多頻帶可調諧微帶帶通濾波器的製造方法
2023-07-27 04:31:16
多頻帶可調諧微帶帶通濾波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種多頻帶可調諧微帶帶通濾波器。該濾波器包括三層結構：正面的金屬微帶線、中間的介質板層及輸入輸出埠和接地金屬通孔、以及介質板材反面的金屬鍍層。所述的金屬微帶線是由一個半波長均勻阻抗線諧振器和開環雙模諧振器組成對稱結構的諧振器，兩個諧振器共用輸入輸出耦合線，開環雙模諧振器末端與接地金屬通孔之間加載變容二極體，構成可調諧的結構。本濾波器結構緊湊，通帶內插入損耗低，通帶邊沿陡峭、選擇性高，且滿足濾波器小型化的發展趨勢。
【專利說明】多頻帶可調諧微帶帶通濾波器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種多頻帶可調諧微帶帶通濾波器，屬於無線通信系統領域，在實現三個通帶可調的同時，具有高帶外抑制度，並且滿足小型化特徵。
【背景技術】
[0002]目前通信系統的應用頻段均聚集在射頻及微波頻段低頻段，這使得頻譜資源特別擁擠。為了提高系統容量和避免系統及相鄰信道間的幹擾，在通信系統中設置能同時工作的多個通信頻段顯得十分必要。然而要實現雙頻或多頻段通信，每一個頻段都需要獨立的射頻前端元件，這使得整個系統體積和功耗較大，成本較高。若能將射頻前端元件設計成雙頻段或多頻段形式，則可以大大降低系統的體積、成本及功耗，增強其可靠性，促進通信系統向小型化、高集成度發展。
[0003]在現代無線通訊系統中，電調諧濾波器在接收機中位於天線與混頻器之間，其作用是從天線所接收到的大量頻譜中選出有用的信號，抑制有害的幹擾頻譜，從而提高接收機的信噪比。多頻帶可調諧濾波器可以使單一的設備有能力覆蓋不同頻段支持不同的通信標準，因而可以滿足未來移動通信寬頻帶覆蓋的要求。本發明基於電調諧濾波器技術，設計了一種三頻帶可調諧的帶通濾波器，其帶外抑制度較高，結構緊湊，便於系統集成，滿足了現代無線通信小型化、高性能的要求。通過引入源與負載之間的耦合，在加載電壓較低時增加了額外的有限頻率傳輸零點，改善了濾波器的衰減特性。
【發明內容】
[0004]本發明濾波器的目的在於針對傳統的多頻段系統體積大、系統成本高，且由多路單頻段濾波器組成的濾波器組，信號處理頻段單一的缺點，提供了一種多頻帶可調諧的帶通濾波器。通過引入輸入輸出耦合在加載電壓較低時增加了帶外傳輸零點，第一和第三通帶內中心頻率實現了 760MHz和800MHz可調，且濾波器結構緊湊，實現了濾波器的小型化。
[0005]為達到上述目的，本發明的構思是：
(I)在傳統微帶開環諧振器的基礎上，在其內部添加Ψ型節，使其實現雙模諧振，通過改變兩種模式頻率調節通帶頻率達到可調的效果。
[0006](2)開環雙模諧振器的微帶線末端添加變容二極體，改變直流偏置電路反向偏壓，使其電容變化從而改變諧振器的電長度達到可調的目的。
[0007](3)利用傳統的均勻阻抗諧振器（UIR)的摺疊型結構，將其與開環雙模諧振器共用輸入輸出耦合線，獨立調節開環雙模諧振器的諧振頻率，達到異步調節的目的。
[0008](4)本發明採用如下的介質板材料：介質基板選用介電常數為=2. 2，厚度h-Q. 508mm。
[0009](5)電路板共分三層，即正面為金屬微帶線結構，中間是介質板層及輸入輸出埠，介質板材背面為一層金屬鍍層，其中輸入輸出埠處焊接兩個SMA接頭，用於實際測量。正面金屬微帶線結構是由一個均勻阻抗阻抗線、開環雙模諧振器以及輸入輸出耦合線組成，開環雙模諧振器末端添加變容二極體，通過改變偏置電壓達到頻率可調的目的。
[0010]根據上述發明構思，本發明採用下述技術方案：
一種多頻帶可調諧微帶帶通濾波器包括三層結構：正面的金屬微帶線、中間的介質板層及輸入輸出埠和接地金屬通孔、以及介質板材反面的金屬鍍層。所述的金屬微帶線是由一個半波長均勻阻抗線諧振器和開環雙模諧振器組成對稱結構的諧振器，兩個諧振器共用輸入輸出耦合線，開環雙模諧振器末端與接地金屬通孔之間加載變容二極體，構成可調諧的結構。
[0011]所述開環雙模諧振器是由一個開口平方環諧振器中間加載Ψ形開路短截線組成，結構對稱，產生兩種模式的諧振頻率，故可用奇偶模理論進行分析。所述半波長均勻阻抗線諧振器採用彎折形結構，滿足小型化的需求。所述輸入輸出耦合是開環雙模諧振器與半波長均勻阻抗線共用一個輸入輸出耦合線，通過縫隙耦合饋電，在加載電壓較低時增加了額外的有限頻率傳輸零點，改善了濾波器的衰減特性。
[0012]所述偏置電路利用變容二極體，在開環雙模諧振器上加載1000pF的電容以及阻值為IOk Ω的電阻，而在枝節末端加載變容二極體，如變容二極體BB857，電壓變化在
7.5-15V時。其中在開口環末端加兩個相同的變容二極體，電容變化在O. 7-1. 5pF，而在Ψ型節末端加一個變容二極體，容值變化在O. 4-0. 9pF。
[0013]所述介質板 層為介電常數^ = 2J2的介質板，該介質板厚度h=0. 508mm。
[0014]所述金屬微帶線和反面部分的金屬鍍層可以是導電性能較好的金屬材料，如金、或銀、或銅。
[0015]本發明與現有技術比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：
I.本發明濾波器採用開環雙模諧振器結構，通過在開口環中間加Ψ型節，使諧振器的結構更加緊湊，簡化了設計的複雜度，滿足了現代濾波器設計小型化的要求。
[0016]2.通過偏置電路的添加，調節電壓改變變容二極體的電容值從而實現通帶可調，具有調諧速度快，調諧頻率範圍寬，調試方便，成本低等優點。
[0017]3.通過引入輸入輸出耦合，在加載電壓較低時增加了額外的有限頻率傳輸零點，提高了濾波器的頻率選擇性。
[0018]4.在開環雙模諧振器末端添加變容二極體，實現兩個通帶頻率的可調，而由均勻阻抗線諧振引起的通帶頻率可以保持不變。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖I是多通帶可調諧微帶帶通濾波器的結構示意圖。
[0020]圖2是多通帶可調諧微帶帶通濾波器上層金屬微帶線的結構示意圖。
[0021 ] 圖3是變容二極體示意圖。
[0022]圖4是本發明多通帶可調諧微帶帶通濾波器的整體結構示意圖 圖5是電壓為15V時微帶濾波器的頻率響應示意圖。
[0023]圖6是電壓在7. 5-15V之間可調時，微帶濾波器的Sll示意圖。
[0024]圖7是電壓在7. 5-15V之間可調時，微帶濾波器的S21示意圖。
【具體實施方式】[0025]下面結合附圖對本發明的一個優選實施例作詳細說明：
實施例一：
參見圖1，多通帶可調諧微帶帶通濾波器包括三層結構：正面的金屬微帶線（I)、中間的介質板層（2)及輸入輸出埠（3、4)和接地金屬通孔（5)，以及介質板材反面的金屬鍍層。所述的金屬微帶線是：由一個半波長均勻阻抗線諧振器（1-1)和開環雙模諧振器（1-2)組成對稱結構的諧振器，故可用奇偶模理論進行分析，兩個諧振器共用輸入輸出耦合線，開環雙模諧振器末端與接地金屬通孔（5)之間加載變容二極體，構成可調諧的結構。
[0026]實施例二 ：
本實施例與實施例一基本相同，正面的金屬微帶線如圖2，特別之處是：所述開環雙模諧振器是由一個開口平方環諧振器（I)中間加載Ψ形開路短截線（2)組成，其結構對稱，產生兩種模式的諧振頻率。所述半波長均勻阻抗線（3)諧振器採用彎折形結構，減小了濾波器的面積，滿足小型化的需求。所述輸入輸出耦合線（4)通過縫隙耦合饋電，在加載電壓較低時增加了額外的有限頻率傳輸零點，改善了濾波器的衰減特性。所述介質板層為介電常
數&^ = 2.2的介質板,該介質板厚度h =0. 508mm。
[0027]實施例三：
本實施例與實施例二基本相同，特別之處是在開環雙模諧振器與接地金屬通孔之間加載變容二極體（圖3)，通過直流偏置電路給變容二極體加載反向偏壓，改變奇偶模的諧振頻率達到帶通濾波器中心頻率和帶寬可調的目的。
[0028]圖4是本實施例的結構示意圖，經過設計、仿真和優化，最終確定該多通帶可調帶通濾波器的具體尺寸如下：
Ll=8. 0mm，L2=7. 75mm，L3=7. 6mm，L4=6. 1mm，L5=l. 6mm，L6=0. 8mm，
Wl=3. 3mm, W2=4. 32mm, W3=3. 75mm, W4=2. 75mm，W5=4. 0mm，W6=2. 8mm，
Dl=O. 3mm，D2=0. 25mm，D3=0. 6mm，D4=0. 3mm，D5=0. 4mm，d=0. 508mm，
r=0. 4mm
基於上述方法設計了中心頻率為2. 68GHz/4. 66GHz/5. 88GHz的三頻帶帶微帶濾波器，通過電磁仿真軟體Sonnet進行仿真,調試。
[0029]圖5顯示了電壓為15V時，微帶濾波器的仿真結果。
[0030]圖6和圖7分別顯示了電壓在7. 5-15V之間可調時，微帶濾波器的Sll和S21仿真結果。仿真結果表明
(I)該濾波器實現了三頻帶的響應特性，且第一頻帶和第三頻帶都實現了可調，第二頻帶的中心頻率和帶寬始終保持不變。
[0031](2)加載電壓較低時在第一頻帶與第二頻帶之間有一個傳輸零點，通帶截止邊沿陡峭，通帶內插損較低，選擇性好。
[0032](3)第一頻帶中心頻率的可調範圍在2. lGHz-2. 86GHz可調，第三頻帶中心頻率在
5.3GHz-6. IGHz範圍內可調。隨著頻率升高，各頻帶的絕對帶寬逐漸變寬。
[0033](4)微帶結構簡單，尺寸也得到小型化，印刷簡易，材料損耗相對較小。
【權利要求】
1.一種多頻帶可調諧微帶帶通濾波器，包括三層結構：正面的金屬微帶線（1)、中間的介質板層（2)及輸入輸出埠（3、4)和接地金屬通孔（5)、以及介質板材反面的金屬鍍層，其特徵在於：所述的金屬微帶線（1)是由一個半波長均勻阻抗線諧振器（1-1)和開環雙模諧振器（1-2)組成對稱結構的諧振器，兩個諧振器（1-1、1-2)共用輸入輸出耦合線（1-3)，開環雙模諧振器（1-2)末端與接地金屬通孔（5)之間加載變容二極體，構成可調諧的結構。
2.根據權利要求I所述的多頻帶可調諧微帶帶通濾波器，其特徵在於：所述開環雙模諧振器（1-2)是由一個開口平方環諧振器中間加載Ψ形開路短截線組成，其結構對稱，產生兩種模式的諧振頻率；所述半波長均勻阻抗線諧振器（1-1)採用彎折型結構，減小了濾波器的面積，滿足小型化的需求；所述輸入輸出耦合線（1-3)通過縫隙耦合饋電，在加載電壓較低時產生額外的有限頻率傳輸零點，改善了濾波器的衰減特性。
3.根據權利要求I所述的多頻帶可調諧微帶帶通濾波器，其特徵在於：所述開環雙模諧振器（1-2)與接地金屬通孔（5)之間加載變容二極體，通過直流偏置電路給變容二極體加載反向偏壓，改變奇偶模的諧振頻率達到帶通濾波器中心頻率和帶寬可調的目的。
4.根據權利要求I所述的多頻帶可調諧微帶帶通濾波器，其特徵在於：所述介質板層(2)為介電常數A = 2.2的介質板,該介質板厚度h =0. 508mm。
【文檔編號】H01P1/203GK104037477SQ201410223931
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月26日 優先權日:2014年5月26日
【發明者】李國輝, 鑑浩, 王煥英, 李偉 申請人:上海大學