的影響，可重構(gòu)平衡濾波器由于具備良好 的共模抑制特性，也得到人們越來越多的關(guān)注。此外，目前對可重構(gòu)濾波器的研究基本上是 在窄帶濾波器上開展，多模、寬帶可重構(gòu)濾波器的研究仍存在許多空白，無法滿足寬帶可重 構(gòu)通信系統(tǒng)的需求。多模、寬帶同樣是電調(diào)濾波器的另一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。
[0003] 根據(jù)當(dāng)前已有的全可調(diào)帶通濾波器研究成果，比較典型的有以下三種的設(shè)計(jì)方 法：
[0004] 1)2011 年Yi-Chyun Chiou和Gabriel M.Rebeiz在IEEE Transaction on MTT上發(fā) 表了 "A Tunable Three-Pole 1.5-2.2-GHz Bandpass Filter With Bandwidth and Transmission Zero Control"，采用傳統(tǒng)梳狀線帶通濾波器改進(jìn)親合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)頻率和帶寬 的可重構(gòu)，可調(diào)范圍在1.5~2.2GHz之間，絕對帶寬是50~170MHz(相對帶寬2.2%~ 11.2 % )。文章詳細(xì)討論了如何通過控制D1改變電長度調(diào)節(jié)中心頻率，控制D2改變和W3，L3 改變耦合強(qiáng)度調(diào)節(jié)帶寬，為全可調(diào)濾波器的設(shè)計(jì)提供了另外一種有效的方法。
[0005] 2)2013年Theunis S.Beukman和Riana H.Geschke在IEEE Microw.Wireless Compon · Lett ·上發(fā)表了 "A Tune-All Wideband Filter Based on Perturbed Ring-Resonators"，文章采用引入微擾使得環(huán)形諧振器模式分離，并用變?nèi)莨芊謩e控制兩個(gè)模 式，得到頻率和帶寬全可調(diào)的特性，由奇偶模分析理論可以得知奇模由串聯(lián)電容C1獨(dú)立控 制，偶模由并聯(lián)電容C2獨(dú)立控制，設(shè)計(jì)出的濾波器擁有9 %的頻率調(diào)節(jié)范圍和25.3%的帶寬 調(diào)節(jié)范圍。
[0006] 3)當(dāng)前已有的電調(diào)平衡濾波器研究成果也較少。2011年Yuan Chun Li和Quan Xue 在IEEE Transaction on MTT上發(fā)表了 "Tunable balanced bandpass filter with constant bandwidth and high common-mode suppression"。通過加載不同的元件讓共模 諧振頻率產(chǎn)生偏移，獲得較好的共模抑制特性。此外在調(diào)諧過程中，差模通帶的相對帶寬或 絕對帶寬可以保持不變，從其差模和共模響應(yīng)可知，其中心頻率在1.17 to 1.92GHz連續(xù)可 調(diào)，相對帶寬恒定為9.6 ± 0.35 %。
[0007]已發(fā)表的文章或?qū)＠嗌婕邦l率可重構(gòu)濾波器，帶寬可重構(gòu)的研究成果較少，現(xiàn) 代無線通信系統(tǒng)的射頻前端需要融合多種無線信道和通信標(biāo)準(zhǔn)，這些無線信道和通信標(biāo)準(zhǔn) 不僅有不同的中心頻率，還有不同的帶寬要求，這就需要一種同時(shí)具有頻率和帶寬調(diào)節(jié)能 力的可重構(gòu)射頻前端。已發(fā)表的可重構(gòu)濾波器文章或?qū)＠^大部分是基于窄帶濾波器基礎(chǔ) 上設(shè)計(jì)的，無法滿足寬帶可重構(gòu)通信系統(tǒng)的需求，對于寬帶可重構(gòu)濾波器，所提方法和結(jié)構(gòu) 以及所實(shí)現(xiàn)的性能有限。目前在全可調(diào)平衡濾波器方面的研究仍是空白的，國內(nèi)外尚未有 學(xué)者提出相關(guān)的設(shè)計(jì)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種頻率和帶寬均可 重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，該濾波器的頻率和帶寬獨(dú)立可重構(gòu)，在通帶兩側(cè)各有一個(gè)傳 輸零點(diǎn)，提高了濾波器的矩形度和選擇性，通帶內(nèi)共模抑制水平在23.4dB和25.6dB以上，總 體性能良好，并且在開路枝節(jié)上引入變?nèi)荻O管，實(shí)現(xiàn)了對開路結(jié)構(gòu)的電控制，具備良好的 共模抑制性能和電磁兼容性，能夠滿足實(shí)際中差分通信系統(tǒng)的需求。
[0009] 本實(shí)用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：
[0010] -種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)和有源 電路、中層的介質(zhì)基板、下層的接地金屬貼片以及金屬通孔，所述金屬通孔依次貫穿微帶線 結(jié)構(gòu)、介質(zhì)基板和接地金屬貼片，使微帶線結(jié)構(gòu)與接地金屬貼片之間通過介質(zhì)基板連接，所 述微帶線結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個(gè)三模諧振器和兩對 輸入/輸出饋電線經(jīng)過彎折處理，使整個(gè)微帶線結(jié)構(gòu)呈兩個(gè)左右對稱的E型結(jié)構(gòu)；
[0011 ]所述兩個(gè)三模諧振器分別為第一三模諧振器和第二三模諧振器，所述第一三模諧 振器包括第一彎折部分、第二彎折部分和第一中心部分，所述第一彎折部分和第二彎折部 分分別位于第一中心部分的上、下兩側(cè);所述第二三模諧振器包括第三彎折部分、第四彎折 部分和第二中心部分，所述第三彎折部分和第四彎折部分分別位于第二中心部分的上、下 兩側(cè);所述第一中心部分和第二中心部分均呈"十"字型；
[0012] 所述第一彎折部分、第二彎折部分與第一中心部分之間都分別加載一個(gè)變?nèi)荻O 管，所述第三彎折部分、第四彎折部分與第二中心部分之間都分別加載一個(gè)變?nèi)荻O管;所 述第一中心部分和第二中心部分的開路枝節(jié)都加載一個(gè)變?nèi)荻O管，所述第一中心部分的 短路枝節(jié)也加載一個(gè)變?nèi)荻O管。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，所述接地金屬貼片包括第一缺陷地結(jié)構(gòu)和第二缺陷地結(jié)構(gòu)， 所述第一缺陷地結(jié)構(gòu)和第二缺陷地結(jié)構(gòu)相互對稱，且都呈啞鈴型。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一缺陷地結(jié)構(gòu)包括第一矩形缺陷地、第二矩形缺陷地 和第一縫隙，所述第二缺陷地結(jié)構(gòu)包括第三矩形缺陷地、第四矩形缺陷地和第二縫隙，所述 第一矩形缺陷地、第二矩形缺陷地、第三矩形缺陷地和第四矩形缺陷地內(nèi)均具有U型金屬 帶，所述第一矩形缺陷地和第二矩形缺陷地之間通過第一縫隙連接，所述第三矩形缺陷地 和第四矩形缺陷地通過第二縫隙連接。
[0015] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一矩形缺陷地和第三矩形缺陷地位于左邊的E型結(jié)構(gòu) 下方，所述第二矩形缺陷地和第四矩形缺陷地位于右邊的E型結(jié)構(gòu)下方。
[0016] 作為一種優(yōu)選方案，所述第二中心部分的短路枝節(jié)加載一個(gè)隔直電容。
[0017] 作為一種優(yōu)選方案，所述兩對輸入/輸出饋電線中，每對輸入/輸出饋電線具有兩 條輸入/輸出饋電線，其中一對輸入/輸出饋電線的兩條輸入/輸出饋電線分別為第一輸入/ 輸出饋電線和第二輸入/輸出饋電線，另一對輸入/輸出饋電線的兩條輸入/輸出饋電線分 別為第三輸入/輸出饋電線和第四輸入/輸出饋電線;所述第一輸入/輸出饋電線位于第一 彎折部分外側(cè)，所述第二輸入/輸出饋電線位于第二彎折部分外側(cè)，所述第三輸入/輸出饋 電線位于第三彎折部分外側(cè)，第四輸入/輸出饋電線位于第四彎折部分外側(cè)。
[0018] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一輸入/輸出饋電線和第二輸入/輸出饋電線的左端作 為輸入/輸出饋電端口，所述第三輸入/輸出饋電線和第四輸入/輸出饋電線的右端作為輸 入/輸出饋電端口。
[0019] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一輸入/輸出饋電線與第一彎折部分之間的間距、第二 輸入/輸出饋電線與第二彎折部分之間的間距、第三輸入/輸出饋電線與第三彎折部分之間 的間距、第四輸入/輸出饋電線與第四彎折部分之間的間距都是相同的。
[0020] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一中心部分和第二中心部分的短路枝節(jié)通過第一高頻 扼流圈連接第一直流電壓源;所述第一彎折部分、第二彎折部分、第三彎折部分和第四彎折 部分分別通過第二高頻扼流圈、第三高頻扼流圈、第四高頻扼流圈、第五高頻扼流圈連接第 二直流電壓源;所述第一中心部分和第二中心部分的開路枝節(jié)分別通過第六高頻扼流圈、 第七高頻扼流圈連接第三直流電壓源。
[0021] 作為一種優(yōu)選方案，所述金屬通孔與第一中心部分的短路枝節(jié)之間通過第八高頻 扼流圈連接，所述金屬通孔與第二中心部分的短路枝節(jié)之間通過第九高頻扼流圈連接。
[0022] 本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：
[0023] 1、本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器通過組合兩個(gè)由多個(gè)變?nèi)荻O管 (Varactor)加載的三模諧振器，這兩個(gè)諧振器都包括兩個(gè)彎折部分和一個(gè)"十"字型的中心 部分，對每個(gè)模式獨(dú)立調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)了頻率和帶寬的獨(dú)立可重構(gòu)，可以滿足不同頻率和帶寬需 求的無線通信系統(tǒng)需求，電磁兼容性更好，解決了現(xiàn)有技術(shù)多涉及頻率可重構(gòu)濾波器，帶寬 可重構(gòu)的研究成果相對較少，所提方法和結(jié)構(gòu)以及所實(shí)現(xiàn)的性能有限。
[0024] 2、本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器可以通過特殊結(jié)構(gòu)的三模諧振器產(chǎn)生一個(gè) 奇模和兩個(gè)偶模，其中一個(gè)三模諧振器的"十"字型中心部分的短路枝節(jié)也加載一個(gè)變?nèi)荻?極管，該變?nèi)荻O管由第一直流電壓源控制;每個(gè)三模諧振器的兩個(gè)彎折部分與"十"字型 中心部分之間都分別加載一個(gè)變?nèi)荻O管，該變?nèi)荻O管由第二直流電壓源控制;每個(gè)三 模諧振器的"十"字型中心部分的開路枝節(jié)都加載一個(gè)變?nèi)荻O管，該變?nèi)荻O管由第三直 流電壓源控制;所以，通過第一直流電壓源和第三直流電壓源可以對第一偶模和第二偶模 的諧振頻率和進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧，通過第二直流電壓源可以對奇模頻率進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧，可見中 心頻率和帶寬獨(dú)立可調(diào)，滿足了實(shí)際應(yīng)用中寬帶無線通信系統(tǒng)的需求，克服了傳統(tǒng)可重構(gòu) 濾波器帶寬較窄的問題。
[0025] 3、本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器提出了開路結(jié)構(gòu)融合有源器件，在兩個(gè)三模 諧振器之外增加一個(gè)接地過孔，諧振器和接地過孔之間采用高頻扼流圈（U hcike，即高Q值繞 線電感)連接，對于射頻信號而言，三模諧振器并沒有改變，依舊是開路結(jié)構(gòu)，接地過孔不起 作用;而對于直流源和有源器件而言，又滿足了正常工作的條件，實(shí)現(xiàn)了對開路結(jié)構(gòu)的電可 重構(gòu)。
[0026] 4、本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器具有接地金屬貼片具有兩個(gè)對稱的，且呈啞 鈴型的缺陷地結(jié)構(gòu)，每個(gè)啞鈴型的缺陷地結(jié)構(gòu)都有兩個(gè)矩形缺陷地，每個(gè)矩形缺陷地內(nèi)均 具有U型金屬帶，使得等效的電流路徑變長，有效地縮短了缺陷地結(jié)構(gòu)的尺寸;差分信號傳 輸時(shí)，由于存在等效虛擬地，所以信號主要是從上層的微帶線結(jié)構(gòu)通過，啞鈴型的缺陷地結(jié) 構(gòu)對其影響很小;共模信號傳輸時(shí)，需要從上、下兩層結(jié)構(gòu)之間傳輸，因此啞鈴型的缺陷地 結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一個(gè)低通濾波器濾除相應(yīng)的共模信號，從測試結(jié)果可以看出，在差模通帶內(nèi)的 共模抑制特性良好，任意狀態(tài)下的抑制水平在23.4和25.6dB以上。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖2為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器的上層微帶線結(jié)構(gòu)奇模等效電路示意 圖。
[0029] 圖3為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器的上層微帶線結(jié)構(gòu)偶模等效電路示意 圖。
[0030] 圖4a為圖2電路的奇模等效電路圖；圖4b為圖2電路的第一偶模等效電路圖；圖4c 為圖2電路的第二偶模等效電路。
[0031] 圖5為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器在不同中心頻率下的Sddn仿真和測試結(jié) 果對比曲線圖。
[0032]圖6為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器在不同中心頻率下的Sdd24PScc21仿真和 測試結(jié)果對比曲線圖。
[0033]圖7為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器在不同帶寬下的Sddn仿真和測試結(jié)果對 比曲線圖。
[0034]圖8為本實(shí)用新型的寬帶平衡帶通濾波器在不同帶寬下的Sdd24PScc21仿真和測試 結(jié)果對比曲線圖。
[0035]其中，卜微帶線結(jié)構(gòu)，2-接地金屬貼片，3-金屬通孔，4-第一彎折部分，5-第二彎折 部分，6-第一中心部分，7-第三彎折部分，8-第四彎折部分，9-第二中心部分，10-第一輸入/ 輸出饋電線，11_第二輸入/輸出饋電線，12-第三輸入/輸出饋電線，13-第四輸入/輸出饋電 線，14-第一高頻扼流圈，15-第二高頻扼流圈，16-第三高頻扼流圈，17-第四高頻扼流圈， 18-第五高頻扼流圈，19-第六高頻扼流圈，20-第七高頻扼流圈，21-第八高頻扼流圈，22-第 九高頻扼流圈，23-第一矩形缺陷地，24-第二矩形缺陷地，25-第一縫隙，26-第三矩形缺陷 地，27-第四矩形缺陷地，28-第二縫隙，29-U型金屬帶。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 實(shí)施例1:
[0037]如圖1所示，本實(shí)施例寬帶平衡帶通濾波器包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)1和有源電路、 中層的介質(zhì)基板(圖中未示出）、下層的接地金屬貼片2以及金屬通孔3，所述金屬通孔3依次 貫穿微帶線結(jié)構(gòu)1、介質(zhì)基板和接地金屬貼片2,使微帶線結(jié)構(gòu)1與接地金屬貼片2之間通過 介質(zhì)基板連接，所述微帶線結(jié)構(gòu)1包括兩個(gè)三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個(gè) 三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線都經(jīng)過彎折處理，使整個(gè)微帶線結(jié)構(gòu)1呈兩個(gè)左右對稱 的E型結(jié)構(gòu)；
[0038]所述兩個(gè)三模諧振器分別為第一三模諧振器和第二三模諧振器，所述第一三模諧 振器包括第一彎折部分4、第二彎折部分5和第一中心部分6,所述第一彎折部分4和第二彎 折部分5分別位于第一中心部分6的上、下兩側(cè);所述第二三模諧振器包括第三彎折部分7、 第四彎折部分8和第二中心部分9,所述第三彎折部分7和第四彎折部分8分別位于第二中心 部分9的上、下兩側(cè);所述第一中心部分6和第二中心部分9均呈"十"字型；
[0039] 所述第一彎折部分4、第二彎折部分5與第一中心部分6之間都分別加載一個(gè)變?nèi)?二極管，所述第三彎折部分7、第四彎折部分8與第二中心部分9之間都分別加載一個(gè)變?nèi)荻?極管，這四個(gè)變?nèi)荻O管均記為C 2;所述第一中心部分6和第二中心部分9的開路枝節(jié)都加 載一個(gè)變?nèi)荻O管，這兩個(gè)變?nèi)荻O管均記為C3;所述第一中心部分6的短路枝節(jié)也加載一 個(gè)變?nèi)荻O管，這個(gè)變?nèi)荻O管記為心，所述第二中心部分9的短路枝節(jié)加載一個(gè)隔直電 容，這個(gè)隔直電容記為C b;
[0040] 所述兩對輸入/輸出饋電線中，每對輸入/輸出饋電線具有兩條輸入/輸出饋電線， 其中一對輸入/輸出饋電線的兩條輸入/輸出饋電線分別為第一輸入/輸出饋電線10和第二 輸入/輸出饋電線11，另一對輸入/輸出饋電線的兩條輸入/輸出饋電線分別為第三輸入/輸 出饋電線12和第四輸入/輸出饋電線13;所述第一輸入/輸出饋電線10位于第一彎折部分4 外側(cè)，所述第二輸入/輸出饋電線11位于第二彎折部分5外側(cè)，所述第三輸入/輸出饋電線12 位于第三彎折部分7外側(cè)，第四輸入/輸出饋電線13位于第四彎折部分8外側(cè)，第一輸入/輸 出饋電線10與第一彎折部分4之間的間距、第二輸入/輸出饋電線11與第二彎折部分5之間 的間距、第三輸入/輸出饋電線12與第三彎折部分7之間的間距、第四輸入/輸出饋電線13與 第四彎折部分8之間的間距都是相同的；所述第一輸入/輸出饋電線10和第二輸入/輸出饋 電線11的左端作為輸入/輸出饋電端口（Port 1、Port2)，所述第三輸入/輸出饋電線12和第 四輸入/輸出饋電線13的右端作為輸入/輸出饋電端口（PortV JortS');
[0041] 所述第一中心部分6和第二中心部分9的短路枝節(jié)通過第一高頻扼流圈14連接第 一直流電壓源W，第一直流電壓源h用于控制變?nèi)荻O管C 1;所述第一彎折部分4、第二彎折 部分5、第三彎折部分7和第四彎折部分8分別通過第二高頻扼流圈15、第三高頻扼流圈16、 第四高頻扼流圈17、第五高頻扼流圈18連接第二直流電壓源V 2，第二直流電壓源％用于控制 變?nèi)荻O管C2;所述第一中心部分6和第二中心部分9的開路枝節(jié)分別通過第六高頻扼流圈 19、第七高頻扼流圈20連接第三直流電壓源V 3,第三直流電壓源V3用于控制變?nèi)荻O管C3;
[0042] 由于上層微帶線結(jié)構(gòu)對稱，采用奇偶模分析方法，可以得到上層微帶線的奇模和 偶模等效電路分別如圖2和圖3所示；圖2的奇模等效電路由一個(gè)中心加載開路枝節(jié)和短路 枝節(jié)的三模諧振器和輸入/輸出饋電端口構(gòu)成;再次應(yīng)用奇偶模分析方法，可以得到圖4a~ 圖4C，其產(chǎn)生的三個(gè)諧振模式分別為奇模(fodd)，第一偶模(fevenl)和第二偶模(f even2)，產(chǎn)生 第一偶模(f_nl)的等效電路電長度大致選為頻率下的四分之一波長，和輸入/輸出饋 電端口之間通過平行耦合饋電；產(chǎn)生第二偶模（f mm2 )的等效電路電長度大致選為頻率 f_n2下的二分之一波長，同樣采用耦合線饋電；產(chǎn)生奇模(fodd)等效電路的電長度為fodd下 的四分之一波長;三個(gè)模式具有如下關(guān)系:f <f cKld<f _n2，由此構(gòu)成了一個(gè)三模寬帶帶 通濾波器;從圖4a~4c可以看出，通過第一直流電壓源％和第三直流電壓源V3可以對第一偶 模和第二偶模的諧振頻率f_nl和f_nl進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧，通過第二直流電壓源％可以對奇模頻 率fodd進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧，從圖5~圖8的測試結(jié)果可以看出和理論分析相吻合。同理，圖3的偶模 等效電路也可以再次應(yīng)用奇偶模分析方法得到其三個(gè)諧振模式，其中兩個(gè)模式為奇模 (匕<1 (1)，偶模2(匕％112)，第三個(gè)模式大于匕％112，不參與形成通帶；因此，共模電路也會產(chǎn)生一 個(gè)雙模的帶通濾波器，頻率和差模電路相近。
[0043] 基于多模獨(dú)立可調(diào)的設(shè)計(jì)思路，在濾波器的奇模等效電路上加載了四個(gè)變?nèi)荻O 管，實(shí)現(xiàn)了頻率和帶寬的可重構(gòu);如前面所述，兩個(gè)變?nèi)荻O管C 2對稱加載在"十"字型中心 部分的兩側(cè)，由第二直流電壓源V2控制;變?nèi)荻O管(^加載在"十"字型中心部分的短路枝 節(jié)，由第一直流電壓源h控制;變?nèi)荻O管C 3加載在"十"字型中心部分的開路枝節(jié)，由第三 直流電壓源V3控制;從圖4中可以清楚地看出，變?nèi)荻O管Q和變?nèi)荻O管C 3分別只對f_nl 和f_n2產(chǎn)生影響，而變?nèi)荻O管&對三個(gè)模式都會產(chǎn)生影響。
[0044] 變?nèi)荻O管加載常運(yùn)用于微帶短路結(jié)構(gòu)或共面波導(dǎo)(CPW)等平面結(jié)構(gòu)，甚少有開 路結(jié)構(gòu)采用，這是因?yàn)樽內(nèi)荻O管這類有源器件需要接地才能正常工作，而開路結(jié)構(gòu)本身 不具備接地點(diǎn);所述金屬通孔3實(shí)際上也就是接地過孔，金屬通孔3與第一中心部分6的短路 枝節(jié)之間通過第八高頻扼流圈21連接，金屬通孔3與第二中心部分9的短路枝節(jié)之間通過第 九高頻扼流圈22連接;也就是說，接地過孔位于三模諧振器之外，而第八高頻扼流圈21和第 九高頻扼流圈22是高Q值繞線電感，三模諧振器與接地過孔之間采用高Q值繞線電感，對于 射頻信號而言，三模諧振器并沒有改變，依舊是開路結(jié)構(gòu)，接地過孔不起作用；而對于直流 源和有源器件而言，又滿足了正常工作的條件，實(shí)現(xiàn)了對開路結(jié)構(gòu)的電可重構(gòu)。
[0045] 所述接地金屬貼片2包括第一缺陷地結(jié)構(gòu)和第二缺陷地結(jié)構(gòu)，所述第一缺陷地結(jié) 構(gòu)和第二缺陷地結(jié)構(gòu)相互對稱，且都呈啞鈴型；
[0046] 所述第一缺陷地結(jié)構(gòu)包括第一矩形缺陷地23、第二矩形缺陷地24和第一縫隙25， 所述第二缺陷地結(jié)構(gòu)包括第三矩形缺陷地26、第四矩形缺陷地27和第二縫隙28,所述第一 矩形缺陷地23、第二矩形缺陷地24、第三矩形缺陷地26和第四矩形缺陷地27內(nèi)均具有U型金 屬帶29,使得等效的電流路徑變長，有效地縮短了缺陷地結(jié)構(gòu)的尺寸;所述第一矩形缺陷地 23和第二矩形缺陷地24之間通過第一縫隙25連接，所述第三矩形缺陷地26和第四矩形缺陷 地27通過第二縫隙28連接，矩形和縫隙整體長度比中心頻率的半個(gè)波長偏小;其中，所述第 一矩形缺陷地23和第三矩形缺陷地26位于左邊的E型結(jié)構(gòu)下方，所述第二矩形缺陷地24和 第四矩形缺陷地27位于右邊的E型結(jié)構(gòu)下方；
[0047]差分信號傳輸時(shí)，由于存在等效虛擬地，所以信號主要是從上層的微帶線結(jié)構(gòu)通 過，啞鈴型的缺陷地結(jié)構(gòu)對其影響很小;共模信號傳輸時(shí)，需要從兩層結(jié)構(gòu)之間傳輸，因此 啞鈴型的缺陷地結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一個(gè)低通濾波器濾除相應(yīng)的共模信號，從圖6和圖8的測試結(jié)果 可以看出，在差模通帶內(nèi)的共模抑制特性良好，任意狀態(tài)下的抑制水平在23.4和25.6dB以 上。
[0048] 通過以上分析可知，本實(shí)用新型通過實(shí)施兩個(gè)變?nèi)荻O管加載的諧振器，實(shí)現(xiàn)了 一個(gè)通帶中心頻率及帶寬獨(dú)立可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，差模通帶和帶外選擇性能突 出，共模抑制性能良好。本實(shí)用新型所包含的是其中心頻率和絕對帶寬全可調(diào)以及共模干 擾抑制的設(shè)計(jì)的原理，所述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以是微帶、同軸線或其他結(jié)構(gòu)。
[0049] 實(shí)施例2:
[0050] 如圖1所示，通過在三模諧振器的傳輸線和枝節(jié)上分別加載變?nèi)荻O管對奇偶模 諧振頻率進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器(也可稱 為全可調(diào)寬帶平衡帶通濾波器），其中心頻率和帶寬可進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧。本實(shí)施例的電路和電 磁仿真軟件為Agilent Advanced Design System(ADS)。頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡 帶通濾波器選擇加工在介電常數(shù)2.55、厚度為Ο . 8mm、損耗角正切值為Ο . 0029的介質(zhì)基板 上，圖1~圖3具體物理尺寸如下表1所示。
[0051]
[0052]表1頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器尺寸
[0053] 本實(shí)施例通過Agilent 5230網(wǎng)絡(luò)分析儀測量，仿真測量結(jié)果如圖5~圖8所示（圖 中，Sddll和Sdd21是指差模S參數(shù)，Sdl是指共模S參數(shù)，其中Sddll是差模的輸入端口回波損耗； Sd<m是差模的輸入端口到輸出端口的正向傳輸系數(shù)，S cc21是共模的輸入端口到輸出端口的 正向傳輸系數(shù)），測量的差模通帶在保持絕對帶寬為400MHz時(shí)，中心頻率可調(diào)范圍分別為 1.32-1.85GHz，相對可調(diào)范圍為33.4% ;頻率調(diào)諧過程中，通帶內(nèi)插損在-1.1到-1.5dB之 間，反射均保持在-10dB以下；中心頻率固定為1.66GHz時(shí)，左邊帶的可調(diào)范圍為1.34-1.59GHz，右邊帶的可調(diào)范圍為1.73-2.00GHz，帶寬可調(diào)范圍為140-660MHZ，可調(diào)范圍高達(dá) 471 % ;帶寬調(diào)諧過程中，通帶內(nèi)插損在-0.96到-1.87dB之間，反射均保持在-10dB以下，濾 波器匹配良好，通帶兩側(cè)的傳輸零點(diǎn)大大提高了選擇性;在任意可調(diào)的狀態(tài)下，測量的共模 抑制水平均超過23.4dB;可見，仿真和測量結(jié)果在低頻的吻合程度非常高，細(xì)微的偏差主要 是由于變?nèi)荻O管本身的參數(shù)和加工誤差導(dǎo)致。
[0054]綜上所述，本實(shí)用新型提出的頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，填補(bǔ) 了目前可重構(gòu)濾波器技術(shù)研究的一部分空白，提升了系統(tǒng)的集成度和電磁兼容性。作為一 款寬帶可重構(gòu)平衡濾波器，其中心頻率及絕對帶寬可以獨(dú)立進(jìn)行調(diào)諧，且共模抑制性能出 色，能夠更好地滿足現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0055]以上所述，僅為本實(shí)用新型專利較佳的實(shí)施例，但本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍并 不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本 實(shí)用新型專利的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實(shí)用新型專利 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)和有源電 路、中層的介質(zhì)基板、下層的接地金屬貼片以及金屬通孔，所述金屬通孔依次貫穿微帶線結(jié) 構(gòu)、介質(zhì)基板和接地金屬貼片，使微帶線結(jié)構(gòu)與接地金屬貼片之間通過介質(zhì)基板連接，其特 征在于:所述微帶線結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個(gè)三模諧振 器和兩對輸入/輸出饋電線經(jīng)過彎折處理，使整個(gè)微帶線結(jié)構(gòu)呈兩個(gè)左右對稱的E型結(jié)構(gòu)； 所述兩個(gè)三模諧振器分別為第一三模諧振器和第二三模諧振器，所述第一三模諧振器 包括第一彎折部分、第二彎折部分和第一中心部分，所述第一彎折部分和第二彎折部分分 別位于第一中心部分的上、下兩側(cè);所述第二三模諧振器包括第三彎折部分、第四彎折部分 和第二中心部分，所述第三彎折部分和第四彎折部分分別位于第二中心部分的上、下兩側(cè)； 所述第一中心部分和第二中心部分均呈"十"字型； 所述第一彎折部分、第二彎折部分與第一中心部分之間都分別加載一個(gè)變?nèi)荻O管， 所述第三彎折部分、第四彎折部分與第二中心部分之間都分別加載一個(gè)變?nèi)荻O管;所述 第一中心部分和第二中心部分的開路枝節(jié)都加載一個(gè)變?nèi)荻O管，所述第一中心部分的短 路枝節(jié)也加載一個(gè)變?nèi)荻O管。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述接地金屬貼片包括第一缺陷地結(jié)構(gòu)和第二缺陷地結(jié)構(gòu)，所述第一缺陷地結(jié)構(gòu)和第 二缺陷地結(jié)構(gòu)相互對稱，且都呈啞鈴型。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述第一缺陷地結(jié)構(gòu)包括第一矩形缺陷地、第二矩形缺陷地和第一縫隙，所述第二缺陷 地結(jié)構(gòu)包括第三矩形缺陷地、第四矩形缺陷地和第二縫隙，所述第一矩形缺陷地、第二矩形 缺陷地、第三矩形缺陷地和第四矩形缺陷地內(nèi)均具有U型金屬帶，所述第一矩形缺陷地和第 二矩形缺陷地之間通過第一縫隙連接，所述第三矩形缺陷地和第四矩形缺陷地通過第二縫 隙連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述第一矩形缺陷地和第三矩形缺陷地位于左邊的E型結(jié)構(gòu)下方，所述第二矩形缺陷地 和第四矩形缺陷地位于右邊的E型結(jié)構(gòu)下方。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述第二中心部分的短路枝節(jié)加載一個(gè)隔直電容。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述兩對輸入/輸出饋電線中，每對輸入/輸出饋電線具有兩條輸入/輸出饋電線，其中 一對輸入/輸出饋電線的兩條輸入/輸出饋電線分別為第一輸入/輸出饋電線和第二輸入/ 輸出饋電線，另一對輸入/輸出饋電線的兩條輸入/輸出饋電線分別為第三輸入/輸出饋電 線和第四輸入/輸出饋電線;所述第一輸入/輸出饋電線位于第一彎折部分外側(cè)，所述第二 輸入/輸出饋電線位于第二彎折部分外側(cè)，所述第三輸入/輸出饋電線位于第三彎折部分外 側(cè)，第四輸入/輸出饋電線位于第四彎折部分外側(cè)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述第一輸入/輸出饋電線和第二輸入/輸出饋電線的左端作為輸入/輸出饋電端口，所 述第三輸入/輸出饋電線和第四輸入/輸出饋電線的右端作為輸入/輸出饋電端口。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述第一輸入/輸出饋電線與第一彎折部分之間的間距、第二輸入/輸出饋電線與第二 彎折部分之間的間距、第三輸入/輸出饋電線與第三彎折部分之間的間距、第四輸入/輸出 饋電線與第四彎折部分之間的間距都是相同的。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述第一中心部分和第二中心部分的短路枝節(jié)通過第一高頻扼流圈連接第一直流電壓 源;所述第一彎折部分、第二彎折部分、第三彎折部分和第四彎折部分分別通過第二高頻扼 流圈、第三高頻扼流圈、第四高頻扼流圈、第五高頻扼流圈連接第二直流電壓源;所述第一 中心部分和第二中心部分的開路枝節(jié)分別通過第六高頻扼流圈、第七高頻扼流圈連接第三 直流電壓源。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率和帶寬均可重構(gòu)的寬帶平衡帶通濾波器，其特征在 于:所述金屬通孔與第一中心部分的短路枝節(jié)之間通過第八高頻扼流圈連接，所述金屬通 孔與第二中心部分的短路枝節(jié)之間通過第九高頻扼流圈連接。
【文檔編號】H01P1/203GK205621827SQ201620249104
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】褚慶昕, 陳志涵
【申請人】華南理工大學(xué)