阅读说明：本技术 一种双通带带宽可调的可重构滤波器 (Dual-passband bandwidth-adjustable reconfigurable filter ) 是由 毕晓坤 张晓� 谭挺艳 袁涛 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种双通带带宽可调的可重构滤波器,包括依次层叠的微带结构层、介质板和金属地板,还包括第一二极管、第二二极管和直流电源；所述微带结构层包括多模谐振器、耦合线组和馈电端口组,所述馈电端口组通过所述耦合线组与所述多模谐振器耦合；所述多模谐振器包括第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线；所述第一微带线与所述金属地板连接；所述第一微带线的一端与所述耦合线组连接,另一端分别与所述第一二极管、所述第二二极管、所述第四微带线连接；所述第一二极管通过所述第二微带线与所述直流电源连接,所述第二二极管通过所述第三微带线与所述直流电源连接。该滤波器的两个通带带宽以相同幅度可调,有效阻止带内干扰。(The invention provides a reconfigurable filter with adjustable dual-passband bandwidth, which comprises a micro-strip structure layer, a dielectric plate and a metal floor, a first diode, a second diode and a direct-current power supply, wherein the micro-strip structure layer, the dielectric plate and the metal floor are sequentially stacked; the microstrip structure layer comprises a multimode resonator, a coupling line group and a feed port group, and the feed port group is coupled with the multimode resonator through the coupling line group; the multimode resonator comprises a first microstrip line, a second microstrip line, a third microstrip line and a fourth microstrip line; the first microstrip line is connected with the metal floor; one end of the first microstrip line is connected with the coupling line group, and the other end of the first microstrip line is respectively connected with the first diode, the second diode and the fourth microstrip line; the first diode is connected with the direct current power supply through the second microstrip line, and the second diode is connected with the direct current power supply through the third microstrip line. The two passband bandwidths of the filter are adjustable with the same amplitude, and in-band interference is effectively prevented.)

一种双通带带宽可调的可重构滤波器

技术领域

本发明涉及微波通讯技术领域，尤其是指一种双通带带宽可调的可重构滤波器。

背景技术

近年来，随着我国无线通信技术的飞速发展，新的通信系统和通信形式的不断出现，给带通滤波器的设计带来了新的需求和挑战。以5G通信为例，为提高数据的传输速率，滤波器的工作带宽不断增加，工作频率不断提高；为满足不同需求，滤波器需要有多个工作频带；为实现系统的小型化和设计简便化，亟需具有不同可重构特性的滤波器。在此背景下，一种高性能且拥有新的可重构特性的多通带带通滤波器设计成功，能够极大推动现代无线通信的发展。此外，空间通信逐渐兴起，美国Space X公司正计划往近地轨道发射逾4000颗小卫星并组网，为全球提供高速的无线互联网服务。但小卫星有限的承载能力，要求在保证高质量通信的前提下，双通带带宽可重构，滤波器剖面、体积、重量、成本应尽量小。

现有的双通带滤波器，其带宽可重构基于两种设计方式实现：(1)并联两个无源滤波器；(2)多模概念。基于第一种方式设计的存在以下缺陷：带宽窄，带宽可调范围小，中心频率比受限。基于第二种方式设计的都是非电可调的，难以在智能科技环境中进行广泛的商业应用。除此之外，现存的带宽可重构双通带带通滤波器，都是通过改变滤波器某一结构的电长度来实现的。因此，只能实现单个通带边的单独可调。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种设计剖面低、体积小、重量轻、加工成本低、可以电调第一通带边和第四通带边位置且以相同幅度重构双通带带宽的滤波器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种双通带带宽可调的可重构滤波器，包括依次层叠的微带结构层、介质板和金属地板，还包括第一二极管、第二二极管和直流电源；所述微带结构层包括多模谐振器、耦合线组和馈电端口组，所述馈电端口组通过所述耦合线组与所述多模谐振器耦合；所述多模谐振器包括第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线；所述第一微带线与所述金属地板连接；所述第一微带线的一端与所述耦合线组连接，另一端分别与所述第一二极管、所述第二二极管、所述第四微带线连接；所述第一二极管通过所述第二微带线与所述直流电源连接，所述第二二极管通过所述第三微带线与所述直流电源连接。

进一步的，所述第一微带线与所述耦合线组的连接端还连接有用于消除所述多模谐振器极点的第五微带线。

进一步的，所述馈电端口组包括第一端口和第二端口，所述耦合线组包括第一线和第二线；所述第一端口设置有与所述第一线耦合的电长度为θ₁的第六微带线，所述第二端口设置有与所述第二线耦合的电长度为θ₂的第七微带线，其中，75°≤θ₁<105°，75°<θ₂≤105°，θ₁<θ₂。

进一步的，所述第六微带线一端与所述第一线平行耦合，另一端经过弯折后与所述第一微带线平行耦合；所述第七微带线一端与所述第二线平行耦合，另一端经过弯折后与所述第一微带线平行耦合。

进一步的，所述第一端口还设置有与所述第一线平行耦合的第八微带线，所述第八微带线与所述第六微带线分居所述第一线两侧；所述第二端口还设置有与所述第二线平行耦合的第九微带线，所述第九微带线与所述第七微带线分居所述第二线两侧。

进一步的，所述第一线、所述第二线、所述第一微带线、所述第二微带线、所述第三微带线、所述第四微带线、所述第五微带线、所述第八微带线和所述第九微带线的电长度均相等；所述第二微带线和所述第三位带线的特征阻抗相等。

进一步的，还包括第一电感和第二电感；所述第二微带线通过所述第一电感与所述直流电源连接；所述第三微带线通过所述第二电感与所述直流电源连接。

进一步的，还包括电阻，所述第一微带线通过电阻与所述金属地板连接。

进一步的，所述第一端口与所述第二端口的特征阻抗均为50Ω。

进一步的，所述介质板的厚度为0.813mm，其介电常数为3.38。

本发明的有益效果在于：当直流电源不为第一二极管和第二二极管供电时，多模谐振器中只有第一微带线和第四微带线工作；当直流电源为第一二极管/第二二极管供电时，第二微带线/第三微带线通电，多模谐振器中第一微带线、第二微带线/第三微带线和第四微带线工作；当直流电源为第一二极管和第二二极管同时供电时，第二微带线和第三微带线均通电，多模谐振器中第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线均工作。通过控制是否给第一二极管和/或第二二极管供电，间接控制多模谐振器中参与工作的微带线数目，进而获得多种多模谐振器的工作结构模式，进而实现滤波器通带带宽的改变。该滤波器可在芯板上直接加工成型，成品具有剖面低、体积小、质量轻等特点，加工成本低，能够应用在现代多功能无线通信系统中，且两个通带带宽以相同幅度可调；能够保证无线通信系统在不同工作状态下拥有固定的中心频率，有效阻止带内干扰。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的侧视图；

图2为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的俯视图；

图3为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的等效电路图；

图4为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的理论分析结果图；

图5为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的Case A的仿真和测试结果图；

图6为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的Case B的仿真和测试结果图；

图7为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的Case C的仿真和测试结果图；

图8为本发明的一种双通带带宽可调的可重构滤波器的Case A、Case B和Case C三种不同工作状态下的测试结果图。

其中，1-第一微带线，2-第二微带线，3-第三微带线，4-第四微带线，5-第五微带线，6-第六微带线，7-第七微带线，8-第八微带线，9-第九微带线，10-第一线，11-第二线，12-第一二极管，13-第二二极管，14-直流电源，15-第一电感，16-第二电感，17-电阻，18-导通孔，19-微带结构层，20-介质板，21-金属地板，22-第一端口，23-第二端口。

具体实施方式

本发明最关键的构思在于：通过开关二极管的断通间接改变多模谐振器的工作结构模式，进而实现滤波器双通带带宽的改变。

为进一步论述本发明构思的可行性，根据本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例

请参阅图1、图2以及图3，一种双通带带宽可调的可重构滤波器，包括依次层叠的微带结构层19、介质板20和金属地板21，还包括第一二极管12、第二二极管13和直流电源14；所述微带结构层19包括多模谐振器、耦合线组和馈电端口组，所述馈电端口组通过所述耦合线组与所述多模谐振器耦合；所述多模谐振器包括第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3和第四微带线4；所述第一微带线1与所述金属地板21连接；所述第一微带线1的一端与所述耦合线组连接，另一端分别与所述第一二极管12、所述第二二极管13、所述第四微带线4连接；所述第一二极管12通过所述第二微带线2与所述直流电源14连接，所述第二二极管13通过所述第三微带线3与所述直流电源14连接。

所述第一二极管12和所述第二二极管13均采用开关二极管，具体可采用PIN二极管。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：请参阅表1，表1中为两开关二极管的三种工作状态：当直流电源14不为第一二极管12和第二二极管13供电时，多模谐振器中只有第一微带线1和第四微带线4工作(Case A)；当直流电源14为第一二极管12/第二二极管13供电时，第二微带线2/第三微带线3通电，多模谐振器中第一微带线1、第二微带线2/第三微带线3和第四微带线4工作(Case B)；当直流电源14为第一二极管12和第二二极管13同时供电时，第二微带线2和第三微带线3均通电，多模谐振器中第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3和第四微带线4均工作(Case C)。通过控制是否给第一二极管12和/或第二二极管13供电，间接控制多模谐振器中参与工作的微带线数目，进而获得多种多模谐振器的工作结构模式，进而实现滤波器通带带宽的改变。该滤波器可在芯板上直接加工成型，成品具有剖面低、体积小、质量轻等特点，加工成本低，能够应用在现代多功能无线通信系统中；能够保证无线通信系统在不同工作状态下拥有固定的中心频率，有效阻止带内干扰。

包含由第一微带线1、第二微带线2、第三微带线3和第四位带线4构成多模谐振器的滤波器，工作时产生双通带，该双通带从低频到高频方向依次包括第一通带边、第二通带边、第三通带边和第四通带边。而多模谐振器中拥有两个可以改善第一通带边和第四通带边处选择性的可控零点，即第一通带边和第四通带边处的选择性不会随着工作状态的改变而降低。

表1

	Case A	Case B	Case C
				第一二极管	不通电	不通电(通电)	通电
第二二极管	不通电	通电(不通电)	通电

在表1给出的开关二极管的三种工作状态下，双通带带宽可调的可重构滤波器性能的理论分析结果如图4所示。由图4可知，在双通带带宽可调的可重构滤波器的三种工作状态下，其第二通带边和第三通带边位置不变；随着工作状态从Case A到Case C，滤波器的带宽从窄变宽且第一通带边和第四通带边以相同的幅度进行调节。

进一步的，所述第一微带线1与所述耦合线组连接端还连接有用于消除所述多模谐振器极点的第五微带线5。多模谐振器中还产生了一个位于两个通带中间位置的极点，而该极点需要被消除掉。

进一步的，所述馈电端口组包括第一端口22和第二端口23，所述耦合线组包括第一线10和第二线11；所述第一端口22设置有与所述第一线10耦合的电长度为θ₁的第六微带线6，所述第二端口23设置有与所述第二线11耦合的电长度为θ₂的第七微带线7，其中，75°≤θ₁<105°，75°<θ₂≤105°，θ₁<θ₂。通过引入第六微带线6和第七微带线7，进而引入两个传输零点，确定第二通带边和第三通带边处的位置。在实际产品中，当第六微带线6和第七微带线7电长度确定并制作完成后，无论多模谐振器中第二微带线2或/和第三微带线3是否与第一微带线1和第四位带线4一起工作，第二通带边和第三通带边处的位置均不会再发生变化，保证工作的中心频带不会发生变化。第一端口22和第二端口23均可以输入或输出微波信号。

进一步的，所述第六微带线6一端与所述第一线10平行耦合，另一端经过弯折后与所述第一微带线1平行耦合；所述第七微带线7一端与所述第二线11平行耦合，另一端经过弯折后与所述第一微带线1平行耦合。实际产品中，第六微带线6的电长度比第一线10的电长度长，第七微带线7的电长度比第二线11的电长度长，可通过弯折第六微带线6和第七微带线7，满足第六微带线6和第七微带线7的电长度设计要求，同时减少滤波器的面积，且不影响滤波器的预期滤波功能。

进一步的，所述第一端口22还设置有与所述第一线10平行耦合的第八微带线8，所述第八微带线8与所述第六微带线6分居所述第一线10两侧；所述第二端口23还设置有与所述第二线11平行耦合的第九微带线9，所述第九微带线9与所述第七微带线7分居所述第二线11两侧。在实际设计时，第六微带线6和第七微带线7与耦合线组之间的耦合程度小，而第八微带线8和第九微带线9与耦合线组之间的耦合程度大。通过耦合作用，实现滤波器中馈电端口组与多模谐振器之间微波的选择和输送。

进一步的，所述第一线10、所述第二线11、所述第一微带线1、所述第二微带线2、所述第三微带线3、所述第四微带线4、所述第五微带线5、所述第八微带线8和所述第九微带线9的电长度均相等；所述第二微带线2和所述第三位带线3的特征阻抗相等。在实际产品中，该结构的滤波器产生的第一通带边和第四通带边可以以相同的幅度进行调节，且第二通带边和第三通带边不变。

进一步的，还包括第一电感15和第二电感16；所述第二微带线2通过所述第一电感15与所述直流电源14连接；所述第三微带线3通过所述第二电感16与所述直流电源14连接。利用第一电感15和第二电感16保证直流功率通过，同时消除直流电源14馈电对微波信号的影响，保证通过第一二极管12和/或第二二极管13的电流的稳定性，进而保证滤波器微波选择的稳定性。

进一步的，还包括电阻17，所述第一微带线1通过电阻17与所述金属地板21连接。由于第一微带线1和金属地板21之间受到介质板20的间隔，需要通过打导通孔18连接在一起才能形成完整的直流闭路，才能控制第一二极管12和第二二极管13的工作状态。设置电阻17能够保证直流功率通过，保护第一二极管12和第二二极管13不被过高电压电流损坏，消除所打的导通孔18对微波信号的影响。

进一步的，所述第一端口22与所述第二端口23的特征阻抗均为50Ω，使得滤波器与其它器件可以直接连在一起而不会导致有过多信号能量的损失，同时保证滤波器性能不会因为加入一段工作的微带线而发生改变。

进一步的，所述介质板20的厚度为0.813mm，其介电常数为3.38。介质板20可选用罗杰斯的RO4003C，介电损耗为0.0022。

根据上述实施例，分别对Case A、Case B和Case C三种不同工作状态下进行仿真和测试，其中，Case A的仿真和测试结果如图5所示，Case B的仿真和测试结果如图6所示，Case C的仿真和测试结果如图7所示，Case A、Case B和Case C三种不同工作状态下的测试结果如图8所示，Case A、Case B和Case C三种不同工作状态下四个通带边的仿真和测试结果如表2所示，其中，传输损耗为3-dB。

从图5至图8中以及表2中结果可知，第一通带边和第四通带边可以以相同的幅度可调，调节多模谐振器的工作结构模式过程中，第二通带边和第三通带边基本不会发生变化，即能够保证使用此滤波器的无线通信系统的工作中心频带不会随着多模谐振器的工作结构模式变化而发生变化。滤波器对在两个可调的工作带宽内的微波具有极佳选择性——工作带宽内的微波从输入端输入后全通过滤波器从输出端输出，且不能从输出端反射经过滤波器从输入端输出；而工作带宽外的微波从输入端输入后不会通过滤波器，更不会从其输出端输出，即有效阻止带内干扰。

表2

上述图4至图8中涉及的工作频带频率范围仅为滤波器工作频带频率范围的一种可能性，可根据实际需求进行调节和选择实际产品的工作频带频率范围。

综上所述，本发明提供的一种双通带带宽可调的可重构滤波器，通过控制是否给第一二极管和/或第二二极管供电，间接控制多模谐振器中参与工作的微带线数目，进而获得多种多模谐振器的工作结构模式，进而实现滤波器通带带宽的改变。通带带宽的改变仅为第一通带边和第四通带边的改变，而第二通带边和第三通带边不会发生变化。直流电源的变化不会干扰滤波器，电流有效通过第一二极管和第二二极管。用于第一微带线的导通孔不干扰滤波器。馈电端口组与外部设备连接时也不会影响滤波器性能。该滤波器可在芯板上直接加工成型，成品具有剖面低、体积小、质量轻等特点，加工成本低，能够应用在现代多功能无线通信系统中；能够保证无线通信系统在不同工作状态下拥有固定的中心频率，有效阻止带内干扰。

此处，除了第一通带边、第二通带边、第三通带边和第四通带边表示其位置关系外，其余的第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。