CN103150418A

CN103150418A - 一种具有最平群延迟特性多工器设计方法

Info

Publication number: CN103150418A
Application number: CN2013100268487A
Authority: CN
Inventors: 王少夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明提供了一种具有最平群延迟特性无源带通滤波器及多工器设计方法，该方法首先对传统带通滤波器优化设计进行改进，分析滤波器的性能指标，建立交耦合网络的拓扑结构模型，计算出Bessel函数的归一化参数表，通过频率变换的方法代替传统的低通原型，并给出具体的元件值，可以得到具有最平群延迟特性带通滤波器和多工器，有效的克服了采用直接耦合法所设计滤波器及双工器体积过大，需要加均衡器的问题，能保证无源滤波器获得最佳的滤波效果。

Description

一种具有最平群延迟特性多工器设计方法

技术领域

本发明涉及一种具有最平群延迟特性的无源带通滤波器及多工器设计方法。

技术背景

在当今通信领域中，各种通信系统的发展异常迅速，滤波器在通信设备中占有重要的地位。尤其随着大规模集成电路的发展，要求设备小型化和功能多样化。交叉耦合滤波器，与同等性能的没有交叉耦合的滤波器相比，虽然在优化设计和制作上要相对复杂一些，但是具有谐振单元少、体积小、重量轻的优点，从而在某领域有很大的优势。对于耦合谐振器滤波器及多工器理论研究和实际应用显得非常重要，而利用传统设计方法所设计的滤波器面临着具有谐振单元多、体积大、需要加均衡器的问题，本发明主要基于这一点，采用上述频率变换技术设计了一种具有最平群延迟的耦合无源带通滤波器及双工器设计算法。

为了获得最佳的滤波效果，通过上述算法，可以得到具有最平群延迟特性的带通滤波器和多工器，有效的克服了采用直接耦合法所设计滤波器面临着具有谐振单元多、体积大、需要加均衡器的问题，能保证无源滤波器及多工器获得最佳的滤波效果。

发明内容

本发明提供了一种具有最平群延迟特性无源带通滤波器及多工器设计方法，该方法首先对传统带通滤波器优化设计进行改进，分析滤波器的性能指标，建立交耦合网络的拓扑结构模型，计算出Bessel函数的归一化参数表，通过频率变换的方法代替传统的低通原型，并给出具体的元件值，可以得到具有最平群延迟特性带通滤波器和多工器，有效的克服了采用直接耦合法所设计滤波器及双工器体积过大，需要加均衡器的问题，能保证无源滤波器及多工器获得最佳的滤波效果。

本发明提出的技术方案具体步骤包括：

分析滤波器的性能指标，建立耦合网络的拓扑结构模型；

进一步推导出低通滤波器归一化预畸参数表；

其设计步骤为：

进一步，选择满足条件的归一化参数k值和q值。

进一步，任意选择回路电感L_i的值，把此滤波器电感值选得都相等。另一回路的参数由谐振条件决定，即

ω_{0} = 1 / \sqrt{L_{i} C_{i}} - - - (1)

进一步，信号源及负载电阻由下式决定

R_{i} = \frac{2 π L_{i} f_{0}^{2} q_{i}}{Δf}, i = 1, n - - - (2)

进一步，耦合电容为

C_{i, i + 1} = \frac{Δf}{f_{0}} k_{i, i + 1} \sqrt{C_{i} C_{i + 1}}, i = 1, \cdot \cdot \cdot, n - 1 - - - (3)

进一步，利用上述频率变换技术及公式，最终可以确定所设计带通滤波器及多工器各元件值。

进一步，使第i个节点谐振于ω₀。根据电路等效原理将电阻等效为标准电阻值。

进一步，把所设计的耦合谐振器滤波器通过匹配电容或电感进行并联，可以得到所需要的目标多工器。

本发明的技术效果：本发明提出基于具有最平群延迟特性的频率变换技术设计带通滤波器及多工器的技术方案，建立耦合网络的拓扑结构模型，可以得到有最平群延迟特性的带通滤波器和双工器，有效的克服了采用直接耦合法所设计滤波器及双工器体积过大，需要加均衡器的问题。而且电路的体积可以缩小，不需要额外加均衡，能保证滤波器及多工器获得最佳的滤波效果。

附图说明

图1为函数归一化参数表；

图2为实施例1中耦合滤波器电路原理图；

图3为实施例1中耦合滤波器的插入损耗和回归损耗特性图；

图4为实施例1中耦合滤波器的最平群延迟特性；

图5为实施例2中耦合多工器电路原理图；

图6为实施例2中耦合多工器的幅频特性图；

具体实施方式

实施例1：

设计耦合谐振器滤波器，中心频率为70MHz，带宽3dB为±2MHz，

利用上述算法，所设计耦合滤波器如图2所示；其插入损耗和回归损耗特性如图3所示；最平群延迟特性如图4所示；

从图3、图4可以看出，其带通为68-72MHz，该滤波器带起伏小，阻带衰减大，在群延迟特性图中，通带内延迟平坦，且表现出最平坦的群延迟特性，其波特图也具有良好的特性，故所设计耦合谐振滤波器完全满足设计要求。同时与有关文献卫星通信系统中的中频滤波器相比，元器件只是它们的三分之一。所设计的滤波器完全满足指标要求；

实施例2：

设计多工器，其中心频率分别为70MHz、80MHz、90MHz、100MHz；带宽3dB为±2MHz，

利用上述算法，所优化设计多工器如图5所示；其幅频特性如图6所示；

从图6可以看出，所设计多工器，完全满足设计要求；

所设计具有最平延迟特性的滤波器及多工器已成功用于某脉冲接收机中，经过FSK的调制和解调，输出结果良好。使用结果表明该器件对接收机调制脉冲及噪声电平有很好的抑制度，有效的克服了采用直接耦合法所设计滤波器及双工器体积过大，需要加均衡器的问题。而且电路所使用元件较少，不需要额外加均衡，能保证滤波器及多工器获得最佳的滤波效果。

Claims

1.一种具有最平群延迟特性的带通滤波器及双工器设计方法，其特征在于：该方法首先对传统带通滤波器优化设计进行改进，分析滤波器的性能指标，建立交耦合网络的拓扑结构模型，计算出Bessel函数的归一化参数表，通过频率变换的方法代替传统的低通原型，并给出具体的元件值，可以得到具有最平群延迟特性带通滤波器和多工器，有效的克服了采用直接耦合法所设计滤波器及双工器体积过大，需要加均衡器的问题。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，推导出函数预畸归一化参数；

n q1 qn k12 k23 K34 K45 K56 K67 K78 2 0.5755 2.148 0.900 3 0.337 2.203 1.748 0.684 4 0.233 2.240 2.530 1.175 0.644 5 0.394 0.275 1.910 0.750 0.650 1.987 6 0.415 0.187 2.000 0.811 0.601 1.253 3.038

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其设计步骤为：

1)选择满足条件的归一化参数k值和q值。

2)任意选择回路电感L_i的值，把此滤波器电感值选得都相等。另一回路的参数由谐振条件决定，即

ω_{0} = 1 / \sqrt{L_{i} C_{i}} - - - (1)

3)信号源及负载电阻由下式决定

R_{i} = \frac{2 π L_{i} f_{0}^{2} q_{i}}{Δf}, i = 1, n - - - (2)

4)耦合电容为

C_{i, i + 1} = \frac{Δf}{f_{0}} k_{i, i + 1} \sqrt{C_{i} C_{i + 1}}, i = 1, \cdot \cdot \cdot, n - 1 - - - (3)

5)使第i个节点谐振于ω₀。根据电路等效原理将电阻等效为标准电阻值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据上述理论，把所设计的交叉耦合谐振器滤波器通过匹配电容或电感进行并联，可以得到所需要的目标多工器。