帶寬恒定的三階電調帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種選擇性高、電調控制簡單、整體尺寸較小且在濾波器中心頻率可調過程中能夠保持絕對帶寬固定的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器。本發明所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器通過調節加載到主傳輸線上的變容管來實現外部Q值的調整，第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器采用統一電壓饋電，并且可以通過改變加載到帶阻單元上的電容來靈活的調節低頻處的帶外抑制水平，控制簡單，便于設計，選擇性高且調節過程中絕對帶寬保持恒定，另外，在保證了高選擇性和諧波抑制功能的前提下，采用帶阻單元結合帶通濾波器設計，大大降低了濾波器的整體尺寸。適合在濾波器【技術領域】推廣運用。
【專利說明】帶寬恒定的三階電調帶通濾波器
【技術領域】
[0001] 本發明屬于濾波器【技術領域】，具體涉及一種帶寬恒定的三階電調帶通濾波器。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術的發展，尤其是認知無線電、電子作戰的發展，在寬帶、小型化、 多協議、可重構等方面給無線收發機提出了苛刻的要求，迫切需要無線收發機突破傳統通 信制式的固定模式，在一定范圍內實現其載頻、帶寬以及波束方向等指標的自由可調/可 切換，從而構建多模通信鏈路，達到提高抗干擾能力及魯棒性、增加頻譜的利用率、擴大通 信容量及服務質量之目的。由于濾波器是構成無線電信號收發的空中接口，研究可調濾波 器將具有特別重要的意義。
[0003] 考慮到在實際應用中，信道帶寬往往是固定的，并不隨著載波的頻率而變化，所以 在中心頻率可調過程中保持固定絕對帶寬的可調濾波器具有較強的應用前景。在這個研究 領域，目前已經有一些研究報道，多種結構的固定絕對帶寬的可調濾波器已經被提出。但 是，近年來無線頻譜的日益擁擠和干擾信號日益增多等實際背景都對可調濾波器的選擇性 提出了更高的要求。
[0004] 目前已經有幾種高選擇性的可調濾波器的設計方法，典型的有：第一種方法是根 據濾波器綜合理論，構建高階（>3階）可調濾波器來實現高選擇性，如C. Yi-Chyun，and G .M. Rebeiz, "TunableL 55-2. lGHz4_Pole Elliptic Bandpass Filter With Bandwidth Control>50dB Rejection for Wireless Systems，，' IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，vol. 61，no. 1，pp. 117-124, 2013。第二種方法是采用帶通濾波 器和帶阻濾波器集成在一起的方法來提高某頻段的諧波抑制。如E. J. Naglich，J. Lee，D. Peroulis,and W. J. Chappell, uBandpass-Bandstop Filter Cascade Performance Over Wide Frequency Tuning Ranges，，'IEEE Transactions on Microwave Theory and Techn iques，vol. 58, no. 12, pp. 3945-3953, 2010。
[0005] 但是，上述設計方法在實際使用過程中存在如下的技術缺陷：一是現有的可調高 階濾波器一般為4階，而且設計過程中可調參數較多，控制起來極為復雜；二是將帶阻濾 波器和可調帶通濾波器結合來提高選擇性的方法會增加整體濾波器的尺寸，限制其應用場 旦 -5^ 〇
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是提供一種選擇性高、電調控制簡單、整體尺寸較小 且在濾波器中心頻率可調過程中能夠保持絕對帶寬固定的帶寬恒定的三階電調帶通濾波 器。
[0007] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：該帶寬恒定的三階電調帶通濾波 器，包含上層微帶結構、中間層介質基板和下層接地金屬，所述上層微帶結構包括第一諧振 器、第二諧振器、第三諧振器、主傳輸線、第一帶阻單元、第二帶阻單元，所述第一諧振器、第 三諧振器結構相同且對稱的設置在第二諧振器的兩側，所述第一帶阻單元、第二帶阻單元 結構相同且對稱的設置在第二諧振器的兩側；
[0008] 所述第二諧振器包括第二微帶線A、第二微帶線B、第二微帶線C、第二微帶線D、第 二隔直電容、第二變容二極管，所述第二微帶線A與第二微帶線D平行設置，第二微帶線B、 第二微帶線C設置在第二微帶線A與第二微帶線D之間，第二微帶線B連接在第二微帶線 A的一端且與第二微帶線A垂直設置，第二微帶線A的另一端通過接地過孔與下層金屬接 地板相連，第二微帶線C連接在第二微帶線D的一端且與第二微帶線D垂直設置，第二微帶 線D的另一端通過接地過孔與下層金屬接地板相連，所述第二微帶線B依次通過第二隔直 電容、第二變容二極管與第二微帶線C相連；
[0009] 所述第一諧振器包括第一微帶線A、第一微帶線B、第一微帶線C、第一隔直電容、 第一變容二極管，第一微帶線C設置在第二微帶線A的外側且與第二微帶線A平行設置形 成平行耦合，所述第一微帶線A設置在第一微帶線C的外側且與第一微帶線C平行設置，第 一微帶線B的兩端分別與第一微帶線A的一端、第一微帶線C的一端相連且第一微帶線B 分別與第一微帶線A、第一微帶線C垂直設置，第一微帶線C的另一端依次通過第一隔直電 容、第一變容二極管與接地端相連；
[0010] 所述第三諧振器包括第三微帶線A、第三微帶線B、第三微帶線C、第三隔直電容、 第三變容二極管，第三微帶線C設置在第二微帶線D的外側且與第二微帶線D平行設置形 成平行耦合，所述第三微帶線A設置在第三微帶線C的外側且與第三微帶線C平行設置，第 三微帶線B的兩端分別與第三微帶線A的一端、第三微帶線C的一端相連且第三微帶線B 分別與第三微帶線A、第三微帶線C垂直設置，第三微帶線C的另一端依次通過第三隔直電 容、第三變容二極管與接地端相連；
[0011] 所述第一變容二極管、第二變容二極管、第三變容二極管具有相同的偏置電壓； [0012] 所述第一帶阻單元包括多段第一帶阻微帶線，所述多段第一帶阻微帶線依次首尾 相連，所述第一帶阻單元的末端連接有第一片狀微帶線，第一片狀微帶線通過第一固定電 容與接地端相連；所述第二帶阻單元包括多段第二帶阻微帶線，所述多段第二帶阻微帶線 依次首尾相連，所述第二帶阻單元的末端連接有第二片狀微帶線，第二片狀微帶線通過第 二固定電容與接地端相連；
[0013] 所述主傳輸線由第一傳輸線和第二傳輸線組成，所述第一傳輸線與第二傳輸線結 構相同且沿第二諧振器的中心線對稱設置，所述第一傳輸線包括依次首尾相連的第一傳輸 微帶線A、第一傳輸微帶線B、第一傳輸微帶線C、第一傳輸微帶線D、第一傳輸微帶線E、第一 傳輸微帶線F、第一匹配電容、第一傳輸變容二極管A、第一傳輸變容二極管B，所述第一匹 配電容設置在第一傳輸微帶線A與第一傳輸微帶線B之間，所述第一傳輸微帶線F的末端 依次通過第一傳輸變容二極管A、第一傳輸變容二極管與接地端相連，所述第一傳輸變容二 極管A、第一傳輸變容二極管B互為隔直電容，所述第一傳輸微帶線C與第一微帶線A平行 設置形成平行耦合，第一傳輸微帶線D與第一微帶線B平行設置形成平行耦合，第一傳輸微 帶線E與第二微帶線A平行設置形成平行耦合，第一傳輸微帶線F與第二微帶線B平行設 置形成平行耦合；所述第二傳輸線包括依次首尾相連的第二傳輸微帶線A、第二傳輸微帶 線B、第二傳輸微帶線C、第二傳輸微帶線D、第二傳輸微帶線E、第二傳輸微帶線F、第二匹配 電容、第二傳輸變容二極管A、第二傳輸變容二極管B，所述第二匹配電容設置在第二傳輸 微帶線A與第二傳輸微帶線B之間，所述第二傳輸微帶線F的末端依次通過第二傳輸變容 二極管A、第二傳輸變容二極管與接地端相連，所述第二傳輸變容二極管A、第二傳輸變容 二極管B互為隔直電容，所述第二傳輸微帶線C與第三微帶線A平行設置形成平行耦合，第 二傳輸微帶線D與第三微帶線B平行設置形成平行耦合，第二傳輸微帶線E與第二微帶線 D平行設置形成平行耦合，第二傳輸微帶線F與第二微帶線C平行設置形成平行耦合。
[0014] 進一步的是，所述第一諧振器、第二諧振器、第三諧振器均為四分之一波長諧振 器。
[0015] 進一步的是，所述第一微帶線A與第一傳輸微帶線C形成的平行耦合、第一微帶線 B與第一傳輸微帶線D形成的平行耦合、第一微帶線C與第二微帶線A形成的平行耦合滿足 以下公式：
[0016]
【權利要求】
1.帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：包含上層微帶結構、中間層介質基 板和下層接地金屬，所述上層微帶結構包括第一諧振器（1)、第二諧振器（2)、第三諧振器 (3)、主傳輸線（4)、第一帶阻單元（5)、第二帶阻單元￠)，所述第一諧振器（1)、第三諧振器 (3)結構相同且對稱的設置在第二諧振器（2)的兩側，所述第一帶阻單元（5)、第二帶阻單 元（6)結構相同且對稱的設置在第二諧振器（2)的兩側； 所述第二諧振器（2)包括第二微帶線A (201)、第二微帶線B (202)、第二微帶線C (203)、 第二微帶線D(204)、第二隔直電容（205)、第二變容二極管（206)，所述第二微帶線A(201) 與第二微帶線D (204)平行設置，第二微帶線B (202)、第二微帶線C (203)設置在第二微帶線 A(201)與第二微帶線D(204)之間，第二微帶線B(202)連接在第二微帶線A(201)的一端 且與第二微帶線A (201)垂直設置，第二微帶線A (201)的另一端通過接地過孔與下層金屬 接地板相連，第二微帶線C (203)連接在第二微帶線D (204)的一端且與第二微帶線D (204) 垂直設置，第二微帶線D (204)的另一端通過接地過孔與下層金屬接地板相連，所述第二微 帶線B (202)依次通過第二隔直電容（205)、第二變容二極管（206)與第二微帶線C (203)相 連； 所述第一諧振器（1)包括第一微帶線A (101)、第一微帶線B (102)、第一微帶線C (103)、 第一隔直電容（104)、第一變容二極管（105)，第一微帶線C(103)設置在第二微帶線A(201) 的外側且與第二微帶線A (201)平行設置形成平行耦合，所述第一微帶線A (101)設置在第 一微帶線C (103)的外側且與第一微帶線C (103)平行設置，第一微帶線B (102)的兩端分別 與第一微帶線A (101)的一端、第一微帶線C (103)的一端相連且第一微帶線B (102)分別與 第一微帶線A(101)、第一微帶線C(103)垂直設置，第一微帶線C(103)的另一端依次通過第 一隔直電容（104)、第一變容二極管（105)與接地端相連； 所述第三諧振器（3)包括第三微帶線A (301)、第三微帶線B (302)、第三微帶線C (303)、 第三隔直電容（304)、第三變容二極管（305)，第三微帶線C(303)設置在第二微帶線D(204) 的外側且與第二微帶線D (204)平行設置形成平行耦合，所述第三微帶線A (301)設置在第 三微帶線C (303)的外側且與第三微帶線C (303)平行設置，第三微帶線B (302)的兩端分別 與第三微帶線A (301)的一端、第三微帶線C (303)的一端相連且第三微帶線B (302)分別與 第三微帶線A(301)、第三微帶線C(303)垂直設置，第三微帶線C(303)的另一端依次通過第 三隔直電容（304)、第三變容二極管（305)與接地端相連； 所述第一變容二極管（105)、第二變容二極管（206)、第三變容二極管（305)具有相同 的偏置電壓； 所述第一帶阻單元（5)包括多段第一帶阻微帶線（501)，所述多段第一帶阻微帶線 (501)依次首尾相連，所述第一帶阻單元（5)的末端連接有第一片狀微帶線（502)，第一片 狀微帶線（502)通過第一固定電容（503)與接地端相連；所述第二帶阻單元（6)包括多段 第二帶阻微帶線（601)，所述多段第二帶阻微帶線（601)依次首尾相連，所述第二帶阻單元 (6)的末端連接有第二片狀微帶線￠02)，第二片狀微帶線（602)通過第二固定電容（603) 與接地端相連； 所述主傳輸線（4)由第一傳輸線（41)和第二傳輸線（42)組成，所述第一傳輸線（41) 與第二傳輸線（42)結構相同且沿第二諧振器（2)的中心線對稱設置，所述第一傳輸線（41) 包括依次首尾相連的第一傳輸微帶線A(411)、第一傳輸微帶線B(412)、第一傳輸微帶線 C (413)、第一傳輸微帶線D (414)、第一傳輸微帶線E (415)、第一傳輸微帶線F (416)、第一匹 配電容（417)、第一傳輸變容二極管A(418)、第一傳輸變容二極管B(419)，所述第一匹配 電容（417)設置在第一傳輸微帶線A(411)與第一傳輸微帶線B(412)之間，所述第一傳輸 微帶線F (416)的末端依次通過第一傳輸變容二極管A (418)、第一傳輸變容二極管與接地 端相連，所述第一傳輸變容二極管A(418)、第一傳輸變容二極管B (419)互為隔直電容，所 述第一傳輸微帶線C(413)與第一微帶線A(101)平行設置形成平行耦合，第一傳輸微帶線 D (414)與第一微帶線B (102)平行設置形成平行耦合，第一傳輸微帶線E (415)與第二微帶 線A(201)平行設置形成平行耦合，第一傳輸微帶線F(416)與第二微帶線B (202)平行設 置形成平行耦合；所述第二傳輸線（42)包括依次首尾相連的第二傳輸微帶線A(421)、第 二傳輸微帶線B (422)、第二傳輸微帶線C (423)、第二傳輸微帶線D (424)、第二傳輸微帶線 E (425)、第二傳輸微帶線F (426)、第二匹配電容（427)、第二傳輸變容二極管A (428)、第二 傳輸變容二極管B(429)，所述第二匹配電容（427)設置在第二傳輸微帶線A(421)與第二 傳輸微帶線B(422)之間，所述第二傳輸微帶線F(426)的末端依次通過第二傳輸變容二極 管A(428)、第二傳輸變容二極管與接地端相連，所述第二傳輸變容二極管A(428)、第二傳 輸變容二極管B (429)互為隔直電容，所述第二傳輸微帶線C (423)與第三微帶線A (301)平 行設置形成平行耦合，第二傳輸微帶線D (424)與第三微帶線B (302)平行設置形成平行耦 合，第二傳輸微帶線E (425)與第二微帶線D (204)平行設置形成平行耦合，第二傳輸微帶線 F(426)與第二微帶線C(203)平行設置形成平行耦合。
2. 如權利要求1所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：所述第一諧振 器（1)、第二諧振器（2)、第三諧振器（3)均為四分之一波長諧振器。
3. 如權利要求2所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：所述第一微帶 線A (101)與第一傳輸微帶線C (413)形成的平行耦合、第一微帶線B (102)與第一傳輸微帶 線D (414)形成的平行耦合、第一微帶線C (103)與第二微帶線A (201)形成的平行耦合滿足 以下公式：
其中為第一諧振器（1)的諧振頻率，CT1為第一隔直電容（104)與第一變容二極管 (105)的串聯值，h為第一微帶線A (101)、第一微帶線B (102)、第一微帶線C (103)的總長 度值，Yi為第一微帶線A (101)、第一微帶線B (102)、第一微帶線C (103)的導納值，c為真空 中的光速，^為介質基板的介電常數。
4. 如權利要求3所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：第二微帶線 A(201)與第一傳輸微帶線E (415)形成的平行耦合、第二微帶線B (202)與第一傳輸微帶線 F (416)形成的平行耦合、第二微帶線C (203)與第二傳輸微帶線F (426)形成的平行耦合、第 二微帶線D(204)與第二傳輸微帶線E(425)形成的平行耦合滿足以下公式：
其中f2為第二諧振器（2)的諧振頻率，CT2為第二隔直電容（205)與第二變容二極管 (206)的串聯值，12為第二微帶線A(201)、第二微帶線B(202)的總長度值，Y2為第二微帶 線Α(201)、第二微帶線Β(202)的導納值，c為真空中的光速，ε,為介質基板的介電常數。
5. 如權利要求4所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：所述第一帶阻 單元（5)的多段第一帶阻微帶線（501)總電長度為θ ω，長度為lbl，導納為Ybl ;第一片狀 微帶線（502)的電長度為0b2，長度為lb2，導納為Yb2;第一固定電容（503)的電容值C b在 10-40pF之間，并滿足以下公式： Ybl- (2Yb2tan Θ b2+2 π fzGb) tan Θ bl = 〇 其中fz為低頻處傳輸零點的頻率。
6. 如權利要求5所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：所述第一傳輸 線（41)的第一傳輸微帶線C(413)、第一傳輸微帶線D(414)、第一傳輸微帶線E(415)、第 一傳輸微帶線F(416)的總物理長度為l p，電長度為θρ，導納*γρ，第一傳輸變容二極管 A(418)與第一傳輸變容二極管B(419)的總電容值為CT3，且滿足以下公式：
其中I為濾波器的外部Q值，Cp為第一匹配電容（417)的電容值，j為虛部符號，ω為 角速度，為濾波器中心頻率f〇處的角速度。
7. 如權利要求6所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：所述第一微帶 線C (103)與第二微帶線A (201)形成的平行耦合的耦合長度為1。，耦合間距為g。，耦合系數 k12滿足：
?Q1為第一諧振器（1)的固有頻率，ω%為第二諧振器（2)的固有頻率；(^表不第一 諧振器（1)與第二諧振器（2)形成的耦合諧振器在頻率低端的振蕩點，《2表示第一諧振器 (1)與第二諧振器（2)形成的耦合諧振器在頻率高端的振蕩點。
8. 如權利要求7所述的帶寬恒定的三階電調帶通濾波器，其特征在于：所述第一諧振 器（1)和第二諧振器（2)之間的耦合系數為k 12，第一帶阻單元（5)的外部Q值1滿足以下 條件：
其中BW為絕對帶寬，&為濾波器的中心頻率，gl為第一諧振器（1)的低通原型綜合參 數，g2為第一諧振器（1)的低通原型綜合參數。
【文檔編號】H01P1/203GK104143674SQ201410366355
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】馮全源, 賈定宏 申請人:西南交通大學