中心频率与输出端口可重构的新型滤波分支线电桥

doi:10.12263/DZXB.20210820

电子学报 ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (6): 1331-1335.DOI: 10.12263/DZXB.20210820

所属专题：电磁频谱智能+

中心频率与输出端口可重构的新型滤波分支线电桥

朱旭¹, 杨健¹, 杨涛²

^1.中国人民解放军32802部队，北京 100191
^2.电子科技大学电子科学与工程学院，四川成都 611731

收稿日期:2021-07-01 修回日期:2021-08-24 出版日期:2022-06-25
- 作者简介:
- 朱旭男，1989年出生，安徽合肥人.2021年毕业于电子科技大学，获电磁场与微波技术专业博士学位.中国人民解放军32802部队助理研究员.主要研究方向为电磁场与微波技术.E-mail: zlz_9202@163.com
  杨健男，1982年出生，安徽颍上人.2006年毕业于解放军信息工程大学，获通信与信息系统专业硕士学位.中国人民解放军32802部队研究员.主要研究方向为通信与信息系统.
  杨涛男，1983年出生，湖北赤壁人.教授，博士生导师，IEEE高级会员.2011年获电子科技大学电磁场与微波技术专业博士学位.主要研究方向为可调微波、毫米波器件.先后承担过国家自然科学基金青年、面上项目，创新特区研发项目，国家装备预研项目等.

Novel Filtering Quadrature Coupler with Reconfigurable Frequency and Output Direction

ZHU Xu¹, YANG Jian¹, YANG Tao²

^1.32802 Troops of PLA, Beijing 100191, China
^2.School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and
Technology of China, Chengdu, Sichuan 611731, China

Received:2021-07-01 Revised:2021-08-24 Online:2022-06-25 Published:2022-06-25

摘要/Abstract

摘要：

本文提出了一种中心频率与输出端口均可重构的滤波分支线电桥设计方法.验证电路由4个半波长环形阶跃阻抗谐振器（Step Impedance Resonator，SIR）构成，谐振器开路端与谐振器之间加载变容二极管用于控制中心频率以及谐振器级间耦合的强弱.为了实现滤波响应，传统分支线电桥的传输线用不同电磁特性的导纳变换器替代.通过这一简单的结构，可以在不添加额外开关电路的条件下实现滤波分支线电桥输出端口的变换.电路使用微带线谐振器设计并加工、测试.测试结果表明，该电路的中心频率调节范围为1.2~1.6 GHz，正向输出时的相差为90°，反向输出时的相差为 $- 90 °$ .

关键词: 滤波分支器电桥, 可重构电桥, 可重构滤波器, 可重构工作频率, 可重构输出端口

Abstract:

In this paper, a novel filtering quadrature coupler(FQC) with reconfigurable frequency and output direction is presented. It simply consists of four half-wavelength step impedance resonators(SIRs) loaded with varactors at the open ends for frequency tuning and between resonators for inter-stage coupling control. Admittance invertors with electrical and magnetic types are utilized to replace the transmission lines in conventional quadrature coupler for filtering response. By using the simple configuration, the proposed FQC can realize reconfigurable output directions without any switch component. Theoretical analysis has been given and a microstrip prototype has been designed, fabricated and measured to demonstrate the proposed technique. The measured results show that the proposed FQC can continuously cover the frequency range of 1.2~1.6 GHz at forward output direction with 90° phase difference and at backward output direction with -90° phase difference.

Key words: filtering quadrature coupler, reconfigurable coupler, reconfigurable filter, reconfigurable operating frequency, reconfigurable output direction

中图分类号:

TN713

朱旭, 杨健, 杨涛. 中心频率与输出端口可重构的新型滤波分支线电桥[J]. 电子学报, 2022, 50(6): 1331-1335.

Xu ZHU, Jian YANG, Tao YANG . Novel Filtering Quadrature Coupler with Reconfigurable Frequency and Output Direction[J]. Acta Electronica Sinica, 2022, 50(6): 1331-1335.

图/表 9

图1 可重构滤波分支线电桥结构图

图2 可重构滤波分支线电桥等效电路

图3 不同输出模式原理图

图4 耦合系数与级间加载电容大小的对应关系(谐振器物理尺寸为l1=3.4 mm,l2=8.2 mm,w1=2 mm,w2=0.8 mm)(a) 耦合系数k14(k23)在不同谐振器 (b) 耦合系数k12(k34)在不同谐振器间距s1下与电容Cc1的对应关系间距s2下与电容Cc2的对应关系

图5 可重构滤波分支线电桥实物照片

表1 电路物理尺寸/m

l₁	l₂	l₃	w₁	w₂	s₁	s₂
3.4	8.2	1.5	2.0	0.8	0.6	3.8

图6 正向工作模式下可重构滤波分支线电桥S参数仿真与测试结果(注:相同颜色的测试曲线对应相同的中心频率)

图7 反向工作模式下可重构滤波分支线电桥S参数仿真与测试结果(注:相同颜色的测试曲线对应相同的中心频率)

表2 本工作与其余端口可重构分支线电桥性能对比

参考文献	工艺	工作频率/GHz		插损/dB		1 dB 幅度不平衡度/dB	滤波响应
[4]	微带线	正向	1~1.6	<1.8		>0.5	无
[4]	微带线	反向	1.1~1.5	<1.8		>1.5	无
[5]	CMOS	2.1~3.1		<1.4		NA	无
本文	微带线	1.2~1.6 (可调)		正向	3.2~2.7	<0.4	有
本文	微带线	1.2~1.6 (可调)		反向	3.3~2.8	<0.4	有

参考文献 9

1	LIN T W, LIN C H, HUANG K C, et al. Compact branch-line coupler filter with transmission zeros[C]//2015 Asia-Pacific Microwave Conference(APMC). Nanjing: IEEE, 2015: 1-3.
2	LIN F, CHU Q X, WONG S W. Design of dual-band filtering quadrature coupler using /2 and /4 resonators[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2012, 22(11): 565-567.
3	LIN F, MA H Z. Design of a class of filtering couplers with reconfigurable frequency[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2018, 66(9): 4017-4028.
4	ZHANG R Q, HAGAG M F, YANG L, et al. A flexible quadrature coupler with reconfigurable frequency and coupling ratio in switchable coupling direction[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2019, 67(8): 3391-3402.
5	ABDALLA M A Y, PHANG K, ELEFTHERIADES G V. A compact highly reconfigurable CMOS MMIC directional coupler[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2008, 56(2): 305-319.
6	ZHU X, YANG T, CHI P L, et al. Novel reconfigurable filtering rat-race coupler, branch-line coupler, and multiorder bandpass filter with frequency, bandwidth, and power division ratio control[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2020, 68(4): 1496-1509.
7	HAGAG M F, KHATER M ABU, SINANIS M D, et al. Ultra-compact tunable filtering rat-race coupler based on half-mode SIW evanescent-mode cavity resonators[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2018, 66(12): 5563-5572.
8	ZHU X, YANG T, CHI P L, et al. Novel tunable isolation network used in ring-type single-to-balanced, power-dividing, and single-ended filter with arbitrary power-division ratios[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2020, 68(2): 666-680.
9	HONG J S, LANCASTER M J. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications[M]. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2001.

[1]	张旭东, 雷倩倩, 张芳玲, 李弦, 李连碧. 3阶FLFB低通滤波器的最小可接受功耗分析[J]. 电子学报, 2022, 50(6): 1480-1486.
[2]	何雪, 胡志忠. 分数阶低通滤波器的优化设计研究[J]. 电子学报, 2022, 50(1): 185-194.
[3]	王旭光, 杨维明, 尤旭颖, 彭菊红, 曾张帆. 基于枝节加载谐振器的新型三频带通滤波器设计[J]. 电子学报, 2019, 47(4): 970-976.
[4]	庞轶环, 胡志忠. 一种分数阶巴特沃斯滤波器的有源电路设计[J]. 电子学报, 2018, 46(5): 1160-1165.
[5]	曹良足, 殷丽霞. 压电换能器电调介质滤波器的设计与实现[J]. 电子学报, 2017, 45(8): 1964-1969.
[6]	王磊, 程向红, 李双喜. 高斯和高阶无迹卡尔曼滤波算法[J]. 电子学报, 2017, 45(2): 424-430.
[7]	张朝柱, 韩吉南, 燕慧智. 高速高精度固定角度旋转CORDIC算法的设计与实现[J]. 电子学报, 2016, 44(2): 485-490.
[8]	徐红, 黄朝耿, 宋洪波, 周志光, 李刚. 并行计算的全通数字滤波器结构[J]. 电子学报, 2015, 43(10): 2034-2039.
[9]	张晓帆, 李广军. 基于低硬件复杂度、高速CORDIC的SVD模块设计与实现[J]. 电子学报, 2015, 43(4): 738-742.
[10]	赵志远, 杨霖, 陈昆和, 周强, 陈剑斌. 基于混合梳状线谐振器的三阶恒定带宽电调微带滤波器研究[J]. 电子学报, 2015, 43(1): 140-144.
[11]	张玉梅, 吴晓军, 白树林. 基于DFP的二阶Volterra模型及其对Rössler混沌序列的预测[J]. 电子学报, 2014, 42(9): 1801-1806.
[12]	葛德永, 张旭, 何明, 赵新杰, 胡磊, 季鲁, 阎少林. 基于单端口群时延优化的高温超导滤波器和四工器设计[J]. 电子学报, 2013, 41(11): 2216-2222.
[13]	于爱华, 黄朝耿, 李刚, 徐红, 常丽萍. 一种新型低复杂度的IIR格型滤波器[J]. 电子学报, 2013, 41(9): 1703-1709.
[14]	杨立生, 冯文杰. 基于横向滤波器理论的小型超宽带差分带通滤波器[J]. 电子学报, 2012, 40(12): 2539-2543.
[15]	徐红;李刚;黄朝耿;叶丰. 一种设计IIR数字滤波器的参数化方法[J]. 电子学报, 2012, 40(4): 847-851.

中心频率与输出端口可重构的新型滤波分支线电桥

Novel Filtering Quadrature Coupler with Reconfigurable Frequency and Output Direction

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 9

相关文章 15

编辑推荐

Metrics