一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器

1.本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器。


背景技术：

2.随着现代科技的高速发展以及5g时代的到来，无线通信技术的应用场景不断扩大，人与人、人与物、物与物之间都能实现互联和通信，这给人们的生活带来了极大的便利。但同时不断增长的频谱需求造成了频谱资源紧张的问题也为无线通信技术迎来了新的挑战。
3.频率可重构滤波器能够通过动态分配频谱资源，有效缓解频谱资源紧张和拥挤的问题，近年来受到了越来越多的重视。目前，频率可重构滤波器的研究根据调节指标主要集中在中心频率可调、带宽可调和中心频率与带宽同时可调，而针对频率关闭功能的实现较少。
4.具有频率连续可调和频率关闭功能的带阻滤波器不仅能动态控制阻带的中心频率，而且还有关闭带阻，使调谐频段范围内的信号全部通过的功能，进一步扩大了频率可重构滤波器功能的多样性。因此，实现具有频率连续可调和频率关闭功能的带阻滤波器是一项非常值得深入研究的技术。


技术实现要素：

5.本发明目的：在于提供一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，该带阻滤波器不仅能动态控制阻带的中心频率，而且还同时具有关闭带阻，使调谐频段范围内的信号全部通过的功能。
6.为实现以上功能，本发明设计一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，所述带阻滤波器包括由上至下依次层叠，且形状为矩形的第一金属层a、第一介质基板b和第二金属层c；第一金属层a、第二金属层c分别刻蚀在第一介质基板b上下两面，其中，第一金属层a具有金属结构a1、金属结构a2、金属结构a1’，以及变容二极管d1、变容二极管d2，金属结构a2为矩形，金属结构a1、金属结构a1’形状、尺寸相同，且分别与金属结构a2两侧相接，变容二极管d1、变容二极管d2分别位于金属结构a1、金属结构a1’与金属结构a2两侧的连接处，形成具有中心频率可调和带阻关闭功能的带阻滤波器，以第一金属层a所在平面为xoy面，金属结构a1、金属结构a2、金属结构a1’、变容二极管d1、变容二极管d2所组成的结构沿x轴呈轴对称，且其对称轴与第一金属层a沿x轴方向的对称轴重合；
7.第二金属层c具有金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3，附着在第一介质基板b下表面，金属结构c1、金属结构c3分别以预设间距位于金属结构c2两侧，金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3所组成的结构沿x轴呈轴对称，且其对称轴与第二金属层c沿x轴方向的对称轴重合，构成共面波导馈线结构。
8.作为本发明的一种优选技术方案：第一金属层a上的金属结构a1由宽度相同、首尾
依次相接，且相互垂直的条状金属结构a1-1、金属结构a1-2、金属结构a1-3、金属结构a1-4、金属结构a1-5、金属结构a1-6组成，金属结构a1-1与金属结构a2的一个侧边垂直且相接，金属结构a1-2指向x轴负方向，金属结构a1-3指向y轴正方向，金属结构a1-4指向x轴正方向，金属结构a1-5指向y轴负方向，金属结构a1-6指向x轴负方向，且金属结构a1-6尾端与金属结构a1-1相距预设距离；
9.第一金属层a上的金属结构a1’由金属结构a1
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1、金属结构a1
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2、金属结构a1
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3、金属结构a1
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4、金属结构a1
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5、金属结构a1
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6组成，金属结构a1’的各条状金属结构形状、尺寸分别与构成金属结构a1的各相应的条状金属结构相同，且分别沿x轴呈轴对称，金属结构a1
’‑
1与金属结构a2的另一个侧边垂直且相接。
10.作为本发明的一种优选技术方案：第二金属层c的金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3均为矩形，且三者长度与第二金属层c的相同，金属结构c1、金属结构c3与金属结构c2之间的预设间距相同。
11.作为本发明的一种优选技术方案：所述第一金属层a中的金属结构a2的宽度等于第二金属层c中的金属结构c2的宽度。
12.作为本发明的一种优选技术方案：所述带阻滤波器通过共面波导馈线进行电磁耦合激励。
13.作为本发明的一种优选技术方案：所述第一介质基板b厚度与所述带阻滤波器的耦合激励程度成正比。
14.作为本发明的一种优选技术方案：带阻滤波器的初始中心频率由第一金属层a中的金属结构a1、以及金属结构a1’的宽度与a2的长度的比例控制，该比例与谐振频率成反比。
15.作为本发明的一种优选技术方案：带阻滤波器具有关闭带阻，即变容二极管d1和变容二极管d2的电容值近似为0时，该带阻滤波器的带阻功能关闭，调谐频段范围内的信号全部通过。
16.作为本发明的一种优选技术方案：通过连续调节变容二极管d1和d2的电容值，调节带阻滤波器的中心频率，实现阻带的中心频率连续可调。
17.有益效果：相对于现有技术，本发明的优点包括：
18.本发明设计了一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，所述带阻滤波器通过调节两个变容二极管的容值大小，不仅能动态控制阻带的中心频率，而且还有关闭带阻，使调谐频段范围内的信号全部通过的功能。此外，该带阻滤波器具有结构简单，制作成本低廉，尺寸小的优点。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例提供的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器的结构示意图；
20.图2是根据本发明实施例提供的第一金属层a的结构示意图；
21.图3是根据本发明实施例提供的滤波器采用hfss软件计算得到的频率关闭状态的s参数图；
22.图4是根据本发明实施例提供的滤波器采用hfss软件计算得到的频率可调状态的
s参数图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
24.参照图1，本发明实施例提供的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，所述带阻滤波器包括由上至下依次层叠，且形状为矩形的第一金属层a、第一介质基板b和第二金属层c；第一金属层a、第二金属层c分别刻蚀在第一介质基板b上下两面，其中，第一金属层a具有金属结构a1、金属结构a2、金属结构a1’，以及变容二极管d1、变容二极管d2，金属结构a2为矩形，金属结构a1、金属结构a1’形状、尺寸相同，且分别与金属结构a2两侧相接，变容二极管d1、变容二极管d2分别位于金属结构a1、金属结构a1’与金属结构a2两侧的连接处，形成具有中心频率可调和带阻关闭功能的带阻滤波器，以第一金属层a所在平面为xoy面，金属结构a1、金属结构a2、金属结构a1’、变容二极管d1、变容二极管d2所组成的结构沿x轴呈轴对称，且其对称轴与第一金属层a沿x轴方向的对称轴重合；
25.参照图2，第一金属层a上的金属结构a1由宽度相同、首尾依次相接，且相互垂直的条状金属结构a1-1、金属结构a1-2、金属结构a1-3、金属结构a1-4、金属结构a1-5、金属结构a1-6组成，金属结构a1-1与金属结构a2的一个侧边垂直且相接，金属结构a1-2指向x轴负方向，金属结构a1-3指向y轴正方向，金属结构a1-4指向x轴正方向，金属结构a1-5指向y轴负方向，金属结构a1-6指向x轴负方向，且金属结构a1-6尾端与金属结构a1-1相距预设距离；
26.第一金属层a上的金属结构a1’由金属结构a1
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1、金属结构a1
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2、金属结构a1
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3、金属结构a1
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4、金属结构a1
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5、金属结构a1
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6组成，金属结构a1’的各条状金属结构形状、尺寸分别与构成金属结构a1的各相应的条状金属结构相同，且分别沿x轴呈轴对称，金属结构a1
’‑
1与金属结构a2的另一个侧边垂直且相接；针对金属结构a1-1与金属结构a1
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1，两个条状的金属结构的中轴线位于同一直线，且矩形的金属结构a2关于该直线呈轴对称。
27.第二金属层c具有金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3，附着在第一介质基板b下表面，金属结构c1、金属结构c3分别以预设间距位于金属结构c2两侧，金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3所组成的结构沿x轴呈轴对称，且其对称轴与第二金属层c沿x轴方向的对称轴重合，构成共面波导馈线结构，带阻滤波器通过共面波导馈线进行电磁耦合激励，第一介质基板b厚度与所述带阻滤波器的耦合激励程度成正比。
28.第二金属层c的金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3均为矩形，且三者长度与第二金属层c的相同，金属结构c1、金属结构c3与金属结构c2之间的预设间距相同。所述第一金属层a中的金属结构a2的宽度等于第二金属层c中的金属结构c2的宽度，使共面波导馈线对带阻滤波器的电磁耦合程度最大化。
29.带阻滤波器的初始中心频率由第一金属层a中的金属结构a1、以及金属结构a1’的宽度与a2的长度的比例控制，该比例与谐振频率成反比。
30.带阻滤波器的中心频率连续可调功能实现过程为：通过连续调节变容二极管d1和d2的电容值，调节带阻滤波器的中心频率。
31.带阻滤波器不仅能动态控制阻带的中心频率，还具有带阻关闭功能，其实现过程
为：带阻滤波器具有关闭带阻，即变容二极管d1和变容二极管d2的电容值近似为0时，该带阻滤波器的带阻功能关闭，调谐频段范围内的信号全部通过。
32.以下为本发明所设计的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器的一个实施例：
33.第一介质基板b采用厚度为0.2mm的rogers ro4003材料，该板材的介电常数为3.55。第一金属层a中的a2与第二金属层c2的宽度为4mm，第一金属层a中的金属结构a1和金属结构a1’的长度为17.5mm，宽度为0.2mm，第二金属层c中的c1和c3与c2之间的缝隙宽度为0.5mm。
34.利用hfss软件仿真本实施例的带阻滤波器结构，并模拟变容二极管d1和d2在不同电容值时得到的带阻滤波器性能：
35.图3是当变容二极管d1与d2的电容值同时为0.1pf时采用hfss软件计算本实施例的s参数图，在2.8ghz-4.8ghz范围内没有产生阻带，表明当该带阻滤波器中的变容二极管d1和d1的电容值近似为0时能够实现频率关闭的功能。
36.图4是当变容二极管d1的电容值为0.1pf，变容二极管d2的电容值分别为0.4pf、0.7pf、1pf和2.8pf时采用hfss软件计算本实施例的s参数图，可以看出，当变容二极管d1和d2的电容差值越大，带阻滤波器的中心频率越小，表明通过调节变容二极管d1和d2的电容值能够实现阻带的中心频率可调功能。因为变容二极管能够实现电容值连续可调，因此当变容二极管的电容值连续可调时，该带阻滤波器的中心频率也能具有同时连续可调的功能。
37.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

技术特征：
1.一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，所述带阻滤波器包括由上至下依次层叠，且形状为矩形的第一金属层a、第一介质基板b和第二金属层c；第一金属层a、第二金属层c分别刻蚀在第一介质基板b上下两面，其中，第一金属层a具有金属结构a1、金属结构a2、金属结构a1’，以及变容二极管d1、变容二极管d2，金属结构a2为矩形，金属结构a1、金属结构a1’形状、尺寸相同，且分别与金属结构a2两侧相接，变容二极管d1、变容二极管d2分别位于金属结构a1、金属结构a1’与金属结构a2两侧的连接处，形成具有中心频率可调和带阻关闭功能的带阻滤波器，以第一金属层a所在平面为xoy面，金属结构a1、金属结构a2、金属结构a1’、变容二极管d1、变容二极管d2所组成的结构沿x轴呈轴对称，且其对称轴与第一金属层a沿x轴方向的对称轴重合；第二金属层c具有金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3，附着在第一介质基板b下表面，金属结构c1、金属结构c3分别以预设间距位于金属结构c2两侧，金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3所组成的结构沿x轴呈轴对称，且其对称轴与第二金属层c沿x轴方向的对称轴重合，构成共面波导馈线结构。2.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，第一金属层a上的金属结构a1由宽度相同、首尾依次相接，且相互垂直的条状金属结构a1-1、金属结构a1-2、金属结构a1-3、金属结构a1-4、金属结构a1-5、金属结构a1-6组成，金属结构a1-1与金属结构a2的一个侧边垂直且相接，金属结构a1-2指向x轴负方向，金属结构a1-3指向y轴正方向，金属结构a1-4指向x轴正方向，金属结构a1-5指向y轴负方向，金属结构a1-6指向x轴负方向，且金属结构a1-6尾端与金属结构a1-1相距预设距离；第一金属层a上的金属结构a1’由金属结构a1
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1、金属结构a1
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2、金属结构a1
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3、金属结构a1
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4、金属结构a1
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5、金属结构a1
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6组成，金属结构a1’的各条状金属结构形状、尺寸分别与构成金属结构a1的各相应的条状金属结构相同，且分别沿x轴呈轴对称，金属结构a1
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1与金属结构a2的另一个侧边垂直且相接。3.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，第二金属层c的金属结构c1、金属结构c2、金属结构c3均为矩形，且三者长度与第二金属层c的相同，金属结构c1、金属结构c3与金属结构c2之间的预设间距相同。4.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，所述第一金属层a中的金属结构a2的宽度等于第二金属层c中的金属结构c2的宽度。5.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，所述带阻滤波器通过共面波导馈线进行电磁耦合激励。6.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，所述第一介质基板b厚度与所述带阻滤波器的耦合激励程度成正比。7.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，带阻滤波器的初始中心频率由第一金属层a中的金属结构a1、以及金属结构a1’的宽度与a2的长度的比例控制，该比例与谐振频率成反比。8.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在于，带阻滤波器具有关闭带阻，即变容二极管d1和变容二极管d2的电容值近似为0时，该带阻滤波器的带阻功能关闭，调谐频段范围内的信号全部通过。9.根据权利要求1所述的一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，其特征在
于，通过连续调节变容二极管d1和d2的电容值，调节带阻滤波器的中心频率，实现阻带的中心频率连续可调。

技术总结
本发明公开了一种具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，包括第一金属层A，第一介质基板B和第二金属层C；第一金属层A与第二金属层C分别刻蚀在第一介质基板层B的正反两面，第一金属层A中的金属结构A1，A2和A1’与变容二极管D1，D2在第一介质基板B的上表面以X轴对称，形成具有频率连续可调和关闭功能的带阻滤波器，第二金属层C中的金属结构C1,C2和C3附着在第一介质基板的下表面，构成共面波导馈线结构。频率连续可调功能和关闭功能通过调节滤波器中对称加载的两个变容二极管D1，D2的电容值大小控制。本发明能够实现带阻滤波器的频率连续可调和关闭的功能，同时具有结构简单，制作成本低廉，尺寸小的优点。尺寸小的优点。尺寸小的优点。


技术研发人员：樊星叶 程勇 于映 曹逸帆
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/15