阅读说明：本技术 一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器 (Miniaturized ultra wide band-pass filter with reconfigurable trapped wave band ) 是由 杨涛 李群 刘斌 张希琳 龙羽 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器,包括50Ω微带线、微带线到半模基片集成波导过渡段、半模基片集成波导、三个半波长槽谐振器和三个可重构陷波单元。本发明的超宽带带通滤波器的最低通带频率由半模基片集成波导的宽度决定,而最高通带频率由三个半波长槽谐振器决定。利用三个可重构陷波单元与微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导相耦合,产生频率和带宽可重构的陷波带。通过改变直流偏置电压,可以调节变容二极管的电容值,从而调节陷波带的频率和带宽响应。(The invention discloses a miniaturized ultra-wideband band-pass filter with a reconfigurable notch band, which comprises a 50 omega microstrip line, a transition section from the microstrip line to a half-mode substrate integrated waveguide, three half-wavelength long groove resonators and three reconfigurable notch units. The lowest passband frequency of the ultra-wideband band-pass filter is determined by the width of the half-mode substrate integrated waveguide, and the highest passband frequency is determined by the three half-wavelength slot resonators. Three reconfigurable notch units are coupled with a transition section from the microstrip line to the half-mode substrate integrated waveguide and the half-mode substrate integrated waveguide to generate notch bands with reconfigurable frequency and bandwidth. By changing the DC bias voltage, the capacitance of the varactor can be adjusted, thereby adjusting the frequency and bandwidth response of the notch band.)

一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器

技术领域

本发明涉及微波器件技术，尤其涉及一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器。

背景技术

超宽带带通滤波器是构成超宽带系统的一种关键器件，对超宽带系统的频率选择特性、***损耗等性能发挥重要作用。传统的超宽带的频率范围为3.1GHz-10.6GHz。由于超宽带的频率范围宽以及频谱资源的高度开发利用，导致超宽带系统中存在干扰信号。为了抑制干扰信号，需要在干扰信号的频率处引入陷波带。目前，现有的超宽带带通滤波器主要采用多模谐振器技术以及高通滤波器级联低通滤波器技术，其尺寸和***损耗较大。同时，引入的陷波带存在频段固定或可调范围窄的问题。

根据“H.Zhu,and Q.X.Chu,Ultra-wideband bandpass filter with a notch-band using stub-loaded ring resonator,IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.23,no.7,pp.341-343,July 2013”提出的一种具有陷波带的超宽带带通滤波器，采用了枝节加载环谐振器。其通带***损耗小于1.5dB，回波损耗大于10dB，尺寸为0.514λ₀×0.312λ₀，λ₀为6.85GHz电磁波在自由空间的波长。在中心频率5.5GHz处引入了一个固定陷波带，10dB抑制度的相对带宽为6.7％。这种方法设计的具有陷波带的超宽带带通滤波器的尺寸和***损耗较大，同时陷波带的频段固定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器，解决现有技术中存在的尺寸和通带的***损耗较大，陷波带的频段固定或可调范围窄等问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器，包括具有外凸微带线的半模基片集成波导；外凸微带线和半模基片集成波导之间具有斜边结构的微带线到半模基片集成波导过渡段；半模基片集成波导上含有三个半波长槽谐振器；微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导具有共同的一条直线型边沿；半模基片集成波导的相对位置间隙耦合有三个可重构陷波单元。

所采取的优化手段还包括：可重构陷波单元包括一段长为L₂、宽为W₂的耦合微带线段，该耦合微带线段的一端经一个变容二极管连接一段终端由过孔接地的微带线段，该耦合微带线段的另一端连接有一个电阻。

所述可重构陷波单元不少于两组，且以半模基片集成波导的对称轴为轴对称分布，优选为3-5组。

所述半波长槽谐振器不少于两组，且以半模基片集成波导的对称轴为轴对称分布，优选为3-5组。间隙耦合的耦合间距d₁为0.05mm至0.5mm。

本发明的技术方案的原理是：本发明的超宽带带通滤波器通过设计半模基片集成波导的截止频率，将通带的最低频率设计为3.1GHz。通过在半模基片集成波导中引入三个半波长的槽谐振器，产生高频阻带，从而将通带的最高频率设计为10.6GHz。利用三个可重构陷波单元与微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导相耦合，产生频率和带宽可重构的陷波带。通过改变直流偏置电压，可以调节变容二极管的电容值，从而调节陷波带的频率和带宽响应。

本发明的优点和有益效果：

(1)本发明的具有可重构陷波带的超宽带带通滤波器通过半模基片集成波导，并在半模基片集成波导中引入槽谐振器，实现了小型化和通带低***损耗的超宽带带通滤波器。

(2)本发明的陷波带中利用三个可重构陷波单元与微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导相耦合，产生频率和带宽可重构的陷波带，结构紧凑，调谐范围大。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的可重构陷波带的频率调节仿真图；

图3是本发明的可重构陷波带的带宽调节仿真图；

图4是本发明的可重构陷波带的频率调节测试图；

图5是本发明的可重构陷波带的带宽调节测试图。

标号说明：微带线1、微带线到半模基片集成波导过渡段2、半模基片集成波导3、半波长槽谐振器4、可重构陷波单元5。

具体实施方式

为了使本发明的目的、解决的技术问题以及技术方案更加清晰，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1:

一种具有可重构陷波带的小型化超宽带带通滤波器，其包括具有外凸微带线1的半模基片集成波导3；外凸微带线1和半模基片集成波导3之间具有斜边结构的微带线到半模基片集成波导过渡段2；半模基片集成波导3上含有三个半波长槽谐振器4；微带线到半模基片集成波导过渡段2和半模基片集成波导3具有共同的一条直线型边沿；半模基片集成波导3的相对位置间隙耦合有三个可重构陷波单元5。三个半波长槽谐振器4可以产生超宽带带通滤波器的高频阻带，决定超宽带带通滤波器的最高通带频率。通过设计半模基片集成波导的截止频率，将通带的最低频率设计为3.1GHz。通过在半模基片集成波导中引入三个半波长的槽谐振器，产生高频阻带，从而将通带的最高频率设计为10.6GHz。利用三个可重构陷波单元与微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导相耦合，产生频率和带宽可重构的陷波带。通过改变直流偏置电压，可以调节变容二极管的电容值，从而调节陷波带的频率和带宽响应。

可重构陷波单元5包括一段长为L₂、宽为W₂的耦合微带线段，该耦合微带线段的一端经一个变容二极管连接一段终端由过孔接地的微带线段，该耦合微带线段的另一端连接有一个电阻。可重构陷波带的超宽带带通滤波器通过半模基片集成波导，并在半模基片集成波导中引入槽谐振器，实现了小型化和通带低***损耗的超宽带带通滤波器。耦合微带线段连接的电阻连接直流偏置电路。

半模基片集成波导3的宽度W₁决定超宽带带通滤波器的最低通带频率。作为优选，所述可重构陷波单元5设置不少于两组，且以半模基片集成波导3的对称轴为轴对称分布，优选为3-5组。多组设置的可重构陷波单元5同时提高了陷波抑制的抑制度和稳定性。尤其是在超宽带带通情况下，陷波带内抑制平滑性明显增强。

所述半波长槽谐振器4不少于两组，且以半模基片集成波导3的对称轴为轴对称分布，优选为3-5组。间隙耦合的耦合间距d1为0.05mm至0.5mm。优选例在实施例2中已经给出。本发明的陷波带中利用三个可重构陷波单元与微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导相耦合，产生频率和带宽可重构的陷波带，结构紧凑，调谐范围大。

实施例2:

图1为本发明的一个具体实施例总体结构示意图，包括50Ω微带线、微带线到半模基片集成波导过渡段、半模基片集成波导、三个半波长槽谐振器和三个可重构陷波单元，采用厚度为0.508mm、相对有效介电常数为2.2的Rogers RT/Duroid 5880基板，50Ω微带线的宽度W₄为1.54mm，实施例的电路总体尺寸为32.8mm×18mm。在本实施例中，所述变容二极管均选用MACOM公司的MA46H201型号。所述三个可重构陷波单元与微带线到半模基片集成波导过渡段和半模基片集成波导相耦合，耦合间距d1为0.1mm。

本实施例中，半模基片集成波导的宽度决定超宽带带通滤波器的最低通带频率，半模基片集成波导的长度L₁为12.8mm，宽度W₁为14.5mm。

本实施例中，三个半波长槽谐振器可以产生超宽带带通滤波器的高频阻带，决定超宽带带通滤波器的最高通带频率。半波长槽谐振器的宽度W₃为0.5mm。

本实施例中，可重构陷波单元包括一段长L₂为10mm，宽W₂为0.5mm的耦合微带线段、一个变容二极管、一段终端由过孔接地的微带线段、一个电阻和直流偏置电路。变容二极管D₁、D₂和D₃的可变电容分别记为C₁、C₂和C₃。电阻R₁、R₂和R₃的阻值均为1MΩ。

图2给出了本具体实施例的可重构陷波带的频率调节仿真图。从图中可以看出，当变容二极管的最大电容值为5pF时，阻带的中心频率为4.37GHz，当变容二极管的最小电容值为0.2pF时，阻带的中心频率为7.47GHz。因此，仿真的陷波带频率调谐范围为4.37-7.47GHz，相对可调带宽为52％。仿真的通带的回波损耗大于10dB，***损耗小于1dB。图3给出了本具体实施例的可重构陷波带的带宽调节仿真图。当变容二极管的电容C₁＝C₂＝C₃＝0.22pF时，阻带10dB抑制度的带宽为0.32GHz。当变容二极管的电容C₁＝0.2pF，C₂＝0.22pF，C₃＝0.24pF时，阻带10dB抑制度的带宽为0.46GHz。

图4给出了本具体实施例的可重构陷波带的频率调节测试图。从图中可以看出，当直流偏置的电压为0V时，阻带的中心频率为4.39GHz，当直流偏置的电压为25V时，阻带的中心频率为7.49GHz。因此，测试的陷波带频率调谐范围为4.39-7.49GHz，相对可调带宽为52％。测试的通带的回波损耗大于10dB，***损耗小于1.2dB。图5给出了本具体实施例的可重构陷波带的带宽调节测试图。当三个变容二极管的偏置电压V₁＝V₂＝V₃＝20V时，阻带10dB抑制度的带宽为0.25GHz。当三个变容二极管的偏置电压V₁＝18V，V₂＝20V，V₃＝22V时，阻带10dB抑制度的带宽为0.34GHz。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。