CN102035058A - 滤波器、发送-接收器以及放大电路 - Google Patents

滤波器、发送-接收器以及放大电路 Download PDF

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Abstract

一种滤波器、发送-接收器以及放大电路，该滤波器包括：输入端，基波信号及所述基波信号的谐波信号组被提供至该输入端；输出端，被配置成输出提供至所述输入端的所述基波信号；传输线，被配置成连接所述输入端和所述输出端；开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并且该开路端短截线耦接至所述传输线，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；第一短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线，并具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；以及第二短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线。该滤波器能够抑制谐波信号并降低作为通过信号的基波信号的衰减量。

Description

滤波器、发送-接收器以及放大电路
技术领域
此处讨论的实施例涉及一种滤波器、发送-接收器(transmitter-receiver)以及放大电路。
背景技术
作为处理谐波信号的滤波器，存在一种滤波器，对其提供基波信号和具有基波信号的整数倍频率的谐波信号，该滤波器对这些信号中的谐波信号加以抑制并输出基波信号。
上述滤波器设置于诸如放大器、混频器等非线性元件的输出部上。在非线性元件中，谐波信号可能伴随着基波信号的输入而生成并输出。在这种情形下，存在谐波信号对其他组件或系统造成电磁干扰的可能。当将上述滤波器设置于这种非线性元件的输出部上时，谐波信号可以得到抑制。
作为上述滤波器其中之一，存在一种滤波器，包括输入端，输出端，连接所述输入端及输出端的传输线，以及开路端短截线(open-end stub)，其中开路端短截线被配置成对应于所提供的谐波信号而设置，并被耦接至所述传输线，且具有与对应的谐波信号的1/4波长对应的长度。
每个开路端短截线使得连接节点针对对应的谐波信号而与传输线短路并抑制对应的谐波信号。另一方面，每个开路端短截线使得连接节点针对基波信号而与传输线开路并使基波信号通过。结果，该滤波器使谐波信号在所提供的基波信号和谐波信号中得到抑制并使基波信号得以自输出端产生。
图1示出了这种现有的滤波器的一个实例。所示出的现有的滤波器100具有输入端110，输出端120，连接输入端110及输出端120的传输线130，以及通过连接节点131耦接至传输线130的开路端短截线142、143、144、145和146。这里，传输线130的特征阻抗Z0为50Ω。
将基波信号f0和具有基波信号f0的整数倍频率的谐波信号提供至滤波器100的输入端110。此处，假设具有2倍所述频率的二次谐波信号2f0、具有3倍所述频率的三次谐波信号3f0、具有4倍所述频率的四次谐波信号4f0、具有5倍所述频率的五次谐波信号5f0以及具有6倍所述频率的六次谐波信号6f0被提供至输入端110。这里，基波信号f0的频率为1.300GHz。
开路端短截线142至146分别对应于所提供的谐波信号2f0至6f0而设置，并具有与对应的谐波信号的1/4波长对应的长度。
此处，开路端短截线142对应于二次谐波信号2f0而设置，并具有与二次谐波信号2f0的波长λ2f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度)。开路端短截线142使得连接节点131针对二次谐波信号2f0而与传输线130短路，并抑制二次谐波信号2f0。
开路端短截线143对应于三次谐波信号3f0而设置，并具有与三次谐波信号3f0的波长λ3f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/12对应的长度)。开路端短截线143使得连接节点131针对三次谐波信号3f0而与传输线130短路，并抑制三次谐波信号3f0。
开路端短截线144对应于四次谐波信号4f0而设置，并具有与四次谐波信号4f0的波长λ4f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/16对应的长度)。开路端短截线144使得连接节点131针对四次谐波信号4f0而与传输线130短路，并抑制四次谐波信号4f0。
开路端短截线145对应于五次谐波信号5f0而设置，并具有与五次谐波信号5f0的波长λ5f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/20对应的长度)。开路端短截线145使得连接节点131针对五次谐波信号5f0而与传输线130短路，并抑制五次谐波信号5f0。
开路端短截线146对应于六次谐波信号6f0而设置，其具有与六次谐波信号6f0的波长λ6f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/24对应的长度)。开路端短截线146使得连接节点131针对六次谐波信号6f0而与传输线130短路，并抑制六次谐波信号6f0。
另一方面，每个开路端短截线142至146使得连接节点131针对基波信号f0而与传输线130开路，并使基波信号f0通过。结果是，在所提供的基波信号f0和谐波信号2f0至6f0中，滤波器100使谐波信号2f0至6f0得到抑制并使基波信号f0得以自输出端120产生。
作为使用开路端短截线的另一种滤波器，存在一种滤波器，其使用开路端短截线抑制基波信号，并使二次谐波信号通过(例如，日本特许公开专利申请No.2006-229840)。进而，还存在一种使用开路端短截线的定向耦合器(例如，日本特许公开专利申请No.2002-084113)以及一种使用开路端短截线的3倍频电路(例如，日本特许公开专利申请No.09-275319)。
然而，现有的使用开路端短截线的滤波器存在着对作为通过信号(pass signal)的基波信号造成衰减的可能。
发明内容
有鉴于前述内容，本发明的一个目的在于提供一种抑制谐波信号并降低作为通过信号的基波信号的衰减量的滤波器、发送-接收器和放大电路。
根据本发明的一个方面，该滤波器包括：输入端，将基波信号及所述基波信号的谐波信号组提供至该输入端；输出端，被配置成输出提供至所述输入端的所述基波信号；传输线，被配置成连接所述输入端和所述输出端；开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并耦接至所述传输线，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；第一短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线，并具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；以及第二短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线。
根据本发明的另一方面，该滤波器包括：输入端，将基波信号及所述基波信号的谐波信号组提供至该输入端；输出端，被配置成输出提供至所述输入端的所述基波信号；传输线，被配置成连接所述输入端和所述输出端；开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并且该开路端短截线耦接至所述传输线，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；以及短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线，并具有与所述基波信号的1/8波长对应的长度。
根据本发明的另一方面，该发送-接收器包括：发送端，将作为发送信号的基波信号提供至该发送端；接收端，被配置成输出接收信号；天线端；放大器，被配置成耦接在所述发送端与所述天线端之间，对提供至所述发送端的所述基波信号进行放大，并生成所述基波信号的谐波信号组；切换电路，被配置成设置于所述天线端、所述放大器及所述接收端之间，并且该切换电路进行发送与接收之间的切换操作；开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并且该开路端短截线耦接在所述天线端与所述放大器之间，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；第一短路端短截线，被配置成设置于所述切换电路内，并具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；以及第二短路端短截线，被配置成耦接在所述天线端与所述放大器之间。
根据本发明的另一方面，该放大电路包括：输入端，将基波信号提供至该输入端；晶体管，放大所述基波信号；传输线，被配置成耦接至所述晶体管的输出端，并具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；开路端短截线，被配置成耦接在所述传输线与放大电路的输出端之间，并且该开路端短截线对应于所述基波信号的奇次谐波信号而设置，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；短路端短截线，被配置成耦接在所述传输线与所述放大电路的输出端之间。
本发明的滤波器能够抑制谐波信号并降低作为通过信号的基波信号的衰减量。
附图说明
图1示出现有的滤波器的一个实例；
图2示出根据第一实施例的滤波器的一个实例；
图3示出与图1的滤波器对应的史密斯圆图；
图4示出与根据第一实施例的滤波器对应的史密斯圆图；
图5示出根据第一实施例的滤波器的通过特性(pass characteristic)的模拟结果；
图6示出图1的滤波器的通过特性的模拟结果；
图7为示出根据第二实施例的滤波器的一个实例的透视图；
图8为图7的俯视图；
图9示出根据第二实施例的滤波器的通过特性的电磁模拟结果；
图10为示出根据第三实施例的滤波器的一个实例的俯视图；
图11示出根据第三实施例的滤波器的通过特性的电磁模拟结果；
图12为示出根据第三实施例的滤波器的原型构造的俯视图；
图13为沿图12中A-A线的剖面图；
图14示出作为图13的原型的滤波器的通过特性的测量结果；
图15示出根据第四实施例的发送-接收器的一个实例；
图16示出根据第四实施例的发送-接收器的第一改进实例；
图17示出根据第四实施例的发送-接收器的第二改进实例；
图18示出根据第五实施例的F类放大电路的一个实例；
图19示出当理想的F类放大电路运行时晶体管的电流波形及电压波形的状态；
图20示出根据第五实施例的F类放大电路的一个改进实例。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的优选实施例，在全文中相同的附图标记是指相同的元件。
第一实施例
图2示出根据第一实施例的滤波器一个实例。所示根据第一实施例的滤波器200包括输入端210，输出端220，连接输入端210与输出端220的传输线230，通过连接节点231耦接至传输线230的开路端短截线243和245以及短路端短截线251和252。这里，传输线230的特征阻抗Z0为50Ω。
如图2所示，在一端连接至传输线230的短截线中，另一端为开路的短截线被称为开路端短截线243和245，另一端为短路的短截线被称为短路端短截线(short-end stub)251和252。
将基波信号f0以及具有基波信号f0整数倍频率的谐波信号提供至输入端210。此处，假设具有2倍所述频率的二次谐波信号2f0、具有3倍所述频率的三次谐波信号3f0、具有4倍所述频率的四次谐波信号4f0、具有5倍所述频率的五次谐波信号5f0以及具有6倍所述频率的六次谐波信号6f0被提供至输入端210。
在提供至输入端210的基波信号f0及其谐波信号2f0、3f0、4f0、5f0和6f0中，滤波器200抑制谐波信号2f0、3f0、4f0、5f0和6f0，并自输出端220产生基波信号f0。
在具有短路端短截线251时，滤波器200能够降低基波信号f0的衰减量。下面将描述这种降低的原因。
图3示出与图1的滤波器对应的史密斯圆图。这里，基波信号f0的频率为1.300GHz。如图3所示，基波信号f0的阻抗例如为6.511-j16.827Ω，并位于史密斯圆图的附图标记m1所示出的点。
在等电导圆(equal conductance circle)S1上，附图标记m1沿顺时针方向位于作为匹配点的附图标记m0之前的点处。上述状态对应于将电容并联耦接至滤波器100的传输线130的情形。这种状态被认为是由开路端短截线142至146与接地线(未示出)之间产生的接地电容所造成。为此，认为基波信号f0受到衰减。
与上述情形相比，在将短路端短截线耦接至传输线130时，该状态对应于将电感并联耦接至传输线130的情形。在图3中，附图标记m1可以在等电导圆S1上沿逆时针方向得以提前。提前量(the amount of advance)可以基于短路端短截线的长度进行调整。这一过程(process)使得标记ml能够接近作为匹配点的标记m0。亦即，这一过程允许针对基波信号f0进行阻抗匹配。
出于上述原因，在滤波器200中，由开路端短截线243和245生成的接地电容可以由短路端短截线251消除。这一过程允许针对基波信号f0进行阻抗匹配并使基波信号f0的衰减量得以降低。这里，短路端短截线251具有与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度。
图4示出与根据第一实施例的滤波器对应的史密斯圆图。如图4所示，在滤波器200中，针对基波信号f0的阻抗例如为49.527+j4.840Ω，并位于史密斯圆图的附图标记m2所示的点处。附图标记m2在等电导圆S2上邻近作为匹配点的标记m0。上述事实表示针对基波信号f0进行了阻抗匹配。
接下来，回到图2，下面将描述开路端短截线243和245。开路端短截线243和245分别对应于所提供谐波信号2f0至6f0中的奇次谐波信号3f0和5f0而设置。
这里，开路端短截线243对应于三次谐波信号3f0而设置，并具有与三次谐波信号3f0的波长λ3f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/12对应的长度)。开路端短截线243使得连接节点231针对三次谐波信号3f0而与传输线230短路，并抑制三次谐波信号3f0。
开路端短截线245对应于五次谐波信号5f0而设置，并具有与五次谐波信号5f0的波长λ5f0的1/4对应的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/20对应的长度)。开路端短截线245使得连接节点231针对五次谐波信号5f0而与传输线230短路，并抑制五次谐波信号5f0。
另一方面，每个开路端短截线243和245使得连接节点231针对基波信号f0而与传输线230开路，并使基波信号f0通过。进而，开路端短截线的个数不限于两个开路端短截线243和245，且开路端短截线是根据待要抑制的奇次谐波信号的个数而适当设置的。
接下来，将描述短路端短截线252。短路端短截线252具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度。具体地，短路端短截线252的长度分别等于与二次谐波信号2f0的波长λ2f0的2/4对应的长度、与四次谐波信号4f0的波长λ4f0的4/4对应的长度以及与六次谐波信号6f0的波长λ6f0的6/4对应的长度。亦即，短路端短截线252的长度等于与每个波长λ2f0、λ4f0和λ6f0的1/4对应的长度的偶数倍。
结果是，短路端短截线252使得连接节点231针对偶次谐波信号2f0、4f0和6f0而与传输线230短路，并抑制偶次谐波信号2f0、4f0和6f0。另一方面，短路端短截线252使得连接节点231针对基波信号f0而与传输线230开路，并使基波信号f0通过。
由上述讨论可以看出，短路端短截线252的设置使偶次谐波信号2f0、4f0和6f0得到抑制。因此，无需像现有的滤波器100中那样分别针对偶次谐波信号2f0、4f0和6f0设置开路端短截线。结果是，这就使得由开路端短截线或短路端短截线占用的面积得以缩小，并使滤波器200尺寸的缩小得以实现。
图5示出根据第一实施例的滤波器的通过特性的模拟结果。图5的图表中的横轴表示频率(GHz)，纵轴表示衰减水平(dB)。图5示出通过特性及反射特性(reflection characteristic)。
由图5的图表中所示出的通过特性可以看出，每个谐波信号2f0至6f0在滤波器200中得到了显著衰减。进而，由图5的图表中可以看出，在基波信号f0的频率1.300GHz处的通过特性为-0.010dB，基波信号f0几乎未被衰减。
另一方面，图6示出了图1的滤波器的通过特性的模拟(simulation)结果。由图6的图表中可以看出，在基波信号f0的频率1.300GHz处的衰减水平为-4.265dB，基波信号f0被衰减。
由上述讨论可以看出，所提出的根据第一实施例的滤波器200能够抑制谐波信号2f0至6f0并降低作为通过信号的基波信号f0的衰减量。
第二实施例
根据第二实施例的滤波器对应一个将微带线应用至根据第一实施例的滤波器200而得到的滤波器。
图7为示出根据第二实施例的滤波器的一个实例的透视图。图8为图7的俯视图。
所示出的根据第二实施例的滤波器300包括表面11、在表面11对侧的表面12、以及具有连接通路20的衬底10，其中该连接通路20连接表面11和12。例如，使用以氧化铝(alumina)为材料制成的低损耗介电衬底作为衬底10。
在衬底10的表面11上，形成有输入端310、输出端320、以及连接输入端310和输出端320的传输线330。进而，在衬底10的表面11上，形成有被配置组分别通过连接节点331耦接至传输线330的开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352。
将基波信号f0及具有基波信号f0的整数倍频率的谐波信号提供至输入端310。这里，假设具有2倍所述频率的二次谐波信号2f0、具有3倍所述频率的三次谐波信号3f0、具有4倍所述频率的四次谐波信号4f0、具有5倍所述频率的五次谐波信号5f0以及具有6倍所述频率的六次谐波信号6f0被提供至输入端310。此处，基波信号f0的频率例如为1.300GHz。
在提供至输入端310的基波信号f0及其谐波信号2f0至6f0中，滤波器300抑制谐波信号2f0至6f0并自输出端320产生基波信号f0。
使用导电图案(conductive patterns)形成输入端310、输出端320、传输线330、开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352。导电图案的材料实例包括金(Au)、银(Ag)和铜(Cu)。此处，每个导电图案的膜厚度(film thickness)例如优选为大约10μm以实现低损耗。传输线330的特征阻抗Z0为50Ω。
开路端短截线343和345分别对应于所提供谐波信号2f0至6f0中的奇次谐波信号3f0和5f0而设置。这里，开路端短截线343具有与三次谐波信号3f0的波长λ3f0的1/4对应的长度。开路端短截线345具有与五次谐波信号5f0的波长λ5f0的1/4对应的长度。此外，开路端短截线的个数不限于两个开路端短截线343和345，且开路端短截线是根据待要抑制的奇次谐波信号的个数而适当设置的。
短路端短截线351具有与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度。短路端短截线352具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度。在衬底10的表面12上形成有接地图案30。短路端短截线351和352分别通过连接通路20电连接至接地图案30。
图9示出根据第二实施例的滤波器300的通过特性的电磁模拟结果。在图9的图表中的横轴表示频率(GHz)，纵轴表示衰减水平(dB)。图9示出通过特性及反射特性。
由图9的图表中所示出的通过特性可以看出，每个谐波信号2f0至6f0在滤波器300中得到了显著衰减。另一方面，由图9的图表可以看出，基波信号f0几乎未被衰减。出于与第一实施例的描述中相同的原因，开路端短截线343和345抑制奇次谐波信号3f0和5f0，短路端短截线352抑制偶次谐波信号2f0、4f0和6f0，并且短路端短截线351降低了基波信号f0的衰减量。
由上述讨论可以看出，根据第二实施例提出的滤波器300能够抑制谐波信号2f0至6f0并降低作为通过信号的基波信号f0的衰减量。
在滤波器300中，开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352在共用连接节点331处耦接至传输线330。亦即，开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352汇集并排列于衬底10的表面11上的一处。为此，可以减小衬底10表面11上的空间区域，进而，与开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352分别通过不同的连接节点耦接至传输线330的情形相比，能够缩小衬底10的尺寸。这一过程使滤波器300尺寸的缩小得以实现。
进而，这一构造使得连接开路端短截线343和345的连接线以及连接短路端短截线351和352的另一连接线得以移除。这一过程能够抑制由所述连接线给开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352带来的影响。
在滤波器300中，开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352在衬底10的表面11上排列于传输线330的两侧。具体地，如图8所示，开路端短截线343以及短路端短截线351和352排列在相对于传输线330一侧的区域10a中，开路端短截线345排列在相对于传输线330另一侧的区域10b中。
由上述讨论可以看出，当开路端短截线343和345以及短路端短截线351和352排列在传输线330两侧的区域中时，能够使各短截线之间的距离保持得尽量大。这一过程既能够防止短截线之间相互影响又能够防止各短截线的特性出现偏移。
第三实施例
根据第三实施例的滤波器对应一个从根据第二实施例的滤波器300移除短路端短截线352而得到的滤波器。
图10为示出根据第三实施例的滤波器的一个实例的俯视图。如图10所示，滤波器300a包括输入端310、输出端320、传输线330、开路端短截线343和345以及短路端短截线351。传输线330的特征阻抗Z0为50Ω。
图11示出根据第三实施例的滤波器300a的通过特性的电磁模拟结果。在图11的图表中的横轴表示频率(GHz)，纵轴表示衰减水平(dB)。图11示出通过特性及反射特性。
由图11的图表中所示出的通过特性可以看出，奇次谐波信号3f0、5f0在滤波器300a中得到了显著衰减。另一方面，由图11的图表可以看出，基波信号f0几乎未被衰减。原因在于开路端短截线343和345抑制了奇次谐波信号3f0和5f0，短路端短截线351降低了基波信号f0的衰减量。
由图11的图表可以看出，虽然滤波器300a不具有被配置成抑制偶次谐波信号2f0、4f0和6f0的短路端短截线352，四次谐波信号4f0仍然被衰减。原因在于短路端短截线351的长度(即，与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度)等于与四次谐波信号4f0的波长λ4f0的2/4对应的长度(是与波长λ4f0的1/4对应的长度的偶数倍)。亦即，短路端短截线351使得连接节点331针对四次谐波信号4f0而与传输线330短路，并抑制四次谐波信号4f0。
接下来，基于上述根据第三实施例的滤波器300a构建一个原型，并且示出实际测量通过特性的结果。
图12为示出根据第三实施例的滤波器原型的构造的俯视图。进而，图13为沿图12中A-A线的剖面图。
该滤波器300b具有：金属载体361，通过在铜(Cu)板上镀金(Au)而形成；氧化铝衬底362，通过金锡(Au-Sn)焊料而结合，该氧化铝衬底362形成在金属载体361上。氧化铝衬底362的厚度基于电源阻抗和安装性的考虑来确定。例如，当考虑使用1.3GHz频带时的电源(power)时，氧化铝衬底362的厚度优选设定为大约150μm至1mm。在该原型中，氧化铝衬底362的厚度被设定为大约635μm。此外，尽管省略了其显示，金属载体361的整个背面也镀有用于接地的金。
在氧化铝衬底362上方，利用金的导电图案形成传输线363、开路端短截线364和365以及短路端短截线366。开路端短截线364和365以及短路端短截线366在共用连接节点372处耦接至传输线363。每个导电图案的厚度被设定为大约10μm以实现低损耗。传输线363以及开路端短截线364和365对应于图10所示滤波器300a的传输线330以及开路端短截线343和345，并且可以具有实质上彼此相同的功能。进而，短路端短截线366对应于图10所示的短路端短截线351，并且可以具有实质上彼此相同的功能。
须注意，开路端短截线364和365以及短路端短截线366的每一个都被弯曲成至少部分地沿着氧化铝衬底362的不同周边(sides of the circumference)延伸。这一过程使滤波器300a尺寸的缩小得以实现，并且使导电图案(各短截线)之间的距离得以延长，从而抑制了导电图案之间产生的干扰和电容耦合。
在该原型中，短路端短截线366通过金线接合(gold wire bonding)耦接至传输线363，并且通过调整金线366a的长度，可以很容易地对短路端短截线366的长度进行微调。
同样，在氧化铝衬底362上，开路端短截线364和365以及短路端短截线366的所有端、以及平行于(parallel to)各短截线的多个调整焊盘(adjustment lands)367也利用金的导电图案形成。当一个或多个调整焊盘367通过金线接合耦接至各短截线时，用来抑制对应的谐波信号的各短截线的长度可以得到微调。
微调各短截线的长度的原因如下。
特别地，在实现滤波器300b尺寸的缩小时，各短截线形成在氧化铝衬底362的外围处，因而降低了表观介电常数(apparent dielectric constant)。为此，各短截线的电性长度被制得很短，不足以达到抑制目标谐波信号所需的电性长度。相应地，在使用金线接合或调整焊盘367改变各短截线的长度时，可以很容易地将各短截线的电性长度以高精度调整为抑制谐波信号所需的电性长度。
在金属载体361上，形成有以金锡焊料进行结合的基座368a、368b和368c。使用通过在科瓦铁镍钴合金(Kovar)表面层涂覆金锡而得到的基座来作为基座368a、368b和368c。
在基座368a和368b上排列有氧化铝衬底370a和370b，在所述氧化铝衬底370a和370b上安装有共面波导-微带线转换器(下文中称为CPW-MSL转换器)369a和369b，该CPW-MSL转换器被配置成用来测量滤波器300b的特性。
每个氧化铝衬底370a和370b都具有大约150μm的厚度，并通过金锡焊料结合至基座368a和368b。
CPW-MSL转换器369a和369b利用金线接合耦接至传输线363的两端。图13示出了通过金线371连接传输线363与CPW-MSL转换器369b的状态。
此外，当将上述的滤波器300b实际应用于发送-接收器时，切换电路或放大器耦接至传输线363的两端。在那种情况下，可以移除CPW-MSL转换器369a和369b。
进而，短路端短截线366利用金线接合耦接至基座368c，从而使短路端短截线366接地。
图7和图10中所示的滤波器300和300a使短路端短截线351通过连接通路与地短路。在上述的滤波器300b中，短路端短截线366利用金线接合电连接至作接地之用的金属载体361。这一过程使短路端短截线366得以用简单的构造与地短路。
图14示出作为图13所示原型的滤波器300b的通过特性的测量结果。在图14的图表中的横轴表示频率(GHz)，纵轴表示衰减水平(dB)。此外，图14示出了从传输线363的假设待要耦接至放大器的一端(CPW-MSL转换器369b侧)所提供的信号的传输特性和反射特性，也示出了从传输线363另一端所提供的信号的传输特性和反射特性。
由图14的图表可以确定，作为原型的滤波器300b显示了与图11所示模拟结果同样的特性。亦即，由图14所示的通过特性可以看出，奇次谐波信号3f0和5f0得以大大衰减。由图14的图表可以看出，在基波信号f0的频率1.300GHz处的通过特性中，得到了-0.053dB的衰减水平，而基波信号f0几乎没有衰减。进而，由图14的图表可以看出，四次谐波信号4f0也得到了衰减。
由上述测量结果可以看出，根据第三实施例的作为原型的滤波器300b的效果能够得到核实。
第四实施例
根据第四实施例的发送-接收器对应于一个通过将根据第一实施例的滤波器200应用于发送-接收器而得到的发送-接收器。图15示出根据第四实施例的发送-接收器的一个实例。
所示出的发送-接收器400包括发送端Tx、接收端Rx，天线端411，耦接在发送端Tx与天线端411之间的放大器420，以及耦接在天线端411、接收端Rx和放大器420之间的切换电路430。天线端411耦接至天线410。
此处，将简单描述发送-接收器400的运行。在发送时，切换电路430电连接在发送端Tx与天线端411之间，由此从发送电路(未示出)提供至发送端Tx的发送信号由放大器420放大并从天线端411输出至天线410。另一方面，在接收时，切换电路430电连接在接收端Rx与天线端411之间，由此提供至天线端411的接收信号被从接收端Rx输出至接收电路(未示出)。
此处往下将再继续描述发送-接收器400的构造。将作为发送信号的基波信号f0提供至发送端Tx。基波信号f0的频率例如为1.300GHz。当放大并输出基波信号f0时，放大电路420产生并输出具有基波信号f0的整数倍频率的谐波信号。此处，假设产生了具有2倍所述频率的二次谐波信号2f0、具有3倍所述频率的三次谐波信号3f0、具有4倍所述频率的四次谐波信号4f0、具有5倍所述频率的五次谐波信号5f0以及具有6倍所述频率的六次谐波信号6f0。此外，来自放大器420的输出信号具有数百瓦(W)的高输出。
进而，发送-接收器400具有开路端短截线443和445以及短路端短截线451和452，耦接在天线端411与放大器420的输出侧之间。这里，短路端短截线452被设置在切换电路430内。
开路端短截线443和445以及短路端短截线451耦接至放大器420的输出侧的节点N1。开路端短截线443和445分别对应于谐波信号2f0至6f0中的奇次谐波信号3f0和5f0而设置。
这里，开路端短截线443具有与三次谐波信号3f0的波长λ3f0的1/4对应的长度。开路端短截线445具有与五次谐波信号5f0的波长λ5f0的1/4对应的长度。开路端短截线的个数不限于两个开路端短截线443和445，且开路端短截线是根据待要抑制的奇次谐波信号的个数而适当设置的。短路端短截线451具有与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度。
切换电路430具有控制端431、晶体管432和433、耦接至天线端411的节点N2、以及通过传输线454耦接至接收端Rx的节点N3。
晶体管432耦接在节点N1与N2之间，控制端431耦接有控制电极。晶体管432对应于提供至控制端431的信号来控制节点N1与N2之间的导通状态。
晶体管433耦接在节点N3与接地线之间，控制端431耦接有控制电极。晶体管433对应于提供至控制端431的信号来控制节点N3与接地线之间的导通状态。此外，例如使用场效应晶体管来作为晶体管432和433。
在晶体管433打开时的短路状态下，在短路端短截线452中，其一端452a耦接至节点N2，另一端452b耦接至节点N3。短路端短截线452具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度。
传输线454耦接在节点N3与接收端Rx之间，并优选具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度。
接下来，将详细描述发送-接收器400的运行。
在发送时，将作为发送信号的基波信号f0提供至发送端Tx。提供至发送端Tx的基波信号f0经放大器420放大。此时，生成谐波信号2f0至6f0，并且基波信号f0以及谐波信号2f0至6f0被输出至节点N1。在这些信号中，开路端短截线443和445抑制奇次谐波信号3f0和5f0。进而，短路端短截线451降低基波信号f0的衰减量。
进而，在发送时，送至控制端431的一输入信号被切换(switched over)，且晶体管432和433打开。结果是，介于节点N1与天线端411之间的部分被导通，基波信号f0从天线410向外无线发送。由于节点N3接地，从而抑制了基波信号f0潜入(sneaks into)接收端Rx的可能。进而，由于短路端短截线的端452b接地，从而抑制了偶次谐波信号2f0、4f0和6f0。
另一方面，在接收时，送至控制端431的输入信号被切换，且晶体管432和433关闭。结果是，由天线410接收到的接收信号经由天线端411、节点N2和节点N3从接收端Rx输出。此时，去向发送端Tx的路径被关闭。另一方面，此时，短路端短截线452被阻止接地并且仅充作传输线之用。
由上述讨论可以看出，所提出的发送-接收器400使谐波信号2f0至6f0得到抑制并使作为发送信号的基波信号f0的衰减量得以降低。进而，由于被配置为抑制偶次谐波信号2f0、4f0和6f0的短路端短截线452是设置于切换电路430内的，从而使发送-接收器400尺寸的缩小得以实现。
改进实例1
图16示出根据第四实施例的发送-接收器的第一改进实例。当图16中示出的电路组件与图15描述的发送-接收器400的电路组件相同时，它们被赋予了相同的附图标记。
在该发送-接收器400a中，短路端短截线451被用作电源偏置电路460(其耦接至放大器420的输出端)的传输线。
在电源偏置电路460中，电源电压Vdd被施加至短路端短截线451与接地线之间的节点N4。
用来截断直流(DC)组分的电容C1耦接在节点N1与晶体管432之间，用以旁路的电容C2耦接在节点N4与接地线之间。
如上所述，从连接开路端短截线443和445以及短路端短截线451(该短路端短截线451具有与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度)的节点N1来看，负载阻抗针对基波信号f0为开路。简言之，基波信号f0的衰减量得以降低。
在放大器420的电源偏置电路460中，出于对来自放大器420的输出信号流至电源偏置电路侧加以抑制且对由此而造成的损耗加以抑制的目的，经常使用具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度的传输线。在根据本实施例的发送-接收器400a的电源偏置电路460中，具有与基波信号f0的波长λf0的1/8对应的长度的短路端短截线451可以用来代替具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度的传输线。因此，所提出的发送-接收器400a能够实现具有低损耗的紧凑的电源偏置电路。
改进实例2
图17示出根据第四实施例的发送-接收器400的第二改进实例。当图17中示出的电路组件与图15描述的发送-接收器400的电路组件相同时，它们被赋予了相同的附图标记。所示第二改进实例的发送-接收器400b是通过改变发送-接收器400的开路端短截线443和445以及短路端短截线451的连接位置而得到的发送-接收器。
在发送-接收器400b中，开路端短截线443和445以及短路端短截线451被设置在切换电路430内，并耦接至节点N2。
发送-接收器400b的这种配置不仅可以使由放大器420造成的谐波信号得到抑制，其还可以使由切换电路430造成的谐波信号得到抑制。进而，也可以实现发送-接收器400尺寸的缩小。
此外，按照与发送-接收器400中相同的方式，发送-接收器400b使谐波信号2f0至6f0得到抑制并使作为发送信号的基波信号f0衰减量得到降低。
第五实施例
下面将描述应用根据第一实施例的滤波器200的F类放大电路实例。
图18示出根据第五实施例的F类放大电路的一个实例。
所示的F类放大电路500包括：晶体管501，被配置成放大基波信号f0；输入匹配电路502，被配置成耦接在晶体管501的控制端与输入端IN(将基波信号f0提供至该输入端IN)之间，该输入匹配电路502对输入进行匹配。例如使用场效应晶体管或双极晶体管作为晶体管501。
晶体管501耦接在节点N4与接地线之间，电源电压Vdd通过扼流线圈L1施加至耦接到晶体管501的输出端的节点N4。用来截断DC组分的电容C3耦接至节点N4，进而，具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度的传输线503以及被配置成对输出进行匹配的输出匹配电路504串联耦接至节点N4。进而，输出匹配电路504耦接至输出端OUT。
在根据本实施例的F类放大电路500中，短路端短截线510和511以及开路端短截线512和513耦接至介于传输线503与输出匹配电路504之间的节点N5。短路端短截线510和511分别对应于图2所示滤波器200中的短路端短截线251和252，开路端短截线512和513分别对应于图2所示滤波器200中开路端短截线243和245。根据第五实施例的短路端短截线和开路端短截线可以分别具有与根据第一实施例的短路端短截线和开路端短截线实质上相同的功能。
此外，分别将终端电阻R1和R2耦接至输入端IN和输出端OUT。终端电阻R1和R2的值例如为50Ω。
图19示出在理想的F类放大电路运行时晶体管的电流波形及电压波形的状态。横轴表示相位(ωt)，纵轴表示电压V和电流I。假设使用的晶体管501为场效应晶体管，图19示出了作为输出端的漏极的漏极电流波形Id及漏极电压波形Vd的状态。
在图19中，电流波形基于基波信号和偶次谐波信号而被设定为半波整流波形，电压波形基于基波信号和奇次谐波信号而被设定为与电流波形相位相反的方波。这一过程使得电流波形与电压波形的重叠得以消除，并使功耗得以为0。简言之，即获得了100％的运行效率。
上述波形可使用以下方法实现。亦即，从晶体管501输出侧的节点N4来看，负载阻抗针对偶次谐波信号被设定为0，即为短路，另一方面，所述负载阻抗针对奇次谐波信号而被设定为无穷大，亦即开路。
在根据本实施例的F类放大电路500中，从耦接至短路端短截线510和511以及开路端短截线512和513的节点N5来看，负载阻抗针对偶次谐波信号、三次谐波信号3f0以及五次谐波信号5f0为短路。亦即，短路端短截线511抑制偶次谐波信号，开路端短截线512和513抑制奇次谐波信号。为此，从节点N5来看，从位于传输线503(其具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度)之前的节点N4来看，负载阻抗针对偶次谐波信号为短路，另一方面，所述负载阻抗针对三次谐波信号和五次谐波信号为开路。结果是，得到了具有优异的运行效率的F类放大电路500。
按照与上述实施例相同的方式，所提出的F类放大电路500使得短路端短截线501得以抑制基波信号的衰减。
改进实例
图20示出了根据第五实施例的F类放大电路一个改进实例。在图20示出的电路组件与图18描述的F类放大电路的电路组件相同时，它们被赋予了相同的附图标记。
F类放大电路500a将具有与基波信号f0的波长λf0的1/4对应的长度的传输线514连接至节点N4以取代图18所示的F类放大电路500的扼流线圈L1。在F类放大电路500a中，用以旁路的电容C4设置在接地线与节点N6之间，其中节点N6位于传输线514与电源线(将电源电压Vdd施加至该电源线)之间。
没有将图18所示的短路端短截线511耦接至节点N5，而是将电源偏置电路侧的传输线514用作短路端短截线511的功能。
这一过程使F类放大电路500a得到与图18所示F类放大电路500相同的效果，并实现F类放大电路500a尺寸上的缩小。
由以上讨论的各种实施例可以看出，所提出的滤波器、发送-接收器及放大电路使得谐波信号得到抑制，并使基波信号的衰减量得以降低。
此处列举的所有实例及条件性语句都是用于教导性目的，以帮助读者理解本发明以及由发明人为了促进本领域技术发展而贡献的想法，并且应将其理解为不限于这些具体列举的实例及条件，说明书中这些实例的组合也不涉及本发明的优点及缺点的体现。虽然已经对本发明的(多个)实施例进行了详细描述，但应该理解在不背离本发明的精神及范围的情形下当可对其做各种改变、替换及变动。

Claims (20)

1.一种滤波器，包括：
输入端，基波信号及所述基波信号的谐波信号组被提供至该输入端；
输出端，被配置成输出提供至所述输入端的所述基波信号；
传输线，被配置成连接所述输入端和所述输出端；
开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并且该开路端短截线耦接至所述传输线，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；
第一短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线，并具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；以及
第二短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线。
2.如权利要求1所述的滤波器，其中，所述第二短路端短截线具有与所述基波信号的1/8波长对应的长度。
3.如权利要求1所述的滤波器，其中，所述开路端短截线及所述第一短路端短截线和第二短路端短截线在共用的连接节点处耦接至所述传输线。
4.如权利要求1所述的滤波器，还包括：
衬底，包括第一表面以及在所述第一表面对侧的第二表面；
连接通路，被配置成设置于所述衬底中，并且该连接通路被配置成连接所述第一表面与所述第二表面；以及
接地图案，被配置成形成于所述衬底的第二表面的上部；
其中将所述第一短路端短截线和第二短路端短截线形成于所述衬底的第一表面的上部并通过所述连接通路电连接至所述接地图案。
5.如权利要求1所述的滤波器，其中，微带线结构被用于所述开路端短截线、所述第一短路端短截线以及所述第二短路端短截线。
6.一种滤波器，包括：
输入端，基波信号及所述基波信号的谐波信号组被提供至该输入端；
输出端，被配置成输出提供至所述输入端的所述基波信号；
传输线，被配置成连接所述输入端和所述输出端；
开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并且该开路端短截线耦接至所述传输线，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；以及
短路端短截线，被配置成耦接至所述传输线，并具有与所述基波信号的1/8波长对应的长度。
7.如权利要求6所述的滤波器，其中所述开路端短截线和所述短路端短截线在共用的连接节点处耦接至所述传输线。
8.如权利要求6所述的滤波器，其中所述开路端短截线和所述短路端短截线被设置于衬底的上部，并且所述开路端短截线与所述短路端短截线的每一个都被弯曲成至少部分地沿着所述衬底的不同周边延伸。
9.如权利要求6所述的滤波器，其中所述短路端短截线通过布线耦接至所述传输线。
10.如权利要求6所述的滤波器，其中：
导体部与所述开路端短截线和所述短路端短截线至少之一平行设置；并且
所述导体部通过布线耦接至所述开路端短截线和所述短路端短截线至少之一。
11.一种发送-接收器，包括：
发送端，作为发送信号的基波信号被提供至该发送端；
接收端，被配置成输出接收信号；
天线端；
放大器，被配置成耦接在所述发送端与所述天线端之间，该放大器对提供至所述发送端的所述基波信号进行放大，并生成所述基波信号的谐波信号组；
切换电路，被配置成设置于所述天线端、所述放大器及所述接收端之间，并且该切换电路执行发送与接收之间的切换操作；
开路端短截线，被配置成对应于所述谐波信号组中的奇次谐波信号而设置，并且该开路端短截线耦接在所述天线端与所述放大器之间，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；
第一短路端短截线，被配置成设置于所述切换电路内，并具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；以及
第二短路端短截线，被配置成耦接在所述天线端与所述放大器之间。
12.如权利要求11所述的发送-接收器，其中，所述第二短路端短截线具有与所述基波信号的1/8波长对应的长度。
13.如权利要求11所述的发送-接收器，其中，所述开路端短截线和所述第二短路端短截线在共用的连接节点处耦接至所述传输线。
14.如权利要求11所述的发送-接收器，其中：
对于耦接至所述放大器的电源偏置电路，该电源偏置电路的传输线包括所述第二短路端短截线以及连接至所述第二短路端短截线的接地线；
电源电压被施加于所述第二短路端短截线与所述接地线之间。
15.如权利要求11所述的发送-接收器，其中，所述第二短路端短截线和所述开路端短截线被设置于所述切换电路内。
16.一种放大电路，包括：
输入端，基波信号被提供至该输入端；
晶体管，放大所述基波信号；
传输线，被配置成耦接至所述晶体管的输出端，并且该传输线具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度；
开路端短截线，被配置成耦接在所述传输线与放大电路的输出端之间，并且该开路端短截线对应于所述基波信号的奇次谐波信号而设置，且具有与对应的所述奇次谐波信号的1/4波长对应的长度；
短路端短截线，被配置成耦接在所述传输线与所述放大电路的输出端之间。
17.如权利要求16所述的放大电路，其中，所述短路端短截线具有与所述基波信号的1/8波长对应的长度。
18.如权利要求16所述的放大电路，其中，所述开路端短截线和所述短路端短截线在共用的连接节点处耦接至所述传输线。
19.如权利要求16所述的放大电路，其中，具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度的另一短路端短截线还耦接在所述传输线与所述放大电路的输出端之间。
20.如权利要求16所述的放大电路，其中，
在所述晶体管的输出端与接地线之间，还耦接有具有与所述基波信号的1/4波长对应的长度的另一短路端短截线；并且
在所述另一短路端短截线与所述接地线之间，施加有电源电压。
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