CN102946235A - 一种集总参数双通带滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用集总元件实现双模谐振器的双通带滤波器，使得同一个射频前端可以支持不同频率的多个通信制式的工作。本发明提供的一种集总参数双通带滤波器，包括两个双模谐振器，所述双模谐振器之间设置有内部耦合电路进行谐振器之间的耦合，双模谐振器包括三个并联接地电容和两个串联电感，所述双模谐振器的输入端连接有输入耦合电路，所述双模谐振器的输出端连接有输出耦合电路。本发明结构简单紧凑，电路尺寸小，实现简便；成本低，易于集成，有利于产业化。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其是涉及一种利用双模谐振器实现的集总参数双通带滤波器。
背景技术
微波滤波器是通信系统、雷达系统、测量系统等不可缺少的重要组成部分，因此，微波滤波器一直是学者们研究的重点和热点。目前，各种通信系统，如广播电视系统、GSM、GPS、WLAN及3G等的应用频段均聚集在射频及微波频段低频段，这使得频谱资源特别拥挤。为了解决该状况，除了将应用频段向更高频段发展，还可以采用交叉耦合或极点提取技术设计出性能更高的滤波器，以提高系统容量和避免系统及相邻信道间的干扰。
随着通信系统的迅猛发展，系统往往需要通过一个波束发射多个不连续信道的频率信号，这就需要双通带甚至多通带滤波器。过去的单频段通信系统已显得陈旧，不能很好地满足通信系统的小型化、集成化等要求。为了提高频谱利用率，在通信系统中设置能同时工作的多个通信频段显得十分必要。过去，为了实现双频或多频段通信，每一个频段都需要独立的射频前端元件，这使得整个系统体积和功耗较大，成本较高。若能将射频前端元件设计成双频段或多频段形式，则可以大大降低系统的体积、成本及功耗，增强其可靠性，促进通信系统向小型化、集成化发展。作为射频前端的关键部件，双通带滤波器的研究和开发乃是当务之急。
双通带滤波器称为今年来的研究热点，随着技术的发展，微波双通带滤波器有多种方案，大致分为以下几类：
1） 两套谐振器方案。使用两组谐振器实现双通带滤波器，每一组谐振器分别实现一个通带，有单独的耦合网络，或者耦合网络部分共用。这种多频带通滤波器实际使用了两倍于单通带滤波器的谐振器，再加上要安排复杂的耦合的网络，电路结构安排非常局促。如果要实现高阶多频带通滤波器则耦合结构的安排非常困难。该滤波器的电路效率低，而尺寸大。
2） 双模谐振器方案：采用双模谐振器的两个谐振模式用于实现两个通带，该方案的优点是电路效率高，但双模谐振器通常为分布参数型（使用传输线谐振器），尺寸依然偏大，不能满足目前各种小型的收发系统的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种利用集总元件实现双模谐振器的双通带滤波器，使得同一个射频前端可以支持不同频率的多个通信制式的工作。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种集总参数双通带滤波器，包括两个双模谐振器，所述双模谐振器之间设置有内部耦合电路用于谐振器之间的耦合，双模谐振器包括三个并联接地电容和两个串联电感，所述双模谐振器的输入端连接有输入耦合电路，所述双模谐振器的输出端连接有输出耦合电路。
作为一种优选方案，所述内部耦合电路为设置在双模谐振器之间的电容。
作为一种优选方案，所述内部耦合电路为Pi型电容网络。
作为一种优选方案，所述输入耦合电路为电容。
作为一种优选方案，所述输入耦合电路为L型电容网络。
作为一种优选方案，所述输出耦合电路为电容。
作为一种优选方案，所述输出耦合电路为L型电容网络。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1. 本发明结构简单紧凑，实现简便。
2. 电路尺寸小，成本低，易于集成，利于产业化。
附图说明
图1为本发明提供的集总参数双通带滤波器的耦合网络；
图2为简化的集总参数双通带滤波器的电路模型；
图3为集总参数双通带滤波器中的双模谐振器的两个谐振模式示意图；
其中，图3右上所示为奇模谐振模式，图3右下所示为偶模谐振模式；
图4为集总参数双通带滤波器的元件值；
图5为实施例中双通带滤波器的电路仿真结果。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示的集总参数双通带滤波器，包括两个双模谐振器，所述双模谐振器之间设置有内部耦合电路进行谐振器之间的耦合，本例中使用一个五元件电路作为双模谐振器。所述双模谐振器由三个并联接地电容C1、C2、C3和两个串联电感L构成，所述双模谐振器的输入端连接有输入耦合电路，所述双模谐振器的输出端连接有输出耦合电路。
在双模谐振器之间，内部耦合电路通常使用如图1所示的Pi型电容网络，Pi型电容网络包括电容C12和两个相互并联的电容C12’。而在输入端和输出端，分别使用图1所示的L型电容网络实现与双模谐振器的耦合，所述L型网络由两个电容C01和C01’构成。
由于相互并联的电容可以合并，使得元件数量变少，因此集总参数双通带滤波器可以简化为如图2所示的二阶集总参数双通带滤波器。其中内部耦合电路简化为电容C12，输入耦合电路和输入耦合电路分别简化为电容C01。
作为一种优选方案，本发明中的电容可以采用是贴片元件，电感可以是贴片电感或者空气电感；电容和电感也可以是其他微带形式或者悬置微带形式的准集总参数的电容和电感。本结构同样适合于其他形式和频段的集总参数或准集总的双通带滤波器的设计，使用其他结构的电容电感所实现的双通带滤波器，如果采用本专利中所提出的电路拓扑结构，也属于本专利的保护范围。
由于电路为对称结构，因此该谐振器有两个谐振模式，分别是奇模谐振模式和偶模谐振模式。如果我们把对称面设为接理想导电面（接地面），则其一半的电路如图3右上所示为奇模谐振模式，其奇模谐振频率为：
如果我们把对称面设为理想导磁面（开路面），则其一半的电路如图3右下所示为偶模谐振模式，求得偶模谐振频率为：
调整C1，C2，L的值可以达到调节两个谐振频率的目的。
整个滤波器可以使用优化方法提取电路参数，以获得需要的带宽和良好通带匹配。
作为示例，本例设计了一个双通带滤波器，两个通带分别为2.4-2.5GHz和5.15-5.25GHz。经过优化后，获得如图4所示的该滤波器的电路参数和元件值，并得到如图5所示的双通带滤波器电路仿真结果。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (7)
1.一种集总参数双通带滤波器，其特征在于：包括两个双模谐振器，所述双模谐振器之间设置有内部耦合电路用于谐振器之间的耦合，双模谐振器包括三个并联接地电容和两个串联电感，所述双模谐振器的输入端连接有输入耦合电路，所述双模谐振器的输出端连接有输出耦合电路。
2.根据权利要求1所述的集总参数双通带滤波器，其特征在于：作所述内部耦合电路为设置在双模谐振器之间的电容。
3.根据权利要求1所述的集总参数双通带滤波器，其特征在于：所述内部耦合电路为Pi型电容网络。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的集总参数双通带滤波器，其特征在于：所述输入耦合电路为电容。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的集总参数双通带滤波器，其特征在于：所述输入耦合电路为L型电容网络。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的集总参数双通带滤波器，其特征在于：所述输出耦合电路为电容。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的集总参数双通带滤波器，其特征在于：所述输出耦合电路为L型电容网络。
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