李國強，劉北佳

(1.哈爾濱市科佳通用機電股份有限公司，哈爾濱 150006； 2.哈爾濱工業(yè)大學電子與信息工程學院，哈爾濱 150001)

1 前言

近年來，由于智能無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，要求射頻前端能夠滿足多種應用需求、支持多個通信系統(tǒng)動態(tài)切換工作，實現(xiàn)多個頻段信號傳輸以及抑制干擾信號的能力。在射頻前端中，濾波器必不可少?？芍貥嫗V波器的實現(xiàn)與應用對于智能無線通信具有重要意義[1-2]。目前，已有重構頻率和重構帶寬的研究成果，其中，實現(xiàn)純粹帶通的頻率重構技術較多[3]，具有不同頻帶特性的多狀態(tài)可重構濾波器有待進一步研究實現(xiàn)。提出了一種基于耦合多模諧振器的可重構微帶濾波器。它由可重構的山字形諧振器、微帶主饋線、介質基板和金屬地板構成。在主饋線引入開關，控制著電磁能量傳輸?shù)穆窂剑M而使所集成的諧振器發(fā)揮帶通或帶阻的濾波功能。根據(jù)奇偶模理論，改變中心諧振器中心枝節(jié)的長度影響著偶模諧振頻率，進而改變天線工作頻率。通過開關二極管驅動有效的中心枝節(jié)長度，實現(xiàn)工作頻帶的切換。

2 濾波器設計

圖1是本研究提出的基于山字形多模諧振器的可重構濾波器結構圖。介質基板采用厚為1 mm的FR4材料，正面為山字形諧振器與主饋線通過縫隙耦合，背面為全金屬地板。設計的濾波器結構參數(shù)如下(單位均為mm)：w=2，w1=1，g1=0.4，ws=0.3，wc=0.2，ls=4，lc=7.5，k=5。由位于中心枝節(jié)上的三個p-i-n二極管開關對濾波器進行六個狀態(tài)的可重構控制。由于其結構對稱性，因此可以依據(jù)奇偶模理論對其進行分析。當奇模被激勵時，對稱面可看作電壁，此時諧振器中心相當于短路；當偶模被激勵時，對稱面可看作磁壁，此時諧振器中心相當于開路。根據(jù)傳輸線理論，奇偶模的輸入阻抗可以獲得，進一步可以推導得出奇偶模的主模諧振頻率fodd和feven如下：

(1)

(2)

式中：c為電磁波在真空中的傳播速度；εr為等效的相對介電常數(shù)。從公式(1)和(2)中可以看出，奇偶模諧振頻率可以通過改變枝節(jié)的長度來調節(jié)，且短枝節(jié)長度對奇偶模諧振頻率均有影響，中心枝節(jié)長度只影響偶模諧振頻率。因此，可按應用頻段需求，根據(jù)公式(1)和(2)對濾波器結構參數(shù)初值進行估計。

圖1 可重構濾波器結構圖Fig.1 Dimensions of the proposed filter

狀態(tài)S1S2S3頻率特性I關關-單帶通II關開開寬帶通III關開關雙帶通IV開關-單帶阻V開開開寬帶阻VI開開關雙帶阻

本研究提出的可重構微帶濾波器不同開關狀態(tài)對應的開關狀態(tài)和頻率特性見表1。當位于微帶主饋線上的開關斷開時，從一個端口輸入的能量通過山形諧振器耦合進一步傳輸至另一端口，濾波器具有帶通特性；當位于微帶主饋線上的開關閉合，從一個端口輸入的能量直接通過主饋線傳輸至另一端口，山形諧振器作為寄生單元耦合了大量能量而不能進一步傳輸，使濾波器工作在帶阻狀態(tài)。

圖2 中心枝節(jié)長度對狀態(tài)III濾波器性能的影響Fig.2 Influence of central stub length on filter performance at state III

圖3 中心枝節(jié)長度對狀態(tài)VI濾波器性能的影響Fig.3 Influence of central stub length on filter performance at state VI

3 結語

本研究提出了一種基于集成耦合多模諧振器的可重構濾波器。為了實現(xiàn)設計的思想，具體設計了山形諧振器通過電磁耦合的方式集成于微帶饋線上，通過三個開關控制，實現(xiàn)了單帶通、寬帶通、雙帶通、單帶阻、寬帶阻和雙帶阻六種頻率性能重構的濾波器，適用于具有動態(tài)頻率需求的智能無線系統(tǒng)中。