[发明专利]一种频率带宽可调的电磁二维可重构滤波器

说明书

本发明公开了一种频率带宽可调的电磁二维可重构滤波器，属于微波毫米波技术领域。本发明采用在基片集成波导谐振腔中加载可调电容来调节各个谐振腔的工作频率，通过在基片集成波导滤波器耦合窗口处加载铁氧体材料来直观控制基片集成波导谐振腔之间的耦合强度，并且在输入输出馈线上加载可调电容来实现外部品质因数的调节，进而实现在可重构滤波器频率调节的同时提高了对滤波器带宽控制的灵活度。与传统的单电可重构基片集成波导滤波器相比，本发明可以实现对带宽的灵活设计，并且滤波器波形保持程度也大大提高，在未来多频段、小型化和智能化无线通信设备和系统中具有广阔的应用潜力。

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，具体涉及一种频率和带宽均可调的电磁二维可重构滤波器。

背景技术

面向未来智能化的无线通信应用需求，多频段和小型化已成为无线通信发展的一个必然趋势。然而，传统滤波器一般只能工作在某一个固定频率或确定频段，如果系统要实现多频段工作，往往需要采用多个工作在不同频段上的滤波器。在多频段无线通信系统设计中，所需滤波器的个数不仅随频段数目线性递增，而且滤波器彼此之间的相互干扰也会愈加显著，这不仅会增加系统设计的复杂度，而且也会使得整个系统体积增大、设计成本增高、系统内部干扰抑制难度增加。

可重构滤波器是随着现代无线通信向着多频段、小型化和智能化发展的必然趋势应运而生的新型滤波器，它能够实现滤波器的结构重组和频率调谐。可重构滤波器的实现方式一般是通过在滤波器结构中加载可调谐元件来改变滤波器的元件特性与阻抗效应，获得不同的谐振频率和工作带宽。可重构微波滤波器不仅能够满足自适应预选频和多信道传输要求，有效解决多设备间的相互干扰和电磁兼容问题，并且大大降低了系统的尺寸和复杂性，是实现无线通信系统多频段、小型化和智能化的一种理想器件。可重构滤波器按可重构方式一般可分为机械可重构、电可重构和磁可重构，而其中由于电可重构滤波器具有调谐速度快、插入损耗小等众多优点，一直以来备受关注。从目前可重构滤波器的相关研究来看，实现电可重构滤波器的主要方法是在滤波器结构中加入PIN开关、变容二极管、MEMS开关或电容等电调谐元件，通过提供可调节偏置电压来动态改变电结构。

基片集成波导是近些年提出的一种新型波导结构。基于基片集成波导的滤波器不仅能保持传统矩形波导滤波器的高品质因数、低插损和低辐射等特性，而且还具有平面电路结构(微带线等)的体积小、重量轻、便于集成和封装等众多优点。目前基于基片集成波导可重构滤波器的研究中，绝大多数都是采用加载PIN开关或MEMS开关的电可重构滤波器。这种单独采用电调谐所设计的可重构滤波器仅仅是对基片集成波导滤波器中的电场分布产生了微扰，因此在最大可调范围、带宽控制和滤波器的设计灵活度上都受到了很大的限制。近年来人们更加关注中心频率、带宽和频率选择性都可以调谐的滤波器设计。根据2013年1月Sulav Adhikari等人在IEEE Transactions on Microwave andTechniques期刊(vol.61，no.1，pp:423-435，2013)上发表的“Simultaneous Electric and Magnetic Two-Dimensionally Tuned Parameter-Agile SIWDevices”所提供的分析可知采用同时加载电磁调谐元件可实现对可重构滤波器带宽的灵活控制，同时可以有效扩展频率调谐范围。然而上述所提出的可重构滤波器中加载的电磁调谐元件都是用来改变基片集成波导谐振腔的谐振频率，不易实现对谐振腔之间耦合强度的直观调节，并且所需用于磁调谐的铁氧体体积较大。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提出一种频率和带宽可调的电磁二维可重构滤波器，采用在基片集成波导谐振腔中加载可调电容来调节各个谐振腔的工作频率，通过在基片集成波导滤波器耦合窗口处加载铁氧体材料来直观控制基片集成波导谐振腔之间的耦合强度，并且在输入输出馈线上加载可调电容来实现外部品质因数的调节，进而实现在可重构滤波器频率调节的同时提高了对滤波器带宽控制的灵活度。

本发明具体采用如下技术方案：