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：
本實用新型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)、動態(tài)頻率分配技術(shù)、多功能接收機(jī)、雜散發(fā)射測量等方面的關(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研究的熱點之一。在這個方面，目前已經(jīng)有了一些研究報道，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)展對可調(diào)濾波器提出了更高的性能要求?，F(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之一，目前國際上只有少量文獻(xiàn)報道(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，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年時提出，由于單個諧振器中同時包含了多個諧振模式，所以被廣泛應(yīng)用于寬帶濾波器的設(shè)計中。但是到目前為止還沒有報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。針對中心頻率和帶寬調(diào)節(jié)時保持穩(wěn)定濾波性能的問題，到目前為止還沒有任何研究報道是關(guān)于如何在中心頻率和帶寬調(diào)節(jié)時完美地保持穩(wěn)定的濾波性能。除了這兩點普遍問題外，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壳暗目芍貥?gòu)濾波器的設(shè)計中還需要解決帶寬調(diào)節(jié)范圍小、調(diào)節(jié)時性能不穩(wěn)定等方面的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型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)帶通濾波器可以實現(xiàn)高達(dá)60%的頻率調(diào)節(jié)范圍和65%的帶寬，同時保證了穩(wěn)定的濾波性能。本實用新型解決其技術(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)包括一個十字形可調(diào)微帶線多模諧振器、一個輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、一個輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、一個輸入端口和一個輸出端口；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)的兩個變?nèi)荻O管，垂直的微帶線的兩端分別連接了一個變?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)一步實現(xiàn)本實用新型的目的，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4 12mm,處于水平微帶線下面的部分長I 6mm;所述的饋電網(wǎng)絡(luò)中的兩個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。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為:1)本實用新型設(shè)計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立調(diào)節(jié)的三個帶內(nèi)極點，可以實現(xiàn)較寬的帶寬；實測中帶寬可達(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均能保持穩(wěn)定一致的濾波特性；實測中回波損耗被穩(wěn)定在12dB左右，通帶內(nèi)紋波較為均勻；4)設(shè)計的微帶線十字形可調(diào)多模諧振器具有能隨通帶移動的兩個帶外零點，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，實測中插入損耗在1 _2dB之間；6)由于引入可調(diào)多模諧振器，本實用新型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)本實用新型與現(xiàn)有的其他設(shè)計方案相比，本可重構(gòu)濾波器結(jié)構(gòu)的設(shè)計更為簡潔，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)多模諧振器的極點和零點隨C1變化的關(guān)系圖。圖3b是圖2中的十字形可調(diào)多模諧振器的極點和零點隨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。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實用新型要求保護(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)包括一個十字形可調(diào)微帶線多模諧振器、一個輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、一個輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、一個輸入端口和一個輸出端口 ；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)的兩個變?nèi)荻O管，垂直的微帶線的兩端分別連接了一個變?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4 12mm,處于水平微帶線下面的部分長I 6mm ;所述的饋電網(wǎng)絡(luò)中的兩個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)包括一個十字形可調(diào)微帶線多模諧振器、一個輸入饋電網(wǎng)絡(luò)、一個輸出饋電網(wǎng)絡(luò)、一個輸入端口和一個輸出端口 ；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)的兩個變?nèi)荻O管，垂直的微帶線的兩端分別連接了一個變?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?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。
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4 12mm,處于水平微帶線下面的部分長I 6mm;所述的饋電網(wǎng)絡(luò)中的兩個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)ε ^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)ε ^為2 10,高度為0.2 1mm。
專利摘要本實用新型公開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。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)由一個輸入端口，一個輸入饋電網(wǎng)絡(luò)，一個十字形可調(diào)多模諧振器，一個輸出饋電網(wǎng)絡(luò)和一個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，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H01P7/08GK203056059SQ20132004331
公開日2013年7月10日 申請日期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 申請人:南京理工大學(xué)