CN105680127B - 基于信号干扰理论的差分带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号干扰理论的差分带通滤波器。该滤波器的特征在于：所述滤波器外形为两方形谐振结构通过中间对称面传输线相连，保证了该滤波器为差分带通滤波器；该滤波器结构关于中间对称面A‑A’互补对称，并在中间对称面上添加中间短截线，用于改善共模信号抑制，使该滤波器为共模带阻滤波器；所设计滤波器采用对称互补的馈线方式，信号输入端口和信号输出端口分别设置在两方形谐振结构的左右两侧，并采用直接馈电的方式与谐振器内部相连，与耦合馈电方式相比可减小插入损耗、提高制作精度。本发明提供了一种新型的滤波器谐振结构，该结构较为紧凑，性能优于其他外形的差分带通滤波器。

Description

基于信号干扰理论的差分带通滤波器

技术领域：

本发明涉及到微波通信领域，尤其涉及一种结构新颖、制作简单，并可用于微波电路进行滤波的差分带通滤波器。

背景技术：

在现代无线通信和微波集成电路的不断发展过程中，滤波器在微波集成电路中扮演着至关重要的角色，滤波器作为射频发射和接收系统必不可少的一部分，在无线通信领域面临着巨大的机遇和挑战。传统无线通信系统中，滤波器都是采用单入单出型的输入输出端口，其传输非平衡信号，但随着片上系统的发展，单端口滤波器并不能满足平衡信号的传输的需求，差分滤波器因其兼有平衡信号转换和滤波功能，在无线通信领域中得到迅速发展。

在现代无线通信和雷达系统中，差分平衡电路发挥着重要作用。实际应用中，集成电路向小型化方向不断发展，低损耗电路的设计面临着强电磁干扰、无线电频率干扰、元部件耦合串扰等严峻的挑战，差分平衡电路以其有效抑制噪声、减少电磁耦合干扰的优势得以广泛应用，差分滤波器作为平衡电路的重要器件，其研究也不断得到深入和发展。差分滤波器要求在差模激励时具有良好的滤波特性，相当于带通滤波器，同时在共模激励时能够有效抑制共模，相当于带阻滤波器。我们可以把单端口滤波器和巴伦组合成差分滤波器，但其面积过大，不符合小型化需求。因此，把差分滤波器作为单一器件来设计，是一个急需研究的重要问题。目前，差分滤波器的实现方法可以分为以下几种:采用枝节加载结构的差分滤波器；采用两路径传输理论模型的差分滤波器；采用多模谐振器结构的差分滤波器。

信号干扰理论有两种类型：横向型、递归型，由于递归型滤波器实现起来比较困难，所以，目前基于信号干扰理论设计的滤波器都是基于横向型。为了满足小型化要求和降低滤波器设计的复杂性，一般选取两路径传输模型。输入端口与输出端口之间有两条传输路径，信号经两不同路径传输后，叠加到输出端口，导致信号在某些频率处幅度增强，在另外一些频率处幅度则会减弱，从而使滤波器在差模激励时满足通带特性，在共模激励时满足阻带特性，因次，采用信号干扰理论可以使滤波器具有高选择性和良好的共模抑制特性。

发明内容

为了满足现代通信发展的需求，本发明的主要目的是，提供一种新型两路径拓扑结构的微带差分带通滤波器。

为了实现上述目的，本发明所使用的技术方案如下：

基于信号干扰理论的差分带通滤波器，所述滤波器设置有信号输入端口和信号输出端口；该滤波器的外形为中间对称面传输线连接两方形谐振结构构成的两路径拓扑结构，且任意一对信号输入端口和信号输出端口之间有两条电长度不同传输路径，信号可从信号输入端经两路径传输到信号输出端。

所述新型滤波器结构关于中间对称面互补对称，差模激励时，对称面表现为短路，共模激励时，对称面表现为开路。

所述基于信号干扰理论的差分带通滤波器结构关于中间对称面互补对称，并在中间对称面上添加中间短截线，使该滤波器为共模带阻滤波器；

所述滤波器结构采用平行对称的馈线方式，两对信号输入端口和信号输出端口分别设置在两方形谐振结构的左右两侧，采用直接馈电的方式与谐振器内部相连，并且馈线特性阻抗大于谐振器特性阻抗，构成SIR(阶跃阻抗谐振器),与耦合馈电方式相比可减小插入损耗、提高制作精度。

在本发明的具体实施例子中，所述两路径方形谐振结构和馈线材质均为铜箔。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种新型的滤波器拓扑结构，即基于信号干扰理论的差分带通滤波器，该结构简单紧凑，易于加工，仅采用两层结构，并且实现小型化需求。对所加工处的实物进行测量表明：该差分带通滤波器，其性能优于其他外形的差分带通滤波器。

附图说明

图1是基于信号干扰理论的差分带通滤波器

图2是本新型差分滤波器的电路图

具体实施方式

下面结合具体附图，对本新型滤波器结构进一步地描述。

图1为本发明提供的基于信号干扰理论的差分带通滤波器的几何结构示意图。该滤波器包括：第一方形谐振器1和第二方形谐振器2通过中间对称面A-A’的传输线3连接起来，构成互补对称结构，使该新型滤波器在差模激励时表现为带通滤波器，在共模激励时表现为带阻滤波器；中间加载短截线5构成T型分支线结构，调节短截线特性阻抗和长度可有效调节共模抑制水平；采用平行互补的馈线方式6，并通过直接馈电的方式与谐振结构相连，可减小插入损耗，提高制作精度；馈线6和传输线4构成SIR(阶跃阻抗谐振器)，通过调节阻抗比改善频率响应，实现小型化的目的。

图2为本发明提供的差分带通滤波器的电路图，向任意两输入、输出端口输入等幅反相的差模信号时，对称面等效为理想电壁，相当于短路；端口输入等幅同相的共模信号时，对称面等效为理想磁壁，相当于开路。另外，当共模激励时，信号从任一输入端口到输出端口都有两条传输路径：第一线路L1中，信号直接经过微带传输线由输入端口到输出端口；第二线路L2中，信号经过下面的两平行传输线结构由输入端口到输出端口。两路径信号的相位关系如下：线路1：θ_A＝θ₁＝90°，线路2：θ_B＝3θ₁＝270°，满足θ_A＝θ_B±nπ(n＝1,3,5...)。因此，该滤波器结构对共模信号来说，可以很容易实现一个好的阻带特性，达到良好的共模抑制效果。

本发明提出一种新型两路径拓扑结构,分别采用差模激励和共模激励电路理论分析此拓扑结构，利用传输线理论对此结构进行说明。另外，在实际情况下，由于很难或无法用麦克斯韦方程从理论上来证明此拓扑结构，只能采用数值方法来证明，学术和工程上常采用的方法是利用商用的高频电磁仿真软件进行电磁仿真来证明、优化。

商用的高频电磁仿真软件有多种，我采用的是Ansoftv10.0对提出的拓扑结构进行优化。然后将优化的精确模型制成实物，应用矢量分析仪对实物测试，用实验的方法证实该滤波器拓扑结构。

所发明滤波器整体性能较好：仿真结果表明差模通带中心频率f₀为7.85GHz，最大回波损耗优于-25dB，3dB相对带宽为61％(5.5GHZ～10.2GHZ)，通带内插入损耗最小可达0.2dB。在差模通带内，共模抑制最小可达-20dB，其中-20dB抑制共模阻带带宽可覆盖5.5GHZ～10.2GHZ。

本发明是一种新型的基于信号干扰理论的差分带通滤波器，在滤波器拓扑结构上不同于现有的差分带通滤波器，其结构紧凑，满足小型化需求。本发明的差分带通滤波器，其性能优于其他结构的差分带通滤波器。

以上显示和描述的是本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种基于信号干扰理论的差分带通滤波器，所述滤波器有两对输入和输出信号端口，其特征在于，该滤波器的外形为中间对称面传输线连接两方形谐振结构构成的两路径拓扑结构，具体为：第二方形谐振器位于第一方形谐振器的内部，第一方形谐振器和第二方形谐振器之间通过中间对称面传输线连接，该滤波器关于中间对称面互补对称，并在第二方形谐振器与中间对称面平行的两边上添加中间加载短截线构成T型分支线结构，构成共模带阻滤波器；且任意一对信号输入端口和信号输出端口之间有两条电长度不同的传输路径，信号可从输入端经两路径传输到输出端；所述滤波器结构采用对称互补的馈线方式，两对信号输入端口和信号输出端口分别设置在两方形谐振结构的左右两侧，并采用直接馈电的方式与谐振器内部相连，并且馈线特性阻抗大于谐振器特性阻抗，构成阶跃阻抗谐振器。

2.根据权利要求1所述的基于信号干扰理论的差分带通滤波器，该滤波器结构的实际尺寸如下：两方形谐振结构的第一方形谐振器(1)和第二方形谐振器(2)尺寸分别为15mm*13.67mm和10.12mm*6mm；其中间对称面传输线(3)长度为1.2mm，中间加载短截线(5)长度为1.16mm，四条平行对称馈线(6)的宽度为2.8mm，长度为4mm；该滤波器结构介质基板介电系数为2.65，厚度为1mm。

3.根据权利要求1或2所述的基于信号干扰理论的差分带通滤波器，其特征在于：所述两方形谐振结构和馈线材质均为铜箔。