一种基于损耗可调梯形微带滤波器的新型电压控制可调滤波衰减器

《IEEE Microwave and Wireless Technology Letters》：A Novel Voltage-Controlled Tunable Filtering Attenuator Based on Lossy-Tuned Ladder-Type Microstrip Filter

提出了一种基于可调损耗谐振器和损耗耦合的电压控制可调衰减滤波器，采用八阶ladder型微带滤波器结构实现，通过p-i-n二极管调谐。对称结构支持奇偶模分析，优化参数设计。原型测试显示4.4-50dB宽衰减范围，带内平坦度±7.4%（907MHz）和±3.2%（1.93GHz），开关抑制能力53-74dB，实现滤波器、电压控制衰减和开关的三合一功能。

　　

摘要：

本文提出了一种基于可调损耗谐振器和损耗耦合的新型电压控制可调滤波衰减器，该衰减器具有宽的衰减调节范围、改进的带内平坦度以及带宽稳定性。该组件通过由p-i-n二极管调谐的八阶梯形微带滤波器实现。该组件的对称特性使得可以通过奇模和偶模方法进行全面的分析，从而便于精确的参数优化。已制作并测试了概念验证原型。测试结果显示，该衰减器的衰减调节范围为4.4至50 dB，在907 MHz时带宽平坦度为±7.4%，在1.93 GHz时为±3.2%；同时具备53–74 dB的带内抑制能力。实现了滤波器、电压控制衰减和开关功能的集成。

引言

在现代无线通信系统中，滤波和衰减的多功能集成对于提高系统紧凑性至关重要[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。传统上，通过级联带通滤波器（BPF）和衰减器来抑制带外干扰并动态调整信号强度。然而，这种级联配置不可避免地引入了额外的损耗，并增加了系统复杂性，限制了其在小型化和高性能场景中的应用。为了解决这些问题，多功能滤波衰减器作为一种有前景的解决方案应运而生，它能够在单个组件中同时实现频率选择性和可调衰减。现有的实现可调滤波衰减器的方法依赖于半导体[7]、石墨烯[8]、[9]、[10]、可变电容器[11]、[12]、可调电阻[13]、[14]以及p-i-n二极管[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]等技术。尽管这些方法能够实现动态衰减控制，但它们也存在一些局限性。例如，基于半导体和石墨烯的解决方案虽然可调，但制造工艺复杂且成本较高。基于可变电容器的设计通常带宽较窄。大多数使用可调电阻和p-i-n二极管并通过耦合线实现的设计虽然实现了宽带带通滤波衰减响应，但其衰减范围有限（例如3.26–15.61 dB [14] 和 2.76–16.99 dB [16]），并且在宽调节范围内难以保持平坦的带通响应[13]、[17]。此外，传统的基于损耗谐振器的可调滤波衰减器在高衰减条件下容易使滤波特性发生失真，进一步限制了其实用性[7]、[12]、[18]。