一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)、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(guò)介質(zhì)基板連接，所述微帶線結(jié)構(gòu)包括第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，所述第一諧振器和第二諧振器在折疊后耦合形成一組諧振器，所述第三諧振器和第四諧振器在折疊后耦合形成另一組諧振器，兩組諧振器使微帶線結(jié)構(gòu)整體形成“田”字結(jié)構(gòu)；每個(gè)諧振器的一端都加載有一個(gè)變?nèi)荻O管。本發(fā)明提升了系統(tǒng)的集成度和電磁兼容性，兩個(gè)通帶獨(dú)立可重構(gòu)且絕對(duì)帶寬維持基本恒定，可以更好地滿足現(xiàn)有雙頻無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種帶通濾波器，尤其是一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，屬于無(wú)線通 訊領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，可重構(gòu)濾波器越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注。不僅 僅由于其能夠減少系統(tǒng)的體積和成本，而且歸功于其良好的電磁兼容性，可以滿足不同的 系統(tǒng)需求。一方面，常數(shù)絕對(duì)帶寬的可重構(gòu)濾波器在實(shí)際應(yīng)用中扮演著重要角色。另一方 面，為了最大效率地利用有限的頻譜資源，越來(lái)越多的無(wú)線系統(tǒng)都工作在雙頻段。常數(shù)絕對(duì) 帶寬的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器具有雙通帶獨(dú)立可重構(gòu)、頻率調(diào)諧時(shí)帶寬維持相對(duì)恒定的特 點(diǎn)，與單頻帶阻濾波器相比，通信系統(tǒng)的頻譜利用率大為提高，系統(tǒng)的功耗、尺寸也大為降 低。
[0003] 據(jù)調(diào)查與了解，絕對(duì)帶寬恒定的可重構(gòu)帶通濾波器當(dāng)前已經(jīng)得到了廣泛的研究， 也提出了一些不同的設(shè)計(jì)方法，如下 ：
[0004] 1)2010 年MohammedA.El-Tanani和GabrielM.Rebeiz在IEEETransaction onMTT上發(fā)表了"CorrugatedMicrostripCoupledLinesforConstantAbsolute BandwidthTunableFilters",介紹了一種波紋稱合線加載變?nèi)荻O管的電調(diào)濾波器，可 調(diào)范圍在1. 32-1. 89GHz之間，插入損耗小于3dB，且ldB絕對(duì)帶寬是70±4MHz。文章詳細(xì) 討論了波紋耦合線在控制帶寬中所起到的重要作用，為電調(diào)濾波器的帶寬控制提供了另外 一種有效的方法。
[0005]2) 2〇〇8 年JuseopLee和KamalSarabandi在IEEETransactiononMTT上發(fā)表 了"AnAnalyticDesignMethodforMicrostripTunableFilters"，文章提出一種頻率 響應(yīng)特性不變的電調(diào)濾波器設(shè)計(jì)方法。通過(guò)使用固定電容設(shè)計(jì)J變換器電路，并在SIR諧振 器之間加載變?nèi)荻O管，成功設(shè)計(jì)出二階以及多階的絕對(duì)帶寬恒定頻率可調(diào)的濾波器。設(shè) 計(jì)出的二階濾波器2. 1GHz到2. 7GHz之間連續(xù)可調(diào)，3dB帶寬恒定為90MHz。
[0006] 3) 2010年，國(guó)內(nèi)學(xué)者章秀銀等人在IEEETransactiononMTT上發(fā)表的"Low-loss frequency-agilebandpassfilterswithcontrollablebandwidthandsuppressed secondharmonic"文章中，使用了混合稱合的平行稱合線諧振器來(lái)設(shè)計(jì)常數(shù)絕對(duì)帶寬可重 構(gòu)濾波器。通過(guò)選擇合適的耦合區(qū)域，可以滿足絕對(duì)帶寬恒定的理論條件，并且電容濾波網(wǎng) 絡(luò)，抑制了高頻諧波，其通帶性能良好，諧波得到了較好的抑制。
[0007] 4) 2013年XiaoguoHuang等人在在IEEETransactiononMTT上發(fā)表了"Tunable BandpassFilterWithIndependentlyControllableDualPassbands，'。文章利用奇偶 模分析理論，通過(guò)在二分之一波長(zhǎng)諧振器中點(diǎn)加載一個(gè)變?nèi)荻O管，在諧振器兩端對(duì)稱加 載兩個(gè)變?nèi)荻O管，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙通帶的獨(dú)立控制，其第一通帶中心頻率在〇. 77GHz到 1. 00GHz連續(xù)可調(diào)，第二通帶中心頻率在1. 57GHz到2. 00GHz連續(xù)可調(diào)，且3dB絕對(duì)帶寬為 120±8MHz。
[0008] 上述已發(fā)表的現(xiàn)有技術(shù)多涉及可重構(gòu)單頻帶通濾波器，適用于雙頻通信系統(tǒng)的可 重構(gòu)雙頻帶通濾波器相對(duì)較少，所提方法和結(jié)構(gòu)以及所實(shí)現(xiàn)的性能有限。而實(shí)際應(yīng)用中對(duì) 可重構(gòu)濾波器的要求更多的是常數(shù)絕對(duì)帶寬的可重構(gòu)濾波器，即頻率調(diào)諧時(shí)絕對(duì)帶寬保持 相對(duì)恒定。目前已發(fā)表的現(xiàn)有技術(shù)基本沒(méi)有實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻段絕對(duì)帶寬都恒定的可重構(gòu)濾波 器。此外，現(xiàn)行微帶技術(shù)在和有源器件相結(jié)合時(shí)不可避免地要引入接地過(guò)孔，為盡可能得降 低加工難度，需要將結(jié)構(gòu)中的短路點(diǎn)盡可能地結(jié)合在一起。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電磁兼容 性好，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用中雙頻無(wú)線通信系統(tǒng)的需求的可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器。
[0010] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：
[0011] 一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)、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(guò)介質(zhì)基板連接，所述微帶線結(jié)構(gòu)包括第一諧振 器、第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，所述第一諧振器和第二諧振器在彎曲折疊后耦 合形成一組諧振器，所述第三諧振器和第四諧振器在彎曲折疊后耦合形成另一組諧振器， 兩組諧振器使微帶線結(jié)構(gòu)整體形成"田"字結(jié)構(gòu)；每個(gè)諧振器的一端都加載有一個(gè)變?nèi)荻O 管。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一諧振器與第二諧振器之間采用短路端耦合，所述第 三諧振器和第四諧振器之間采用開路端耦合。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一諧振器與第三諧振器之間設(shè)有第一端口饋電線，所 述第二諧振器和第四諧振器之間設(shè)有第二端口饋電線，所述第一端口饋電線的左端作為輸 入端口，所述第二端口饋電線的右端作為輸出端口，所述第一諧振器、第三諧振器和第一端 口饋電線分別與第二諧振器、第四諧振器和第二端口饋電線左右對(duì)稱。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一端口饋電線與第一諧振器之間的間距、第一端口饋 電線與第三諧振器之間的間距、第二端口饋電線與第二諧振器之間的間距以及第二端口饋 電線與第四諧振器之間的間距都是相同的。
[0015] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一諧振器和第二諧振器均連接第一直流電壓源，所述 第三諧振器和第四諧振器均連接第二直流電壓源，所述第一直流電壓源用于為第一諧振器 和第二諧振器所加載的變?nèi)荻O管提供反向偏置電壓，所述第二直流電壓源用于為第三諧 振器和第四諧振器所加載的變?nèi)荻O管提供反向偏置電壓。
[0016] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一諧振器與第一直流電壓源之間、第二諧振器與第一 直流電壓源之間、第三諧振器與第二直流電壓源之間、第四諧振器與第二直流電壓源之間 均串接有一個(gè)高頻扼流圈。
[0017] 作為一種優(yōu)選方案，所述高頻扼流圈采用電感值為100nH的高頻扼流圈。
[0018] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器均采 用1/4波長(zhǎng)短路諧振器。
[0019] 作為一種優(yōu)選方案，所述變?nèi)荻O管采用SMV1413型變?nèi)荻O管，其反向偏置電 壓從0?30V連續(xù)可調(diào)，電容值在9. 27-1. 77pF之間非線性遞減。
[0020] 作為一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)基板采用介電常數(shù)為2. 55、厚度為0. 8mm、損耗角正 切值為〇. 0029的介質(zhì)基板。
[0021] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器通過(guò)兩組獨(dú)立耦合的單端加載變?nèi)荻O管的 諧振器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立可重構(gòu)的通帶，使得設(shè)計(jì)更加靈活及小型化，電磁兼容性更好。
[0023] 2、本發(fā)明的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器的兩個(gè)通帶絕對(duì)帶寬在頻率調(diào)諧的過(guò)程中保 持相對(duì)恒定，滿足了實(shí)際應(yīng)用中雙頻無(wú)線通信系統(tǒng)的需求，克服了傳統(tǒng)可重構(gòu)濾波器頻率 調(diào)諧時(shí)帶寬隨之變化的問(wèn)題。
[0024] 3、本發(fā)明的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器采用兩組共四個(gè)單端加載變?nèi)荻O管的短路 諧振器，通過(guò)適當(dāng)?shù)膹澢郫B，將高頻段較小尺寸的諧振器嵌套在低頻段較大尺寸的諧振 器內(nèi)部，形成"田"字形結(jié)構(gòu)，大大減小了濾波器整體尺寸。
[0025] 4、本發(fā)明的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器的端口饋電線從兩組諧振器之間饋電，將兩個(gè) 通帶隔離開來(lái)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立可控，更進(jìn)一步將四個(gè)短路諧振器的短路點(diǎn)結(jié)合成一點(diǎn)，降低了濾 波器的加工難度，提高了集成度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0028] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第一通帶的S21參數(shù)仿真曲線圖。
[0029] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第一通帶的Sn參數(shù)仿真曲線圖。
[0030] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第二通帶的S21參數(shù)仿真曲線圖。
[0031] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第二通帶的Sn參數(shù)仿真曲線圖。
[0032] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例2的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器未加偏置電壓時(shí)的仿真和測(cè)量結(jié) 果圖。
[0033] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例2的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第一通帶的S21參數(shù)仿真和測(cè)量 結(jié)果圖。
[0034] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例2的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第一通帶的Sn參數(shù)仿真和測(cè)量 結(jié)果圖。
[0035] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例2的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第二通帶的S21參數(shù)仿真和測(cè)量 結(jié)果圖。
[0036] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例2的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器第二通帶的Sn參數(shù)仿真和測(cè)量 結(jié)果圖。
[0037] 其中，1-微帶線結(jié)構(gòu)，2-介質(zhì)基板，3-金屬通孔，4-第一諧振器，5-第二諧振器， 6-第三諧振器，7-第四諧振器，8-第一端口饋電線，9-第二端口饋電線，Cv_變?nèi)荻O管， Biasl-第一直流電壓源，Bias2-第二直流電壓源，LeMte-高頻扼流圈，Portl-輸入端口， Port2-輸出端口。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 實(shí)施例1 :
[0039] 如圖1所示，本實(shí)施例的可重構(gòu)雙頻帶通濾波器包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)1、中層的 介質(zhì)基板2、下層的接地金屬貼片（圖中未示出）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2和接地金屬貼片，使微帶線結(jié)構(gòu)1與接地金屬貼片之間通過(guò)介質(zhì) 基板2連接；所述微帶線結(jié)構(gòu)1包括第一諧振器4、第二諧振器5、第三諧振器6和第四諧振 器7,第一諧振器4和第二諧振器5在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膹澢郫B后采用短路端耦合（即磁耦合） 形成一組諧振器，第三諧振器6和第四諧振器7在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膹澢郫B后采用開路端耦合 (即電耦合）形成另一組諧振器，兩組諧振器使微帶線結(jié)構(gòu)1整體形成"田"字結(jié)構(gòu)；對(duì)兩組 諧振器進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹澢郫B，一方面是為了減小濾波器的體積（即減少了濾波器的整體尺 寸），另一方面是為了讓四個(gè)諧振器的短路點(diǎn)結(jié)合在一起，降低了加工難度，提高了集成度。
[0040] 每個(gè)諧振器的一端都加載有一個(gè)變?nèi)荻O管Cv，本實(shí)施例的變?nèi)荻O管采用的 是Skyworks公司生產(chǎn)的SMV1413型變?nèi)荻O管，反向偏壓從0?30V連續(xù)可調(diào)，電容值在 9. 27?1. 77pF之間非線性遞減；所述第一諧振器4和第二諧振器5均連接第一直流電壓 源Biasl，用第一直流電壓源Biasl為第一諧振器4和第二諧振器5所加載的變?nèi)荻O管Cv 提供反向偏置電壓，所述第三諧振器6和第四諧振器7均連接第二直流電壓源Bias2,用第 二直流電壓源Bias2為第三諧振器6和第四諧振器7所加載的變?nèi)荻O管Cv提供反向偏 置電壓；所述第一諧振器4與第一直流電壓源Biasl之間、第二諧振器5與第一直流電壓源 Biasl之間、第三諧振器6與第二直流電壓源Bias2之間、第四諧振器7與第二直流電壓源 Bias2之間均串接有一個(gè)電感值為100nH的高頻扼流圈1^^，該高頻扼流圈L^k能夠防止 射頻信號(hào)短路到直流電源的地。
[0041] 所述第一諧振器4與第三諧振器6之間設(shè)有第一端口饋電線8,所述第二諧振器5 和第四諧振器7之間設(shè)有第二端口饋電線9,所述第一端口饋電線8的左端作為輸入端口 Portl，所述第二端口饋電線9的右端作為輸出端口Port2,所述第一諧振器4、第三諧振器 6和第一端口饋電線8分別與第二諧振器5、第四諧振器7和第二端口饋電線9左右對(duì)稱， 兩條端口饋電線從兩組諧振器之間饋電；所述第一端口饋電線8與第一諧振器4之間的間 距、第一端口饋電線8與第三諧振器6之間的間距、第二端口饋電線9與第二諧振器5之間 的間距以及第二端口饋電線9與第四諧振器7之間的間距都是相同的。
[0042] 上述濾波器等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中數(shù)字1、2、3和4分別表示第一諧振器、 第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，S表示源端，L表示負(fù)載端，第一諧振器和第二諧振 器構(gòu)成低頻段第一通帶（PB1)，第一諧振器和第二諧振器的電長(zhǎng)度大致選為第一通帶中心 頻率feu下的四分之一波長(zhǎng)（X)，和輸入端口、輸出端口之間通過(guò)平行耦合線饋電；第三諧 振器和第四諧振器構(gòu)成高頻段第二通帶（PB2)，第三諧振器和第四諧振器的電長(zhǎng)度大致選 為第二通帶中心頻率下的四分之一波長(zhǎng)U)，同樣和輸入端口、輸出端口之間通過(guò)平行 耦合線饋電；
[0043] 通過(guò)上述結(jié)構(gòu)描述可知，由于第一端口饋電線位于第一諧振器和第三諧振器之 間，第二端口饋電線位于第二諧振器和第四諧振器之間，兩組諧振器之間不存在交叉耦合， 但源和負(fù)載之間引入了耦合，目的是在通帶兩側(cè)產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，提高選擇性；由于兩組諧振 器之間不存在交叉耦合，因此兩個(gè)通帶都能夠進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧（第一通帶通過(guò)第一直流電壓 源Biasl進(jìn)行調(diào)諧，第二通帶通過(guò)第二直流電壓源Bias2進(jìn)行調(diào)諧），另一通帶幾乎保持不 變；通過(guò)選取適當(dāng)?shù)鸟詈蠀^(qū)域和耦合強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)通帶在調(diào)諧范圍內(nèi)的絕對(duì)帶寬恒 定，實(shí)現(xiàn)常數(shù)絕對(duì)帶寬的理論條件是：

【權(quán)利要求】
1. 一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，包括上層的微帶線結(jié)構(gòu)、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(guò)介質(zhì)基板連接，其特征在于：所述微帶線結(jié)構(gòu)包括 第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，所述第一諧振器和第二諧振器在彎曲 折疊后耦合形成一組諧振器，所述第三諧振器和第四諧振器在彎曲折疊后耦合形成另一組 諧振器，兩組諧振器使微帶線結(jié)構(gòu)整體形成"田"字結(jié)構(gòu)；每個(gè)諧振器的一端都加載有一個(gè) 變?nèi)荻O管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述第一諧振 器與第二諧振器之間采用短路端耦合，所述第三諧振器和第四諧振器之間采用開路端耦 合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述第一諧振 器與第三諧振器之間設(shè)有第一端口饋電線，所述第二諧振器和第四諧振器之間設(shè)有第二端 口饋電線，所述第一端口饋電線的左端作為輸入端口，所述第二端口饋電線的右端作為輸 出端口，所述第一諧振器、第三諧振器和第一端口饋電線分別與第二諧振器、第四諧振器和 第二端口饋電線左右對(duì)稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述第一端口 饋電線與第一諧振器之間的間距、第一端口饋電線與第三諧振器之間的間距、第二端口饋 電線與第二諧振器之間的間距以及第二端口饋電線與第四諧振器之間的間距都是相同的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述第一諧振 器和第二諧振器均連接第一直流電壓源，所述第三諧振器和第四諧振器均連接第二直流電 壓源，所述第一直流電壓源用于為第一諧振器和第二諧振器所加載的變?nèi)荻O管提供反向 偏置電壓，所述第二直流電壓源用于為第三諧振器和第四諧振器所加載的變?nèi)荻O管提供 反向偏置電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述第一諧振 器與第一直流電壓源之間、第二諧振器與第一直流電壓源之間、第三諧振器與第二直流電 壓源之間、第四諧振器與第二直流電壓源之間均串接有一個(gè)高頻扼流圈。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述高頻扼流 圈采用電感值為l〇〇nH的高頻扼流圈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述 第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器均采用1/4波長(zhǎng)短路諧振器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述 變?nèi)荻O管采用SMV1413型變?nèi)荻O管，其反向偏置電壓從0?30V連續(xù)可調(diào)，電容值在 9. 27-1. 77pF之間非線性遞減。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種可重構(gòu)雙頻段帶通濾波器，其特征在于：所述 介質(zhì)基板采用介電常數(shù)為2. 55、厚度為0. 8mm、損耗角正切值為0. 0029的介質(zhì)基板。
【文檔編號(hào)】H01P7/08GK104518266SQ201510020303
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2015年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月15日
【發(fā)明者】褚慶昕, 陳志涵 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)