本發(fā)明涉及基于變?nèi)荻O管的可調(diào)濾波器領(lǐng)域，具體涉及一種基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器
背景技術(shù)：
：隨著射頻系統(tǒng)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)正在朝著全可調(diào)，多目標(biāo)的方向邁進(jìn)，可調(diào)濾波器作為可重構(gòu)無線系統(tǒng)中的重要組成部分，其發(fā)展便發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。由于可調(diào)濾波器在電子測(cè)量，軍事應(yīng)用，多功能接收機(jī)和動(dòng)態(tài)頻譜收集等方面的廣泛應(yīng)用，受到了廣泛關(guān)注。實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的方法有半導(dǎo)體,射頻MEMS,BST薄膜可調(diào)電容，和變?nèi)荻O管等技術(shù)。變?nèi)荻O管由于其調(diào)諧速度快，成本低，近年來受到了科研人員的廣泛關(guān)注。近年來，許多學(xué)者都在致力于研究具有良好的頻率調(diào)節(jié)、高頻率選擇性和帶寬控制的的可調(diào)濾波器，如文獻(xiàn)1(TangCW,TsengCT,ChangSC.ATunableBandpassFilterWithModifiedParallel-CoupledLine[J].IEEEMicrowave&WirelessComponentsLetters,2013,23(4):190-192.”)，以及文獻(xiàn)2(“Varactor-tunedmicrostripbandpassfilterswithdifferentpassbandcharacteristics”)中都比較詳細(xì)地介紹了幾種可調(diào)濾波器的結(jié)構(gòu)，以往設(shè)計(jì)的可調(diào)濾波器結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)有：(1)帶寬調(diào)節(jié)范圍受限；(2)調(diào)節(jié)過程中，濾波器性能不穩(wěn)定；(3)變?nèi)荻O管引入寄生參數(shù)，引起不必要的諧振，電源增大了電路體積。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器，包括上層微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)板和下層接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板上表面，接地金屬附著在中間層介質(zhì)基板的下表面；該上層微帶結(jié)構(gòu)中可調(diào)濾波器整體為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中第一端口、第二端口，兩條50歐姆的微帶線分別與對(duì)應(yīng)的兩個(gè)端口相連，該兩條50歐姆的微帶線分別為第一微帶線、第二微帶線；其中第一端口位于介質(zhì)基板的一側(cè)，第二端口位于介質(zhì)基板對(duì)稱的另外一側(cè)，兩條微帶線位于同一直線上。第一端口通過第一微帶線與第一平行耦合線的一端相連，所述第一平行耦合線在同一根傳輸線上的另一端與第一開路傳輸線的一端相連，所述第一平行耦合線另一根傳輸線上的一端與第三開路傳輸線一端相連，第一平行耦合線另一根傳輸線的另一端為開路；第二端口通過第二傳輸線與第二平行耦合線的一端相連，所述第二平行耦合線在同一根傳輸線上的另一端與第二開路傳輸線的一端相連，所述第二平行耦合線另一根傳輸線上的一端與第三開路傳輸線一端相連；第一隔直電容嵌在第一微帶線中，第二隔直電容嵌在第二微帶線中；第一電容一端接在第三開路傳輸線終端，另一端通過第一短微帶線與第一變?nèi)莨芟噙B，第一變?nèi)莨芰硪欢伺c第一接地微帶線相連，第一接地微帶線遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第一短路接地通孔，第一短微帶線同時(shí)通過第一電阻與第一電源微帶線相連；第二電容一端接在第一開路傳輸線終端，另一端通過第二短微帶線與第二變?nèi)莨芟噙B，第二變?nèi)莨芰硪欢伺c第二接地微帶線相連，第二接地微帶線遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第二短路接地通孔，第二短微帶線同時(shí)通過第二電阻與第二電源微帶線相連；第三電容一端接在第三開路傳輸線終端，另一端通過第三短微帶線與第三變?nèi)莨芟噙B，第三變?nèi)莨芰硪欢伺c第三接地微帶線相連，第三接地微帶線遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第三短路接地通孔，第三短微帶線同時(shí)通過第三電阻與第三電源微帶線相連。第一平行耦合線的正中間加載第四變?nèi)莨埽銎叫旭詈暇€開路端通過第四電阻與第四電源微帶線相連，所述第一平行耦合線與第一傳輸線相連的那端通過第五電阻與第四接地微帶線相連，第四接地微帶線遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第四短路接地通孔；第二平行耦合線的正中間加載第五變?nèi)莨?，所述第二耦合線開路端通過第六電阻與第五電源微帶線相連，所述平行耦合線與第二傳輸線相連的那端通過第七電阻與第五接地微帶線相連，第七微帶線遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第五短路接地通孔。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明基于中間加載變?nèi)莨艿乃姆种徊ㄩL(zhǎng)平行耦合線，通過調(diào)節(jié)耦合線長(zhǎng)度、寬度、耦合間距等參量可以方便地調(diào)節(jié)耦合系數(shù)，外部品質(zhì)因數(shù)以及帶寬等參數(shù)。(2)在加載的調(diào)節(jié)耦合的變?nèi)莨芎驼{(diào)節(jié)諧振的變?nèi)莨艿墓餐饔孟?，可以?shí)現(xiàn)左右兩邊帶獨(dú)立可調(diào)。(3)本發(fā)明在一段寬頻范圍內(nèi)，上阻帶的抑制幅度可達(dá)40dB，具有良好的阻帶抑制效果。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說明圖1為本發(fā)明基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為加載電容管的平行耦合線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器的仿真結(jié)果圖，其中圖3a是固定第二變?nèi)莨芎偷谌內(nèi)莨艿碾娙葜礐v2和第一變?nèi)莨艿碾娙葜礐v3，調(diào)節(jié)第四變?nèi)莨芎偷谖遄內(nèi)莨艿碾娙葜礐v1的仿真特性；圖3b所示是固定Cv1和Cv3，調(diào)節(jié)第Cv2的仿真特性；圖3c所示是固定Cv1和Cv2，調(diào)節(jié)第Cv3的仿真特性。具體實(shí)施方式結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器，包括上層微帶結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)板和下層接地金屬；上層微帶結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板上表面，接地金屬附著在中間層介質(zhì)基板的下表面；該上層微帶結(jié)構(gòu)中可調(diào)濾波器的第一端口P1和第二端口P2位于介質(zhì)基板的上層，所述第一端口P1位于介質(zhì)基板的一側(cè)，所述第二端口P2位于介質(zhì)基板的另外一側(cè)；兩條50歐姆的微帶線分別與對(duì)應(yīng)的兩個(gè)端口相連，這兩條50歐姆的微帶線分別為第一微帶線1和第二微帶線2，所述兩條微帶線位于同一直線上；所述第一端口P1通過第一微帶線1與第一平行耦合線3的一端相連，所述第一平行耦合線3在同一根傳輸線上的另一端與第一開路傳輸線5的一端相連，所述第一平行耦合線3另一根傳輸線的一端與第三開路傳輸線7的一端相連，第一平行耦合線3另一根傳輸線的另一端為開路；所述第二端口P2通過第二傳輸線2與第二平行耦合線4的一端相連，所述第二平行耦合線4在同一根傳輸線上的另一端與第二開路傳輸線6的一端相連，所述第二平行耦合線4另一根傳輸線上的一端與第三開路傳輸線7一端相連，第二平行耦合線4另一根傳輸線的另一端為開路；所述第一隔直電容8嵌在第一微帶線1中，第二隔直電容9嵌在第二微帶線2中，第一電容10一端接在第三開路傳輸線7終端，另一端通過第一短微帶線23與第一變?nèi)莨?2相連，第一變?nèi)莨?2另一端與第一接地微帶線27相連，第一接地微帶線27遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第一短路接地通孔30，第一短微帶線23同時(shí)通過第一電阻17與第一電源微帶線26相連；第二電容11一端接在第一開路傳輸線5終端，另一端通過第二短微帶線24與第二變?nèi)莨?0相連，第二變?nèi)莨?0另一端與第二接地微帶線28相連，第二接地微帶線28遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第二短路接地通孔31，第二短微帶線24同時(shí)通過第二電阻15與第二電源微帶線29相連；第三電容12一端接在第二開路傳輸線6終端，另一端通過第三短微帶線25與第三變?nèi)莨?1相連，第三變?nèi)莨?1另一端與第三接地微帶線32相連，第三接地微帶線32遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第三短路接地通孔34，第三短微帶線25同時(shí)通過第三電阻16與第三電源微帶線33相連；所述第一平行耦合線3的正中間加載第四變?nèi)莨?8，所述平行耦合線開路端通過第四電阻13與第四電源微帶線41相連，所述第一平行耦合線3與第一傳輸線相連的那端通過第五電阻35與第四接地微帶線39相連，第四接地微帶線39遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第四短路接地通孔40；第二平行耦合線4的正中間加載第五變?nèi)莨?9，所述第二平行耦合線開路端通過第六電阻14與第五電源微帶線42相連，該平行耦合線與第二傳輸線相連的那端通過第七電阻36與第五接地微帶線37相連，第五接地微帶線37遠(yuǎn)離電路中心的末端設(shè)置一個(gè)第五短路接地通孔38。所述整個(gè)電路呈左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)稱的中心線為第三開路傳輸線7的中心線，具體為：第一端口P1與第二端口P2左右對(duì)稱分布，對(duì)應(yīng)的第一微帶線1與第二微帶線2左右對(duì)稱分布，第一平行耦合線3與第二平行耦合線4左右對(duì)稱分布，第一開路傳輸線5和第二開路傳輸線6左右對(duì)稱分布，第一隔直電容8與第二隔直電容9左右對(duì)稱分布，微帶線41和微帶線42，第五電阻13和第六電阻14，第五電阻35和第七電阻36，第二接地傳輸線39和第三接地傳輸線37，第四接地通孔40和第五接地通孔38，第二接地通孔31和第三接地通孔34，第二接地傳輸線28和第三接地傳輸線32，第二變?nèi)莨?0和第三變?nèi)莨?1，第二短傳輸線24和第三傳輸線25，第二電容11和第三電容12，第二電阻15和第三電阻16，第二電源傳輸線29和第三電源傳輸線33分別都呈左右對(duì)稱分布。所述兩條50歐姆的微帶線具有同等的長(zhǎng)度和寬度，五個(gè)短路接地通孔[30，31，34，38，40]具有相等的直徑，第一開路傳輸線5和第二開路傳輸線6的寬度相等，第一平行耦合線3和第二平行耦合線4之間的耦合間距相同均為0.15～0.4mm，第一平行耦合線3和第二平行耦合線4長(zhǎng)度和寬度也均相同。所述第一平行耦合線3、第二平行耦合線4、第一開路傳輸線5和第二開路傳輸線6、第三開路傳輸線7的長(zhǎng)度均為該平衡濾波器通帶中心頻率波長(zhǎng)的四分之一，所述第一平行耦合線3、第二平行耦合線4、第一開路傳輸線5、第二開路傳輸線6、第三開路傳輸線7、第一傳輸線1、第二傳輸線2的寬度均為0.15-15mm，所述第一平行耦合線3、第二平行耦合線4的耦合間距均為0.15-0.6mm。所述第一平行耦合線3、第二平行耦合線4的寬度均為1.77mm，所述第一開路傳輸線5和第二開路傳輸線6的寬度均為3.6mm，所述第三開路傳輸線7的寬度為14mm，所述第一傳輸線1和第二傳輸線2的寬度為2.9mm，所述第一平行耦合線3、第二平行耦合線4的耦合間距均為0.4mm。所述兩個(gè)隔直電容的容值相同均為20pF～150pF，所述第一電容10，第二電容11和第三電容12的容值相同均為0.5pF～1pF，所述七個(gè)電阻的阻值相同均為100Ω～100kΩ。所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2～16，介質(zhì)基板的高度為0.1～4mm。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器，兩個(gè)對(duì)稱的平行耦合線相連，端口接入半波長(zhǎng)開路傳輸線，通過在平行耦合線之間加載變?nèi)莨?，控制耦合系?shù)，在開路傳輸線終端加載變?nèi)莨苷{(diào)節(jié)諧振零點(diǎn)，控制帶寬，三個(gè)變?nèi)莨芟嗷オ?dú)立共同作用，實(shí)現(xiàn)通帶兩邊帶獨(dú)立可調(diào)。整個(gè)介質(zhì)基板的尺寸，157.6mm*70mm*1mm，介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.65。圖1中微帶線1，2的長(zhǎng)度為21mm，寬度為2.9mm,第一平行耦合線3、第二平行耦合線4的寬度均為1.77mm，耦合間距為0.4mm，長(zhǎng)度均為51mm,第一開路傳輸線5和第二開路傳輸線6的寬度均為3.6mm，長(zhǎng)度均為54mm，第三開路傳輸線7的寬度為14mm，長(zhǎng)度為21mm.兩個(gè)隔直電容8,9的容值相同均為100pF，所述第一電容10，第二電容11和第三電容12的容值相同均為0.1pF，所述七個(gè)電阻的阻值相同均為100kΩ，第四變?nèi)莨?8，第五變?nèi)莨?9，第一變?nèi)莨?2選用的是Skyworks公司的SMV1283-040LF，第二變?nèi)莨?0，第三變?nèi)莨?1選用的是Skyworks公司的SMV1213-079LF。圖2是所述加載電容管的平行耦合線的等效原理圖，此平行耦合線中間加載變?nèi)莨?，耦合線一端加載開路枝節(jié)，開路枝節(jié)終端加載一變?nèi)莨埽渲?，θ代表開路枝節(jié)的電長(zhǎng)度以及耦合線的電長(zhǎng)度的1/2，Z1表示開路枝節(jié)的阻抗，Zoe和Zoo表示耦合線的奇偶模阻抗，其ABCD輸入矩陣可表示為：MA=M1aM1bM1aM2M3=cosθjZoe+Zoo2sinθj2(Zoe+Zoo)sinθcosθ10jωCV11cosθjZoe+Zoo2sinθj2(Zoe+Zoo)sinθcosθcosθjZ1sinθjsin2θZ1cosθ1jωCV201=ABCD]]>A=cos2θ-XZ1sin2θ-(XY14+X2Y14Z1)sin2θ+X2Y14Z1sinθ]]>B=j[(Y2+X2Y12)cos2θ-(XY1Z12+Y2XZ1)sin2θ+(X+Z1-XY1Y22-X2Y1Y24Z1)sinθcosθ+X2Y1Y22Z1sinθ-X2Y12cosθ]]]>C=j[Y12cos2θ+(1X+1Z1)sinθcosθ-XY12Z1sinθ+Y12cosθ]]]>D=-[(Y2X+Y2Z1+XY12+Y1Z12)sinθcosθ+(1-Y2Y22)cos2θ+(XY1Y22Z1-Z1X)sin2θ-Y1Z12sinθ-Y1Y22cosθ]]]>X=Zoe+Zoo2]]>Y1＝ωCV1Y2＝ωCV2根據(jù)輸入矩陣與S參數(shù)的關(guān)系：S11=A+B/Z0-CZ0-DA+B/Z0+CZ0+DS21=2A+B/Z0+CZ0+D]]>令S21＝0，便可求得諧振頻率與變?nèi)莨苤礐v的關(guān)系。圖3給出了利用所述參數(shù)設(shè)計(jì)的可調(diào)濾波器的仿真結(jié)果。圖3a所示是固定第二變?nèi)莨芎偷谌內(nèi)莨艿碾娙葜礐v2和第一變?nèi)莨艿碾娙葜礐v3，調(diào)節(jié)第四變?nèi)莨芎偷谖遄內(nèi)莨艿碾娙葜礐v1的仿真特性，圖3b所示是固定Cv1和Cv3，調(diào)節(jié)第Cv2的仿真特性,圖3c所示是固定Cv1和Cv2，調(diào)節(jié)第Cv3的仿真特性。由圖3a可知，通帶右邊帶固定，左邊帶隨著Cv1增大而左移，在,由圖3b可知，3dB通帶無大的變化，由圖3c可知，通帶左邊帶固定，右邊帶隨著Cv3增大而左移，帶寬的調(diào)節(jié)范圍從23％到104％s。在一段寬頻范圍內(nèi),上阻帶的抑制幅度可達(dá)40dB。本發(fā)明的基于平行耦合線加載的可調(diào)帶寬超寬帶帶通濾波器，兩個(gè)對(duì)稱的平行耦合線相連，端口接入半波長(zhǎng)開路傳輸線，通過在平行耦合線之間加載變?nèi)莨埽刂岂詈舷禂?shù)，在開路傳輸線終端加載變?nèi)莨苷{(diào)節(jié)諧振零點(diǎn)，控制帶寬，三個(gè)變?nèi)莨芟嗷オ?dú)立共同作用，實(shí)現(xiàn)通帶兩邊帶獨(dú)立可調(diào)。在一段寬頻范圍內(nèi)，上阻帶的抑制幅度可達(dá)40dB，具有良好的阻帶抑制效果。當(dāng)前第1頁1 2 3