CN103281046A - 一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法，该方法首先是在保持原有结构的基础上，通过一个滤波器的级联结构。引入谐振器的对地电感或电容，将滤波器同一个电感相结合，可以产生两个传输零点，具有带外传输零点的滤波器具有较低的带内损耗和较高的带外抑制特性，适合在无线局域网络与RF接收机滤波器。有效的克服了由于电容耦合方式的滤波器在带外高端部分抑制较差问题，能保证滤波器获得最佳的滤波效果。

Description

一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法

技术领域

本发明涉及一种具有带外双传输零点滤波器实现方法，属于射频通信领域。 

技术背景

在通信设备和各类系统中。滤波器的应用极为广泛，滤波器的优劣直接决定产品的好坏，所以对滤波器的研究和生产历来为各国重视。由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器的发展也上了一个新台阶，并且朝高精度，低功耗，小体积方向发展。同时随着数字通信系统时钟频率的不断提高，以及数字网络在速度和带宽方面的增加，对滤波器具有较强带外抑制特性也提出更高的要求。而利用传统预畸法设计滤波器面临着电容耦合方式的滤波器在带外高端部分抑制较差问题，传统的滤波器直接耦合结构如图1所示，产生传输零点的滤波器电路结构如图2所示，本发明主要基于这一点，采用一个新的滤波器级联电路结构，如图3所示，可以在带外产生两个传输零点，使所设计的带通滤波器具有带外传输零点的滤波器具有较低的带内损耗和较高的带外抑制特性。 

所改进的带通滤波网络适合微带技术的拓扑，使滤波器更加微型化并且容易制作和可调。 

发明内容

本发明提出一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法。该方法首先是在保持原有结构的基础上，通过一个滤波器的级联结构。引入谐振器的对地电感或电容，将滤波器同一个接地电容或电感相结合，如图3所示，可以产生两个传输零点，具有带外传输零点的滤波器具有较低的带内损耗和较高的带外抑制特性，适合在无线局域网络与RF接收机滤波器。有效的克服了由于电容耦合方式的滤波器在带外高端部分抑制较差问题，能保证滤波器获得最佳的滤波效果。同时改进的带通滤波网络适合微带技术的拓扑，使滤波器更加微型化并且容易制作和可调。 

本发明提出的技术方案具体步骤包括： 

(1)基于直流与无限频率传统滤波器结构滤波器通过一个级联结构可以产生两个有限传输零点，如图3所示，接地电感可以在通带的两边产生两个传输零点。 

(2)图4所示的滤波器结构可以看做是上下两个网络串联(如图4(a)所示)，.上面的网络(网络1)是带有无限传输零点的传统滤波器，滤波器结构如4(b)所示，下面的网络(网络2)是一个简单的电感，如图4(c)所示，上面网络中两个谐振器可以产生两个极点，如果断开接地电感，上面网络可以看做是一个没有有限传输零点的滤波器。 

(3)对于上面的网络图4(b)，利用Y-Δ变换，其中互感M可以通过π型电感网络等效而 来，可得： 

${\mathrm{LL}}_1=L_1+\frac{(L_1-M)M}{L_2-M}=\frac{L_1{L}_2-M^2}{L_2-M}---\left(1\right)$

${\mathrm{LL}}_2=L_2+\frac{(L_2-M)M}{L_1-M}=\frac{L_1{L}_2-M^2}{L_1-M}---\left(2\right)$

$\mathrm{LM}=L_1+L_2-2M+\frac{(L_1-M)(L_2-M)}{M}=\frac{L_1{L}_2-M^2}{M}---\left(3\right)$

对该电路的分析，可以利用网络分析的方法。如果把这种带外双零点的带通滤波器结构看作一个二端口网络的话，利用网络分析的原理，该网络可以看作上下两个网络的串联，如图4(a)所示，其阻抗Z可以看成是上面网络阻抗ZU和下面网络阻抗ZL矩阵的和。即： 

Z＝Z_U+Z_L     (4) 

假定滤波器是无耗的，即阻抗阻矩是纯虚的，Z＝jX，X表示相对应的电抗矩阵，对于下面的网络其阻抗 

Z_L＝jX_L＝ωLj     (5) 

滤波器的散射参数S₂₁为 

$S_{21}=\frac{{2Z}_0{Z}_{21}}{Z_0^2+(Z_{11}+Z_{22})Z_0+(Z_{11}{Z}_{22}-Z_{12}{Z}_{21})}---\left(6\right)$

$S_{11}^2+S_{21}^2=1---\left(7\right)$

分别对图4(b)与(c)利用T矩阵级连相乘，可以分得到网络Z_u，Z_l，再把它们转化为Z矩阵，可以得到网络U的Z矩阵。其中Z₀是I/O端口的特性阻抗，设Z₀＝50Ω，有限传输零点的两个频率就是S₂₁(ω＝0)处的频率。 

$Z_{U21\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{j}{{\mathrm{\ω}}^3\frac{C_2{C}_4}{M}(L_1{L}_2-M^2)-\mathrm{\ω}(\frac{L_1{C}_2}{M}+\frac{L_2{C}_4}{M2})+\frac{1}{\mathrm{\ωM}}}---\left(8\right)$

由(5)、(8)式可以一个产生ω的四阶多项式 

${\mathrm{\ω}}^4{C}_2{C}_4(L_1{L}_2-M^2)-{\mathrm{\ω}}^2(L_1{C}_2+L_2{C}_4)+\frac{M+L}{L}=0---\left(9\right)$

上式的两个正根就是滤波器的两个有限传输零点频率。 

本发明的技术效果：本发明提出的上述具有两个传输零点的带通滤波器设计技术方案，在保持原有结构的基础上，通过一个滤波器的级联结构。引入谐振器的对地电感，将滤波器同一个接地电感相结合，可以产生两个传输零点，具有带外传输零点的滤波器具有较低的带内损耗和较高的带外抑制特性，适合在无线局域网络与RF接收机滤波器。有效的克服了由于电容耦合方式的滤波器在带外高端部分抑制较差问题，能保证滤波器获得最佳的滤波效果。同时改进的带通滤波网络适合微带技术的拓扑，使滤波器更加微型化并且容易制作和可调。 

附图说明

图1为传统滤波器电路耦合结构图；(a)电感直接耦合(b)电容直接耦合。 

图2为传统滤波器产生传输零点电路结构图； 

图3为改进后的滤波器级联结构图 

图4为改进后的滤波器级联结构图及其上网络下网络，(a)滤波器级联结构(b)传统滤波器结构(c)级联电感。 

图5为实施例1中所设计滤波器电路原理图； 

图6为实施例1中滤波器插入损耗及回归损耗特性图； 

图7为实施例1中所设计滤波器级联电感电路原理图； 

图8为实施例1中带有两个传输零点滤波器插入损耗及回归损耗特性图； 

具体实施方式

实施例： 

设计具有两个传输零点的带通滤波器，中心频率为2.45GHz，带宽为300MHz，带内起伏＜1dB，带内驻波＜1.4，带外抑制＞40dB。 

利用传统设计算法，所设计传统带通滤波器如图5所示；其插入损耗及回归损耗特性图6所示； 

由于利用传统滤波器设计方法所设计的滤波器电容耦合滤波器在带外高端部分抑制较差，为了提高带外抑制特性，利用本发明的传输零点实现方法，通过引入对地电感，在保持原有结构的基础上，引入传输零点，可以极大改善带外抑制性能，所实现具有两个传输零点的带通滤波器如图7所示，其插入损耗及回归损耗特性图8所示； 

从图6与图8的比较可以看出，此种上述方法所设计的级联滤波器可以在带外产生两个传输零点，具有较低的带内损耗和较高的带外抑制特性。 

该具有两个传输零点的级联滤波器经过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，与同类带通滤波器相比，能够获得更好的滤波效果。同时，改进的带通滤波网络适合微带技术的拓扑，使滤波器更加微型化并且容易制作和可调。 

Claims (3)

1.一种具有带外双传输零点带通滤波器实现方法，其特征在于：该方法首先是在保持原有结构的基础上，通过一个滤波器的级联结构。引入谐振器的对地电感或电容，将滤波器同一个电感相结合，可以产生两个传输零点，具有带外传输零点的滤波器具有较低的带内损耗和较高的带外抑制特性，适合在无线局域网络与RF接收机滤波器。有效的克服了由于电容耦合方式的滤波器在带外高端部分抑制较差问题，能保证滤波器获得最佳的滤波效果。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滤波器结构其阻抗Z可以看成是上面网络阻抗ZU和下面网络阻抗ZL矩阵的和。即： 

Z＝Z_U+Z_L      (1) 

假定滤波器是无耗的，即阻抗阻矩是纯虚的，Z＝jX，X表示相对应的电抗矩阵，对于下面的网络其阻抗 

Z_L＝jX_L＝ωLj      (2) 

滤波器的散射参数S₂₁为 

利用T矩阵级连相乘，可以分得到网络Z_u，Z_l，再把它们转化为Z矩阵，可以得到网络U的Z矩阵。其中Z₀是I/O端口的特性阻抗，设Z₀＝50Ω，有限传输零点的两个频率就是S₂₁(ω＝0)处的频率。 

由(2)、(5)式可以一个产生ω的四阶多项式 

上式的两个正根就是滤波器的两个有限传输零点频率。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可以利用接地电感或电容产生两个传输零点，同理，可以进一步产生三个或三个以上的实数传输零点、复数传输零点、实数与复数交叉的传输零点。 

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