[发明专利]基于全波长可调谐谐振器的耦合结构及其可调带通滤波器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及基于全波长可调谐谐振器的耦合结构和基于所述耦合结构的可调带通滤波器。

背景技术

随着无线通信迅猛的发展，多频、跳频无线通信系统的需求越来越大。可调谐射频滤波器得到了国内外科研工作者的广泛关注。调谐过程中的通带特性是可调滤波器的关键性能之一，尤其是带宽的稳定性至关重要。

根据传统(固定频率响应)滤波器综合理论，滤波器的归一化频率响应特性可由其归一化单位变换矩阵(M矩阵)确定，而M矩阵可由各级谐振器间的耦合矩阵(k矩阵)确定：

其中，ABW是通带绝对带宽，f_o是通带中心频率；k_i,j(i,j＝1,2,...)代表从源看去第i级和j级谐振器间的耦合系数。若要获得调谐过程中稳定的ABW，则需要稳定的k_i,jf_o。为此需要实现耦合系数k_i,j随通带中心频率f_o的下降而增加。

现有技术中谐振器之间的基本耦合有磁耦合和电耦合两种，实际物理实现时两种基本耦合均存在。理论上已经证明这两种耦合是相互抵消的，可以利用两种耦合的这一特性使得耦合系数随通带中心频率下降而增加。然而，现如今大部分具有恒定带宽的可调滤波器采用磁耦合为主、电耦合为辅的混合耦合方式。因之设计的可调滤波器见于诸多学术论文，如：“Sang-June Park；Rebeiz,G.M.,Low-Loss Two-Pole Tunable Filters With Three Different Predefined Bandwidth Characteristics,in Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,vol.56,no.5,pp.1137-1148,May 2008”等。

目前，可调滤波器的高性能需求使得具有复杂交叉耦合结构的高阶滤波器成为科研工作者的研究热点。在具有复杂拓扑结构——尤其是交叉耦合的可调滤波器设计中，通常需要采用的谐振器既能够用于实现电耦合为主的耦合结构又能用于实现磁耦合为主的耦合结构，并且均满足耦合系数随中心频率下降而增加的恒定带宽需求。在高阶滤波器的设计和制造中，为了降低设计的难度和提高成品率，往往采用同一种谐振器来进行相互耦合。现有技术中全波长可调谐谐振器之间的耦合结构是以磁耦合为主，而基于同种谐振器用于实现电耦合为主的耦合结构尚未见报道。若能设计出这一电耦合结构，不仅在于发展出基于全波长可调谐谐振器的新型耦合结构，而且能够在实现复杂的拓扑结构的滤波器中起着至关重要的作用，为构建高阶复杂滤波器奠定基础。

发明内容

鉴于现有技术的需求，本发明的目的在于：提供基于全波长可调谐谐振器的电耦合结构以及基于全波长可调谐谐振器形成的可调带通滤波器。此外，本发明还给出了一种性能更加优异，结构更加简单的基于全波长可调谐谐振器的磁耦合结构。上述两种耦合结构均满足耦合系数随中心频率下降而上升的条件，从而能够实现在比较宽的中心频率调谐范围内，带宽仍可以保持相对稳定；同时，本发明还进一步提供了基于上述新型耦合结构所形成具有交叉耦合结构的可调带通滤波器，有效提高了滤波器的频率选择性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案1：

一种基于全波长可调谐谐振器的电耦合结构，其特征在于：包括左右对称设置的两个全波长可调谐谐振器，单个全波长可调谐谐振器包括可调电容及加载于可调电容两端的U型弯折微带线，所述U型弯折微带线远离可调电容端为开路端；其中：两个全波长可调谐谐振器通过远离调电容的两段微带线相互靠近形成电耦合结构。

本技术方案中电耦合结构的耦合长度在四分之一波长范围以内。

技术方案2：

进一步地，本技术方案基于上述电耦合结构提供一种具有交叉耦合结构的可调带通滤波器，包括：上层金属微带结构，中间层介质基板和下层金属接地板，其特征在于，所述上层金属微带结构包括左右对称设置的两段微带耦合馈线以及设置于两段微带耦合馈线之间的两个全波长可调谐谐振器；

单个全波长可调谐谐振器包括可调电容及加载于可调电容两端的U型弯折微带线，所述U型弯折微带线远离可调电容端为开路端；其中：两个全波长可调谐谐振器通过远离调电容的两段微带线相互靠近形成电耦合结构；