CN107910622A - 基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器，包括两个吸收电阻、四分之一波长终端开路传输线节、四分之一波长终端短路传输线节和两个输入输出端口，所述两个吸收电阻靠近放置，具有一个公共端点和两个独立端点；所述四分之一波长终端开路传输线节连接于两个吸收电阻的公共端点之上；所述四分之一波长终端短路传输线节的两个端点分别与两个吸收电阻的两个独立端点相连接；所述两个输入输出端口分别连接于两个吸收电阻的独立端点。通过合理设置各个元件的阻抗值，本发明能得到无反射的传输线型滤波器，能够实现带阻和低通的滤波功能，该结构适用于微波频段的滤波器电路实现，具有低成本、易加工以及性能稳定等优点。

Description

基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器
技术领域
本发明涉及微波射频电路的技术领域，尤其涉及一种基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器。
背景技术
滤波器是一种电子器件，广泛应用于各种电子系统中。该器件一般有两个端口，允许位于通频带内的电信号无损或低损通过，而禁止阻频带内的电信号在两个端口之间进行传输。
现有的滤波器一般为反射式的。根据能量守恒定律，输入端的输入电信号如位于通带内，则传输至输出端；当输入信号位于阻带内，则全反射至输入端，此时输出端无信号输出。如果反射信号功率较大，反射至输入端之后，会对之后的电路造成不确定的影响。无反射滤波器，顾名思义，无论在通带或是阻带，其输入端均无反射信号或很小，且不影响通带内的传输响应。传统的无反射滤波器一般利用电感、电容和电阻实现，在微波频段，器件的分布式效应较为严重，电感和电容的实现非常困难，相应的无反射滤波器难以实现，是一个技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器，解决现有无反射滤波器工作频率较低、不适用于射频微波频段的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器，包括第一吸收电阻、第二吸收电阻、终端开路传输线节、终端短路传输线节、输入端口和输出端口；
所述第一吸收电阻的一端分别和第二吸收电阻的一端、终端开路传输线节的一端相连，另一端分别和输入端口、终端短路传输线节一侧的一个端点相连；
所述第二吸收电阻的另一端分别和输出端口、终端短路传输线节一侧的另一个端点相连；
所述终端短路传输线节另一侧的两个端点相互连接；
所述第一吸收电阻的阻值、第二吸收电阻的阻值、输入端口的特性阻抗、输出端口的特性阻抗均相同；
所述终端短路传输线节和终端开路传输线节具有相同的电长度，且终端短路传输线节的特性阻抗和终端开路传输线节的特性阻抗的乘积与所述第一吸收电阻阻值的平方相等。
作为本发明基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器进一步的优化方案，所述第一吸收电阻、第二吸收电阻均为独立的电阻元件。
作为本发明基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器进一步的优化方案，所述第一吸收电阻、第二吸收电阻均为输入阻抗为纯阻特性的单端口网络。
作为本发明基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器进一步的优化方案，所述终端短路传输线节和终端开路传输线节的电长度在所述无反射带通和高通滤波器的第一通带中心频率处为四分之一波长。
作为本发明基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器进一步的优化方案，所述终端短路传输线节的电长度包括了为补偿末端短路的不连续性效应引起的附加长度，所述终端开路传输线节的电长度包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。这两处的附加长度根据实现时所选取的具体传输线形式而不同。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 本发明所提供的传输线型无反射滤波器，结构简单、便于加工制作，该滤波器使用两段传输线节和一对电阻实现了滤波功能，而且在理想情况下，全频段内反射系数均为零。
2. 本发明所采用的传输线节适用于多种具体的实施方式，例如微带线、共面波导、平行双线、同轴线以及槽线等多导体传输线。
附图说明
图1为本发明基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器的电路原理图；
图2为本发明利用ADS软件计算的理想滤波器传输系数和反射系数的特性曲线图；
图3为本发明利用微带线实现的一个具体实施样例的电路结构图；
图4为本发明利用IE3D软件计算的微带线实施样例滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图。.
图中，1-第一吸收电阻，2-第二吸收电阻，3-终端短路传输线节，4-终端开路传输线节，5-输入端口，6-输出端口，7-金属底板，8-介质基片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明公开了一种基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器，包括第一吸收电阻、第二吸收电阻、终端开路传输线节、终端短路传输线节、输入端口和输出端口；
所述第一吸收电阻的一端分别和第二吸收电阻的一端、终端开路传输线节的一端相连，另一端分别和输入端口、终端短路传输线节一侧的一个端点相连；
所述第二吸收电阻的另一端分别和输出端口、终端短路传输线节一侧的另一个端点相连；
所述终端短路传输线节另一侧的两个端点相互连接；
所述第一吸收电阻的阻值、第二吸收电阻的阻值、输入端口的特性阻抗、输出端口的特性阻抗均相同；
所述终端短路传输线节和终端开路传输线节具有相同的电长度，且终端短路传输线节的特性阻抗和终端开路传输线节的特性阻抗的乘积与所述第一吸收电阻阻值的平方相等。
所述第一吸收电阻、第二吸收电阻可以是独立的电阻元件，也可以是输入阻抗为纯阻特性的单端口网络。
所述终端短路传输线节和终端开路传输线节的电长度在所述无反射带通和高通滤波器的第一通带中心频率处为四分之一波长。
所述终端短路传输线节的电长度包括了为补偿末端短路的不连续性效应引起的附加长度，所述终端开路传输线节的电长度包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。这两处的附加长度根据实现时所选取的具体传输线形式而不同。
其中，在本实施例采用了50 Ohm的输入端口阻抗和输出端口阻抗，本发明不对其进行限定。
当上述输入端口、输出端口的阻抗为50 Ohm时，则所述第一吸收电阻、第二吸收电阻的取值也为50 Ohm；所述终端短路传输线节的特性阻抗为100 Ohm，所述终端开路传输线节的特性阻抗为 25Ohm。所述终端短路传输线节和所述终端开路传输线节的电长度在1GHz时均为90度。
利用ADS仿真软件，对上述电路原理图进行了模拟仿真，得到的S参数曲线如图2所示。从图中的传输系数S21曲线可知可知，在1GHz处，该滤波器形成了第一个阻带。由于传输线的周期性效应，在3GHz处形成了第二个寄生阻带。根据传输线滤波器设计原理，如果以1GHz作为参考频率，也可认为此滤波器为一低通滤波器，具体可参考理查德变换。明显的，该滤波器的反射系数S11在全频带内均为零。
下面结合图3及图4对本发明的第二个实施实例进行描述。
如图3所示，利用平面微带线结构，该无反射带通和低通滤波器中，输入端口为微带线输入端口，输出端口为微带线输出端口，终端开路传输线节采用微带线，终端短路传输线节采用平行双线传输线节。
整个电路制作于一块介质基片之上，介质基片的背面设有金属底板、正面设有接地通孔，第一吸收电阻、第二吸收电阻、终端开路传输线节、终端短路传输线节、输入端口和输出端口均在介质基片正面。
如图4所示，利用仿真软件IE3D，对图3中的实施实例进行了仿真，得到了相应的仿真曲线。
如图4所示，该电路在2GHz处具有一个阻带，在全频带内反射系数的幅度S11均小于0.1，接近于无反射。
综上，本发明的基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器能够实现无反射的高性能滤波响应，而且电路结构简单，易于加工制作。因此本发明有着广泛的应用前景。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于传输线结构的无反射带阻和低通滤波器，其特征在于，包括第一吸收电阻、第二吸收电阻、终端开路传输线节、终端短路传输线节、输入端口和输出端口；
所述第一吸收电阻的一端分别和第二吸收电阻的一端、终端开路传输线节的一端相连，另一端分别和输入端口、终端短路传输线节一侧的一个端点相连；
所述第二吸收电阻的另一端分别和输出端口、终端短路传输线节一侧的另一个端点相连；
所述终端短路传输线节另一侧的两个端点相互连接；
所述第一吸收电阻的阻值、第二吸收电阻的阻值、输入端口的特性阻抗、输出端口的特性阻抗均相同；
所述终端短路传输线节和终端开路传输线节具有相同的电长度，且终端短路传输线节的特性阻抗和终端开路传输线节的特性阻抗的乘积与所述第一吸收电阻阻值的平方相等。
2.根据权利要求1所述的基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器，其特征在于，所述第一吸收电阻、第二吸收电阻均为独立的电阻元件。
3.根据权利要求1所述的基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器，其特征在于，所述第一吸收电阻、第二吸收电阻均为输入阻抗为纯阻特性的单端口网络。
4.根据权利要求1所述的基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器，其特征在于，所述终端短路传输线节和终端开路传输线节的电长度在所述无反射带通和高通滤波器的第一通带中心频率处为四分之一波长。
5.根据权利要求1所述的基于传输线结构的无反射带通和低通滤波器，其特征在于，所述终端短路传输线节的电长度包括了为补偿末端短路的不连续性效应引起的附加长度，所述终端开路传输线节的电长度包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。
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