[发明专利]一种频率和带宽均可重构的宽带带通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带带通滤波器，尤其是一种应用在宽带前端系统的频率和带宽均可重构的宽带带通滤波器，属于微波通信技术领域。

背景技术

随着现代无线通信技术的不断发展，射频前端往往需要融合多种无线信道和通信标准，这些无线信道和通信标准不仅中心频率不同，还有不同的带宽要求。这就要求一种同时具有频率和带宽调节能力的可重构射频前端。传统的调谐滤波器无法自由调节带宽，不能适应现代无线系统的要求。正因此，一种同时具有中心频率和带宽调节能力的滤波器被提出，其英文名为fully tunable filter，中文译为全可调滤波器。该种滤波器是电调滤波器研究的前沿和趋势之一，目前国际上只有少量文献报道。此外，目前对可重构滤波器的研究基本上是在窄带滤波器上开展，多模、宽带可重构滤波器的研究仍存在许多空白，无法满足宽带可重构通信系统的需求。多模、宽带同样是电调滤波器的另一个重要的发展趋势。

根据当前已有的全可调带通滤波器研究成果，比较典型的有以下两种的设计方法：

1)2011年Yi-Chyun Chiou和Gabriel M.Rebeiz在IEEE Transaction on MTT上发表了“A Tunable Three-Pole 1.5-2.2-GHz Bandpass Filter With Bandwidth and Transmission Zero Control”，采用传统梳状线带通滤波器改进耦合结构实现频率和带宽的可重构，如图1、图2a～2b和图3a～3c所示，可调范围在1.5～2.2GHz之间，绝对带宽是50～170MHz(相对带宽2.2％～11.2％)。文章详细讨论了如何通过控制D1改变电长度调节中心频率，控制D2改变和W3，L3改变耦合强度调节带宽，为全可调滤波器的设计提供了另外一种有效的方法。

2)2013年Theunis S.Beukman和Riana H.Geschke在IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.上发表了“A Tune-All Wideband Filter Based on Perturbed Ring-Resonators”，文章采用引入微扰使得环形谐振器模式分离，并用变容管分别控制两个模式，得到频率和带宽全可调的特性，由奇偶模分析理论可以得知奇模由串联电容C1独立控制，偶模由并联电容C2独立控制，滤波器结构如图4所示，设计出的滤波器拥有9％的频率调节范围和25.3％的带宽调节范围。

已发表的现有技术多涉及频率可重构滤波器，带宽可重构的研究成果相对较少。现代无线通信系统的射频前端往往需要融合多种无线信道和通信标准，这些无线信道和通信标准不仅中心频率不同，还有不同的带宽要求，这就要求一种同时具有频率和带宽调节能力的可重构射频前端。目前已发表的现有技术绝大部分是基于窄带滤波器基础上设计的，无法满足宽带可重构通信系统的需求，对于宽带可重构滤波器，所提方法和结构以及所实现的性能有限。此外，在开路谐振器上加载有源器件，微带结构在和有源器件相结合时不可避免地要引入接地过孔，对于短路谐振器而言，结合有源器件的设计直接简单，但有些时候为实现更好性能和更小的体积，开路谐振器应该优先考虑，由于本身不具备接地点，设计难度相对较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种频率和带宽均可重构的宽带带通滤波器，该滤波器的频率和带宽独立可重构，并且在通带两侧各有一个传输零点，提高了滤波器的矩形度和选择性，总体性能良好。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种频率和带宽均可重构的宽带带通滤波器，包括上层的微带线结构和有源电路、中层的介质基板、下层的接地金属贴片以及金属通孔，所述金属通孔依次贯穿微带线结构、介质基板和接地金属贴片，使微带线结构与接地金属贴片之间通过介质基板连接，所述微带线结构包括第一端口馈电线、第二端口馈电线、第一谐振器和第二谐振器，所述第一端口馈电线与第二端口馈电线左右对称，所述第一谐振器设置在第一端口馈电线和第二端口馈电线的上方，所述第二谐振器设置在第一端口馈电线和第二端口馈电线的下方，整个微带线结构呈“十”字型结构；

所述第一谐振器包括第一传输线和短路枝节，所述短路枝节垂直设置在第一传输线的中心，使第一谐振器呈倒T型结构；所述第一传输线的中心两侧分别加载有第一变容二极管和第二变容二极管，所述短路枝节上加载有第三变容二极管，所述第一变容二极管和第二变容二极管左右对称；