[发明专利]具有宽频率和宽带宽调节范围的射频可重构带通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的基于变容二极管的射频电调带通滤波器，特别是一种具有宽频率和宽带宽调节范围的射频可重构带通滤波器。

背景技术

电调滤波器是跳扩频通信技术、抗干扰雷达、动态频率分配技术、多功能接收机、杂散发射测量等方面的关键技术之一。自二战以来，电调滤波器一直都是各国研究的热点之一。在这个方面，目前已经有了一些研究报道，多种结构的电调滤波器已经被提出。但是，近年来雷达和通信技术的快速发展对可调滤波器提出了更高的性能要求。

现代超宽带雷达和无线通信要求采用高性能的可重构射频前端。为了充分利用和融合各种不同的无线信道和通信标准，射频前端需要工作在不同频率和带宽上，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。具有频率和带宽调节能力的可重构滤波器（fully tunable filter）是可重构射频前端的重要组成部分。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（不超过10篇，且基本均发表在Trans上），但普遍存在以下问题：

（1）带宽调节范围较小，由于结构设计方面的问题，具有频率和带宽调节能力的可重构滤波器都只能实现最大不超过15%的带宽。而目前宽带通信技术愈发成熟，并已经进入实用阶段。虽然宽带滤波器的研究已经进行多年，并取得了丰硕的成果，然而宽带可调滤波器的研制在国内外都是极其罕见的。显然最大15%的带宽远远不能满足现代宽带通信系统的需求。

（2）在中心频率或者带宽变化时，不能保持稳定的滤波性能。这里的滤波性能包括回波损耗，插入损耗，矩形系数，带外抑制度等。

针对带宽调节范围小的问题，虽然有文献研究了一些宽带的可调节带宽的电调滤波器，然而往往不能自由控制其中心频率，在实际应用中受到了很大的限制。多模谐振器最早由Lei Zhu教授在2005年时提出，由于单个谐振器中同时包含了多个谐振模式，所以被广泛应用于宽带滤波器的设计中。但是到目前为止还没有报道是如何将多模谐振器应用于频率和带宽都可调的可重构滤波器中。

针对中心频率和带宽调节时保持稳定滤波性能的问题，到目前为止还没有任何研究报道是关于如何在中心频率和带宽调节时完美地保持稳定的滤波性能。

除了这两点普遍问题外，部分具有频率和带宽调节能力的可重构滤波器还存在着插入损耗大，需要的控制直流电源多，以及体积大等问题。

总之，目前的可重构滤波器的设计中还需要解决带宽调节范围小、调节时性能不稳定等方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微带线可调多模谐振器的高性能可重构带通滤波器，该可重构带通滤波器可以实现高达60%的频率调节范围和65%的带宽，同时保证了稳定的滤波性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种具有宽频率和宽带宽调节范围的射频可重构带通滤波器，包括上层的微带结构，中间层介质基板和下层的接地金属，所述上层微带结构附着在中间层介质板上表面，中间层的下表面为接地金属；上层微带结构包括一个十字形可调微带线多模谐振器、一个输入馈电网络、一个输出馈电网络、一个输入端口和一个输出端口；十字形可调多模谐振器包括相互垂直的两条微带线和六个变容二极管，其中水平微带线的两端分别连接串联的两个变容二极管，垂直的微带线的两端分别连接了一个变容二极管，具体为：十字形可调微带线多模谐振器包括水平矩形微带线和垂直矩形微带线，水平微带线的一端串联第一变容二极管和第二变容二极管，水平微带线的另一端串联第三变容二极管和第四变容二极管，垂直微带线从水平微带线的中点垂直穿过，垂直微带线的一端连接第五变容二极管，垂直微带线的另一端连接第六变容二极管；输入馈电网络包括顺次连接的隔直电容和50欧姆矩形微带线，输出馈电网络包括顺次连接的隔直电容和50欧姆矩形微带线；所述输入端口和输出端口的特征阻抗都为50欧姆；输入端口与输入馈电网络连接，输出端口与输出馈电网络连接；输入馈电网络从多模谐振器的第一变容二极管和第二变容二极管之间抽头馈电，输出馈电网络从多模谐振器的第三变容二极管和第四变容二极管之间抽头馈电；所述的十字形可调微带线多模谐振器左右对称，输入馈电网络、输入端口、输出馈电网络、输出端口呈左右对称分布。

上述的具有宽频率和宽带宽调节范围的射频可重构带通滤波器中，所述变容二极管的空置端均穿过中间层介质基板与下层接地金属相连。