一种绝对带宽恒定的电可调谐滤波器

摘要

本发明公开了一种绝对带宽恒定的电可调谐滤波器，整个电可调谐滤波器结构对称，尺寸相等。本发明电可调谐滤波器的整体结构可分为上中下三层，电可调谐滤波器的上层为微带线电路，该微带线电路包括馈线(11)、馈线(12)、谐振器一、谐振器二和直流馈电。电可调谐滤波器的中间层为介质基板，介质基板上包含多个金属化过孔。电可调谐滤波器的下层覆盖有金属铜。本发明电可调谐滤波器具有中心频率在一定范围内连续可调，并且同时保持绝对带宽恒定的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及可调滤波器领域，具体涉及一种绝对带宽恒定的电可调谐滤波器。

背景技术

滤波器是现代微波中继通信、微波卫星通信、电子对抗等系统必不可少的组成部分，同时也是最为重要、技术含量最高的微波无源器件。目前对于电可调谐滤波器的研究主要集中在中心频率的可调上，却忽略了在调谐时绝对带宽的变化。然而在实际应用中，通信系统的的带宽都是确定不变的，这就要求电可调谐滤波器能够在切换工作频率时保持绝对带宽恒定，因此研究绝对带宽恒定的电可调谐滤波器具有实际意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述背景技术的不足，满足通信设备中对电可调谐滤波器保持绝对带宽恒定不变的要求，提出了一种绝对带宽恒定的电可调谐滤波器。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种绝对带宽恒定的电可调谐滤波器，包括介质基板(1)，所述介质基板上层印刷有微带线电路，且所述介质基板下层表面设置有铜片；

所述微带线电路包括谐振器一和谐振器二，所述谐振器一和谐振器二均包括短路枝节(31)、开路枝节(41)、开路矩形贴片(51)、连接线(61)和变容管(71)，所述开路枝节(41)包括相连的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均为矩形，且第一部分的长度大于第二部分的长度，第一部分的宽度大于第二部分的宽度；

所述短路枝节(31)和开路枝节(41)分别设置在连接线(61)的两个端口，所述开路枝节(41)的第二部分与连接线(61)连接，所述短路枝节(31)和开路枝节(41)位于连接线(61)的同一侧，且所述短路枝节(31)上开设有金属化过孔(111)，且所述金属化过孔(111)贯通介质基板(1)；所述连接线(61)上连接有开路枝节(41)的端口设置有变容管(71)，所述变容管(71)一端与连接线(61)连接，所述变容管(71)另一端与开路矩形片(51)连接；所述开路矩形片(51)连接有直流馈电，所述直流馈电包括扼流电感(91)和焊盘(101)，所述开路矩形片(51)远离变容管(71)的一端与扼流电感(91)连接，所述扼流电感(91)远离开路矩形片(51)的一端与焊盘(101)连接；

所述谐振器一上的短路枝节(31)和开路枝节(41)之间设置有馈线一(11)，且所述馈线一(11)连接在谐振器一的连接线(61)上；所述谐振器二上的短路枝节(31)和开路枝节(41)之间设置有馈线二(12)，且所述馈线二(12)连接在谐振器二的连接线(61)上；

所述谐振器二和谐振器一在介质基板(1)的上层左右对称，且所述谐振器二和谐振器一均为步进阻抗谐振器。

进一步的，所述馈线一(11)为所述绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输入端口，所述馈线二(12)为所述绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输出端口；或者所述馈线一(11)为所述绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输出端口，所述馈线二(12)为所述绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输入端口。

进一步的，馈线一(11)和馈线二(12)的特性阻抗均为50欧姆。

进一步的，所述馈线一(11)与连接线(61)垂直，且所述馈线二(12)与连接线(61)垂直。

进一步的，所述金属化过孔(111)的孔径大小均相同，且所述金属化过孔(111)的孔间距均相同。

本发明的有益效果为：

本发明中电可调谐滤波器通过合理设计整个滤波器的结构和尺寸，控制电耦合和磁耦合的强弱，以达到对混合电磁耦合的合理控制，使总的耦合系数维持和中心频率的反比关系保持不变，从而实现了在可调频率范围内滤波器的绝对带宽保持恒定。并且通过调节变容管直流馈电的反偏电压，实现了中心频率在固定频率范围内的连续可调；从而满足了现代通信系统对滤波器的中心频率可调且保持绝对带宽恒定的要求。

附图说明

图1是本发明采用印刷电路板的示意图；

图2是本发明电可调谐滤波器的俯视示意图；

图3是本发明电可调谐滤波器的散射参数仿真，仿真采用的是HFSS软件；

图4是本发明电可调谐滤波器的测试结果，测试采用的是安捷伦N5230C矢量网络分析仪。

附图标记说明：

1-介质基片、2-上金属层、3-下金属层、11-馈线一、12-馈线二、31-短路枝节、41-开路枝节、51-开路矩形片、61-连接线、71-变容管、91-扼流电感、101-焊盘、111-金属化过孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

一种绝对带宽恒定的电可调谐滤波器，包括介质基板1，本发明采用相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm的PCB板作为介质基板，也可以采用其他规格的PCB板作为基板。如图1所示，在PCB板的介质基板1的上、下表面分别包覆有上金属层2和下金属层3，上金属层2采用导电性能好的材料，上金属层2可采用铜材料，且上金属层2偶尔镀金防止氧化。下金属层3可选择铜片作为整个滤波器的地。上金属层2为滤波器的电路结构，上金属层2上印刷有微带线电路，微带线电路包括相互对称的谐振器一和谐振器二。

如图2所示，谐振器一和谐振器二均包括短路枝节31、开路枝节41、开路矩形贴片51、连接线61和变容管71。短路枝节31上开设有金属化过孔111，且金属化过孔111贯通介质基板1，通过金属化过孔组合111接地。金属化过孔111贯通介质基板1。金属化过孔111的半径是0.3mm，金属化过孔111的间距是1mm。开路枝节41包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均为矩形，且第一部分的长度大于第二部分的长度，第一部分的宽度大于第二部分的宽度。

沿谐振器一和谐振器二的对称轴建立Y轴，与连接线61垂直的方向为X轴。其中连接线61沿Y轴方向的长度为8mm，沿X轴方向的长度为1.1mm，且谐振器一和谐振器二上的连接线61的间距为0.8mm。

短路枝节31和开路枝节41分别设置在连接线61的两个端口，构成U型。短路枝节31沿X轴方向的长度为4.5mm，沿Y轴方向的长度为2.5mm，短路枝节31与连接线61顶端相连。开路枝节41的第二部分沿X轴方向的长度为0.3mm，第二部分沿Y轴方向的长度为2.4mm；开路枝节41的第一部分沿X轴方向的长度为3.5mm，第一部分沿Y轴方向的长度为4mm。

连接线61上连接有开路枝节41的端口设置有变容管71，变容管71一端与连接线61连接，变容管71另一端与开路矩形片51连接，变容管71加载至开路枝节41和开路矩形贴片51之间，用于改变开路矩形贴片51的电长度。开路矩形片51沿Y轴和沿X轴的长度均为3.5mm，且开路矩形片51距离连接线61的底端1mm。

开路矩形片51连接有直流馈电，直流馈电包括扼流电感91和焊盘101，开路矩形片51远离变容管71的一端与扼流电感91连接，扼流电感91远离开路矩形片51的一端与焊盘101连接。变容管71的反偏电压通过焊盘101加载，扼流电感91用于保证直流信号的正常工作以及交流信号的完整性。焊盘101是边长为1mm的正方形，扼流电感91的电感取值为22nH。

谐振器一上的短路枝节31和开路枝节41之间设置有馈线一11，且馈线一11垂直连接在谐振器一的连接线61上。谐振器二上的短路枝节31和开路枝节41之间设置有馈线二12，且馈线二12垂直连接在谐振器二的连接线61上。馈线一11和馈线二12沿Y轴方向的顶端距离连接线顶端为2.7mm，馈线一11和馈线二12沿Y轴方向的底端距离连接线底端为4.2mm，馈线一11和馈线二12沿X轴方向的长度为8mm，馈线一11和馈线二12沿Y轴方向的长度为1.1mm。

馈线一11为绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输入端口，馈线二12为绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输出端口。或者馈线一11为绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输出端口，馈线二12为绝对带宽恒定的电可调谐滤波器的输入端口。馈线一11和馈线二12的特性阻抗均为50欧姆。本发明的输入端口和输出端口均采用SMA头焊接，以便接入测试或者与电路相连。

本发明中两个谐振器是步进阻抗谐振器，通过调节谐振器中变容管的反偏电压来调节中心频率的变化，变容管反偏电压通过焊盘加载，扼流电感用于保证直流信号正常工作以及保证交流信号的完整性。在设计绝对带宽不变的情况下，根据理论得到理想情况下耦合系数与中心频率的关系，然后优化耦合结构尺寸参数，提取不同参数下的耦合系数去拟合理想情况，以达到保持绝对带宽不变的目的。其中磁耦合通过馈线连接微带线的位置、金属化过孔的孔直径和孔的间距来调节；电耦合通过两微带线的间距来调节。

滤波器顶端的短路枝节31通过金属化过孔111接地，是整个滤波器磁耦合最强的部分，金属化过孔111的大小和间距都会对磁耦合强度产生影响，并且馈线与微带线电路连接的位置也会对磁耦合产生影响。电耦合主要通过两连接线61的间距决定。通过设计使总耦合系数维持和中心频率的反比关系恒定，即可达到保持绝对带宽恒定的目的。通过调节变容管71的反偏电压，即可达到使中心频率连续变化的目的。

如图3和图4所示，本发明滤波器的散射参数仿真与实测结果。滤波器的中心频率可调范围为2.5GHz-3GHz.绝对带宽为150MHz。从结果对比中可以看出，仿真和实测结果基本吻合，实测中心频率可调范围以及绝对带宽与仿真设计一致，其中测量误差的插入损耗略微偏大的原因是源于加工误差以及SMA接头搭接时存在一段阻抗不匹配。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。