一种可调谐低通滤波器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及射频毫米波低通滤波器技术领域，尤其涉及一种可调谐低通滤波器。


背景技术：

2.可调谐滤波器已广泛应用于军事和军事领域，例如，在多标准收发器。可调滤波器显著降低了模拟前端的尺寸，抑制大信号干扰并完成多频转换。但是典型的可调滤波器体积大，耗电量大。射频微电子机械系统(rf mems)技术提供了低损耗的可能性，接近零功耗，高体积与集成电路相当的高线性度滤波。近年来，一些研究者开始应用rf-mems到可调谐滤波器的发展上。这些滤波器有包括集中设计和分布式设计。虽然这些滤波器组件适用于可调设计，但是它们通常具有大尺寸、非共面特性，以及传统集总元件的低q值，这些很难与集成电路集成。那些滤波器也可以分为两种不同的类型，模拟和数字。模拟调谐提供连续通带频率变化，但调谐范围有限。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种可调谐低通滤波器，以实现调谐两次并保持切比雪夫滤波器特性，并实现大调谐范围的同时具备改进的带外特性隔离，通带纹波小于2db，且最大带外抑制优于20db。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种可调谐低通滤波器，包括：至少一个慢波共面波导(cpw)滤波单元；
5.所述cpw滤波单元中包括电感串联电路以及mems开关并联电路，用于通过改变cpw管线实现低通滤波调谐。
6.进一步地，所述电感串联电路包括第一给定数量的栅极电感串联连接，形成主传输线路。
7.进一步地，所述电感串联电路中包括的各栅极电感的电感值表示所述主传输线路的电感值。
8.进一步地，所述mems开关并联电路包括第二给定数量的静电驱动桥；
9.各所述静电驱动桥固定在cpw输电线路的地线上，并联构成二阶可调器件低通滤波器。
10.进一步地，所述静电驱动桥内的电容器为由mems电容开关控制的金属绝缘体金属电容器。
11.进一步地，所述第二给定数量为5；
12.所述静电驱动桥通过下拉式电压构成mems开关，且mems开关进行开、关状态调控时，静电驱动桥内电容器的电容值随之改变，以此控制改变滤波器的截止频率。
13.本实用新型通过带有mems开关的可调低通滤波器，解决现有滤波器难以集成和调谐范围有限的问题，可以调谐两次并保持切比雪夫滤波器特性，实现大调谐范围的同时具
备改进的带外特性隔离的效果。
附图说明
14.图1是本实用新型实施例一中的一种低通滤波单元的简化等效电路模型图；
15.图2是本实用新型实施例一中的一种cpw结构的低通滤波单元示意图；
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
17.实施例一
18.图1为本实用新型实施例一提供的一种低通滤波单元的简化等效电路模型图，本实施例提供的可调谐低通滤波器，具体包括：
19.至少一个cpw滤波单元10。
20.其中，cpw滤波单元10中包括电感串联电路11以及mems开关并联电路12，用于通过改变cpw管线实现低通滤波调谐。
21.如图1所示，mems开关并联电路12和电感串联电路11是等效电路中的主要电路参数，c1、c2和c3是由mems电容开关控制的金属-绝缘体-金属(mim)电容器。l1，l2，l3分别是传输线路的电感值，l3是一个栅极电感，直线或条形电感计算公式可以写成：
[0022][0023]
式中，l是段电感，单位为毫微亨利，l，w，t为节段长度、宽度和厚度，分别以厘米为单位。进一步地，上行和下行电容可表示为：
[0024][0025]
式中，a是中心导体顶部的板面积，d是向上状态下桥梁和cpw线之间的距离，td是cpw线顶部的电介质材料的厚度，εr是所用材料的介电常数，ε0为真空中的介电常数。c
frng
是边缘场效应产生的附加电容，t
rough
是考虑粗糙度的有效厚度。
[0026]
在本实施例中，电感串联电路11包括第一给定数量的栅极电感串联连接，形成主传输线路。
[0027]
具体的，第一给定数量可以是大于1的整数。优选的，如图1所示，cpw滤波单元10中包括电感串联电路11，电感串联电路11由6个栅极电感组成。
[0028]
进一步地，电感串联电路11中包括的各栅极电感的电感值表示所述主传输线路的电感值。
[0029]
在本实施例中，mems开关并联电路12包括第二给定数量的静电驱动桥；各静电驱动桥固定在cpw输电线路的地线上，并联构成二阶可调器件低通滤波器。
[0030]
具体的，mems开关并联电路12中包括静电驱动桥。优选的，如图1所示，mems开关并
联电路12中包括5个并联的静电驱动桥。
[0031]
进一步地，静电驱动桥内的电容器为由mems电容开关控制的金属绝缘体金属电容器。
[0032]
进一步地，第二给定数量为5；静电驱动桥通过下拉式电压构成mems开关，且mems开关进行开、关状态调控时，静电驱动桥内电容器的电容值随之改变，以此控制改变滤波器的截止频率。
[0033]
具体的，当保持输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的0.707倍，用频响特性来表述即为-3db点处即为截止频率。滤波器的截止频率是由c1、c2、c3、l1、l2和l3的值确定。一旦mems电桥被加上下拉电压，开关将被设置并且电容值将被更换，滤波器的截止频率将同时更换。
[0034]
图2是本实用新型实施例一中的一种cpw结构的低通滤波单元示意图，如图2所示，低通滤波器中包括5个静电驱动桥121，当有信号输入时，滤波器的图形如图2所示。
[0035]
在本实施例中，采用ansoft hfss软件建立了滤波装置模型，可以模拟出各个状态下的参数。表1为滤波器的参数，如表1所示，很明显滤波器的频率可调两次，量程可大达30％和105％，插入损耗小于1.2db时，最大隔离度可以更好大于27db。
[0036]
表1滤波器的参数
[0037]
parameterstate astate bstate c3db截止频率7.19.214.55插入损耗(db)《1.2《0.79《1.01最大隔离度(db)27.127.963
[0038]
在本实施例中，使用安捷伦pna e8363b矢量网络分析仪测量了可调谐滤波器的特性。通过对可调谐低通滤波器的3db截止频率进行测量，当开关按之前所述方式切换到“开”或“关”状态，滤波器的电容发生了变化，这三种状态的3db截止频率分别为8.2ghz、10.5ghz和16.8ghz。插入损耗小于2db，三种状态的带外隔离是优于20db。由于mems的寄生效应以及电介质表面粗糙度层，测量的3db截止频率，插入损耗和三种状态的带外隔离与仿真结果不完全一致，mems开关的驱动电压约为40v。
[0039]
本实用新型通过测试结果表明基于mems电容开关结构的该滤波器的可调谐性，通过操作mems开关，滤波器的3db截止频率可以分别调至8.2ghz、10.5ghz和16.8ghz。可调低通滤波器可以调谐两次并保持切比雪夫滤波器特性，实现大调谐范围的同时具备改进的带外特性隔离。在未来，该滤波器可以应用在雷达的可调谐射频前端系统、无线和多频通信系统等。
[0040]
本实施例提供的可调谐低通滤波器，解决现有滤波器难以集成和调谐范围有限的问题，可以调谐两次并保持切比雪夫滤波器特性，实现大调谐范围的同时具备改进的带外特性隔离的效果。
[0041]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附
的权利要求范围决定。