CN108767378A - 一种基于l-c谐振的宽带正交全通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于L‑C谐振的宽带正交全通滤波器，在包括电感L1、L2，电容C1、C2，以及电阻R1和R2构成的差分正交网络的现有技术基础上，增设了R3、R4、R5和R6四个电阻，R3连接在C1与R1之间；R4连接在L2与R1之间；R5连接在L1与R2之间；R6连接在C2与R2之间。降低了差分正交网络的Q值及其对负载电容的敏感程度，进一步拓展了正交全通滤波器的带宽，在相同负载电容下，满足输出正交差分信号的相位误差绝对值<10°的条件下，正交全通滤波器的带宽较传统正交全通滤波器的带宽拓宽了35％，同时频段内幅度误差减小了1.5dB。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，可用于宽带相控阵系统中差分正交信号的产生，属于射频技术领域。
背景技术
基于L-C谐振的正交全通滤波器广泛应用于宽带相控阵系统，尤其是基于矢量合成原理的宽带有源移相器的设计中，主要原因是其能够在不产生插入损耗的情况下产生宽带正交差分信号。基于矢量合成的有源移相器的基本原理是将输入信号分为正交两路，再根据想要的移相角度分别调整两路信号的极性和幅度，然后将这两路信号合成就得到移相后的输出，为了得到准确的移相角度，希望有源移相器中的全通滤波器输出的正交差分信号具有尽量小的相位误差和幅度误差。
传统的基于L-C谐振的正交全通滤波器电路如图1所示。差分信号进入基于L-C谐振的差分正交网络后产生正交差分信号。差分正交网络由电感L1、L2，电容C1、C2，以及电阻R1和R2组成。差分输入信号的正、负两端分别连接正交全通滤波器的正输入端Vin+及负输入端Vin－，正输入端Vin+连接电感L1的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电阻R1的一端并作为正交差分输出信号的同相正端VI+，电感L1的另一端连接电阻R2的一端并作为正交差分输出信号的正交正端VQ+，负输入端Vin－连接电感L2的一端和电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R2的另一端并作为正交差分输出信号的同相负端VI－，电感L2的另一端连接电阻R1的另一端并作为正交差分输出信号的正交负端VQ－，CL为全通滤波器四个输出端电容值相同的负载电容。其中，L1＝L2＝L，C1＝C2＝C，CL取值为0～C。
上述图1的传统结构具有较宽的带宽和一定的电压增益。但是，传统的基于L-C谐振的正交全通滤波器的缺点是对负载电容比较敏感，尤其是针对射频和毫米波频段，和全通滤波器自身的容值相比，负载电容不可忽略，并且会对全通滤波器输出的正交差分信号的相位误差产生较大的影响。
发明内容
本发明的目的是为克服传统的基于L-C谐振的正交全通滤波器对负载电容敏感的不足，提供一种基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，能够保证在负载电容不可忽略的情况下，降低其对输出正交差分信号的相位误差的影响，同时保证较小的幅度误差。
本发明采取的技术方案如下：一种基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，包括电感L1、L2，电容C1、C2，以及电阻R1和R2构成的差分正交网络，差分输入信号的正、负两端分别连接正交全通滤波器的正输入端Vin+及负输入端Vin－，正输入端Vin+连接电感L1的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电阻R1的一端并作为正交差分输出信号的同相正端VI+，电感L1的另一端连接电阻R2的一端并作为正交差分输出信号的正交正端VQ+，负输入端Vin－连接电感L2的一端和电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R2的另一端并作为正交差分输出信号的同相负端VI－，电感L2的另一端连接电阻R1的另一端并作为正交差分输出信号的正交负端VQ－；其中，L1＝L2＝L，C1＝C2＝C，
本发明在上述现有技术的基础上，增设了R3、R4、R5和R6四个电阻，在电容C1与电阻R1的连接端之间增设电阻R3；在电感L1与电阻R2的连接端之间增设电阻R5；在电感L2与电阻R1的连接端之间增设电阻R4；在电容C2与电阻R2的连接端之间增设电阻R6。
所述电阻R3＝R4＝R5＝R6，且
所述电阻R1～R6采用的是金属层电阻，电容C1和C2采用的是MIM电容；
所述电阻R3＝R4＝R5＝R6＝50Ω，R1＝R2＝100Ω，C1＝C2＝228fF，L1＝L2＝452pH。
本发明的优点及显著效果：本发明通过在现有技术的正交差分网络中插入R3、R4、R5和R6四个电阻，降低了网络的Q值及其对负载电容的敏感程度，进一步拓展了正交全通滤波器的带宽，在相同负载电容下，满足输出正交差分信号的相位误差绝对值<10°的条件下，所述正交全通滤波器的带宽较传统正交全通滤波器的带宽拓宽了35％，同时频段内幅度误差减小了1.5dB。
附图说明
图1是传统基于L-C谐振的正交全通滤波器的电路原理图；
图2是本发明正交全通滤波器的电路原理图；
图3是在角频率ω0下本发明与传统的正交全通滤波器的输出正交差分信号的相位误差随负载电容和全通滤波器自身电容容值的比值CL/C的变化曲线比较；
图4是在角频率ω0下本发明与传统的正交全通滤波器的输出正交差分信号的幅度误差随负载电容和全通滤波器自身电容容值的比值CL/C的变化曲线比较；
图5是相同负载电容下本发明与传统正交全通滤波器的输出正交差分信号的相位误差随频率变化曲线比较；
图6是相同负载电容下本发明与传统正交全通滤波器的输出正交差分信号的幅度误差随频率变化曲线比较。
具体实施方式
参看图2，本发明在图1现有技术的基础上，增设了R3、R4、R5和R6四个电阻，在电容C1与电阻R1的连接端之间增设电阻R3；在电感L1与电阻R2的连接端之间增设电阻R5；在电感L2与电阻R1的连接端之间增设电阻R4；在电容C2与电阻R2的连接端之间增设电阻R6。取R3＝R4＝R5＝R6，且
在现有技术中，电感L1、L2，电容C1、C2，以及电阻R1和R2构成的差分正交网络的Q值为L-C谐振角频率为以Vin+、Vin－表示差分输入信号，Vin+＝-Vin－＝Vin，传统的正交全通滤波器的传递函数为
其中，s＝jω，s为复频率，j为复数单位，ω为角频率。通过增设R3、R4、R5和R6四个电阻，本发明的正交全通滤波器的差分正交网络的Q值降低为本发明的正交全通滤波器的传递函数为
由于Q值的降低，传递函数的极点拓展，差分正交网络的带宽进一步提高，并且增设的四个电阻不会影响传递函数零点的分布，保证了输出信号的正交差分性能。
图3、图4为在角频率ω0下，传统正交全通滤波器和本发明的正交全通滤波器输出正交差分信号的相位误差和幅度误差随全通滤波器四个输出端的负载电容CL和全通滤波器自身电容C1、C2的容值C的比值CL/C的变化曲线，可以看出，与传统正交全通滤波器相比，本发明的正交全通滤波器输出正交差分信号的相位误差和幅度误差随CL/C的变化明显减小，对负载电容的敏感程度大大降低。
电阻R1～R6采用的是金属层电阻，电容C1和C2采用的是MIM电容。考虑到高频寄生参数的影响，电路各参数定为电阻R3＝R4＝R5＝R6＝50Ω，R1＝R2＝100Ω，电容C1＝C2＝228fF，电感L1＝L2＝452pH。
如图5、图6，本发明设计的正交全通滤波器在80fF负载电容，输出正交差分信号的相位误差绝对值<10°的条件下，带宽达到21GHz，较传统正交全通滤波器的带宽拓宽了35％，带宽内输出正交差分信号的幅度误差<1.24dB，通过比较，其性能远优于传统正交全通滤波器。
Claims (5)
1.一种基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，包括电感L1、L2，电容C1、C2，以及电阻R1和R2构成的差分正交网络，差分输入信号的正、负两端分别连接正交全通滤波器的正输入端Vin+及负输入端Vin－，正输入端Vin+连接电感L1的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电阻R1的一端并作为正交差分输出信号的同相正端VI+，电感L1的另一端连接电阻R2的一端并作为正交差分输出信号的正交正端VQ+，负输入端Vin－连接电感L2的一端和电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R2的另一端并作为正交差分输出信号的同相负端VI－，电感L2的另一端连接电阻R1的另一端并作为正交差分输出信号的正交负端VQ－；其中，L1＝L2＝L，C1＝C2＝C，
其特征在于：在电容C1与电阻R1的连接端之间增设电阻R3；在电感L1与电阻R2的连接端之间增设电阻R5；在电感L2与电阻R1的连接端之间增设电阻R4；在电容C2与电阻R2的连接端之间增设电阻R6。
2.根据权利要求1所述的基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，其特征在于：R3＝R4＝R5＝R6。
3.根据权利要求2所述的基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，其特征在于：电阻R1～R6采用的是金属层电阻，电容C1和C2采用的是MIM电容。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于L-C谐振的宽带正交全通滤波器，其特征在于：R3＝R4＝R5＝R6＝50Ω，R1＝R2＝100Ω，C1＝C2＝228fF，L1＝L2＝452pH。
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| US8552782B1 (en) * | 2010-11-30 | 2013-10-08 | Lockheed Martin Corporation | Quadrature phase network |
| CN103986439A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-08-13 | 西安电子科技大学 | 一种基于正交矢量调制的超宽带五位有源移相器 |
| CN104767501A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-07-08 | 中国科学技术大学 | 一种基于超高频rfid应用的6位360°有源移相器 |
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