一种平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器

本发明涉及一种平衡式带通滤波器，具体涉及一种平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器。

背景技术：

1、非互易元件如环形器、隔离器和回旋器在众多微波无线应用中发挥着重要作用，如大功率发射器、同时同频传输和接收通信和雷达系统，以及新兴的低温量子计算。目前，这类元件主要通过铁氧体材料实现。然而，铁氧体材料体积庞大且成本高，并且与半导体集成电路制造工艺不兼容。这激发了研究人员对无磁非互易元件的大量研究。最近，基于时间调制谐振器的非互易技术被提出，并得到了广泛关注。

2、随着现代无线通信技术的快速发展，移动通信系统的传输信息量不断增加，各种元件工作在愈加复杂的电磁环境中，因此电路需要具有更强的抗干扰能力。与传统的单端电路相比，平衡式微波电路对复杂电路中的噪声、电磁干扰和串扰具有更高的免疫能力，具有更好的电磁兼容特性。在许多应用中，平衡式电路优于单端电路，如射频系统、高速数字电路和cmos集成电路。

3、对于平衡式微波电路中的共模噪声，现有的基于时间调制谐振器的平衡式非互易带通滤波器设计以反射式滤波器的形式实现，即通过将不需要的频率成分的能量反射回信号源，以达到共模噪声抑制的目的。而在非线性系统中，反射信号与已有的信号之间的混叠将产生许多干扰信号，这些干扰信号将对系统性能产生不可忽视的影响。通过引入加载电阻的共模无反射部分，可以将共模噪声以热能的形式耗散掉，规避掉反射形式的共模噪声抑制对系统的潜在危害。有鉴于此，确有必要提出一种平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器。

技术实现思路

1、基于此，为解决现有技术存在的不足，特提出了一种平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器，包括：平衡式差分输入端口a、平衡式差分输出端口b、四段四分之一波长差分连接线、两个共模无反射吸收电阻、四段四分之一波长导纳变换连接线、两段二分之一波长谐振微带线、四段二分之一波长开路传输线、两段整波长时间调制谐振微带线、四个变容二极管、两段四分之一波长馈电微带线、两段t型接地阻抗变换微带线和两个电源；

2、所述平衡式差分输入端口a包括输入端口a+和输入端口a-；

3、所述平衡式差分输出端口b包括输出端口b+和输出端口b-；

4、所述四段四分之一波长差分连接线包括第一差分连接线、第二差分连接线、第三差分连接线和第四差分连接线；所述第一差分连接线的一端接于输入端口a+与第一导纳变换连接线的连接处、另一端接于第三差分连接线与第一共模无反射吸收电阻的连接处；所述第二差分连接线的一端接于输出端口b+与第二导纳变换连接线的连接处、另一端接于第四差分连接线与第二共模无反射吸收电阻的连接处；所述第三差分连接线的一端接于输入端口a-与第三导纳变换连接线的连接处、另一端接于第一差分连接线与第一共模无反射吸收电阻的连接处；所述第四差分连接线的一端接于输出端口b-与第四导纳变换连接线的连接处、另一端接于第二差分连接线与第二共模无反射吸收电阻的连接处；

5、所述两个共模无反射吸收电阻包括第一共模无反射吸收电阻和第二共模无反射吸收电阻；所述第一共模无反射吸收电阻的一端接于第一差分连接线与第三差分连接线的连接处、另一端接地；所述第二共模无反射吸收电阻的一端接于第二差分连接线与第四差分连接线的连接处、另一端接地；

6、所述四段四分之一波长导纳变换连接线包括第一导纳变换连接线、第二导纳变换连接线、第三导纳变换连接线和第四导纳变换连接线；所述第一导纳变换连接线的一端接于输入端口a+与第一差分连接线的连接处、另一端接于第一谐振微带线与第一开路传输线的连接处；所述第二导纳变换连接线的一端接于输出端口b+与第二差分连接线的连接处、另一端接于第二谐振微带线与第二开路传输线的连接处；所述第三导纳变换连接线的一端接于输入端口a-与第三差分连接线的连接处、另一端接于第一谐振微带线与第三开路传输线的连接处；所述第四导纳变换连接线的一端接于输出端口b-与第四差分连接线的连接处、另一端接于第二谐振微带线与第四开路传输线的连接处；

7、所述两段二分之一波长谐振微带线包括第一谐振微带线和第二谐振微带线；所述第一谐振微带线的一端接于第一导纳变换连接线与第一开路传输线的连接处、另一端接于第三导纳变换连接线与第三开路传输线的连接处；所述第二谐振微带线的一端接于第二导纳变换连接线与第二开路传输线的连接处、另一端接于第四导纳变换连接线与第四开路传输线的连接处；

8、所述四段二分之一波长开路传输线包括第一开路传输线、第二开路传输线、第三开路传输线和第四开路传输线；所述第一开路传输线的一端接于第一导纳变换连接线与第一谐振微带线的连接处、另一端开路；所述第二开路传输线的一端接于第二导纳变换连接线与第二谐振微带线的连接处、另一端开路；所述第三开路传输线的一端接于第三导纳变换连接线与第一谐振微带线的连接处、另一端开路；所述第四开路传输线的一端接于第四导纳变换连接线与第二谐振微带线的连接处、另一端开路；

9、所述两段整波长时间调制谐振微带线包括第一时间调制谐振微带线和第二时间调制谐振微带线；所述第一时间调制谐振微带线包括第一耦合谐振微带线和第二耦合谐振微带线；所述第二时间调制谐振微带线包括第三耦合谐振微带线和第四耦合谐振微带线；所述第一耦合谐振微带线的一端与第一变容二极管的阴极相连接、另一端接于第二耦合谐振微带线与第一馈电微带线的连接处；所述第二耦合谐振微带线的一端与第三变容二极管的阴极相连接、另一端接于第一耦合谐振微带线与第一馈电微带线的连接处；所述第三耦合谐振微带线的一端与第二变容二极管的阴极相连接、另一端接于第四耦合谐振微带线与第二馈电微带线的连接处；所述第四耦合谐振微带线的一端与第四变容二极管的阴极相连接、另一端接于第三耦合谐振微带线与第二馈电微带线的连接处；

10、所述四个变容二极管包括第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管和第四变容二极管；所述第一变容二极管的阴极与第一耦合谐振微带线相连接、阳极与第一t型接地阻抗变换微带线相连接；所述第二变容二极管的阴极与第三耦合谐振微带线相连接、阳极与第一t型接地阻抗变换微带线相连接；所述第三变容二极管的阴极与第二耦合谐振微带线相连接、阳极与第二t型接地阻抗变换微带线相连接；所述第四变容二极管的阴极与第四耦合谐振微带线相连接、阳极与第二t型接地阻抗变换微带线相连接；

11、所述两段四分之一波长馈电微带线包括第一馈电微带线和第二馈电微带线；所述第一馈电微带线的一端接于第一耦合谐振微带线与第二耦合谐振微带线的连接处、另一端与第一电源相连接；所述第二馈电微带线的一端接于第三耦合谐振微带线与第四耦合谐振微带线的连接处、另一端与第二电源相连接；

12、所述两段t型接地阻抗变换微带线包括第一t型接地阻抗变换微带线和第二t型接地阻抗变换微带线；所述第一t型接地阻抗变换微带线的一端与第一变容二极管的阳极相连接、另一端与第二变容二极管的阳极相连接；所述第二t型接地阻抗变换微带线的一端与第三变容二极管的阳极相连接、另一端与第四变容二极管的阳极相连接；

13、所述两个电源包括第一电源和第二电源；所述第一电源与第一馈电微带线相连接；所述第二电源与第二馈电微带线相连接；

14、所述第一开路传输线与第一耦合谐振微带线的水平四分之一波长部分相互平行且存在耦合效应；所述第二开路传输线与第三耦合谐振微带线的水平四分之一波长部分相互平行且存在耦合效应；所述第三开路传输线与第二耦合谐振微带线的水平四分之一波长部分相互平行且存在耦合效应；所述第四开路传输线与第四耦合谐振微带线的水平四分之一波长部分相互平行且存在耦合效应。

15、通过调整第一电源输出的直流电压vdc、交流电压振幅vac、频率fm、起始相位φ1和第二电源输出的直流电压vdc、交流电压振幅vac、频率fm、起始相位φ2，进行时间调制，控制正向差分信号的传输同时实现反向差分信号的截止，从而实现平衡式共模无反射无磁带通滤波器的非互易性。

16、在第一电源和第二电源仅输出直流电压vdc时，该滤波器为平衡式共模无反射互易带通滤波器。

17、所述平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器的结构上下对称且左右对称；通过调整第一差分连接线的特性阻抗、第二差分连接线的特性阻抗、第三差分连接线的特性阻抗、第四差分连接线的特性阻抗、第一共模无反射吸收电阻的电阻值和第二共模无反射吸收电阻的电阻值，从而调节平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器的共模无反射吸收特性，而不影响差模响应。

18、通过两段二分之一波长谐振微带线在共模信号激励下对称点等效为虚拟开路，表现为共模信号带阻响应，实现共模抑制特性；通过四段二分之一波长开路传输线分别与第一耦合谐振微带线、第二耦合谐振微带线、第三耦合谐振微带线和第四耦合谐振微带线的水平四分之一波长部分进行耦合，在共模信号激励下表现为全阻响应，提高共模抑制特性。

19、通过调整四段四分之一波长导纳变换连接线的特性阻抗、第一开路传输线与第一耦合谐振微带线的距离、第二开路传输线与第三耦合谐振微带线的距离、第三开路传输线与第二耦合谐振微带线的距离、第四开路传输线与第四耦合谐振微带线的距离和两段t型接地阻抗变换微带线的尺寸，从而调节平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器的通带带宽和频率选择性。

20、为了提高平衡式非互易带通滤波器的抗干扰能力，实现共模无反射特性的功能扩展，本发明提供了一种平衡式共模无反射无磁非互易带通滤波器。该平衡式无磁非互易滤波器采用微带线进行设计制造，可在单片pcb电路板上与其它电路进行集成。通过在平衡式输入输出端口处增添差分连接线与吸收电阻，实现了良好的共模无反射特性，并且共模无反射特性可以通过调整差分连接线与吸收电阻独立调节而不影响差模响应。利用差/共模信号传输时，电路水平对称面的不同电路等效关系，实现了优异的共模抑制效果。同时对于基于时间调制谐振器实现非互易响应的电路部分，电源中直流电压与正弦调制信号的调节不影响共模响应。电路整体设计满足现代通信系统的抗干扰能力强、易于集成和电磁兼容性强的需求。