本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于全波長可調(diào)諧諧振器的耦合結(jié)構(gòu)和基于所述耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器。

背景技術(shù)：

隨著無線通信迅猛的發(fā)展，多頻、跳頻無線通信系統(tǒng)的需求越來越大?？烧{(diào)諧射頻濾波器得到了國內(nèi)外科研工作者的廣泛關(guān)注。調(diào)諧過程中的通帶特性是可調(diào)濾波器的關(guān)鍵性能之一，尤其是帶寬的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

根據(jù)傳統(tǒng)(固定頻率響應(yīng))濾波器綜合理論，濾波器的歸一化頻率響應(yīng)特性可由其歸一化單位變換矩陣(m矩陣)確定，而m矩陣可由各級諧振器間的耦合矩陣(k矩陣)確定：

其中，abw是通帶絕對帶寬，fo是通帶中心頻率；ki,j(i,j＝1,2,...)代表從源看去第i級和j級諧振器間的耦合系數(shù)。若要獲得調(diào)諧過程中穩(wěn)定的abw，則需要穩(wěn)定的ki,jfo。為此需要實(shí)現(xiàn)耦合系數(shù)ki,j隨通帶中心頻率fo的下降而增加。

現(xiàn)有技術(shù)中諧振器之間的基本耦合有磁耦合和電耦合兩種，實(shí)際物理實(shí)現(xiàn)時兩種基本耦合均存在。理論上已經(jīng)證明這兩種耦合是相互抵消的，可以利用兩種耦合的這一特性使得耦合系數(shù)隨通帶中心頻率下降而增加。然而，現(xiàn)如今大部分具有恒定帶寬的可調(diào)濾波器采用磁耦合為主、電耦合為輔的混合耦合方式。因之設(shè)計(jì)的可調(diào)濾波器見于諸多學(xué)術(shù)論文，如：“sang-junepark；rebeiz,g.m.,low-losstwo-poletunablefilterswiththreedifferentpredefinedbandwidthcharacteristics,inmicrowavetheoryandtechniques,ieeetransactionson,vol.56,no.5,pp.1137-1148,may2008”等。

目前，可調(diào)濾波器的高性能需求使得具有復(fù)雜交叉耦合結(jié)構(gòu)的高階濾波器成為科研工作者的研究熱點(diǎn)。在具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——尤其是交叉耦合的可調(diào)濾波器設(shè)計(jì)中，通常需要采用的諧振器既能夠用于實(shí)現(xiàn)電耦合為主的耦合結(jié)構(gòu)又能用于實(shí)現(xiàn)磁耦合為主的耦合結(jié)構(gòu)，并且均滿足耦合系數(shù)隨中心頻率下降而增加的恒定帶寬需求。在高階濾波器的設(shè)計(jì)和制造中，為了降低設(shè)計(jì)的難度和提高成品率，往往采用同一種諧振器來進(jìn)行相互耦合。現(xiàn)有技術(shù)中全波長可調(diào)諧諧振器之間的耦合結(jié)構(gòu)是以磁耦合為主，而基于同種諧振器用于實(shí)現(xiàn)電耦合為主的耦合結(jié)構(gòu)尚未見報(bào)道。若能設(shè)計(jì)出這一電耦合結(jié)構(gòu)，不僅在于發(fā)展出基于全波長可調(diào)諧諧振器的新型耦合結(jié)構(gòu)，而且能夠在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的濾波器中起著至關(guān)重要的作用，為構(gòu)建高階復(fù)雜濾波器奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的需求，本發(fā)明的目的在于：提供基于全波長可調(diào)諧諧振器的電耦合結(jié)構(gòu)以及基于全波長可調(diào)諧諧振器形成的可調(diào)帶通濾波器。此外，本發(fā)明還給出了一種性能更加優(yōu)異，結(jié)構(gòu)更加簡單的基于全波長可調(diào)諧諧振器的磁耦合結(jié)構(gòu)。上述兩種耦合結(jié)構(gòu)均滿足耦合系數(shù)隨中心頻率下降而上升的條件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在比較寬的中心頻率調(diào)諧范圍內(nèi)，帶寬仍可以保持相對穩(wěn)定；同時，本發(fā)明還進(jìn)一步提供了基于上述新型耦合結(jié)構(gòu)所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器，有效提高了濾波器的頻率選擇性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

技術(shù)方案1：

一種基于全波長可調(diào)諧諧振器的電耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括左右對稱設(shè)置的兩個全波長可調(diào)諧諧振器，單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容及加載于可調(diào)電容兩端的u型彎折微帶線，所述u型彎折微帶線遠(yuǎn)離可調(diào)電容端為開路端；其中：兩個全波長可調(diào)諧諧振器通過遠(yuǎn)離調(diào)電容的兩段微帶線相互靠近形成電耦合結(jié)構(gòu)。

本技術(shù)方案中電耦合結(jié)構(gòu)的耦合長度在四分之一波長范圍以內(nèi)。

技術(shù)方案2：

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案基于上述電耦合結(jié)構(gòu)提供一種具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器，包括：上層金屬微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層金屬接地板，其特征在于，所述上層金屬微帶結(jié)構(gòu)包括左右對稱設(shè)置的兩段微帶耦合饋線以及設(shè)置于兩段微帶耦合饋線之間的兩個全波長可調(diào)諧諧振器；

單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容及加載于可調(diào)電容兩端的u型彎折微帶線，所述u型彎折微帶線遠(yuǎn)離可調(diào)電容端為開路端；其中：兩個全波長可調(diào)諧諧振器通過遠(yuǎn)離調(diào)電容的兩段微帶線相互靠近形成電耦合結(jié)構(gòu)；

單段微帶耦合饋線包括依次連接的第一耦合饋線、第二耦合饋線和第三耦合饋線，其中：第一耦合饋線和第二耦合饋線分別與其相靠近的微帶線形成磁耦合饋電，第三耦合饋線遠(yuǎn)離第二耦合饋線的一端通過金屬過孔與所述金屬接地板連接，兩段微帶耦合饋線之間通過第三耦合饋線相互靠近形成磁耦合結(jié)構(gòu)；兩端傳輸微帶線分別與兩段微帶耦合饋線中的第一耦合饋線相連接形成輸入端口和輸出端口。

本技術(shù)方案中電耦合結(jié)構(gòu)的耦合長度在四分之一波長范圍以內(nèi)。

本技術(shù)方案是在電耦合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧濾波器，其中，通過將第三耦合饋線遠(yuǎn)離第二耦合饋線的一端通過金屬過孔與金屬接地板連接，能夠?qū)崿F(xiàn)源與負(fù)載之間的磁耦合，進(jìn)而形成交叉耦合結(jié)構(gòu)，使得從源到負(fù)載有兩條通路。在通帶的高頻與低頻處，由于從源分別經(jīng)兩條通路到達(dá)負(fù)載的能量將會在相位上相差180°，能量相互抵消無法傳輸通過，因此，在調(diào)諧范圍內(nèi)的所有頻率響應(yīng)均能夠在通帶高低頻處各形成一個傳輸零點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到提高頻率選擇性的目的。

技術(shù)方案3：

一種基于全波長可調(diào)諧諧振器的磁耦合結(jié)構(gòu)，包括：左右對稱設(shè)置的兩個全波長可調(diào)諧諧振器，單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容及加載于可調(diào)電容兩端的u型彎折微帶線，所述u型彎折微帶線遠(yuǎn)離可調(diào)電容端為開路端；其中：兩個全波長可調(diào)諧諧振器通過可調(diào)電容兩端的兩段微帶線相互靠近形成磁耦合結(jié)構(gòu)。

本技術(shù)方案中磁耦合結(jié)構(gòu)的耦合長度在四分之一波長范圍以內(nèi)。

技術(shù)方案4：

進(jìn)一步地，本技術(shù)方案基于上述磁耦合結(jié)構(gòu)提供一種具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器，包括：上層金屬微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層金屬接地板，其特征在于，所述上層金屬微帶結(jié)構(gòu)包括左右對稱設(shè)置的兩段微帶耦合饋線以及設(shè)置于兩段微帶耦合饋線之間的兩個全波長可調(diào)諧諧振器；

單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容及加載于可調(diào)電容兩端的u型彎折微帶線，所述u型彎折微帶線遠(yuǎn)離可調(diào)電容端為開路端；其中：兩個全波長可調(diào)諧諧振器通過可調(diào)電容兩端的兩段微帶線相互靠近形成磁耦合結(jié)構(gòu)；

單段微帶耦合饋線包括依次連接的第一耦合饋線、第二耦合饋線、第三耦合饋線和第四耦合饋線，其中：第一耦合饋線和第二耦合饋線分別與其相靠近的微帶線形成磁耦合饋電，第一耦合饋線遠(yuǎn)離第二耦合饋線的一端通過金屬過孔與所述金屬接地板連接，兩段微帶耦合饋線之間通過第四耦合饋線相互靠近形成電耦合結(jié)構(gòu)；兩端傳輸微帶線分別與兩段微帶耦合饋線中的第三耦合饋線相連接形成輸入端口和輸出端口。

本技術(shù)方案中磁耦合結(jié)構(gòu)的耦合長度在四分之一波長范圍以內(nèi)。

本技術(shù)方案是在磁耦合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧濾波器，其中，兩段第四耦合饋線之間相互耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)源與負(fù)載之間的電耦合，進(jìn)而形成交叉耦合結(jié)構(gòu)，使得從源到負(fù)載有兩條通路。在通帶的高頻與低頻處，由于從源分別經(jīng)兩條通路到達(dá)負(fù)載的能量將會在相位上相差180°，能量相互抵消無法傳輸通過，因此，在調(diào)諧范圍內(nèi)的所有頻率響應(yīng)均能夠在通帶高低頻處各形成一個傳輸零點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到提高頻率選擇性的目的。

技術(shù)方案5：

一種高階可調(diào)帶通濾波器，包括：上層金屬微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層金屬接地板，其特征在于，上層金屬微帶結(jié)構(gòu)包括至少一個電磁耦合結(jié)構(gòu)，所述電磁耦合結(jié)構(gòu)包括順次排列的三個全波長可調(diào)諧諧振器，單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容及分別加載于可調(diào)電容兩端的u型彎折微帶線，所述u型彎折微帶線遠(yuǎn)離可調(diào)電容的兩端為開路端；位于中間的全波長可調(diào)諧諧振器與一側(cè)全波長可調(diào)諧諧振器形成電耦合，與另一側(cè)全波長可調(diào)諧諧振器形成磁耦合；

其中：兩個全波長可調(diào)諧諧振器之間通過遠(yuǎn)離可調(diào)電容的兩段微帶線相互靠近形成電耦合結(jié)構(gòu)，兩個全波長可調(diào)諧諧振器之間通過可調(diào)電容兩端的兩段微帶線相互靠近形成磁耦合結(jié)構(gòu)。

本技術(shù)方案中電耦合結(jié)構(gòu)和磁耦合結(jié)構(gòu)的耦合長度均在四分之一波長范圍以內(nèi)。

上述所有技術(shù)方案中可調(diào)電容可以為變?nèi)菔蕉O管、機(jī)械式可調(diào)電容、半導(dǎo)體數(shù)字可調(diào)電容等合適的可調(diào)電容；傳輸微帶線的特性阻抗均為50歐姆。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明公開了一種基于全波長可調(diào)諧諧振器的電耦合結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還給出了相比現(xiàn)有技術(shù)性能更加優(yōu)異，結(jié)構(gòu)更加簡單的基于全波長可調(diào)諧諧振器的磁耦合結(jié)構(gòu)；上述兩種耦合結(jié)構(gòu)均滿足耦合系數(shù)隨中心頻率下降而上升的條件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在比較寬的中心頻率調(diào)諧范圍內(nèi)，帶寬仍可以保持相對穩(wěn)定；此外，本發(fā)明提供了基于全波長可調(diào)諧諧振器的高階帶通濾波器，此高階帶通濾波器設(shè)計(jì)中的電磁耦合結(jié)構(gòu)基于同種諧振器實(shí)現(xiàn)，即通過同種諧振器之間不同耦合方式既能實(shí)現(xiàn)電為主的耦合結(jié)構(gòu)又能實(shí)現(xiàn)磁為主的耦合結(jié)構(gòu)，基于同種諧振器實(shí)現(xiàn)的電磁耦合結(jié)構(gòu)能夠有效降低高階復(fù)雜濾波器的設(shè)計(jì)難度，增加設(shè)計(jì)靈活度，并且在制作中提高了高階復(fù)雜濾波器的成品率；同時也滿足了調(diào)諧過程中帶寬的穩(wěn)定。

本發(fā)明還提供了基于上述兩種新型耦合結(jié)構(gòu)分別形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器，通過在輸入端和輸出端口之間直接引入耦合，從而在兩端口之間提供一條直接的傳輸路徑，形成交叉耦合，使得在通帶的高頻與低頻處產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，能夠有效提高濾波器的頻率選擇性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的基于全波長可調(diào)諧諧振器的耦合結(jié)構(gòu)，其中，圖1(a)為電耦合結(jié)構(gòu)，圖1(b)為磁耦合結(jié)構(gòu)；

圖2為本發(fā)明所提供電耦合結(jié)構(gòu)在加載不同容值電容后單個全波長可調(diào)諧諧振器結(jié)構(gòu)的半邊電路的歸一化電壓、電流分布示意圖；

圖3為本發(fā)明基于電耦合結(jié)構(gòu)微帶可調(diào)諧振器所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明基于電耦合結(jié)構(gòu)微帶可調(diào)諧振器所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器電路的交叉耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供磁耦合結(jié)構(gòu)在加載不同容值電容后單個全波長可調(diào)諧諧振器結(jié)構(gòu)的半邊電路的歸一化電壓、電流分布示意圖；

圖6為本發(fā)明基于磁耦合結(jié)構(gòu)微帶可調(diào)諧振器所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明基于磁耦合結(jié)構(gòu)微帶可調(diào)諧振器所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器電路的交叉耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明所提供基于電耦合結(jié)構(gòu)微帶可調(diào)諧振器所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器的具體實(shí)施例1；

圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例1的仿真s參數(shù)；

圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例1的仿真帶寬統(tǒng)計(jì)；

圖11為本發(fā)明所提供基于磁耦合結(jié)構(gòu)微帶可調(diào)諧振器所形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器的具體實(shí)施例2；

圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例2的仿真s參數(shù)；

圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例2的仿真帶寬統(tǒng)計(jì)；

圖中101為第一微帶線a，102為第二微帶線a，103為第三微帶線a，104為可調(diào)電容a，105為第四微帶線a，106為第五微帶線a，107為第六微帶線a，108為耦合部分a，109為基于全波長可調(diào)諧諧振器的電耦合結(jié)構(gòu)，112為50歐姆特性阻抗微帶傳輸線，113為第一耦合饋線a，114為第二耦合饋線a，115為第三耦合饋線a，116為金屬過孔a，117為磁耦合結(jié)構(gòu)a；201為第一微帶線b，202為第二微帶線b，203為第三微帶線b，204為可調(diào)電容b，205為第四微帶線b，206為第五微帶線b，207為第六微帶線b，210為耦合部分b，211為基于全波長可調(diào)諧諧振器的磁耦合結(jié)構(gòu)，218為50歐姆特性阻抗微帶傳輸線b，221為第一耦合饋線b，220為第二耦合饋線b，219為第三耦合饋線b，222為金屬過孔b，223為第四耦合饋線b，224為電耦合結(jié)構(gòu)b。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施例并結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，以便于進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)原理：

如圖1(a)所示，本發(fā)明提供了一種基于全波長可調(diào)諧諧振器的電耦合結(jié)構(gòu)109，包括：左右對稱設(shè)置的第一全波長可調(diào)諧諧振器和第二全波長可調(diào)諧諧振器，單個全波長可調(diào)諧諧振器包括：可調(diào)電容a104及加載于所述可調(diào)電容a104兩端的第一u型微帶彎折線和第二u型微帶彎折線，所述第一u型微帶彎折線包括依次連接的第一微帶線a101、第二微帶線a102和第三微帶線a103，第一微帶線a101遠(yuǎn)離第二微帶線a102的一端為開路，所述第二u型微帶彎折線包括依次連接的第四微帶線a105、第五微帶線a106和第六微帶線a107，第六微帶線a107遠(yuǎn)離第五微帶線a106的一端為開路；第一全波長可調(diào)諧諧振器兩端的第一微帶線a101以及第六微帶線a107分別與第二全波長可調(diào)諧諧振器兩端的第一微帶線a101以及第六微帶線a107相互耦合形成耦合部分a108。

本技術(shù)方案中全波長可調(diào)諧諧振器形成電耦合結(jié)構(gòu)時，根據(jù)傳輸線理論，從第六微帶線a的開路端到第一微帶線a的開路端的電壓(表征電場)分布和電流(表征磁場)分布分別呈全波余弦分布和全波正弦分布。第一微帶線a與第六微帶線a的開路端為可調(diào)諧諧振器的開路端，在開路端的電場最強(qiáng)、磁場最弱。理論上，以開路端為始端至四分之一波長范圍以內(nèi)長度，可調(diào)諧諧振器內(nèi)部遠(yuǎn)離開路端的電場逐漸減弱、磁場逐漸增強(qiáng)。因此，當(dāng)?shù)谝晃Ь€a和第六微帶線a的長度為合理值時，可以保證內(nèi)部的電場分布大于其磁場分布。同時，隨著可調(diào)電容a的增大，將導(dǎo)致可調(diào)諧諧振器的工作波長增大(工作頻率降低)，其內(nèi)部的電場和磁場分布將會拉伸，從而導(dǎo)致第一微帶線a和第六微帶線a中的電場增大、磁場降低，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例，形成本技術(shù)方案電耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧諧振器之間的整體耦合系數(shù)隨工作頻率下降而增加。

根據(jù)傳輸線理論，本實(shí)施例中從第六微帶線a107的開路端到第一微帶線a101的開路端的電壓(表征電場)分布和電流(表征磁場)分布分別呈全波余弦分布和全波正弦分布。第一微帶線a與第六微帶線a的開路端為可調(diào)諧諧振器的開路端，在開路端的電場最強(qiáng)、磁場最弱。理論上，以開路端為始端至四分之一波長范圍以內(nèi)長度，可調(diào)諧諧振器內(nèi)部遠(yuǎn)離開路端的電場逐漸減弱、磁場逐漸增強(qiáng)。因此，當(dāng)?shù)谝晃Ь€a和第六微帶線a的長度為合理值時，可以保證內(nèi)部的電場分布大于其磁場分布。同時，隨著可調(diào)電容a的增大，將導(dǎo)致可調(diào)諧諧振器的工作波長增大(工作頻率降低)，其內(nèi)部的電場和磁場分布將會拉伸，從而導(dǎo)致第一微帶線a和第六微帶線a中的電場增大、磁場降低。

結(jié)合圖2，由于本實(shí)施例中單個諧振器是對稱的，因此本實(shí)施例只分析單個全波長可調(diào)諧諧振器結(jié)構(gòu)的半邊電路即可，定義第四微帶線a105、第五微帶線a106和第六微帶線a107的總長度為d1，第六微帶線a107的長度為s1，所以電耦合結(jié)構(gòu)中可調(diào)諧諧振器從各自的開路端形成耦合長度為2s1的耦合結(jié)構(gòu)。當(dāng)可調(diào)電容a104的容值越大時，定義可調(diào)電容a104的等效長度為δd1，則δd1的值也就越大，工作頻率越低，相應(yīng)的電壓和電流分布為v1和i1；當(dāng)可調(diào)電容a104的容值越小時，定義可調(diào)電容a104的等效長度為δd2，則δd2的值也就越小，工作頻率越高，相應(yīng)的電壓和電流分布為v2和i2。從圖2可以看出：在長度為2s1的耦合部分，電壓分布明顯大于電流分布，故而，此時為以電耦合結(jié)構(gòu)為主的耦合類型；同時，隨著頻率的降低(即：全波長可調(diào)諧諧振器的等效長度的增加)，耦合部分的電壓分布增大、電流分布減小，因此本發(fā)明提出的電耦合結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)電耦合系數(shù)隨著諧振頻率的降低而增加，滿足恒定絕對帶寬要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波器的絕對帶寬在調(diào)諧過程中的穩(wěn)定。

如圖3所示，本發(fā)明提供了一種具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器，包括：上層金屬微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層金屬接地板；上層金屬微帶結(jié)構(gòu)包括相互對稱設(shè)置的第一微帶耦合饋線和第二微帶耦合饋線以及設(shè)置于兩段微帶耦合饋線之間左右對稱的兩個全波長可調(diào)諧諧振器；

其中：單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容a104及加載于所述可調(diào)電容a104兩端的第一u型微帶彎折線和第二u型微帶彎折線，所述第一u型微帶彎折線包括依次連接的第一微帶線a101、第二微帶線a102和第三微帶線a103，第一微帶線a101遠(yuǎn)離第二微帶線a102的一端為開路，所述第二u型微帶彎折線包括依次連接的第四微帶線a105、第五微帶線a106和第六微帶線a107，第六微帶線a107遠(yuǎn)離第五微帶線a106的一端為開路；

第一全波長可調(diào)諧諧振器兩端的第一微帶線a101以及第六微帶線a107分別與第二全波長可調(diào)諧諧振器兩端的第一微帶線a101以及第六微帶線a107之間構(gòu)成耦合部分a108；

單段微帶耦合饋線包括依次連接的第一耦合饋線a113、第二耦合饋線a114和第三耦合饋線a115，其中：第一耦合饋線a113和第二耦合饋線a114通過磁耦合分別與其靠近的第二微帶線a102、第三微帶線a103和第四微帶線a105形成磁耦合饋電；兩段微帶耦合饋線之間通過第三耦合饋線a115相互耦合，并且第三耦合饋線a115遠(yuǎn)離第二耦合饋線a114的一端通過金屬過孔a116與所述金屬接地板連接；兩段微帶傳輸線a112分別與兩段微帶耦合饋線中第一耦合饋線a113相連接形成輸入端口和輸出端口。

本實(shí)施方式是基于上述電耦合結(jié)構(gòu)提出的一種具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器電路，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示：根據(jù)電磁學(xué)的理論，電耦合將會使能量的相位-90°，磁耦合將會使能量的相位+90°；對帶通濾波器，在通帶高頻處能量會發(fā)生-90°相移，低頻處會發(fā)生+90°相移。因此，交叉耦合使得源到負(fù)載有兩條通路，第一條是通過源與負(fù)載的耦合，由于是磁耦合，所以到達(dá)負(fù)載的能量相位是+90°；第二條路是通過源到諧振器到負(fù)載。在高頻處，通過第二條通路到達(dá)負(fù)載的能量的相位是+90°-90°-90°-90°+90°＝-90°，所以兩條通路到達(dá)負(fù)載的能量相位相差180°，剛好抵消，于是在高頻處產(chǎn)生一個傳輸零點(diǎn)。在低頻處，通過第二條通路到達(dá)負(fù)載的能量的相位是+90°+90°-90°+90°+90°＝-90°，所以兩條通路到達(dá)負(fù)載的能量相位也相差180°，剛好抵消，于是在低頻處也產(chǎn)生一個傳輸零點(diǎn)。本發(fā)明采用在輸入端和輸出端之間引入耦合，其中具體是通過將第三耦合饋線a115遠(yuǎn)離第二耦合饋線a114的一端通過金屬過孔a與金屬接地板連接，兩段第三耦合饋線a115之間形成磁耦合結(jié)構(gòu)a117，進(jìn)而形成交叉耦合結(jié)構(gòu)，使得從源到負(fù)載有兩條通路；傳輸零點(diǎn)的產(chǎn)生能夠提高可調(diào)帶通濾波器的頻率選擇性，降低帶外抑制，提高過渡帶的陡峭度；同時有利于實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。

如圖1(b)所示，本發(fā)明提供了一種基于全波長可調(diào)諧諧振器的磁耦合結(jié)構(gòu)211，包括：左右對稱設(shè)置的第一全波長可調(diào)諧諧振器和第二全波長可調(diào)諧諧振器，單個全波長可調(diào)諧諧振器包括：可調(diào)電容b204及加載于所述可調(diào)電容b204兩端的第一u型微帶彎折線和第二u型微帶彎折線，所述第一u型微帶彎折線包括依次連接的第一微帶線b201、第二微帶線b202和第三微帶線b203，第一微帶線b201遠(yuǎn)離第二微帶線b202的一端為開路，所述第二u型微帶彎折線包括依次連接的第四微帶線b205、第五微帶線b206和第六微帶線b207，第六微帶線b207遠(yuǎn)離第五微帶線b206的一端為開路；第一全波長可調(diào)諧諧振器的第三微帶線b203以及第四微帶線b205分別與第二全波長可調(diào)諧諧振器兩端的第三微帶線b203以及第四微帶線b205相互耦合形成耦合部分b210。

根據(jù)傳輸線理論，本實(shí)施例中從第六微帶線b207的開路端到第一微帶線b201的開路端的電壓(表征電場)分布和電流(表征磁場)分布分別呈全波余弦分布和全波正弦分布。磁耦合結(jié)構(gòu)中的第三微帶線b與第四微帶線b內(nèi)磁場極強(qiáng)、電場極弱。當(dāng)?shù)谌Ь€b和第四微帶線b的長度為合理值時，若可調(diào)電容b的容值在一定范圍內(nèi)變化，可保證其內(nèi)部磁場分布大于電場分布。同時，隨著可調(diào)電容b的增大，將導(dǎo)致可調(diào)諧諧振器的工作波長增大(工作頻率降低)，其內(nèi)部的電場和磁場分布將會拉伸，從而導(dǎo)致第三微帶線b和第四微帶線b中的電場降低、磁場增強(qiáng)，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例，形成本技術(shù)方案磁耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧諧振器之間的整體耦合系數(shù)隨工作頻率下降而增加。

結(jié)合圖5，由于本實(shí)施例中單個諧振器是對稱的，因此本實(shí)施例只分析單個全波長可調(diào)諧諧振器結(jié)構(gòu)的半邊電路即可，定義第四微帶線b205、第五微帶線b206和第六微帶線b207的總長度為d2，第四微帶線b205的長度為s2，所以磁耦合結(jié)構(gòu)中可調(diào)諧諧振器從各自的開路端形成耦合長度為2s2的耦合結(jié)構(gòu)。當(dāng)可調(diào)電容b204的容值越大時，定義可調(diào)電容b204的等效長度為δd3，則δd3的值也就越大，工作頻率越低，相應(yīng)的電壓和電流分布為v3和i3；當(dāng)可調(diào)電容b204的容值越小時，定義可調(diào)電容b204的等效長度為δd4，則δd4的值也就越小，工作頻率越高，相應(yīng)的電壓和電流分布為v4和i4。從圖5可以看出：在長度為2s2的耦合部分，電流分布明顯大于電壓分布，故而，此時為以磁耦合結(jié)構(gòu)為主的耦合類型；同時，隨著頻率的降低(即：全波長可調(diào)諧諧振器的等效長度的增加)，耦合部分的電流分布增大、電壓分布減小，因此本發(fā)明提出的磁耦合結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)磁耦合系數(shù)隨著諧振頻率的降低而增加，滿足恒定絕對帶寬要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波器的絕對帶寬在調(diào)諧過程中的穩(wěn)定。

如圖6所示，本發(fā)明提供了一種基于交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器，包括：上層金屬微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層金屬接地板；上層金屬微帶結(jié)構(gòu)包括相互對稱設(shè)置的第三微帶耦合饋線和第四微帶耦合饋線以及設(shè)置于兩段微帶耦合饋線之間左右對稱的兩個全波長可調(diào)諧諧振器；

其中：單個全波長可調(diào)諧諧振器包括可調(diào)電容b204及加載于所述可調(diào)電容b204兩端的第一u型微帶彎折線和第二u型微帶彎折線，所述第一u型微帶彎折線包括依次連接的第一微帶線b201、第二微帶線b202和第三微帶線b203，第一微帶線b201遠(yuǎn)離第二微帶線b202的一端為開路，所述第二u型微帶彎折線包括依次連接的第四微帶線b205、第五微帶線b206和第六微帶線b207，第六微帶線b207遠(yuǎn)離第五微帶線b206的一端為開路；

第一全波長可調(diào)諧諧振器的第三微帶線b203以及第四微帶線b205分別與第二全波長可調(diào)諧諧振器兩端的第三微帶線b203以及第四微帶線b205之間構(gòu)成磁耦合結(jié)構(gòu)；

單段微帶耦合饋線包括依次連接的第一耦合饋線b221、第二耦合饋線b220、第三耦合饋線b219和第四耦合饋線b223，其中：第一耦合饋線b221和第二耦合饋線b220通過磁耦合分別與其靠近的所述第一微帶線b201、第六微帶線b207和第二微帶線b202形成磁耦合饋電；兩段微帶耦合饋線之間通過第四耦合饋線b223相互耦合，并且第一耦合饋線b221遠(yuǎn)離第二耦合饋線b220的一端通過金屬過孔b222與所述金屬接地板連接；兩段微帶傳輸線b218分別與兩段微帶耦合饋線中第三耦合饋線b219和第四耦合饋線b223相連形成輸入端口和輸出端口。

本實(shí)施方式是基于磁耦合結(jié)構(gòu)提出的一種具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器電路，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示：根據(jù)電磁學(xué)的理論，電耦合將會使能量的相位-90°，磁耦合將會使能量的相位+90°；對帶通濾波器，在通帶高頻處能量會發(fā)生-90°相移，低頻處會發(fā)生+90°相移。因此，交叉耦合使得源到負(fù)載有兩條通路：第一條是通過源與負(fù)載的耦合，由于是電耦合，所以到達(dá)負(fù)載的能量相位是-90°；第二條路是通過源到諧振器到負(fù)載。在高頻處，通過第二條通路到達(dá)負(fù)載的能量的相位是+90°-90°+90°-90°+90°＝+90°，所以兩條通路到達(dá)負(fù)載的能量相位相差180°，剛好抵消，于是在高頻處產(chǎn)生一個傳輸零點(diǎn)。在低頻處，通過第二條通路到達(dá)負(fù)載的能量的相位是+90°+90°+90°+90°+90°＝+90°，所以兩條通路到達(dá)負(fù)載的能量相位也相差180°，剛好抵消，于是在低頻處也產(chǎn)生一個傳輸零點(diǎn)。本發(fā)明采用在輸入端和輸出端之間引入耦合，其中具體是將兩段第四耦合饋線b223之間相互耦合從而實(shí)現(xiàn)源與負(fù)載之間的電耦合結(jié)構(gòu)b224，進(jìn)而形成交叉耦合結(jié)構(gòu)，使得從源到負(fù)載有兩條通路；傳輸零點(diǎn)的產(chǎn)生能夠提高可調(diào)帶通濾波器的頻率選擇性，降低帶外抑制，提高過渡帶的陡峭度；同時有利于實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化。

實(shí)施例1：

如圖8為基于本發(fā)明電耦合結(jié)構(gòu)形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器的具體實(shí)施例；在這個具體實(shí)施方案中采用變?nèi)荻O管smv1130作為可調(diào)電容，即圖9中每個變?nèi)荻O管均為smv1130，并且每個變?nèi)荻O管的陽極通過一個51kω的電阻接地，陰極通過相應(yīng)諧振器連接一個51kω電阻與一個扇形金屬片相連接，在所述扇形金屬片上加載電壓vc偏置。當(dāng)vc在0～25v變化時，smv1130的等效容值可在約27.6pf～1.8pf之間變化。本實(shí)施例中介質(zhì)基板采用相對介電常數(shù)為2.65、損耗正切角為0.001、厚度為0.8mm的聚四氟乙烯材料微波襯底。通過設(shè)定特定的微帶結(jié)構(gòu)參數(shù)，可獲得不同頻段、帶寬的響應(yīng)特性。結(jié)合圖3將相應(yīng)的第一微帶線至第六微帶線(即圖3中101～103，105～107)所構(gòu)成的無源結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)定為寬為1.4mm、總長為28.1mm。

如圖9所示仿真結(jié)果為按照上述參數(shù)設(shè)計(jì)出來的可調(diào)帶通濾波器的傳輸特性s21和反射特性s11。傳輸特性與反射特性曲線中的橫軸表述頻率，縱軸表示傳輸特性s21和反射特性s11。從圖9中可以看出本發(fā)明實(shí)施例濾波器的頻率響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在通帶高低頻處存在各一個傳輸零點(diǎn)，具有很好的頻率選擇性。上述結(jié)果說明本發(fā)明所采用的交叉耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是可行的。

圖10為本實(shí)施例的仿真帶寬統(tǒng)計(jì)，從圖中可以看出：本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了其通帶在1.872ghz～2.199ghz間可調(diào)諧；其絕對帶寬在76mhz～81mhz之間變化，波動較小，非常穩(wěn)定。同時，本發(fā)明實(shí)施例所提供濾波器的相對帶寬隨著調(diào)諧頻率的降低而增加，說明耦合系數(shù)隨諧振頻率降低而增加。

實(shí)施例2：

如圖11為基于本發(fā)明磁耦合結(jié)構(gòu)形成具有交叉耦合結(jié)構(gòu)的可調(diào)帶通濾波器的具體實(shí)施例；在這個具體實(shí)施方案中采用變?nèi)荻O管smv1130作為可調(diào)電容，即圖12中每個變?nèi)荻O管均為smv1130，并且每個變?nèi)荻O管的陽極通過一個51kω的電阻接地，陰極通過相應(yīng)諧振器連接一個51kω電阻與一個扇形金屬片相連接，在所述扇形金屬片上加載電壓vc偏置。當(dāng)vc在0～25v變化時，smv1130的等效容值可在約27.6pf～1.8pf之間變化。本實(shí)施例中介質(zhì)基板采用相對介電常數(shù)為2.65、損耗正切角為0.001、厚度為0.8mm的聚四氟乙烯材料微波襯底。通過設(shè)定特定的微帶結(jié)構(gòu)參數(shù)，可獲得不同頻段、帶寬的響應(yīng)特性。結(jié)合圖6將相應(yīng)的第一微帶線至第六微帶線(即圖6中201～203，205～207)所構(gòu)成的無源結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)定為寬為1.4mm、總長為28.1mm。

如圖12所示仿真結(jié)果為按照上述參數(shù)設(shè)計(jì)出來的可調(diào)帶通濾波器的傳輸特性s21和反射特性s11。傳輸特性與反射特性曲線中的橫軸表述頻率，縱軸表示傳輸特性s21和反射特性s11。從圖12中可以看出本發(fā)明實(shí)施例濾波器的頻率響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在通帶高低頻處存在各一個傳輸零點(diǎn)，具有很好的頻率選擇性。上述結(jié)果說明本發(fā)明所采用的交叉耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是可行的。

圖13為本實(shí)施例的仿真帶寬統(tǒng)計(jì)，從圖中可以看出：本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了其通帶在1.801ghz～2.121ghz間可調(diào)諧；其絕對帶寬在91mhz～95mhz之間變化，波動較小，非常穩(wěn)定。同時，本發(fā)明實(shí)施例所提供濾波器的相對帶寬隨著調(diào)諧頻率的降低而增加，說明耦合系數(shù)隨諧振頻率降低而增加。

綜上所述，本實(shí)施例證明了基于本發(fā)明所提供新型全波長諧振器的耦合方式既能夠用于以磁耦合為主的恒定帶寬可調(diào)濾波器，也能夠用于以電耦合為主的恒定帶寬可調(diào)濾波器?；谏鲜鲂再|(zhì)，本發(fā)明在高階濾波器設(shè)計(jì)中可得到廣泛的應(yīng)用。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。