專利名稱:具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種新型的基于變?nèi)荻O管的射頻電調(diào)帶通濾波器,特別是一種具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器。
背景技術(shù):
電調(diào)濾波器是跳擴(kuò)頻通信技術(shù)、抗干擾雷達(dá)、動(dòng)態(tài)頻率分配技術(shù)、多功能接收機(jī)、雜散發(fā)射測(cè)量等方面的關(guān)鍵技術(shù)之一。自二戰(zhàn)以來,電調(diào)濾波器一直都是各國(guó)研究的熱點(diǎn)之一。在這個(gè)方面,目前已經(jīng)有了一些研究報(bào)道,多種結(jié)構(gòu)的電調(diào)濾波器已經(jīng)被提出。但是,近年來雷達(dá)和通信技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)可調(diào)濾波器提出了更高的性能要求。現(xiàn)代超寬帶雷達(dá)和無線通信要求采用高性能的可重構(gòu)射頻前端。為了充分利用和融合各種不同的無線信道和通信標(biāo)準(zhǔn),射頻前端需要工作在不同頻率和帶寬上,這就要求一種同時(shí)具有頻率和帶寬調(diào)節(jié)能力的可重構(gòu)射頻前端。具有頻率和帶寬調(diào)節(jié)能力的可重構(gòu)濾波器(fully tunable filter)是可重構(gòu)射頻前端的重要組成部分。該種濾波器是電調(diào)濾波器研究的前沿和趨勢(shì)之一,目前國(guó)際上只有少量文獻(xiàn)報(bào)道(不超過10篇,且基本均發(fā)表在Trans上),但普遍存在以下問題:(I)帶寬調(diào)節(jié)范圍較小,由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題,具有頻率和帶寬調(diào)節(jié)能力的可重構(gòu)濾波器都只能實(shí)現(xiàn)最大不超過15%的帶寬。而目前寬帶通信技術(shù)愈發(fā)成熟,并已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。雖然寬帶濾波器的研究已經(jīng)進(jìn)行多年,并取得了豐碩的成果,然而寬帶可調(diào)濾波器的研制在國(guó)內(nèi)外都是極其罕見的。顯然最大15%的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代寬帶通信系統(tǒng)的需求。(2)在中心頻率或者帶寬變化時(shí),不能保持穩(wěn)定的濾波性能。這里的濾波性能包括回波損耗,插入損耗,矩形系數(shù),帶外抑制度等。針對(duì)帶寬調(diào)節(jié)范圍小的問題,雖然有文獻(xiàn)研究了一些寬帶的可調(diào)節(jié)帶寬的電調(diào)濾波器,然而往往不能自由控制其中心頻率,在實(shí)際應(yīng)用中受到了很大的限制。多模諧振器最早由Lei Zhu教授在2005年時(shí)提出,由于單個(gè)諧振器中同時(shí)包含了多個(gè)諧振模式,所以被廣泛應(yīng)用于寬帶濾波器的設(shè)計(jì)中。但是到目前為止還沒有報(bào)道是如何將多模諧振器應(yīng)用于頻率和帶寬都可調(diào)的可重構(gòu)濾波器中。針對(duì)中心頻率和帶寬調(diào)節(jié)時(shí)保持穩(wěn)定濾波性能的問題,到目前為止還沒有任何研究報(bào)道是關(guān)于如何在中心頻率和帶寬調(diào)節(jié)時(shí)完美地保持穩(wěn)定的濾波性能。除了這兩點(diǎn)普遍問題外,部分具有頻率和帶寬調(diào)節(jié)能力的可重構(gòu)濾波器還存在著插入損耗大,需要的控制直流電源多,以及體積大等問題??傊?,目前的可重構(gòu)濾波器的設(shè)計(jì)中還需要解決帶寬調(diào)節(jié)范圍小、調(diào)節(jié)時(shí)性能不穩(wěn)定等方面的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于微帶線可調(diào)多模諧振器的高性能可重構(gòu)帶通濾波器,該可重構(gòu)帶通濾波器可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)60%的頻率調(diào)節(jié)范圍和65%的帶寬,同時(shí)保證了穩(wěn)定的濾波性能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,包括上層的微帶結(jié)構(gòu),中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬,所述上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)板上表面,中間層的下表面為接地金屬;上層微帶結(jié)構(gòu)包括一個(gè)十字形可調(diào)微帶線多模諧振器、一個(gè)輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口;十字形可調(diào)多模諧振器包括相互垂直的兩條微帶線和六個(gè)變?nèi)荻O管,其中水平微帶線的兩端分別連接串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管,垂直的微帶線的兩端分別連接了一個(gè)變?nèi)荻O管,具體為:十字形可調(diào)微帶線多模諧振器包括水平矩形微帶線和垂直矩形微帶線,水平微帶線的一端串聯(lián)第一變?nèi)荻O管和第二變?nèi)荻O管,水平微帶線的另一端串聯(lián)第三變?nèi)荻O管和第四變?nèi)荻O管,垂直微帶線從水平微帶線的中點(diǎn)垂直穿過,垂直微帶線的一端連接第五變?nèi)荻O管,垂直微帶線的另一端連接第六變?nèi)荻O管;輸入饋電網(wǎng)絡(luò)包括順次連接的隔直電容和50歐姆矩形微帶線,輸出饋電網(wǎng)絡(luò)包括順次連接的隔直電容和50歐姆矩形微帶線;所述輸入端口和輸出端口的特征阻抗都為50歐姆;輸入端口與輸入饋電網(wǎng)絡(luò)連接,輸出端口與輸出饋電網(wǎng)絡(luò)連接;輸入饋電網(wǎng)絡(luò)從多模諧振器的第一變?nèi)荻O管和第二變?nèi)荻O管之間抽頭饋電,輸出饋電網(wǎng)絡(luò)從多模諧振器的第三變?nèi)荻O管和第四變?nèi)荻O管之間抽頭饋電;所述的十字形可調(diào)微帶線多模諧振器左右對(duì)稱,輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、輸入端口、輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、輸出端口呈左右對(duì)稱分布。上述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器中,所述變?nèi)荻O管的空置端均穿過中間層介質(zhì)基板與下層接地金屬相連。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的,上述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器中,所述的十字形可調(diào)微帶線多模諧振器中的水平微帶線長(zhǎng)12 24_,寬
0.5 2mm ;垂直微帶線寬0.5 3mm,處于水平微帶線上面的部分長(zhǎng)4 12mm,處于水平微帶線下面的部分長(zhǎng)I 6mm ;所述的饋電網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)隔直電容的容值相同且均在6pF以上。
所述的介質(zhì)基板的介電常數(shù)e ^為2 10,高度為0.2 1mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)本發(fā)明設(shè)計(jì)了新型的微帶線十字形可調(diào)多模諧振器,第一次利用兩個(gè)串聯(lián)變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)抽頭饋電的位置,使得該可重構(gòu)濾波器擁有很寬的頻率和帶寬調(diào)節(jié)范圍,同時(shí)保證了穩(wěn)定的濾波性能;2)微帶線十字形可調(diào)多模諧振器具有能獨(dú)立調(diào)節(jié)的三個(gè)帶內(nèi)極點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬;實(shí)測(cè)中帶寬可達(dá)65%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)有的電調(diào)濾波器,達(dá)到了寬帶通信的標(biāo)準(zhǔn);3)使用兩個(gè)串聯(lián)變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)抽頭饋電的位置,使諧振器能靈活準(zhǔn)確地與饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗匹配,使得本可重構(gòu)帶通濾波器處于任何工作頻率和帶寬時(shí)均能保持穩(wěn)定一致的濾波特性;實(shí)測(cè)中回波損耗被穩(wěn)定在12dB左右,通帶內(nèi)紋波較為均勻;4)設(shè)計(jì)的微帶線十字形可調(diào)多模諧振器具有能隨通帶移動(dòng)的兩個(gè)帶外零點(diǎn),大大改善了可重構(gòu)濾波器的選擇性;5)由于采用了抽頭饋電方式,不存在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中對(duì)能量造成較大損耗的耦合結(jié)構(gòu),本可重構(gòu)濾波器具有較小的插入損耗,實(shí)測(cè)中插入損耗在I _2dB之間;6)由于引入可調(diào)多模諧振器,本發(fā)明與同階的具有頻率帶寬調(diào)節(jié)能力的可重構(gòu)濾波器相比,需要較少的控制直流電源;7)本發(fā)明與現(xiàn)有的其他設(shè)計(jì)方案相比,本可重構(gòu)濾波器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)潔,體積也更小。
圖1是具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的高性能可重構(gòu)帶通濾波器的原理圖。圖2是上述的十字形可調(diào)多模諧振器的原理圖。圖3a是圖2中的十字形可調(diào)多模諧振器的極點(diǎn)和零點(diǎn)隨C1變化的關(guān)系圖。圖3b是圖2中的十字形可調(diào)多模諧振器的極點(diǎn)和零點(diǎn)隨C2、C3變化的關(guān)系圖。圖4是串聯(lián)的第一變?nèi)荻O管7、第二變?nèi)荻O管8(或第三變?nèi)荻O管9、第四變?nèi)荻O管10)控制輸入饋電網(wǎng)絡(luò)(或輸出饋電網(wǎng)絡(luò))抽頭位置的原理示意圖。圖5a是帶寬保持不變、中心頻率調(diào)節(jié)的傳輸特性曲線。圖5b是帶寬保持不變、中心頻率調(diào)節(jié)的回波損耗曲線。圖5c是中心頻率不變、帶寬調(diào)節(jié)的傳輸特性曲線和回波損耗曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明,但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于下例表述的范圍。如圖1所示,一種具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,包括上層的微帶結(jié)構(gòu),中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬,所述上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)板上表面,中間層的下表面為接地金屬;上層微帶結(jié)構(gòu)包括一個(gè)十字形可調(diào)微帶線多模諧振器、一個(gè)輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口 ;十字形可調(diào)多模諧振器包括相互垂直的兩條微帶線和六個(gè)變?nèi)荻O管,其中水平微帶線的兩端分別連接串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管,垂直的微帶線的兩端分別連接了一個(gè)變?nèi)荻O管,具體為:十字形可調(diào)微帶線多模諧振器包括水平矩形微帶線2和垂直矩形微帶線3,水平微帶線2的一端串聯(lián)第一變?nèi)荻O管7和第二變?nèi)荻O管8,水平微帶線2的另一端串聯(lián)第三變?nèi)荻O管9和第四變?nèi)荻O管10,垂直微帶線3從水平微帶線2的中點(diǎn)垂直穿過,垂直微帶線3的一端連接第五變?nèi)荻O管11,垂直微帶線3的另一端連接第六變?nèi)荻O管12 ;輸入饋電網(wǎng)絡(luò)包括順次連接的隔直電容5和50歐姆矩形微帶線1,輸出饋電網(wǎng)絡(luò)包括順次連接的隔直電容6和50歐姆矩形微帶線4 ;所述輸入端口和輸出端口的特征阻抗都為50歐姆;輸入端口與輸入饋電網(wǎng)絡(luò)連接,輸出端口與輸出饋電網(wǎng)絡(luò)連接;輸入饋電網(wǎng)絡(luò)從多模諧振器的第一變?nèi)荻O管7和第二變?nèi)荻O管8之間抽頭饋電,輸出饋電網(wǎng)絡(luò)從多模諧振器的第三變?nèi)荻O管9和第四變?nèi)荻O管10之間抽頭饋電;所述的十字形可調(diào)微帶線多模諧振器左右對(duì)稱,輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、輸入端口、輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、輸出端口呈左右對(duì)稱分布。上述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器中,所述變?nèi)荻O管的空置端均穿過中間層介質(zhì)基板與下層接地金屬相連。上述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器中,所述的十字形可調(diào)微帶線多模諧振器中的水平微帶線2長(zhǎng)12 24_,寬0.5 2mm ;垂直微帶線3寬
0.5 3mm,處于水平微帶線上面的部分長(zhǎng)4 12mm,處于水平微帶線下面的部分長(zhǎng)I 6mm ;所述的饋電網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)隔直電容的容值相同且均在6pF以上。所述的介質(zhì)基板的介電常數(shù)ε r為2 10,高度為0.2 1mm。結(jié)合圖2,上述的十字形可調(diào)微帶多模諧振器的具體尺寸可以根據(jù)下面公式關(guān)系選取:
權(quán)利要求
1.一種具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,其特征在于,包括上層的微帶結(jié)構(gòu),中間層介質(zhì)基板和下層的接地金屬,所述上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)板上表面,中間層的下表面為接地金屬; 上層微帶結(jié)構(gòu)包括一個(gè)十字形可調(diào)微帶線多模諧振器、一個(gè)輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口 ;十字形可調(diào)多模諧振器包括相互垂直的兩條微帶線和六個(gè)變?nèi)荻O管,其中水平微帶線的兩端分別連接串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管,垂直的微帶線的兩端分別連接了一個(gè)變?nèi)荻O管,具體為:十字形可調(diào)微帶線多模諧振器包括水平矩形微帶線[2]和垂直矩形微帶線[3],水平微帶線[2]的一端串聯(lián)第一變?nèi)荻O管[7]和第二變?nèi)荻O管[8],水平微帶線[2]的另一端串聯(lián)第三變?nèi)荻O管[9]和第四變?nèi)荻O管[10],垂直微帶線[3]從水平微帶線[2]的中點(diǎn)垂直穿過,垂直微帶線[3]的一端連接第五變?nèi)荻O管[11],垂直微帶線[3]的另一端連接第六變?nèi)荻O管[12];輸入饋電網(wǎng)絡(luò)包括順次連接的隔直電容[5]和50歐姆矩形微帶線[I],輸出饋電網(wǎng)絡(luò)包括順次連接的隔直電容[6]和50歐姆矩形微帶線[4];所述輸入端口和輸出端口的特征阻抗都為50歐姆; 輸入端口與輸入饋電網(wǎng)絡(luò)連接,輸出端口與輸出饋電網(wǎng)絡(luò)連接;輸入饋電網(wǎng)絡(luò)從多模諧振器的第一變?nèi)荻O管[7]和第二變?nèi)荻O管[8]之間抽頭饋電,輸出饋電網(wǎng)絡(luò)從多模諧振器的第三變?nèi)荻O管[9]和第四變?nèi)荻O管[10]之間抽頭饋電;所述的十字形可調(diào)微帶線多模諧振器左右對(duì)稱,輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、輸入端口、輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、輸出端口呈左右對(duì)稱分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,其特征在于,上述變 容二極管的空置端均穿過中間層介質(zhì)基板與下層接地金屬相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,其特征在于,所述的十字形可調(diào)微帶線多模諧振器中的水平微帶線[2]長(zhǎng)12 24_,寬0.5 2mm ;垂直微帶線[3]寬0.5 3mm,處于水平微帶線上面的部分長(zhǎng)4 12mm,處于水平微帶線下面的部分長(zhǎng)I 6mm;所述的饋電網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)隔直電容的容值相同且均在6pF以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,其特征在于,介質(zhì)基板的介電常數(shù)它r為2 10,高度為0.2 1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有寬頻率和寬帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器,其特征在于,介質(zhì)基板的介電常數(shù)e 1 為2 10,高度為0.2 1mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種新型的具有寬的頻率和帶寬調(diào)節(jié)范圍的射頻可重構(gòu)帶通濾波器。該可重構(gòu)濾波器包括上層微帶結(jié)構(gòu),中間層介質(zhì)基板和下層接地金屬。上層微帶結(jié)構(gòu)由一個(gè)輸入端口,一個(gè)輸入饋電網(wǎng)絡(luò),一個(gè)十字形可調(diào)多模諧振器,一個(gè)輸出饋電網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)輸出端口順次連接構(gòu)成;輸入、輸出饋電網(wǎng)絡(luò)均由隔直電容和50歐姆微帶線組成;十字形可調(diào)多模諧振器由相互垂直的兩條微帶線和兩端連接的六個(gè)變?nèi)荻O管組成;輸入、輸出饋電網(wǎng)絡(luò)分別從多模諧振器的左右兩邊串聯(lián)的兩個(gè)變?nèi)荻O管之間抽頭饋電。該可重構(gòu)濾波器具有中心頻率和帶寬調(diào)節(jié)范圍大、通帶穩(wěn)定性好等方面的優(yōu)勢(shì),能重構(gòu)為不同中心頻率的寬帶或者窄帶帶通濾波器,可用于可重構(gòu)射頻前端。
文檔編號(hào)H01P1/203GK103094648SQ20131003080
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者車文荃, 毛金榮, 馮文杰, 李飛, 史蘇陽, 王晴, 周家根 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)