CN104205481A - 可变带宽rf滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变带宽RF滤波器。所公开的滤波器包括：第一滤波器单元，具有第一带宽并具有能够改变频率的结构；以及，第二滤波器单元，具有第二带宽并具有能够改变频率的结构。所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元耦合呈级联结构，并且通过改变所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元的频率来调整带宽。所公开的滤波器具有可利用简单结构容易地进行带宽调整的优点。

Description

可变带宽RF滤波器
技术领域
本发明实施例涉及RF滤波器，尤其涉及可用其改变带宽的RF滤波器。
背景技术
近来通信系统正在从3G向4G演进。目前现有的通信系统和先进的通信系统是共存的。在这种情况下，已经有研究专注于如何充分利用现有的基站设备，这些研究的成果之一为可调滤波器技术。
随着通信技术的发展，使用现有通信系统的系统带宽在逐渐减少，而使用新通信系统的系统带宽在逐渐增加。
如果开发出能够改变带宽和中心频率的RF滤波器，那么根据通信技术的发展远程改变滤波器的带宽和中心频率而不需要替换现有的设备将成为可能。
因此，需要可调的滤波器，然而现有的研究主要着重于频率可调的滤波器，而关于能够改变其带宽的滤波器的研究相对较少。
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供一种带宽可调滤波器，使用该滤波器可以很容易实现频率带宽的改变。
技术方案
为了实现上述目标，本发明实施例提供了一种带宽可调的滤波器，包括：第一滤波器单元，具有第一频带并具有能够改变频率的结构；以及，第二滤波器单元，具有第二频带并具有能够改变频率的结构，其中所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元按照级联结构连接。
所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元可以包括至少一个腔体以及置于每个腔体中的谐振器。
所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元可分别包括用于改变频率的第一滑动部件和第二滑动部件，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元的频率改变可以独立进行。
所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元可以包含在同一外壳内，所述第一滤波器单元的输出信号可作为输入信号提供给所述第二滤波器单元。
置有所述第一滤波器单元的第一个谐振器的腔体可与输入连接器连接，并且置有所述第二滤波器单元的最后一个谐振器的腔体可与输出连接器连接。
所述第一滤波器单元的最后一个谐振器与所述第二滤波器单元的最后一个谐振器可以通过转移线的方式连接。
置有所述第一滤波器单元的最后一个谐振器的腔体与置有所述第二滤波器单元的第一个谐振器的腔体之间可以形成有用于信号耦合的耦合窗口。
靠近所述第一滤波器单元的腔体中的至少一个腔体，可以另外形成有用于形成传输零点的第一陷波腔。
靠近所述第二滤波器单元的腔体中的至少一个腔体，可以另外形成有用于形成传输零点的第二陷波腔。
本发明的另一方面提供了一种带宽可调滤波器，包括：
外壳；第一滤波器单元，安装在所述外壳内，具有第一频带并具有能够改变频率的结构；第二滤波器单元，安装在所述外壳内，具有第二频带并具有能够改变频率的结构；其中，所述第一滤波器单元的输出信号作为输入信号提供给所述第二滤波器单元。
有益效果
基于本发明实施例的滤波器，使用简单的结构，以允许容易地改变带宽。
附图说明
图1为本发明实施例的带宽可调滤波器的原理性结构示意图；
图2为带宽随以级联方式连接的各频率可调滤波器的共振频率的变化而改变的过程示意图；
图3示出了表示第一频率可调滤波器BPF1的频率响应特性以及第二频率可调滤波器BPF2的频率响应特性的图(a)和(b)，以及表示滤波器的频率响应的图(c)，在该滤波器中BPF1和BPF2根据本发明的精神级联；
图4为本发明另一个实施例的用于应对级间共振发生的带宽可调滤波器的框图；
图5示出了表示输入和输出端应用了陷波腔的BPF1和BPF2的传输特性的图(a)和(b)，以及表示级联滤波器的传输特性的图(c)；
图6为本发明实施例的带宽可调滤波器的结构示意图；
图7为本发明实施例的滑动部件的剖视图；
图8为本发明实施例的带宽可调滤波器中的腔体的剖视图。
具体实施方式
由于本发明允许各种变化和多种实施例，在附图中示出了并且在说明书中详细描述了具体的实施方式。然而，这并不意味着将本发明限制为这些特定的实施模式，应当理解的是任何改变，等同，和替换，只要不脱离本发明的精神和技术范围，都包含在本发明中。在描述附图的过程中，相似的元件采用相似的标号。
下面参照附图，对本发明的某些实施例进行更详细地描述。
图1为本发明实施例的带宽可调滤波器的原理性结构示意图。
参照图1，本发明实施例的带宽可调滤波器可以包括以级联方式连接的两个频率可调滤波器。
这里，频率可调滤波器指的是滤波器的共振频率可以通过滤波器的结构变化来改变的滤波器。
一个例子可以包括，例如，频率可调滤波器，其可通过滑动部件的滑动来改变该滤波器的共振频率。除了基于滑动的频率可调滤波器，也可以采用通过旋转滤波器内的介电体来改变其频率的滤波器，还可以采用其他不同类型的频率可调滤波器。
本发明的一个方面提出了一种带宽可调滤波器，该带宽可调滤波器以级联方式连接了两个或以上这样的频率可调滤波器，以通过改变各频率可调滤波器的中心频率来改变带宽。
通过改变两个频率可调滤波器的共振频率，可以大幅度地改变带宽。
图2为带宽随以级联方式连接的各频率可调滤波器的共振频率的变化而改变的过程示意图。
在图2中，位于顶部的图示出了第一频率可调滤波器BPF1的频带和第二频率可调滤波器BPF2的频带，而位于底部的图仅示出了实质上由两个过滤器(BPF1和BPF2)形成的带宽。
参照图2中的左上图，可见第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2在不同的频带共振并且两者存在共同的共振带。
参照图2中的左下图可见，BPF1和BPF2在其中根据本发明实施例以级联方式连接的带宽可调滤波器的通带为第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2共同的共振带(也就是第一频率可调滤波器的共振带与第二频率可调滤波器的共振带的交集)。
采用基于本发明实施例的带宽可调滤波器，能够通过改变第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2的中心频率来改变带宽。在图2中，右上图显示了将第一频率可调滤波器BPF1的中心频率移动–f1以及将第二频率可调滤波器BPF2的中心频率移动+f2后的情形，而右下图显示了共振带如何因频率的移动而改变。
参照图2，可见第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2的共同共振带因上述的中心频率的移动变窄了，因此BPF1+BPF2级联的滤波器的带宽也变窄了。
换句话说，通过移动第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2的中心频率能够实现带宽的实质改变。
尽管图2示例性地说明了改变第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2的中心频率以使带宽变窄的情形，然而对于本领域的技术人员来说采用相同的原理来改变带宽使得带宽增大应该是显而易见的。
而且，对于本领域的技术人员来说，通过改变第一频率可调滤波器BPF1的频率变化量和第二频率可调滤波器BPF2的频率变化量，能够在改变中心频率的同时改变带宽，这也是显而易见的。
图3示出了表示第一频率可调滤波器BPF1的频率响应特性以及第二频率可调滤波器BPF2的频率响应特性的图(a)和(b)，以及表示滤波器的频率响应的图(c)，在该滤波器中BPF1和BPF2根据本发明的精神进行级联。
为了允许通带的带宽调节，采用一个较宽的低频带(1780-1880MHz)来实现BPF1，并且采用一个比期望频带(1805-1880MHz)更宽的高频带(1805-1905MHz)来实现BPF2。参照图3的图(c)，可见在BPF1和BPF2之间产生了级间共振，使得两边阻带处的衰减特性恶化。
图4为本发明另一个实施例的用以应对级间共振发生的带宽可调滤波器的结构示意图。
参照图4，本发明实施例的带宽可调滤波器可以包括第一陷波滤波器400，第一频率可调滤波器BPF1，第二频率可调滤波器BPF2以及第二陷波滤波器410.
参照图4，能够调节频率的陷波滤波器400，410可以加到各第一频率可调滤波器BPF1和第二频率可调滤波器BPF2。该陷波滤波器能够以腔体和谐振器的结构实现，或者能够以空气板线短截线的形式实现。
当陷波滤波器包含在同一外壳内时，陷波滤波器可以陷波腔的形式实现，可由下述内容结合图6看出。
图5示出了表示输入和输出端应用了陷波腔的BPF1和BPF2的传输特性的图(a)和(b)，以及表示级联滤波器的传输特性的图(c)。
从图5可以看出，由级间共振引起的衰减特性恶化因使用陷波腔(滤波器)而有所改善。
图6为本发明实施例的带宽可调滤波器的结构示意图。
参照图6，本发明实施例的带宽可调滤波器可以包括第一频率可调滤波器单元600和第二频率可调滤波器单元650。第一频率可调滤波器单元600和第二频率可调滤波器单元650可以独立地进行滤波，并且首先在第一频率可调滤波器单元600进行滤波后，第一频率可调滤波器单元600的输出信号可以提供给第二频率可调滤波器单元650。
第一频率可调滤波器单元600可以包括8个谐振器R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，各谐振器置于腔体内。第二频率可调滤波器单元650可以包括8个谐振器R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16。
第一频率可调滤波器单元600和第二频率可调滤波器单元650可以包含在单个外壳中。
用于改变中心频率的第一滑动部件610可以放置于第一频率可调滤波器单元600的谐振器R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8之上。第二滑动部件620也可以放置于第二频率可调滤波器单元650的谐振器R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16之上。
图7为本发明实施例的滑动部件的剖视图。
图7示出了滑动部件610的沿x-x’线的剖视图。
参照图7，本发明实施例的滑动部件可以包括一个主体700和连接到主体的多个调节元件710，调节元件710的数量可以与各滤波器单元的谐振器的数量对应，如果有8个谐振器，如图6所示的情形，则可将8个调节元件连接到主体700。
调节元件710可以由金属材料制成或者由绝缘材料制成。
滑动部件的主体700可以通过执行机构或手左右移动，随着主体700被移动，连接到主体700的调节元件710也被左右移动。
图6示出了一个例子，其中第一滑动部件610和第二滑动部件620通过连接到第一滑动部件610的第一执行机构900和连接到第二滑动部件620的第二执行机构910被独立控制。
图8为本发明实施例的带宽可调滤波器的腔体的剖视图。
参照图8，滑动部件可置于谐振器R的顶部和滤波器的盖体800之间。当然，滑动部件也可以置于盖体之上，调节元件710可以通过盖体上的孔或者类似物插入滤波器。
调节元件710可以根据滑动部件的主体700的移动一起移动。
电容值取决于腔体及谐振器R，可以根据调节元件710的移动而变化，滤波器的共振频率可以根据电容值的变化而改变。
第一滑动部件610的移动可以导致第一频率可调滤波器单元600的中心频率变化，而第二滑动部件620的移动可以导致第二频率可调滤波器单元650的中心频率变化。
对于采用滑动部件使频率改变的滤波器，已经开发出各种各样的结构，对于本领域技术人员来说，这些已知的结构可以被应用到本发明实施例中应该是显然的。
输入连接器660可以连接到置有第一频率可调滤波器单元600的第一个谐振器R1的腔体。通过输入连接器660，输入信号可以提供给置有第一个频率可调滤波器单元600的第一个谐振器R1的腔体。
输出连接器670可以连接到置有第二频率可调滤波器单元650的第16个谐振器R16的腔体。由第一频率可调滤波器单元600和第二频率可调滤波器单元650滤波的信号可通过该输出连接器670输出。
由于第一频率可调滤波器单元600和第二频率可调滤波器单元650的中心频率可根据第一滑动部件610和第二滑动部件620的各自移动而独立改变，因此能够改变本发明实施例的滤波器的带宽。
用于移动第一滑动部件610和第二滑动部件620的执行机构900，910可以被安装在外壳的内部，或者可以连接到外壳的外部。
可采用不同的结构将第一频率可调滤波器单元600的输出信号提供到第二频率可调滤波器单元650。
如图6的示例性说明，第一频率可调滤波器单元600的最后一个谐振器R8与第二频率可调滤波器单元650的第一个谐振器R9可以通过转移(Transition)线680连接。
通过转移线680，第一频率可调滤波器单元600的输出信号可以提供给第二频率可调滤波器单元650。
当然，不同于图6所示的情形，也能够通过耦合的方法将第一频率可调滤波器单元600的输出信号提供到第二频率可调滤波器单元650，而不采用转移线680。为了将第一频率可调滤波器单元600的输出信号通过耦合方法提供给第二频率可调滤波器单元650，可以在置有第一频率可调滤波器单元600的最后一个谐振器的腔体与置有第二频率可调滤波器单元650的第一个谐振器的腔体之间形成用于耦合的耦合窗口。
如上所述，具有在单个外壳内以级联方式连接的两个滤波器的结构可能会遭受由于级间共振引起的阻带部分的特性恶化。
根据本发明的一个优选实施例，可在阻带形成传输零点(Transmission-Zero)，以改善阻带特性，在第一频率可调滤波器单元600和第二频率可调滤波器单元650中可以形成用于传输零点的2个陷波(Notch)腔。
第一陷波腔750可以形成在第一频率可调滤波器单元600中，第二陷波腔760可以形成在第二频率可调滤波器单元650中。
第一陷波腔750可以靠近置有第一频率可调滤波器单元600的第一个谐振器R1的腔体形成，而第二陷波腔760可以靠近置有第二频率可调滤波器单元650的最后一个谐振器R16的腔体形成。
第一陷波腔750和第二陷波腔760可以为用于形成传输零点的腔体，并且可能不参与共振。在第一陷波腔750和第二陷波腔760中也可能形成有谐振器。
虽然已用具体的例子，包括特定的组成部分，通过有限的实施例和附图对本发明进行了如上描述，然而，应当理解的是，提供这些仅是为了有助于对本发明的全面理解，本发明并不限于上述实施例，所属领域的普通技术人员可以从以上公开内容作出的各种修改和变化，都属于本发明。因此，本发明的精神不应限于本文描述的实施例，并且本发明的范围应被视为不仅包括下面提出的权利要求，还包括它们的等同物和变形。

Claims (13)

1.一种带宽可调滤波器，包括：
第一滤波器单元，具有第一频带并具有能够改变频率的结构；以及，
第二滤波器单元，具有第二频带并具有能够改变频率的结构，
其中所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元按照级联结构连接。
2.根据权利要求1所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元包括至少一个腔体以及置于每个腔体中的谐振器。
3.根据权利要求2所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元分别包括用于改变频率的第一滑动部件和第二滑动部件，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元的频率改变独立进行。
4.根据权利要求2所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元包含在同一外壳内，所述第一滤波器单元的输出信号作为输入信号提供给所述第二滤波器单元。
5.根据权利要求4所述的带宽可调滤波器，其中，置有所述第一滤波器单元的第一个谐振器的腔体连接输入连接器，并且置有所述第二滤波器单元的最后一个谐振器的腔体连接输出连接器。
6.根据权利要求4所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元的最后一个谐振器与所述第二滤波器单元的最后一个谐振器通过转移线的方式连接。
7.根据权利要求4所述的带宽可调滤波器，其中，置有所述第一滤波器单元的最后一个谐振器的腔体与置有所述第二滤波器单元的第一个谐振器的腔体之间形成有用于信号耦合的耦合窗口。
8.根据权利要求2所述的带宽可调滤波器，其中，靠近所述第一滤波器单元的腔体中的至少一个腔体，另外形成有用于形成传输零点的第一陷波腔。
9.根据权利要求8所述的带宽可调滤波器，其中，靠近所述第二滤波器单元的腔体中的至少一个腔体，另外形成有用于形成传输零点的第二陷波腔。
10.一种带宽可调滤波器，包括：
外壳；
第一滤波器单元，安装于所述外壳中，所述第一滤波器单元具有第一频带并具有能够改变频率的结构；以及
第二滤波器单元，安装于所述外壳中，所述第二滤波器单元具有第二频带并具有能够改变频率的结构；
其中，所述第一滤波器单元的输出信号作为输入信号提供给所述第二滤波器单元。
11.根据权利要求10所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元包括至少一个腔体以及置于每个腔体中的谐振器。
12.根据权利要求11所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元分别包括用于改变频率的第一滑动部件和第二滑动部件，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元的频率改变独立进行。
13.根据权利要求11所述的带宽可调滤波器，其中，所述第一滤波器单元和所述第二滤波器单元以级联方式连接。
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