一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器的制造方法【專利摘要】本發(fā)明公開一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，以印刷電路板的方式制作在雙面覆銅微帶板上，所述雙面覆銅微帶板的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭port1、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線、第二端口饋線、第一微帶諧振器、第二微帶諧振器、第三微帶諧振器、第一射頻開關(guān)SW1和第二射頻開關(guān)SW2。本發(fā)明公開的平面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的可切換帶通-帶阻濾波器，通過控制射頻開關(guān)的供電電壓達到控制開關(guān)狀態(tài)的目的，進而控制濾波器的切換，而帶通濾波器和帶阻濾波器的中心頻率一致。本發(fā)明具有可在帶通濾波器與帶阻濾波器進行切換、中心頻率一致、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小的優(yōu)點?！緦＠f明】—種可切換的平面帶通-帶阻濾波器【
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】[0001]本發(fā)明涉及平面微帶濾波器的【
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】，特別涉及一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器。【
背景技術(shù)：
】[0002]近年來，無線通信的高速發(fā)展、3G技術(shù)的普及、4G的到來，都標(biāo)志著無線技術(shù)將迎來一個蓬勃發(fā)展的高峰期。同時隨著無線電子產(chǎn)品在人民生活中的普及，小型化、成本低已經(jīng)成為了電子產(chǎn)品的趨勢。另一方面，隨著電子信息的迅猛發(fā)展，日趨緊張的頻譜資源更加匱乏，為提高通信容量及降低相鄰信道間信號串?dāng)_，對濾波器的選擇性及集成化等提出了更高的要求。而微帶濾波器則滿足了這一些要求。[0003]而帶阻濾波器作為微波濾波器的一種，在微波系統(tǒng)中所起得作用也越來越重要。通常在許多通信系統(tǒng)中，要求對不需要的干擾、雜散等噪聲有較高的衰減從而使得信號以盡可能小的衰減在系統(tǒng)中傳輸。例如，當(dāng)噪聲在某一頻率點或者某幾個頻率點處干擾特別強時，需要采用一定的措施進行抑制。此時，采用帶阻濾波器就比帶通濾波器的寬阻帶要有效靈活的多。因此，研究新方法來設(shè)計小體積、高性能的帶阻濾波器具有十分重要的意義。[0004]微帶帶通濾波器是一種目前被研究最多，使用也最為廣泛的微帶濾波器，它的種類繁多，性能各異，是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中最為重要的元件之一。它的作用是讓一段頻率范圍內(nèi)的信號自由通過，將這個頻段以外的信號得到最大程度的衰減而無法通過。微帶濾波器的設(shè)計理論基礎(chǔ)是分布參數(shù)，具有價錢低、體積小、重量輕、便于集成等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中起著非常重要的作用。[0005]資料顯不在2014年3月，Young-HoCho和GabrielM.Rebeiz在本【
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】頂級期刊〃IEEETRANSACT1NSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES"上發(fā)表題為〃Two_andFour-PoleTunable0.7-1.1-GHzBandpass-to-BandstopFiltersWithBandwidthControl"的文章，該文章公開了一種使用射頻開關(guān)的的濾波器，該射頻開關(guān)擁有控制帶通濾波器與帶阻濾波器的切換，但是該濾波器在開關(guān)打開閉合前后中心頻率不一致，需要通過變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)，使得濾波器閉合前后達到同一中心頻率。[0006]同時，資料還顯不在2014年3月，Young-HoCho和GabrielM.Rebeiz的文章〃0.7-1.0-GHzReconfigurableBandpass-to-BandstopFilterWithSelectable2-and4-PoleResponses〃已被本【
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】頂級期刊〃IEEETRANSACT1NSONMICROWAVETHEORYANDTECHNIQUES"錄用并準(zhǔn)備發(fā)表，該文章公開了一種濾波器設(shè)計，該濾波器也能通過射頻開關(guān)實現(xiàn)帶通濾波器和帶阻濾波器的切換，但是該濾波器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器。本發(fā)明提出的濾波器設(shè)計方案中，帶通濾波器利用多模諧振器結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)濾波器尺寸小并且通過射頻開關(guān)控制帶通-帶阻濾波器的切換，并使兩者中心頻率一致，具有設(shè)計靈活，體積小，成本低，特性好的特點。[0008]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):[0009]一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，以印刷電路板的方式制作在雙面覆銅微帶板I上，所述雙面覆銅微帶板I的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭port1、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線4、第二端口饋線5、第一微帶諧振器3、第二微帶諧振器2、第三微帶諧振器6、第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2，該雙面覆銅微帶板I的另一面為覆銅接地板；[0010]其中，第一諧振器、第三諧振器以第二諧振器為中心線對稱設(shè)置，第一端口饋線、第二端口饋線分別對稱設(shè)置在第一諧振器、第三諧振器的外側(cè)；[0011]第一端口饋線的第一側(cè)與輸入端饋線頭portl垂直連接,第二端口饋線的第一側(cè)與輸出端饋線頭port2垂直連接；[0012]第一射頻開關(guān)SWl的第一側(cè)與第一端口饋線的第一側(cè)連接，同時與輸入端口饋線頭portl朝向相反,第一射頻開關(guān)SWl的第二側(cè)與第一微帶諧振器連接；[0013]第二射頻開關(guān)SW2的第一側(cè)與第二端口饋線的第一側(cè)連接，同時與輸出端口饋線頭port2朝向相反,第二射頻開關(guān)SW2的第二側(cè)與第三微帶諧振器連接。[0014]優(yōu)選的，所述第一微帶諧振器的組成包括第一微帶3-1和第二微帶3-2，其中第一微帶的第一側(cè)和第二微帶的第一側(cè)垂直連接成L型；[0015]所述第三微帶諧振器的組成包括第三微帶6-1和第四微帶6-2，其中第三微帶的第一側(cè)和第四微帶的第一側(cè)垂直連接成反L型；[0016]所述第二微帶的第二側(cè)和第四微帶的第二側(cè)直線連接，所述第一微帶諧振器和所述第三微帶諧振器共同構(gòu)成U型；[0017]所述第二微帶諧振器的組成包括第五微帶，其中第五微帶的第一側(cè)分別與所述第二微帶的第二側(cè)和第四微帶的第二側(cè)垂直連接，朝向和第一微帶以及第三微帶相同。[0018]優(yōu)選的，所述第一射頻開關(guān)SWl的第二側(cè)與第一微帶的第二側(cè)連接，所述第二射頻開關(guān)SW2的第二側(cè)與第三微帶的第二側(cè)連接。[0019]優(yōu)選的，所述第一端口饋線與第一微帶平行且相鄰，第一端口饋線與第一微帶之間構(gòu)成第一耦合間隙7；[0020]所述第二端口饋線與第三微帶平行且相鄰，第二端口饋線與第三微帶之間構(gòu)成第二耦合間隙8。[0021]優(yōu)選的，所述第一微帶的第二側(cè)、第三微帶的第二側(cè)、第一端口饋線的第一側(cè)、第二端口饋線的第一側(cè)位于同一水平線上，且第五微帶的長度長于第一微帶和第三微帶的長度。[0022]優(yōu)選的，所述第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2的開關(guān)狀態(tài)均通過控制射頻開關(guān)的供電電壓實現(xiàn)控制。[0023]優(yōu)選的，所述第一耦合間隙7和所述第二耦合間隙8的距離均為S1=0.3mm。[0024]優(yōu)選的，所述輸入端口饋線頭portl、輸出端口饋線頭port2的端口均為50歐姆的匹配阻抗，其長度和寬度均為L4=2mm和W4=4.5mm。[0025]優(yōu)選的，所述第一端口饋線和第二端口饋線的長度和寬度均為L1=21.7mm和W3=0.5mmο[0026]優(yōu)選的，所述第一微帶、第三微帶的長度均為L2=12.2_，所述第二微帶、第四微帶的長度均為S2=4.55mm，所述第一微帶、第三微帶、第二微帶、第四微帶的寬度均為W2=1mm，所述第五微帶的長度為L3=20mm、寬度為W1=0.5mm。[0027]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:[0028]1、本發(fā)明在諧振器使用射頻開關(guān)，可以靈活控制濾波器在帶通濾波器和帶阻濾波器之間進行切換。[0029]2、本發(fā)明公開的濾波器設(shè)計方案中帶通濾波器和帶阻濾波器的中心頻率一致。[0030]3、由于濾波器為微帶結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕、成本低、適合工業(yè)批量生產(chǎn)，所以濾波器具備結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點?！緦＠綀D】【附圖說明】[0031]圖1是本發(fā)明中一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0032]圖2是本發(fā)明中第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2打開時濾波器切換為帶通濾波器的等效電路圖；[0033]圖3是本發(fā)明中第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2閉合時濾波器切換為帶阻濾波器的等效電路圖；[0034]圖4是本發(fā)明中一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器的尺寸圖；[0035]圖5是射頻開關(guān)SWl和SW2的ADS模型；[0036]圖6是本發(fā)明中公開的帶通濾波器的散射參數(shù)仿真結(jié)果圖；[0037]圖7是本發(fā)明中公開的帶阻濾波器的散射參數(shù)仿真結(jié)果圖；[0038]圖中，附圖標(biāo)記為:1_雙面履銅微帶板，2-第二微帶諧振器(第五微帶)，3-第一微帶諧振器，3-1-第一微帶,3-2-第二微帶,4-第一端口饋線,5-第二端口饋線,6-第三微帶諧振器，6-1-第三微帶，6-2-第四微帶，7-第一耦合間隙，8-第二耦合間隙。【具體實施方式】[0039]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0040]實施例[0041]本實施例提出的可切換的平面帶通-帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖和尺寸圖分別如圖1和圖4所示，該可切換的平面帶通-帶阻濾波器整體制作在雙面覆銅的介質(zhì)基板上，使用機械刻制、激光刻制、電路板腐蝕等技術(shù)均可容易地制作。[0042]雙面覆銅微帶板I的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭portl、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線4、第二端口饋線5、第一微帶諧振器3、第二微帶諧振器2、第三微帶諧振器6、第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)Sff2,Vsffl和Vsw2是SWl和SW2的供電電壓，該雙面覆銅微帶板I的另一面為覆銅接地。輸入端口饋線頭portl、輸出端口饋線頭port2的端口均為50歐姆的匹配阻抗。[0043]當(dāng)?shù)谝簧漕l開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2打開時，濾波器切換為帶通濾波器，其等效電路圖如圖2所示，其中第一微帶諧振器3、第二微帶諧振器2、第三微帶諧振器6為帶通濾波器的多模諧振器；當(dāng)?shù)谝簧漕l開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2閉合時，濾波器為帶阻濾波器，其等效電路圖如圖3所示，其中第二微帶諧振器2為帶阻濾波器的枝節(jié)，第一微帶諧振器3、第三微帶諧振器6為帶阻濾波器的主諧振器。[0044]如圖1中的可切換的平面帶通-帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖，還可看出，第一諧振器、第三諧振器以第二諧振器為中心線對稱設(shè)置，第一端口饋線、第二端口饋線分別對稱設(shè)置在第一諧振器、第三諧振器的外側(cè)；[0045]第一端口饋線的第一側(cè)與輸入端饋線頭portl垂直連接,第二端口饋線的第一側(cè)與輸出端饋線頭port2垂直連接；[0046]第一射頻開關(guān)SWl的第一側(cè)與第一端口饋線的第一側(cè)連接，同時與輸入端口饋線頭portl朝向相反,第一射頻開關(guān)SWl的第二側(cè)與第一微帶諧振器連接；[0047]第二射頻開關(guān)SW2的第一側(cè)與第二端口饋線的第一側(cè)連接，同時與輸出端口饋線頭port2朝向相反,第二射頻開關(guān)SW2的第二側(cè)與第三微帶諧振器連接。[0048]其中，第一微帶諧振器的組成包括第一微帶(3-1)和第二微帶(3-2)，其中第一微帶的第一側(cè)和第二微帶的第一側(cè)垂直連接成L型；[0049]所述第三微帶諧振器的組成包括第三微帶￠-1)和第四微帶￠-2)，其中第三微帶的第一側(cè)和第四微帶的第一側(cè)垂直連接成反L型；[0050]所述第二微帶的第二側(cè)和第四微帶的第二側(cè)直線連接，所述第一微帶諧振器和所述第三微帶諧振器共同構(gòu)成U型；[0051]所述第二微帶諧振器的組成包括第五微帶，其中第五微帶的第一側(cè)分別與所述第二微帶的第二側(cè)和第四微帶的第二側(cè)垂直連接，朝向和第一微帶以及第三微帶相同。[0052]在本實施例中，限定第一微帶的第二側(cè)、第三微帶的第二側(cè)、第一端口饋線的第一偵U、第二端口饋線的第一側(cè)位于同一水平線上，且第五微帶的長度長于第一微帶和第三微帶的長度。[0053]在本實施例中，還將第一射頻開關(guān)SWl以及第二射頻開關(guān)SW2與第一微帶諧振器以及第三微帶諧振器的連接關(guān)系再具體明確限定一下，由于第一微帶諧振器的組成是由第一微帶的第一側(cè)和第二微帶的第一側(cè)垂直連接成L型，第三微帶諧振器的組成是由第三微帶的第一側(cè)和第四微帶的第一側(cè)垂直連接成反L型，因此限定第一射頻開關(guān)SWl的第二側(cè)與第一微帶的第二側(cè)連接，第二射頻開關(guān)SW2的第二側(cè)與第三微帶的第二側(cè)連接。[0054]如圖1中的可切換的平面帶通-帶阻濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖所示，其中第一端口饋線與第一微帶平行且相鄰，第一端口饋線與第一微帶之間構(gòu)成第一耦合間隙7;第二端口饋線與第三微帶平行且相鄰，第二端口饋線與第三微帶之間構(gòu)成第二耦合間隙8。[0055]本實施例中可切換的平面帶通-帶阻濾波器的外部品質(zhì)因素可以通過改變端口饋線的長度、饋線和諧振器間的耦合間隙的距離進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。[0056]使用仿真軟件AdvancedDesignSystem對濾波器進行仿真,本實施例設(shè)計的濾波器使用的微帶基板的相對介電常數(shù)為2.55，介質(zhì)高度為0.8，濾波器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為=L1=21.6mm，L2=12.2mm，L3=20mm，L4=4.5mm，W1=0.5mm,W2=1mm，W3=0.5mm，W4=2mm，S1=0.3mm,S2=4.65mm。[0057]圖5是使用的射頻開關(guān)SWl和SW2的ADS模型，第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2的開關(guān)狀態(tài)均通過控制射頻開關(guān)的供電電壓實現(xiàn)控制，其中Rm=2.53Ω，Lon=1.09nH,Cp=0.22pF,Coff=45fF。Vsm和Vsw2是SWl和SW2的供電電壓，當(dāng)Vswi和VSW2〈1.5v時開關(guān)為打開狀態(tài)，切換為帶通濾波器；當(dāng)Vswi和VSW2>3.5v時，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，切換為帶阻濾波器。[0058]圖6顯示了Vswi和VSW2〈1.5v時，即開關(guān)打開時濾波器的散射參數(shù)仿真結(jié)果，此時的濾波器為帶通濾波器，其中心頻率為2.5GHz。橫軸表示本發(fā)明中微帶濾波器的信號頻率，縱軸表示濾波器的回波損耗(S11)，回波損耗表示該端口信號的輸入功率與信號的反射功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)如下:反射功率/入射功率==20*log|Sn|。圖6還顯示了不同通孔直徑下濾波器的插入損耗(S12)仿真結(jié)果，插入損耗表示一個信號的輸入功率與另一個端口信號的輸出功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)為:輸出功率/輸入功率(dB)=20*logS121ο[0059]圖7顯示了Vswi和VSW2>3.5v時，即開關(guān)閉合時濾波器的散射參數(shù)仿真結(jié)果，此時的濾波器為帶阻濾波器，從圖中可知，其中心頻率與帶通濾波器一致。[0060]本發(fā)明的實施例中公開的濾波器使用了射頻開關(guān)(RFMEMSswitch)，可以方便地使濾波器在帶通濾波器與帶阻濾波器之間進行切換，并通過設(shè)計使帶通濾波器和帶阻濾波器的中心頻率位于同一頻率。[0061]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)?！緳?quán)利要求】1.一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，以印刷電路板的方式制作在雙面覆銅微帶板(I)上，其特征在于:所述雙面覆銅微帶板(I)的同一面上分別制作有用于輸入電磁波信號的輸入端饋線頭portl、用于輸出電磁波信號的輸出端饋線頭port2、第一端口饋線(4)、第二端口饋線(5)、第一微帶諧振器(3)、第二微帶諧振器(2)、第三微帶諧振器(6)、第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2，該雙面覆銅微帶板(I)的另一面為覆銅接地板；其中，第一諧振器、第三諧振器以第二諧振器為中心線對稱設(shè)置，第一端口饋線、第二端口饋線分別對稱設(shè)置在第一諧振器、第三諧振器的外側(cè)；第一端口饋線的第一側(cè)與輸入端饋線頭portl垂直連接,第二端口饋線的第一側(cè)與輸出端饋線頭port2垂直連接；第一射頻開關(guān)SWl的第一側(cè)與第一端口饋線的第一側(cè)連接，同時與輸入端口饋線頭portl朝向相反,第一射頻開關(guān)SWl的第二側(cè)與第一微帶諧振器連接；第二射頻開關(guān)SW2的第一側(cè)與第二端口饋線的第一側(cè)連接，同時與輸出端口饋線頭port2朝向相反,第二射頻開關(guān)SW2的第二側(cè)與第三微帶諧振器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一微帶諧振器的組成包括第一微帶(3-1)和第二微帶(3-2)，其中第一微帶的第一側(cè)和第二微帶的第一側(cè)垂直連接成L型；所述第三微帶諧振器的組成包括第三微帶(6-1)和第四微帶￠-2)，其中第三微帶的第一側(cè)和第四微帶的第一側(cè)垂直連接成反L型；所述第二微帶的第二側(cè)和第四微帶的第二側(cè)直線連接，所述第一微帶諧振器和所述第三微帶諧振器共同構(gòu)成U型；所述第二微帶諧振器的組成包括第五微帶，其中第五微帶的第一側(cè)分別與所述第二微帶的第二側(cè)和第四微帶的第二側(cè)垂直連接，朝向和第一微帶以及第三微帶相同。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一射頻開關(guān)SWl的第二側(cè)與第一微帶的第二側(cè)連接，所述第二射頻開關(guān)SW2的第二側(cè)與第三微帶的第二側(cè)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一端口饋線與第一微帶平行且相鄰，第一端口饋線與第一微帶之間構(gòu)成第一耦合間隙(7)；所述第二端口饋線與第三微帶平行且相鄰，第二端口饋線與第三微帶之間構(gòu)成第二耦合間隙⑶。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一微帶的第二側(cè)、第三微帶的第二側(cè)、第一端口饋線的第一側(cè)、第二端口饋線的第一側(cè)位于同一水平線上，且第五微帶的長度長于第一微帶和第三微帶的長度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一射頻開關(guān)SWl和第二射頻開關(guān)SW2的開關(guān)狀態(tài)均通過控制射頻開關(guān)的供電電壓實現(xiàn)控制。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一耦合間隙(7)和所述第二耦合間隙⑶的距離均為S1=0.3mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述輸入端口饋線頭portl、輸出端口饋線頭port2的端口均為50歐姆的匹配阻抗，其長度和寬度均為L4=2mm和W4=4.5mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一端口饋線和第二端口饋線的長度和寬度均為L1=21.7mm和W3=0.5mm。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可切換的平面帶通-帶阻濾波器，其特征在于:所述第一微帶、第三微帶的長度均為L2=12.2mm,所述第二微帶、第四微帶的長度均為S2=4.55mm,所述第一微帶、第三微帶、第二微帶、第四微帶的寬度均為W2=Imm,所述第五微帶的長度為L3=20臟、寬度為W1=0.5mm?！疚臋n編號】H01P1/203GK104409811SQ201410717450【公開日】2015年3月11日申請日期:2014年11月26日優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日【發(fā)明者】陳付昌,李潤鑠,涂治紅,褚慶昕申請人:華南理工大學(xué)