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)包括兩個三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線經(jīng)過彎折處理，使整個微帶線結(jié)構(gòu)呈兩個左右對稱的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)。本實用新型的頻率和帶寬獨立可重構(gòu)，在通帶兩側(cè)各有一個傳輸零點，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 只有少量文獻報道。共模干擾對通信系統(tǒng)有嚴重的影響，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)濾波器的另一個重要的發(fā)展趨勢。
[0003] 根據(jù)當前已有的全可調(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親合結(jié)構(gòu)實現(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 改變耦合強度調(diào)節(jié)帶寬，為全可調(diào)濾波器的設(shè)計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獨立控 制，偶模由并聯(lián)電容C2獨立控制，設(shè)計出的濾波器擁有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準，這些無線信道和通信標準 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 學者提出相關(guān)的設(shè)計。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實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立可重構(gòu)，在通帶兩側(cè)各有一個傳 輸零點，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，能夠滿足實際中差分通信系統(tǒng)的需求。
[0009] 本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：
[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)包括兩個三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個三模諧振器和兩對 輸入/輸出饋電線經(jīng)過彎折處理，使整個微帶線結(jié)構(gòu)呈兩個左右對稱的E型結(jié)構(gòu)；
[0011 ]所述兩個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)都加載一個變?nèi)荻O管，所述第一中心部分的 短路枝節(jié)也加載一個變?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、本實用新型的寬帶平衡帶通濾波器通過組合兩個由多個變?nèi)荻O管 (Varactor)加載的三模諧振器，這兩個諧振器都包括兩個彎折部分和一個"十"字型的中心 部分，對每個模式獨立調(diào)諧，實現(xiàn)了頻率和帶寬的獨立可重構(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)以及所實現(xiàn)的性能有限。
[0024] 2、本實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 奇模和兩個偶模，其中一個三模諧振器的"十"字型中心部分的短路枝節(jié)也加載一個變?nèi)荻?極管，該變?nèi)荻O管由第一直流電壓源控制;每個三模諧振器的兩個彎折部分與"十"字型 中心部分之間都分別加載一個變?nèi)荻O管，該變?nèi)荻O管由第二直流電壓源控制;每個三 模諧振器的"十"字型中心部分的開路枝節(jié)都加載一個變?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 的諧振頻率和進行獨立調(diào)諧，通過第二直流電壓源可以對奇模頻率進行獨立調(diào)諧，可見中 心頻率和帶寬獨立可調(diào)，滿足了實際應(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，在兩個三模 諧振器之外增加一個接地過孔，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，實現(xiàn)了對開路結(jié)構(gòu)的電可 重構(gòu)。
[0026] 4、本實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對稱的，且呈啞 鈴型的缺陷地結(jié)構(gòu)，每個啞鈴型的缺陷地結(jié)構(gòu)都有兩個矩形缺陷地，每個矩形缺陷地內(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，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，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。
【具體實施方式】 [0036] 實施例1:
[0037]如圖1所示，本實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包括兩個三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個 三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線都經(jīng)過彎折處理，使整個微帶線結(jié)構(gòu)1呈兩個左右對稱 的E型結(jié)構(gòu)；
[0038]所述兩個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變?nèi)荻?極管，這四個變?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 載一個變?nèi)荻O管，這兩個變?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 個變?nèi)荻O管，這個變?nèi)荻O管記為心，所述第二中心部分9的短路枝節(jié)加載一個隔直電 容，這個隔直電容記為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;三個模式具有如下關(guān)系:f <f cKld<f _n2，由此構(gòu)成了一個三模寬帶帶 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進行獨立調(diào)諧，通過第二直流電壓源％可以對奇模頻 率fodd進行獨立調(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諧振模式，其中兩個模式為奇模 (匕<1 (1)，偶模2(匕％112)，第三個模式大于匕％112，不參與形成通帶；因此，共模電路也會產(chǎn)生一 個雙模的帶通濾波器，頻率和差模電路相近。
[0043] 基于多模獨立可調(diào)的設(shè)計思路，在濾波器的奇模等效電路上加載了四個變?nèi)荻O 管，實現(xiàn)了頻率和帶寬的可重構(gòu);如前面所述，兩個變?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&對三個模式都會產(chǎn)生影響。
[0044] 變?nèi)荻O管加載常運用于微帶短路結(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，這是因為變?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;所述金屬通孔3實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，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，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，本實用新型通過實施兩個變?nèi)荻O管加載的諧振器，實現(xiàn)了 一個通帶中心頻率及帶寬獨立可重構(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)計的原理，所述設(shè)計結(jié)構(gòu)可以是微帶、同軸線或其他結(jié)構(gòu)。
[0049] 實施例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 諧振頻率進行獨立控制，實現(xiàn)了一個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行獨立調(diào)諧。本實施例的電路和電 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，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，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 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 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立進行調(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，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護范圍并 不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本 實用新型專利的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實用新型專利 的保護范圍。
【主權(quán)項】
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)包括兩個三模諧振器和兩對輸入/輸出饋電線，所述兩個三模諧振 器和兩對輸入/輸出饋電線經(jīng)過彎折處理，使整個微帶線結(jié)構(gòu)呈兩個左右對稱的E型結(jié)構(gòu)； 所述兩個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)都加載一個變?nèi)荻O管，所述第一中心部分的短 路枝節(jié)也加載一個變?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