CN107342749B - 一种带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种带通滤波器，在滤波器的输入端到输出端之间包括至少一个带通滤波单元和至少一个高通滤波单元，各滤波单元之间不分先后顺序地级联。所述高通滤波单元的截止频率小于前后两个带通滤波单元的下限截止频率。本申请首先利用带通滤波单元的带外抑制特性实现带通滤波功能，并将带通滤波单元的通带宽度变大，这产生了通带较宽的优点，同时也带来了通带内的频率响应曲线出现凹陷的缺点。本申请再利用高通滤波单元使通带内的频率响应曲线变得平坦，从而实现了宽通带、通带内纹波少且插入损耗低的双重效果。

Description

一种带通滤波器

技术领域

本申请涉及一种带通滤波器。

背景技术

以手机为代表的移动终端需要在同一时间工作在多个无线频段，包括移动通讯网络例如2G、3G、4G等的多个工作频段、无线局域网（WLAN）的多个工作频段、蓝牙（Bluetooth）和/或紫蜂（ZigBee）等无线通讯协议的多个工作频段、用于接收卫星定位信号例如GPS等的多个工作频段等。这就要求在移动终端内部设置射频滤波器，允许所需频率的信号通过，阻止不需要的频率。滤波器通常是频段专属的，为了支持更多的工作频段就需要在移动终端中增加更多的滤波器或双工器。现在一部手机中往往具有至少30～40个射频滤波器，这些滤波器通常都是带通滤波器，并主要采用陶瓷谐振器、表面声波（SAW，Surface AcousticWave）谐振器、体声波（BAW，Bulk Acoustic Wave）谐振器实现。为适应技术发展，技术人员希望设计出通带较宽的带通滤波器。

申请公布号为CN102763329A、申请公布日为2012年10月31日的中国发明专利申请《滤波器、双工器、通信模块、通信装置》公开了一种梯形结构的表面声波带通滤波器，如图1所示。其中，谐振器S11和S12串联在滤波器的输入端与输出端之间，构成一个串联臂。谐振器P11、P12和P13均是一端连接串联臂，另一端接地，构成三个并联臂。电感L11与谐振器P11构成的并联臂一相并联。电感L12与串联臂上的谐振器S12相并联。通过增加电感L11与L12可以降低通带内的损耗，并且扩大通带的带宽。但是该方案对应的频率响应曲线在通带内存在凹陷，而不是平坦的，如图2中的曲线A所示。

申请公布号为CN105490660A、申请公布日为2016年4月13日的中国发明专利申请《减小大宽带低损耗梯形声表滤波器带内波动的方法》公开了一种梯形结构的表面声波滤波器。其中，在并联谐振器表面涂敷聚酰亚胺树脂，并进行高温亚胺化处理。由此可以抑制由瑞利波（Rayleigh wave）造成的带内寄生响应，减小通带内的波动。但是该方案增加了工艺的复杂度和制造成本。与此类似的方案还包括：将梯形滤波器中的谐振器材料由传统的氮化铝（AlN）更换为机电耦合系数更高的材料，或者在氮化铝中掺入可提高机电耦合系数的元素。这些方案也增加了工艺的复杂度和制造成本。

请参阅图3，这是一种现有的梯形拓扑结构的带通滤波器，包括一条串联臂和四条并联臂。三个串联谐振器S1、S2和S3串联在滤波器的输入端与输出端之间，构成一个串联臂。每个串联谐振器的两端作为一个节点，串联臂上有三个串联谐振器因此具有四个节点A至D。并联谐振器一P1与电感一L1串联，构成并联臂一。并联臂一的一端连接节点A即滤波器的输入端，另一端接地。并联谐振器二P2与电感二L2串联，构成并联臂二。并联臂二的一端连接节点B，另一端接地。并联谐振器三P3与电感三L3串联，构成并联臂三。并联臂三的一端连接节点C，另一端接地。并联谐振器四P4与电感四L4串联，构成并联臂四。并联臂四的一端连接节点D即滤波器的输出端，另一端接地。谐振器在阻抗达到最小值时的频率称为串联谐振频率，在阻抗达到最大值时的频率称为并联谐振频率，通常一个谐振器的串联谐振频率小于并联谐振频率。所有串联谐振器S1、S2和S3的串联谐振频率相同，并联谐振频率也相同。所有并联谐振器P1至P4的串联谐振频率相同，并联谐振频率也相同。并联谐振器的并联谐振频率等于或接近于串联谐振器的串联谐振频率。当输入信号在串联谐振器的串联谐振频率附近时，串联谐振器处于最小的阻抗值附近，输入信号能以最小的衰减通过串联谐振器。由于并联谐振器的并联谐振频率大致等同于串联谐振器的串联谐振频率，同时并联谐振器处于最大的阻抗值附近，提供最佳的对地隔离效果。因此串联谐振器的串联谐振频率或者并联谐振器的并联谐振频率附近作为通带的中心频率，并联谐振器的串联谐振频率作为通带的下限截止频率（lower cutoff frequency），串联谐振器的并联谐振频率作为通带的上限截止频率（upper cutoff frequency）。

图3所示的带通滤波器中，通过调节谐振器的面积等物理量，可以调节各谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率。当并联谐振器的串联谐振频率越小，同时串联谐振器的并联谐振频率越大时，整个带通滤波器的通带就越宽。随着通带宽度增长，频率衰减曲线在通带内出现凹陷，如图4所示。这反映出通带内的纹波（ripple）较大，插入损耗较高。因此如何在扩展带通滤波器的通带宽度的同时，抑制通带内的纹波和损耗就成为业界的研发方向。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种带通滤波器，具有通带较宽并且通带内的纹波较少的特点。

为解决上述技术问题，本申请提供的带通滤波器如图5所示，在滤波器的输入端到输出端之间包括至少一个带通滤波单元和至少一个高通滤波单元，各滤波单元之间不分先后顺序地级联。所述高通滤波单元的截止频率（cutoff frequency）小于带通滤波单元的下限截止频率。当滤波器包括多个高通滤波单元时，任意高通滤波单元的截止频率均小于带通滤波单元的下限截止频率。本申请首先利用带通滤波单元的带外抑制特性实现带通滤波，通过调节带通滤波单元中的谐振器参数可以将带通滤波单元的通带宽度变大，由此产生了通带较宽的优点，同时也带来了通带内的频率响应曲线出现凹陷的缺点。本申请再利用高通滤波单元使通带内的频率响应曲线变得平坦，从而实现了宽通带、通带内纹波少且插入损耗低的双重效果。并且，高通滤波单元的截止频率越远离带通滤波单元的下限截止频率，通带内的频率响应曲线越平坦。

进一步地，当滤波器包括多个带通滤波单元时，所有带通滤波单元具有相同的通带。此处相同的通带应理解为具有大致相同的通带下限截止频率、具有大致相同的通带上限截止频率、具有大致相同的通带宽度。这是为实现本申请的技术效果所必须具备的条件。

进一步地，每个滤波单元均包括一个串联段和至少一条并联臂。串联段上具有至少一个串联谐振器，任意串联谐振器的两端均称为一个节点。每条并联臂的一端均连接串联段上的一个节点，每条并联臂的另一端均接地。带通滤波单元的每条并联臂上包括至少一个并联谐振器。高通滤波单元的每条并联臂上包括至少一个电感。所有滤波单元的串联段相互连接，构成唯一一条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间。这样便由唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构的带通滤波器。

优选地，带通滤波单元采用π型结构。π型结构的带通滤波单元是指：串联段上具有一个串联谐振器，其两端分别通过一条并联臂接地。每条并联臂上具有一个并联谐振器。这为带通滤波单元提供了一种最简单的实现电路。

优选地，带通滤波单元采用T型结构。T型结构的带通滤波单元是指：串联段上具有两个串联的串联谐振器，这两个串联谐振器的中间连接处通过一条并联臂接地。该条并联臂上具有一个并联谐振器。这为带通滤波单元提供了另一种最简单的实现电路。

优选地，带通滤波单元采用L型结构。L型结构的带通滤波单元是指：串联段上具有一个串联谐振器，其仅一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个并联谐振器。这为带通滤波单元提供了又一种最简单的实现电路。

优选地，带通滤波单元是π型结构、T型结构和/或L型结构的任意叠加。这为带通滤波单元提供了其他可行的实现电路。

优选地，高通滤波单元采用π型结构。π型结构的高通滤波单元是指：串联段上具有一个串联谐振器，其两端分别通过一条并联臂接地。每条并联臂上具有一个电感。这为高通滤波单元提供了一种最简单的实现电路。

优选地，高通滤波单元采用T型结构。T型结构的高通滤波单元是指：串联段上具有两个串联的串联谐振器，这两个串联谐振器的中间连接处通过一条并联臂接地。该条并联臂上具有一个电感。这为高通滤波单元提供了另一种最简单的实现电路。

优选地，高通滤波单元采用L型结构。串联段上具有一个串联谐振器，其仅一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个电感。这为高通滤波单元提供了又一种最简单的实现电路。

优选地，高通滤波单元是π型结构、T型结构和/或L型结构的任意叠加。这为高通滤波单元提供了其他可行的实现电路。

优选地，带通滤波单元的每条并联臂上包括至少一个并联谐振器和至少一个电感的串联，并且谐振器端连接串联臂上的节点，电感端接地。在带通滤波单元的并联臂上增加小感值的电感，可以小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，同时增强近阻带（即临近通带的阻带区域）的带外抑制。

优选地，不同并联臂既包括独立的电感，还包括共用的电感。这可以看作是对滤波单元的一种变形结构，也就是将不同并联臂原本独立的电感改为部分共用电感。这种变形是将原本大感值的电感分拆为小感值的电感并且尽可能地共用，有利用减小电感所占用的面积，从而减小器件尺寸，同时降低成本。

优选地，所述串联谐振器、并联谐振器均为声波谐振器。所述声波谐振器包括表面声波谐振器、体声波谐振器；所述体声波谐振器又包括薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器。这为本申请提供了多种可供选择的元件类型。

传统的带通滤波器为了实现宽通带，往往使得通带内的频率响应曲线出现明显凹陷。本申请提供的带通滤波器包括带通滤波单元和高通滤波单元，分别实现不同功能。带通滤波单元具有较强的带外抑制效果，用来实现带通滤波功能。高通滤波单元如果将截止频率远离带通滤波单元的下限截止频率，就可以起到平坦通带的效果。将两种不同类型的滤波单元不分先后顺序地级联结合，不仅可以扩大通带宽度，还能减小通带内的纹波，使通带内的插入损耗降低，因此可以在宽通带内得到较为平坦的频率响应曲线。此外，本申请提供的带通滤波器不改变谐振器材料，因此不会增加工艺的复杂度和制造成本。

附图说明

图1是一种现有的梯形结构的表面声波滤波器的结构示意图。

图2是图1所示滤波器的通过特性（频率响应曲线）示意图。

图3是一种现有的梯形拓扑结构的带通滤波器的结构示意图。

图4是图3所示带通滤波器的频率响应曲线示意图。

图5是本申请提供的带通滤波器的实施例一的整体结构示意图。

图6a、图6b是实施例一的两种实现电路示意图。

图7是图6a、图6b所示的实现电路的频率响应曲线示意图。

图8是本申请提供的带通滤波器的实施例二的整体结构示意图。

图9a、图9b是实施例二的两种实现电路示意图。

图10是图9a、图9b所示的实现电路的频率响应曲线示意图。

图11是实施例二的另一种实现电路示意图。

图12是图11所示的实现电路的频率响应曲线示意图。

图13是是本申请提供的带通滤波器的实施例三的整体结构示意图。

图14a、图14b是实施例三的两种实现电路示意图。

图15是图14a、图14b所示的实现电路的频率响应曲线示意图。

图16是是本申请提供的带通滤波器的实施例四的整体结构示意图。

图17a、图17b是实施例四的两种实现电路示意图。

图18是图17a、图17b所示的实现电路的频率响应曲线示意图。

图19a至19f是带通滤波单元的一些实现电路示意图。

图20a至图20d是高通滤波单元的一些实现电路示意图。

图中附图标记说明：S为串联谐振器；P为并联谐振器；L为电感。

具体实施方式

请参阅图5，这是本申请提供的带通滤波器的实施例一。该实施例一在滤波器的输入端到输出端之间包括级联的两个滤波单元，分别是高通滤波单元、带通滤波单元。高通滤波单元的截止频率小于带通滤波单元的下限截止频率。其中，级联的滤波单元之间的先后顺序可以任意调整。

图6a给出了该实施例一的一种实现电路，采用了梯形拓扑结构，包括唯一一条串联臂和四条并联臂。

所述高通滤波单元包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器一S1，其两端分别称为节点A和节点B。并联臂一包括电感一L1，一端连接节点A，另一端接地。并联臂二包括电感二L2，一端连接节点B，另一端接地。

所述带通滤波单元包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器二S2，其两端分别称为节点C和节点D。并联臂三包括串联的并联谐振器三P3和电感三L3，谐振器端连接节点C，电感端接地。并联臂四包括串联的并联谐振器四P4和电感四L4，谐振器端连接节点D，电感端接地。可选地，并联臂三、并联臂四中均可以省略电感。如果在并联臂三、并联臂四中增加小感值的电感，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

以上两个滤波单元中，将串联段相互连接即节点B和节点C直接相连，所有串联段相互连接后便构成唯一一条串联臂，这条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间。唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构。

图6a所示的实现电路也可变形为图6b所示，变形主要在高通滤波单元中。此时，并联臂一中包括含电感L1a，并联臂二中包含电感L2a，并联臂一和并联臂二共用电感L1b接地。显然，电感L1a与L1b的感值之和相当于电感一L1的感值，电感L2a与L1b的感值之和相当于电感二L2的感值。这种变形结构可以将原本感值较大的两个电感L1、L2改为由感值较小的三个电感L1a、L2a、L1b实现，从而减小高通滤波单元的体积，也就减小了整个带通滤波器的体积，还能降低成本。基于同样原理，也可将带通滤波单元中的电感三L3和电感四L4变形为感值较小的三个电感，并使并联臂三和并联臂四共用一个电感。

请参阅图7，这是图6a或图6b所示的实现电路的频率响应曲线。其中横坐标为频率，纵坐标为散射参数中的正向传输系数S21，纵坐标可以理解为增益。由于图7中的纵坐标均为负值，也可以理解为衰减。比较图7和图4可知，如果将最大增益位置称为0dB，那么-3dB对应的下限截止频率和上限截止频率之间定义为通带，图7中的通带宽度与图4中的通带宽度基本相同。然而图4中的通带内频率响应曲线具有明显凹陷，而图7中的通带内频率响应曲线较为平坦。这充分表明了本申请提供的带通滤波器中新增的高通滤波单元对消除通带内纹波、抑制通带内插入损耗所起的作用。

该实施例一中，通过调节各个谐振器的物理参数，可以扩大带通滤波单元的通带宽度，这也是整个带通滤波器的通带宽度。通过选择高通滤波单元中各电感的感值，可以使高通滤波单元的截止频率小于并且优选尽可能小于带通滤波单元的下限截止频率，这样便利用高通滤波单元消除了宽通带内的纹波，抑制了通带内的损耗，从而取得了通带内较为平坦的频率响应曲线。

请参阅图8，这是本申请提供的带通滤波器的实施例二。该实施例二在滤波器的输入端到输出端之间包括级联的三个滤波单元，分别是带通滤波单元一、高通滤波单元、带通滤波单元二。并且两个带通滤波单元具有相同通带，这是指两个带通滤波单元的通带的下限截止频率大致相同、通带的上限截止频率也大致相同，因此通带宽度也大致相同。高通滤波单元的截止频率小于任意带通滤波单元的下限截止频率。其中，级联的滤波单元之间的先后顺序可以任意调整。

图9a给出了该实施例二的一种实现电路，采用了梯形拓扑结构，包括唯一一条串联臂和六条并联臂。

所述带通滤波单元一包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器一S1，其两端分别称为节点A和节点B。并联臂一包括串联的并联谐振器一P1和电感一L1，谐振器端连接节点A，电感端接地。并联臂二包括串联的并联谐振器二P2和电感二L2，谐振器端连接节点B，电感端接地。可选地，并联臂一、并联臂二中均可以省略电感。如果在并联臂一、并联臂二中增加小感值的电感，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

所述高通滤波单元包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器二S2，其两端分别称为节点C和节点D。并联臂三包括电感三L3，一端连接节点C，另一端接地。并联臂四包括电感四L4，一端连接节点D，另一端接地。

所述带通滤波单元二包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器三S3，其两端分别称为节点E和节点F。并联臂五包括串联的并联谐振器五P5和电感五L5，谐振器端连接节点E，电感端接地。并联臂六包括串联的并联谐振器六P6和电感六L6，谐振器端连接节点F，电感端接地。可选地，并联臂五、并联臂六中均可以省略电感。如果在并联臂五、并联臂六中增加小感值的电感，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

以上三个滤波单元中，将串联段相互连接即节点B和节点C直接相连，节点D和节点E直接相连，所有串联段相互连接后便构成唯一一条串联臂，这条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间。唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构。

图9a所示的实现电路也可变形为图9b所示，变形主要在高通滤波单元中。此时，并联臂三中包括含电感L3a，并联臂四中包含电感L4a，并联臂三和并联臂四共用电感L3b接地。显然，电感L3a与L3b的感值之和相当于电感三L3的感值，电感L4a与L3b的感值之和相当于电感四L4的感值。这种变形结构可以将原本感值较大的两个电感L3、L4改为由感值较小的三个电感L3a、L4a、L3b实现，从而减小高通滤波单元的体积，也就减小了整个带通滤波器的体积，还能降低成本。基于同样原理，也可将带通滤波单元一中的电感一L1和电感二L2变形为感值较小的三个电感，并使并联臂一和并联臂二共用一个电感。基于同样原理，也可将带通滤波单元二中的电感五L5和电感六L6变形为感值较小的三个电感，并使并联臂五和并联臂六共用一个电感。

请参阅图10，这是图9a或图9b所示的实现电路的频率响应曲线。其中横坐标为频率，纵坐标为散射参数中的正向传输系数S21，纵坐标可以理解为增益。由于图10中的纵坐标均为负值，也可以理解为衰减。比较图10和图4可知，如果将最大增益位置称为0dB，那么-3dB对应的下限截止频率和上限截止频率之间定义为通带，图10中的通带宽度与图4中的通带宽度基本相同。然而图4中的通带内频率响应曲线具有明显凹陷，而图10中的通带内频率响应曲线非常平坦。这充分表明了本申请提供的带通滤波器中新增的高通滤波单元对消除通带内纹波、抑制通带内插入损耗所起的作用。比较图10和图7可知，由于实施例二具有两个带通滤波单元，因此比仅有一个带通滤波单元的实施例一的带外抑制效果更好。

图11给出了该实施例二的另一种实现电路，与图9a或图9b所示的实现电路相比，区别主要在高通滤波单元中。此时，所述高通滤波单元包括一个串联段和一条并联臂。串联段上具有串联的串联谐振器二S2和串联谐振器三S3。串联段的两端分别称为节点B1和节点D1，而串联谐振器二S2和串联谐振器三S3的连接处称为节点C。并联臂三包括电感三L3，一端连接节点C，另一端接地。将三个滤波单元中的串联段相互连接即节点B和节点B1直接相连，节点D1和节点D直接相连，所有串联段相互连接后便构成唯一一条串联臂，这条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间。唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构。

请参阅图12，这是图11所示的实现电路的频率响应曲线。其中横坐标为频率，纵坐标为散射参数中的正向传输系数S21，纵坐标可以理解为增益。由于图12中的纵坐标均为负值，也可以理解为衰减。比较图12和图4可知，如果将最大增益位置称为0dB，那么-3dB对应的下限截止频率和上限截止频率之间定义为通带，图12中的通带宽度与图4中的通带宽度基本相同。然而图4中的通带内频率响应曲线具有明显凹陷，而图12中的通带内频率响应曲线非常平坦。这充分表明了本申请提供的带通滤波器中新增的高通滤波单元对消除通带内纹波、抑制通带内插入损耗所起的作用。比较图12和图7可知，由于实施例二具有两个带通滤波单元，因此比仅有一个带通滤波单元的实施例一的带外抑制效果更好。

该实施例二中，通过调节各个谐振器的物理参数，可以扩大带通滤波单元的通带宽度，这也是整个带通滤波器的通带宽度。通过选择高通滤波单元中各电感的感值，可以使高通滤波单元的截止频率小于并且优选尽可能小于两个带通滤波单元的下限截止频率，这样便利用高通滤波单元消除了宽通带内的纹波，抑制了通带内的损耗，从而取得了通带内较为平坦的频率响应曲线。

请参阅图13，这是本申请提供的带通滤波器的实施例三。该实施例三在滤波器的输入端到输出端之间包括级联的三个滤波单元，分别是高通滤波单元一、带通滤波单元、高通滤波单元二。任意高通滤波单元的截止频率均小于带通滤波单元的下限截止频率，并且优选地均为尽可能小于带通滤波单元的下限截止频率。其中，级联的滤波单元之间的先后顺序可以任意调整。

图14a给出了该实施例三的一种实现电路，采用了梯形拓扑结构，包括唯一一条串联臂和五条并联臂。

所述高通滤波单元一包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器一S1，其两端分别称为节点A和节点B。并联臂一包括电感一L1，一端连接节点A，另一端接地。并联臂二包括电感二L2，一端连接节点B，另一端接地。

所述带通滤波单元包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器二S2，其两端分别称为节点C和节点D。并联臂三包括串联的并联谐振器三P3和电感三L3，谐振器端连接节点C，电感端接地。并联臂四包括串联的并联谐振器四P4和电感四L4，谐振器端连接节点D，电感端接地。可选地，并联臂三、并联臂四中均可以省略电感。如果在并联臂三、并联臂四中增加小感值的电感，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

所述高通滤波单元二包括一个串联段和一条并联臂。串联段上具有串联谐振器三S3，其两端分别称为节点E和节点F。并联臂五包括电感五L5，一端连接节点F，另一端接地。

以上三个滤波单元中，将串联段相互连接即节点B和节点C直接相连，节点D和节点E直接相连，所有串联段相互连接后便构成唯一一条串联臂，这条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间。唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构。

图14a所示的实现电路也可变形为图14b所示，变形主要在高通滤波单元一中。此时，并联臂一中包括含电感L1a，并联臂二中包含电感L2a，并联臂一和并联臂二共用电感L1b接地。显然，电感L1a与L1b的感值之和相当于电感一L1的感值，电感L2a与L1b的感值之和相当于电感二L2的感值。这种变形结构可以将原本感值较大的两个电感L1、L2改为由感值较小的三个电感L1a、L2a、L1b实现，从而减小高通滤波单元的体积，也就减小了整个带通滤波器的体积，还能降低成本。基于同样原理，也可将带通滤波单元中的电感三L3和电感四L4变形为感值较小的三个电感，并使并联臂三和并联臂四共用一个电感。

请参阅图15，这是图14a或图14b所示的实现电路的频率响应曲线。其中横坐标为频率，纵坐标为散射参数中的正向传输系数S21，纵坐标可以理解为增益。由于图15中的纵坐标均为负值，也可以理解为衰减。比较图15和图4可知，如果将最大增益位置称为0dB，那么-3dB对应的下限截止频率和上限截止频率之间定义为通带，图15中的通带宽度与图4中的通带宽度基本相同。然而图4中的通带内频率响应曲线具有明显凹陷，而图15中的通带内频率响应曲线非常平坦。这充分表明了本申请提供的带通滤波器中新增的高通滤波单元对消除通带内纹波、抑制通带内插入损耗所起的作用。比较图15和图10或图12可知，由于实施例三仅有一个带通滤波单元，因此比具有两个带通滤波单元的实施例二的带外抑制效果要差一些。

该实施例三中，通过调节各个谐振器的物理参数，可以扩大带通滤波单元的通带宽度，这也是整个带通滤波器的通带宽度。通过选择高通滤波单元中各电感的感值，可以使高通滤波单元的截止频率小于并且优选尽可能小于带通滤波单元的下限截止频率，这样便利用高通滤波单元消除了宽通带内的纹波，抑制了通带内的损耗，从而取得了通带内较为平坦的频率响应曲线。

请参阅图16，这是本申请提供的带通滤波器的实施例四。该实施例四在滤波器的输入端到输出端之间包括级联的四个滤波单元，分别是高通滤波单元一、带通滤波单元一、高通滤波单元二、带通滤波单元二。并且两个带通滤波单元具有相同通带，这是指两个带通滤波单元的通带的下限截止频率大致相同、通带的上限截止频率也大致相同，因此通带宽度也大致相同。任意高通滤波单元的截止频率均小于带通滤波单元的下限截止频率，并且优选地均为尽可能小于带通滤波单元的下限截止频率。其中，级联的滤波单元之间的先后顺序可以任意调整。

图17a给出了该实施例四的一种实现电路，采用了梯形拓扑结构，包括唯一一条串联臂和六条并联臂。

所述高通滤波单元一包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器一S1，其两端分别称为节点A和节点B。并联臂一包括电感一L1，一端连接节点A，另一端接地。并联臂二包括电感二L2，一端连接节点B，另一端接地。

所述带通滤波单元一包括一个串联段和两条并联臂。串联段上具有串联谐振器二S2，其两端分别称为节点C和节点D。并联臂三包括串联的并联谐振器三P3和电感三L3，谐振器端连接节点C，电感端接地。并联臂四包括串联的并联谐振器四P4和电感四L4，谐振器端连接节点D，电感端接地。可选地，并联臂三、并联臂四中均可以省略电感。如果在并联臂三、并联臂四中增加小感值的电感，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

所述高通滤波单元二包括一个串联段和一条并联臂。串联段上具有串联谐振器三S3，其两端分别称为节点E和节点F。并联臂五包括电感五L5，一端连接节点E，另一端接地。

所述带通滤波单元二包括一个串联段和一条并联臂。串联段上具有串联谐振器四S4，其两端分别称为节点G和节点H。并联臂六包括串联的并联谐振器六P6和电感六L6，谐振器端连接节点G，电感端接地。可选地，并联臂六中均可以省略电感。如果在并联臂六中增加小感值的电感，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

以上四个滤波单元中，将串联段相互连接即节点B和节点C直接相连，节点D和节点E直接相连，节点F和节点G直接相连，所有串联段相互连接后便构成唯一一条串联臂，这条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间。唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构。

图17a所示的实现电路也可变形为图17b所示，变形主要在高通滤波单元一中。此时，并联臂一中包括含电感L1a，并联臂二中包含电感L2a，并联臂一和并联臂二共用电感L1b接地。显然，电感L1a与L1b的感值之和相当于电感一L1的感值，电感L2a与L1b的感值之和相当于电感二L2的感值。这种变形结构可以将原本感值较大的两个电感L1、L2改为由感值较小的三个电感L1a、L2a、L1b实现，从而减小高通滤波单元的体积，也就减小了整个带通滤波器的体积，还能降低成本。基于同样原理，也可将带通滤波单元一中的电感三L3和电感四L4变形为感值较小的三个电感，并使并联臂三和并联臂四共用一个电感。

请参阅图18，这是图17a或图17b所示的实现电路的频率响应曲线。其中横坐标为频率，纵坐标为散射参数中的正向传输系数S21，纵坐标可以理解为增益。由于图18中的纵坐标均为负值，也可以理解为衰减。比较图18和图4可知，如果将最大增益位置称为0dB，那么-3dB对应的下限截止频率和上限截止频率之间定义为通带，图18中的通带宽度与图4中的通带宽度基本相同。然而图4中的通带内频率响应曲线具有明显凹陷，而图18中的通带内频率响应曲线非常平坦。这充分表明了本申请提供的带通滤波器中新增的高通滤波单元对消除通带内纹波、抑制通带内插入损耗所起的作用。比较图18和图10或图12或图15可知，由于实施例四具有两个带通滤波单元，因此比仅有一个带通滤波单元的实施例一、实施例三的带外抑制效果要好。

该实施例四中，通过调节各个谐振器的物理参数，可以扩大带通滤波单元的通带宽度，这也是整个带通滤波器的通带宽度。通过选择高通滤波单元中各电感的感值，可以使高通滤波单元的截止频率小于并且优选尽可能小于带通滤波单元的下限截止频率，这样便利用高通滤波单元消除了宽通带内的纹波，抑制了通带内的损耗，从而取得了通带内较为平坦的频率响应曲线。

根据上述各个实施例可以总结出：本申请提供的带通滤波器如果包含的带通滤波单元越多，那么带外抑制的效果就越好；反之亦然。本申请提供的带通滤波器如果包含的高通滤波单元越多，那么通带内的纹波就越少，通带内的插入损耗就越低，通带内的频率响应曲线就越平坦；反之亦然。本申请提供的带通滤波器如果级联的滤波单元数量越多，那么通带内的插入损耗会增大；反之亦然。因此本申请提供的带通滤波器具体包含多少带通滤波单元、多少高通滤波单元应该根据带外抑制效果、通带内纹波的要求、通带内插入损耗的要求综合确定。

在以上各个实施例中，带通滤波单元可以采用图19a至图19f所示的各种结构。例如，带通滤波单元可以采用π型结构，如图19a所示。串联段上具有一个串联谐振器S1，其两端分别通过一条并联臂接地。每条并联臂上具有一个并联谐振器P1或P2。

可选地，所述带通滤波单元也可改为T型结构，如图19b所示。串联段上具有两个串联的串联谐振器S1和S2，这两个串联谐振器S1和S2的中间连接处通过一条并联臂接地。该条并联臂上具有一个并联谐振器P1。

可选地，所述带通滤波单元也可改为L型结构。例如请参阅图19c，串联段上具有一个串联谐振器S1，其仅右侧一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个并联谐振器P1。又如请参阅图19d，串联段上具有一个串联谐振器S1，其仅左侧一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个并联谐振器P1。

可选地，π型结构、T型结构、L型结构可以各自叠加和/或相互叠加构成更加复杂的带通滤波单元。例如请参阅图19e，这是π型结构与L型结构叠加后构成的带通滤波单元。串联段上具有两个串联的串联谐振器S1和S2，其两端以及这两个串联谐振器S1和S2的中间连接处分别通过一条并联臂接地。每条并联臂上具有一个并联谐振器P1或P2或P3。又如请参阅图19f，这是T型结构与L型结构叠加后构成的带通滤波单元。串联段上具有三个串联的串联谐振器S1至S3，每两个串联谐振器的中间连接处分别通过一条并联臂接地。每条并联臂上具有一个并联谐振器P1或P2。

可选地，带通滤波单元中的并联谐振器可以串联一个电感接地。当串联电感的阻值较小时，有助于小幅度地扩展带通滤波单元的通带宽度，并且增强对近阻带的带外抑制。

在以上各个实施例中，高通滤波单元可以采用图20a至图20d所示的各种结构。例如，高通滤波单元可以采用π型结构，如图20a所示。串联段上具有一个串联谐振器S1，其两端分别通过一条并联臂接地。每条并联臂上具有一个电感L1或L2。

可选地，所述高通滤波单元也可改为T型结构，如图20b所示。串联段上具有两个串联的串联谐振器S1和S2，这两个串联谐振器S1和S2的中间连接处通过一条并联臂接地。该条并联臂上具有一个电感L1。

可选地，所述高通滤波单元也可改为L型结构。例如请参阅图20c，串联段上具有一个串联谐振器S1，其仅右侧一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个电感L1。又如请参阅图20d，串联段上具有一个串联谐振器S1，其仅左侧一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个电感L1。

可选地，π型结构、T型结构、L型结构可以各自叠加和/或相互叠加构成更加复杂的高通滤波单元。

优选地，以上各个实施例及其变形结构中，所述串联谐振器、并联谐振器均为声波谐振器，包括表面声波谐振器、体声波谐振器等。所述体声波谐振器又包括薄膜体声波谐振器（FBAR，Film Bulk Acoustic Resonator）、固态装配谐振器（SMR，Solidly MountedResonator）等。

优选地，在带通滤波单元和/或高通滤波单元中，不同的并联臂所具有的电感可以部分共用，如图6b对图6a的变形那样。此时可以用多个小感值的电感实现原本的大感值的电感，从而减小器件体积。

传统的带通滤波单元具有很好的带外抑制特性，可以实现带通滤波效果。在带通滤波单元的基础上级联高通滤波单元后，利用高通滤波单元能够平坦通带的特性，可以扩展带通滤波单元的通带宽度，同时确保通带内的纹波较小、插入损耗较低。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种带通滤波器，其特征是，由多个滤波单元组成，其中包括至少一个带通滤波单元和至少一个高通滤波单元，各滤波单元之间不分先后顺序地级联；调节带通滤波单元中的谐振器参数以扩大通带宽度；再利用高通滤波单元使通带内的频率响应曲线变得平坦；所述高通滤波单元的截止频率小于所述带通滤波单元的下限截止频率。

2.根据权利要求1所述的带通滤波器，其特征是，当滤波器包括多个带通滤波单元时，所有带通滤波单元具有相同的通带。

3.根据权利要求1所述的带通滤波器，其特征是，每个滤波单元均包括一个串联段和至少一条并联臂；串联段上具有至少一个串联谐振器，任意串联谐振器的两端均称为一个节点；每条并联臂的一端均连接串联段上的一个节点，每条并联臂的另一端均接地；带通滤波单元的每条并联臂上包括至少一个并联谐振器；高通滤波单元的每条并联臂上包括至少一个电感；所有滤波单元的串联段相互连接，构成唯一一条串联臂连接在滤波器的输入端与输出端之间；唯一一条串联臂与各条并联臂构成了梯形拓扑结构的带通滤波器。

4.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，带通滤波单元采用π型结构；串联段上具有一个串联谐振器，其两端分别通过一条并联臂接地；每条并联臂上具有一个并联谐振器。

5.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，带通滤波单元采用T型结构；串联段上具有两个串联的串联谐振器，这两个串联谐振器的中间连接处通过一条并联臂接地；该条并联臂上具有一个并联谐振器。

6.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，带通滤波单元采用L型结构；串联段上具有一个串联的串联谐振器，其仅一端通过一条并联臂接地；该条并联臂上具有一个并联谐振器。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的带通滤波器，其特征是，带通滤波单元是π型结构、T型结构和/或L型结构的任意叠加。

8.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，高通滤波单元采用π型结构；串联段上具有一个串联谐振器，其两端分别通过一条并联臂接地；每条并联臂上具有一个电感。

9.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，高通滤波单元采用T型结构；串联段上具有两个串联的串联谐振器，这两个串联谐振器的中间连接处通过一条并联臂接地；该条并联臂上具有一个电感。

10.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，高通滤波单元采用L型结构；串联段上具有一个串联谐振器，其仅一端通过一条并联臂接地，该条并联臂上具有一个电感。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的带通滤波器，其特征是，高通滤波单元是π型结构、T型结构和/或L型结构的任意叠加。

12.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，带通滤波单元的每条并联臂上包括至少一个并联谐振器和至少一个电感的串联，并且谐振器端连接串联臂上的节点，电感端接地。

13.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，不同并联臂既包括独立的电感，还包括共用的电感。

14.根据权利要求3所述的带通滤波器，其特征是，所述串联谐振器、并联谐振器均采用声波谐振器；所述声波谐振器包括表面声波谐振器、体声波谐振器；所述体声波谐振器又包括薄膜体声波谐振器、固态装配谐振器。

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