多频带可调谐微带带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多频带可调谐微带带通滤波器。该滤波器包括三层结构：正面的金属微带线、中间的介质板层及输入输出端口和接地金属通孔、以及介质板材反面的金属镀层。所述的金属微带线是由一个半波长均匀阻抗线谐振器和开环双模谐振器组成对称结构的谐振器，两个谐振器共用输入输出耦合线，开环双模谐振器末端与接地金属通孔之间加载变容二极管，构成可调谐的结构。本滤波器结构紧凑，通带内插入损耗低，通带边沿陡峭、选择性高，且满足滤波器小型化的发展趋势。
【专利说明】多频带可调谐微带带通滤波器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多频带可调谐微带带通滤波器，属于无线通信系统领域，在实现三个通带可调的同时，具有高带外抑制度，并且满足小型化特征。
【背景技术】
[0002]目前通信系统的应用频段均聚集在射频及微波频段低频段，这使得频谱资源特别拥挤。为了提高系统容量和避免系统及相邻信道间的干扰，在通信系统中设置能同时工作的多个通信频段显得十分必要。然而要实现双频或多频段通信，每一个频段都需要独立的射频前端元件，这使得整个系统体积和功耗较大，成本较高。若能将射频前端元件设计成双频段或多频段形式，则可以大大降低系统的体积、成本及功耗，增强其可靠性，促进通信系统向小型化、高集成度发展。
[0003]在现代无线通讯系统中，电调谐滤波器在接收机中位于天线与混频器之间，其作用是从天线所接收到的大量频谱中选出有用的信号，抑制有害的干扰频谱，从而提高接收机的信噪比。多频带可调谐滤波器可以使单一的设备有能力覆盖不同频段支持不同的通信标准，因而可以满足未来移动通信宽频带覆盖的要求。本发明基于电调谐滤波器技术，设计了一种三频带可调谐的带通滤波器，其带外抑制度较高，结构紧凑，便于系统集成，满足了现代无线通信小型化、高性能的要求。通过引入源与负载之间的耦合，在加载电压较低时增加了额外的有限频率传输零点，改善了滤波器的衰减特性。
【发明内容】
[0004]本发明滤波器的目的在于针对传统的多频段系统体积大、系统成本高，且由多路单频段滤波器组成的滤波器组，信号处理频段单一的缺点，提供了一种多频带可调谐的带通滤波器。通过引入输入输出耦合在加载电压较低时增加了带外传输零点，第一和第三通带内中心频率实现了 760MHz和800MHz可调，且滤波器结构紧凑，实现了滤波器的小型化。
[0005]为达到上述目的，本发明的构思是：
(I)在传统微带开环谐振器的基础上，在其内部添加Ψ型节，使其实现双模谐振，通过改变两种模式频率调节通带频率达到可调的效果。
[0006](2)开环双模谐振器的微带线末端添加变容二极管，改变直流偏置电路反向偏压，使其电容变化从而改变谐振器的电长度达到可调的目的。
[0007](3)利用传统的均匀阻抗谐振器（UIR)的折叠型结构，将其与开环双模谐振器共用输入输出耦合线，独立调节开环双模谐振器的谐振频率，达到异步调节的目的。
[0008](4)本发明采用如下的介质板材料：介质基板选用介电常数为=2. 2，厚度h-Q. 508mm。
[0009](5)电路板共分三层，即正面为金属微带线结构，中间是介质板层及输入输出端口，介质板材背面为一层金属镀层，其中输入输出端口处焊接两个SMA接头，用于实际测量。正面金属微带线结构是由一个均匀阻抗阻抗线、开环双模谐振器以及输入输出耦合线组成，开环双模谐振器末端添加变容二极管，通过改变偏置电压达到频率可调的目的。
[0010]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种多频带可调谐微带带通滤波器包括三层结构：正面的金属微带线、中间的介质板层及输入输出端口和接地金属通孔、以及介质板材反面的金属镀层。所述的金属微带线是由一个半波长均匀阻抗线谐振器和开环双模谐振器组成对称结构的谐振器，两个谐振器共用输入输出耦合线，开环双模谐振器末端与接地金属通孔之间加载变容二极管，构成可调谐的结构。
[0011]所述开环双模谐振器是由一个开口平方环谐振器中间加载Ψ形开路短截线组成，结构对称，产生两种模式的谐振频率，故可用奇偶模理论进行分析。所述半波长均匀阻抗线谐振器采用弯折形结构，满足小型化的需求。所述输入输出耦合是开环双模谐振器与半波长均匀阻抗线共用一个输入输出耦合线，通过缝隙耦合馈电，在加载电压较低时增加了额外的有限频率传输零点，改善了滤波器的衰减特性。
[0012]所述偏置电路利用变容二极管，在开环双模谐振器上加载1000pF的电容以及阻值为IOk Ω的电阻，而在枝节末端加载变容二极管，如变容二极管BB857，电压变化在
7.5-15V时。其中在开口环末端加两个相同的变容二极管，电容变化在O. 7-1. 5pF，而在Ψ型节末端加一个变容二极管，容值变化在O. 4-0. 9pF。
[0013]所述介质板 层为介电常数^ = 2J2的介质板，该介质板厚度h=0. 508mm。
[0014]所述金属微带线和反面部分的金属镀层可以是导电性能较好的金属材料，如金、或银、或铜。
[0015]本发明与现有技术比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
I.本发明滤波器采用开环双模谐振器结构，通过在开口环中间加Ψ型节，使谐振器的结构更加紧凑，简化了设计的复杂度，满足了现代滤波器设计小型化的要求。
[0016]2.通过偏置电路的添加，调节电压改变变容二极管的电容值从而实现通带可调，具有调谐速度快，调谐频率范围宽，调试方便，成本低等优点。
[0017]3.通过引入输入输出耦合，在加载电压较低时增加了额外的有限频率传输零点，提高了滤波器的频率选择性。
[0018]4.在开环双模谐振器末端添加变容二极管，实现两个通带频率的可调，而由均匀阻抗线谐振引起的通带频率可以保持不变。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图I是多通带可调谐微带带通滤波器的结构示意图。
[0020]图2是多通带可调谐微带带通滤波器上层金属微带线的结构示意图。
[0021 ] 图3是变容二极管示意图。
[0022]图4是本发明多通带可调谐微带带通滤波器的整体结构示意图 图5是电压为15V时微带滤波器的频率响应示意图。
[0023]图6是电压在7. 5-15V之间可调时，微带滤波器的Sll示意图。
[0024]图7是电压在7. 5-15V之间可调时，微带滤波器的S21示意图。
【具体实施方式】[0025]下面结合附图对本发明的一个优选实施例作详细说明：
实施例一：
参见图1，多通带可调谐微带带通滤波器包括三层结构：正面的金属微带线（I)、中间的介质板层（2)及输入输出端口（3、4)和接地金属通孔（5)，以及介质板材反面的金属镀层。所述的金属微带线是：由一个半波长均匀阻抗线谐振器（1-1)和开环双模谐振器（1-2)组成对称结构的谐振器，故可用奇偶模理论进行分析，两个谐振器共用输入输出耦合线，开环双模谐振器末端与接地金属通孔（5)之间加载变容二极管，构成可调谐的结构。
[0026]实施例二 ：
本实施例与实施例一基本相同，正面的金属微带线如图2，特别之处是：所述开环双模谐振器是由一个开口平方环谐振器（I)中间加载Ψ形开路短截线（2)组成，其结构对称，产生两种模式的谐振频率。所述半波长均匀阻抗线（3)谐振器采用弯折形结构，减小了滤波器的面积，满足小型化的需求。所述输入输出耦合线（4)通过缝隙耦合馈电，在加载电压较低时增加了额外的有限频率传输零点，改善了滤波器的衰减特性。所述介质板层为介电常
数&^ = 2.2的介质板,该介质板厚度h =0. 508mm。
[0027]实施例三：
本实施例与实施例二基本相同，特别之处是在开环双模谐振器与接地金属通孔之间加载变容二极管（图3)，通过直流偏置电路给变容二极管加载反向偏压，改变奇偶模的谐振频率达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的。
[0028]图4是本实施例的结构示意图，经过设计、仿真和优化，最终确定该多通带可调带通滤波器的具体尺寸如下：
Ll=8. 0mm，L2=7. 75mm，L3=7. 6mm，L4=6. 1mm，L5=l. 6mm，L6=0. 8mm，
Wl=3. 3mm, W2=4. 32mm, W3=3. 75mm, W4=2. 75mm，W5=4. 0mm，W6=2. 8mm，
Dl=O. 3mm，D2=0. 25mm，D3=0. 6mm，D4=0. 3mm，D5=0. 4mm，d=0. 508mm，
r=0. 4mm
基于上述方法设计了中心频率为2. 68GHz/4. 66GHz/5. 88GHz的三频带带微带滤波器，通过电磁仿真软件Sonnet进行仿真,调试。
[0029]图5显示了电压为15V时，微带滤波器的仿真结果。
[0030]图6和图7分别显示了电压在7. 5-15V之间可调时，微带滤波器的Sll和S21仿真结果。仿真结果表明
(I)该滤波器实现了三频带的响应特性，且第一频带和第三频带都实现了可调，第二频带的中心频率和带宽始终保持不变。
[0031](2)加载电压较低时在第一频带与第二频带之间有一个传输零点，通带截止边沿陡峭，通带内插损较低，选择性好。
[0032](3)第一频带中心频率的可调范围在2. lGHz-2. 86GHz可调，第三频带中心频率在
5.3GHz-6. IGHz范围内可调。随着频率升高，各频带的绝对带宽逐渐变宽。
[0033](4)微带结构简单，尺寸也得到小型化，印刷简易，材料损耗相对较小。
【权利要求】
1.一种多频带可调谐微带带通滤波器，包括三层结构：正面的金属微带线（1)、中间的介质板层（2)及输入输出端口（3、4)和接地金属通孔（5)、以及介质板材反面的金属镀层，其特征在于：所述的金属微带线（1)是由一个半波长均匀阻抗线谐振器（1-1)和开环双模谐振器（1-2)组成对称结构的谐振器，两个谐振器（1-1、1-2)共用输入输出耦合线（1-3)，开环双模谐振器（1-2)末端与接地金属通孔（5)之间加载变容二极管，构成可调谐的结构。
2.根据权利要求I所述的多频带可调谐微带带通滤波器，其特征在于：所述开环双模谐振器（1-2)是由一个开口平方环谐振器中间加载Ψ形开路短截线组成，其结构对称，产生两种模式的谐振频率；所述半波长均匀阻抗线谐振器（1-1)采用弯折型结构，减小了滤波器的面积，满足小型化的需求；所述输入输出耦合线（1-3)通过缝隙耦合馈电，在加载电压较低时产生额外的有限频率传输零点，改善了滤波器的衰减特性。
3.根据权利要求I所述的多频带可调谐微带带通滤波器，其特征在于：所述开环双模谐振器（1-2)与接地金属通孔（5)之间加载变容二极管，通过直流偏置电路给变容二极管加载反向偏压，改变奇偶模的谐振频率达到带通滤波器中心频率和带宽可调的目的。
4.根据权利要求I所述的多频带可调谐微带带通滤波器，其特征在于：所述介质板层(2)为介电常数A = 2.2的介质板,该介质板厚度h =0. 508mm。
【文档编号】H01P1/203GK104037477SQ201410223931
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】李国辉, 鉴浩, 王焕英, 李伟 申请人:上海大学