CN109217836B

CN109217836B - 四端口低反射式双工滤波器

Info

Publication number: CN109217836B
Application number: CN201811016870.2A
Authority: CN
Inventors: 黄晓东; 任强; 许超凡; 金秀华
Original assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Jiaxintong Electronic Technology (Jiaxing) Co.,Ltd.
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2038-09-03
Also published as: CN109217836A

Abstract

本发明公开了一种四端口低反射式双工滤波器，包括：第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、四个低通支路电感、两个高通支路电感、四个高通支路电容、两个低通支路电容；所述每组的两个低通支路电感串联，形成两个电感串联支路；所述两个电感串联支路的公共点处各并联一个低通支路电容，低通支路电容的独立端点接地，形成两个低通支路；所述每组的两个高通支路电容串联，形成两个电容串联支路；所述两个电容串联支路的公共点处各并联一个高通支路电感，高通支路电感的独立端点接地，形成两个高通支路；本发明能得到四端口低反射式双工滤波器，经过频率变换后，可具有低通和高通、带通和带阻两种滤波模式，能够有效降低阻带反射信号的影响。

Description

四端口低反射式双工滤波器

技术领域

本发明涉及一种四端口低反射式双工滤波器，属于滤波器电子元器件技术领域。

背景技术

目前，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。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。为减小或消除反射信号造成的影响，国内外开展了一系列关于无反射滤波电路的研究。但是目前提出的无反射滤波结构，大多结构复杂、功能单一，或是只能进行单方向的滤波。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在无反射滤波结构复杂、功能单一、只能进行单方向的滤波的不足，本发明提供一种四端口低反射式双工滤波器，结构简单、易于制作的四端口低反射式双工滤波器，在降低阻带反射信号影响的同时，能够进行低通和高通、带通和带阻特性的双向滤波。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种四端口低反射式双工滤波器，包括：第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、四个低通支路电感、两个高通支路电感、四个高通支路电容、两个低通支路电容；所述四个低通支路电感分别为：第一低通支路电感、第二低通支路电感、第三低通支路电感、第四低通支路电感；所述两个高通支路电感分别为：第一高通支路电感、第二高通支路电感；所述四个高通支路电容分别为：第一高通支路电容、第二高通支路电容、第三高通支路电容、第四高通支路电容；所述两个低通支路电容分别为：第一低通支路电容、第二低通支路电容；

所述第一低通支路电感、第二低通支路电感相串联，第三低通支路电感、第四低通支路电感相串联；所述第一低通支路电感、第二低通支路电感之间公共点处与第一低通支路电容并联后接地；所述第三低通支路电感、第四低通支路电感之间公共点处与第二低通支路电容并联后接地；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容相串联，第一高通支路电容与第一低通支路电感的自由端相连接后与第一端口相连接；所述第二高通支路电容与第三低通支路电感的自由端相连接后与第二端口相连接；所述第三高通支路电容、第四高通支路电容相串联，第三高通支路电容与第二低通支路电感的自由端相连接后与第三端口相连接；所述第四高通支路电容与第四低通支路电感的自由端相连接后与第四端口相连接；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容之间公共点处与第一高通支路电感并联后接地，所述第三高通支路电容、第四高通支路电容之间公共点处与第二高通支路电感并联后接地。

作为优选方案，还包括：四个带通支路串联电容，两个带通支路并联电感，两个带阻支路串联电容，四个带阻支路并联电感；所述四个带通支路串联电容分别为：第一带通支路电容、第二带通支路电容、第三带通支路电容、第四带通支路电容；所述两个带通支路并联电感分别为：第一带通支路电感、第二带通支路电感；所述四个带阻支路并联电感分别为：第一带阻支路电感、第二带阻支路电感、第三带阻支路电感、第四带阻支路电感；所述两个带阻支路串联电容分别为：第一带阻支路电容、第二带阻支路电容；

所述第一低通支路电感、第一带通支路电容、第二带通支路电容第二低通支路电感依次串联，第三低通支路电感、第三带通支路电容、第四带通支路电容、第四低通支路电感依次串联；所述第一带通支路电容、第二带通支路电容之间公共点处与第一低通支路电容与第一带通支路电感的并联电路并联后接地；所述第三带通支路电容、第四带通支路电容之间公共点处与第二低通支路电容与第二带通支路电感并联电路并联后接地；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容相串联，第一高通支路电容与第一低通支路电感的自由端相连接后与第一端口相连接；所述第二高通支路电容与第三低通支路电感的自由端相连接后与第二端口相连接；所述第二高通支路电容与第三低通支路电感的自由端相连接后与第二端口相连接；所述第三高通支路电容、第四高通支路电容相串联，第三高通支路电容与第二低通支路电感的自由端相连接后与第三端口相连接；所述第四高通支路电容与第四低通支路电感的自由端相连接后与第四端口相连接；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容之间公共点处与第一高通支路电感与第一带阻支路电容串联电路并联后接地，所述第三高通支路电容、第四高通支路电容之间公共点处与第二高通支路电感与第二带阻支路电容串联电路并联后接地；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容、第三高通支路电容、第四高通支路电容的两端分别并联有第一带阻支路电感、第二带阻支路电感、第三带阻支路电感、第四带阻支路电感。

作为优选方案，所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口设置为输出端口或输入端口。

作为优选方案，所述第一端口设置为输入端口，第二端口、第三端口、第四端口均设置为输出端口，所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口的阻抗均相等，采用50Ohm。

作为优选方案，所述第一低通支路电感、第二低通支路电感、第三低通支路电感、第四低通支路电感的感值相同；所述第一高通支路电感、第二高通支路电感的感值相同。

作为优选方案，所述第一高通支路电容、第二高通支路电容、第三高通支路电容、第四高通支路电容的容值相同；所述第一低通支路电容、第二低通支路电容的容值相同。

作为优选方案，所述第一带通支路电感、第二带通支路电感的感值相同；第一带阻支路电感、第二带阻支路电感、第三带阻支路电感、第四带阻支路电感的感值相同。

作为优选方案，所述第一带通支路电容、第二带通支路电容、第三带通支路电容、第四带通支路电容的容值相同；第一带阻支路电容、第二带阻支路电容的容值相同。

有益效果：本发明提供的四端口低反射式双工滤波器，其优点如下：

1、可以有效降低阻带反射信号带来的影响；

2、可以将任一端口作为输入端口使用；

3、同时具有低通和高通、或带通和带阻的滤波特性。

附图说明

图1为本发明实施例1滤波器的电路结构图；

图2为本发明利用ADS软件计算的实施例1滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图3为本发明实施例2滤波器的电路结构图；

图4为本发明利用ADS软件计算的实施例2滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本实施例以滤波器的3dB截止频率为1Hz，采用全集总参数元件构成的四端口低反射式双工滤波器，具体结构如下：

实施例1：

如图1所示，一种四端口低反射式双工滤波器具有低通和高通滤波功能，滤波器包括：第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4、四个低通支路电感、两个高通支路电感、四个高通支路电容、两个低通支路电容；所述四个低通支路电感分别为：第一低通支路电感5、第二低通支路电感6、第三低通支路电感7、第四低通支路电感8；所述两个高通支路电感分别为：第一高通支路电感9、第二高通支路电感10；所述四个高通支路电容分别为：第一高通支路电容11、第二高通支路电容12、第三高通支路电容13、第四高通支路电容14；所述两个低通支路电容分别为：第一低通支路电容15、第二低通支路电容16。

所述四个低通支路电感等分成两组，第一低通支路电感5、第二低通支路电感6相串联，第三低通支路电感7、第四低通支路电感8相串联，形成两个电感串联支路；所述第一低通支路电感5、第二低通支路电感6之间公共点处与第一低通支路电容15并联后接地；所述第三低通支路电感7、第四低通支路电感8之间公共点处与第二低通支路电容16并联后接地，形成两个低通支路；所述四个高通支路电容等分成两组，形成两个电容串联支路；所述第一高通支路电容11、第二高通支路电容12相串联，第一高通支路电容11与第一低通支路电感5的自由端相连接后与第一端口1相连接；所述第二高通支路电容12与第三低通支路电感7的自由端相连接后与第二端口2相连接；所述第三高通支路电容13、第四高通支路电容14相串联，第三高通支路电容13与第二低通支路电感6的自由端相连接后与第三端口3相连接；所述第四高通支路电容14与第四低通支路电感8的自由端相连接后与第四端口4相连接；所述第一高通支路电容11、第二高通支路电容12之间公共点处与第一高通支路电感9并联后接地，所述第三高通支路电容13、第四高通支路电容14之间公共点处与第二高通支路电感10并联后接地，形成两个高通支路。

所述第一低通支路电感5、第二低通支路电感6、第三低通支路电感7、第四低通支路电感8的感值相同，所述第一高通支路电感9、第二高通支路电感10的感值相同。

所述第一高通支路电容11、第二高通支路电容12、第三高通支路电容13、第四高通支路电容14的容值相同，所述第一低通支路电容15、第二低通支路电容16的容值相同。

所述两个低通支路、两个高通支路组成的环形结构具有对称性。

所述第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4设置为输出端口或输入端口。

其中，实施例1的第一端口1设置为输入端口，第二端口2、第三端口3、第四端口4均设置为输出端口，所述第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4的阻抗采用50 Ohm，本发明不对其进行限定。

其中，实施例1中第一低通支路电感5、第二低通支路电感6、第三低通支路电感7、第四低通支路电感8的感值取值为13.2193H，第一高通支路电感9、第二高通支路电感10的感值取值为5.0824H，第一高通支路电容11、第二高通支路电容12、第三高通支路电容13、第四高通支路电容14的容值取值为1.8297mF，第一低通支路电容15、第二低通支路电容16的容值取值为4.7589mF。

利用ADS仿真软件，对实施例1的电路结构进行模拟仿真，得到的S参数曲线如图2所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。从图2中可以看出，曲线S13呈现出低通特性，曲线S12呈现出高通特性，即该滤波器同时具有低通和高通两种滤波特性。此外，可以看到S11所呈现的反射系数已经下降到-13.5dB左右，能够有效减小阻带反射信号带来的影响。

实施例2：

如图3所示，本实施例一种四端口低反射式双工滤波器具有带通和带阻滤波功能，以3dB截止频率分别为1Hz和2Hz为例。滤波器包括：第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4、四个低通支路电感、两个高通支路电感、四个高通支路电容、两个低通支路电容；所述四个低通支路电感分别为：第一低通支路电感5、第二低通支路电感6、第三低通支路电感7、第四低通支路电感8；所述两个高通支路电感分别为：第一高通支路电感9、第二高通支路电感10；所述四个高通支路电容分别为：第一高通支路电容11、第二高通支路电容12、第三高通支路电容13、第四高通支路电容14；所述两个低通支路电容分别为：第一低通支路电容15、第二低通支路电容16。还包括：四个带通支路串联电容，两个带通支路并联电感，两个带阻支路串联电容，四个带阻支路并联电感；所述四个带通支路串联电容分别为：第一带通支路电容17、第二带通支路电容18、第三带通支路电容19、第四带通支路电容20；所述两个带通支路并联电感分别为：第一带通支路电感21、第二带通支路电感22；所述四个带阻支路并联电感分别为：第一带阻支路电感23、第二带阻支路电感24、第三带阻支路电感25、第四带阻支路电感26；所述两个带阻支路串联电容分别为：第一带阻支路电容27、第二带阻支路电容28。

第一低通支路电感5、第一带通支路电容17、第二带通支路电容18第二低通支路电感6依次串联，第三低通支路电感7、第三带通支路电容19、第四带通支路电容20、第四低通支路电感8依次串联；所述第一带通支路电容17、第二带通支路电容18之间公共点处与第一低通支路电容15与第一带通支路电感21的并联电路并联后接地；所述第三带通支路电容19、第四带通支路电容20之间公共点处与第二低通支路电容16与第二带通支路电感22并联电路并联后接地；所述第一高通支路电容11、第二高通支路电容12相串联，第一高通支路电容11与第一低通支路电感5的自由端相连接后与第一端口1相连接；所述第二高通支路电容12与第三低通支路电感7的自由端相连接后与第二端口2相连接；所述第二高通支路电容12与第三低通支路电感7的自由端相连接后与第二端口2相连接；所述第三高通支路电容13、第四高通支路电容14相串联，第三高通支路电容13与第二低通支路电感6的自由端相连接后与第三端口3相连接；所述第四高通支路电容14与第四低通支路电感8的自由端相连接后与第四端口4相连接；所述第一高通支路电容11、第二高通支路电容12之间公共点处与第一高通支路电感9与第一带阻支路电容27串联电路并联后接地，所述第三高通支路电容13、第四高通支路电容14之间公共点处与第二高通支路电感10与第二带阻支路电容28串联电路并联后接地；所述第一高通支路电容11、第二高通支路电容12、第三高通支路电容13、第四高通支路电容14的两端分别并联有第一带阻支路电感23、第二带阻支路电感24、第三带阻支路电感25、第四带阻支路电感26。

第一低通支路电感5、第一带通支路电容17、第二带通支路电容18第二低通支路电感6依次串联，第三低通支路电感7、第三带通支路电容19、第四带通支路电容20、第四低通支路电感8依次串联，分别形成两条带通支路；第一低通支路电容15与第一带通支路电感21相并联，第二低通支路电容16与第二带通支路电感22相并联，分别形成两条带通支路；第一高通支路电感9与第一带阻支路电容27相串联，第二高通支路电感10与第二带阻支路电容28相串联，分别形成两条带阻支路；所述第一高通支路电容11与第一带阻支路电感23并联电路与第二高通支路电容12与第二带阻支路电感24并联电路相串联，第三高通支路电容13与第三带阻支路电感25并联电路与第四高通支路电容14与第四带阻支路电感26并联电路相串联，分别形成两条带阻支路。

其中，实施例2的第一端口1设置为输入端口、第二端口2、第三端口3、第四端口4均设置为输出端口，所述第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4的阻抗采用50 Ohm，本发明不对其进行限定。

其中，实施例2中第一低通支路电感5、第二低通支路电感6、第三低通支路电感7、第四低通支路电感8的感值取值为13.2193H；第一带通支路电感21、第二带通支路电感22的感值取值为2.6614H，第一带阻支路电感23、第二带阻支路电感24、第三带阻支路电感25、第四带阻支路电感26的感值取值为6.9220H，第一高通支路电感9、第二高通支路电感10的感值取值为5.0824H；第一带通支路电容17、第二带通支路电容18、第三带通支路电容19、第四带通支路电容20的容值取值为0.9581mF，第一低通支路电容15、第二低通支路电容16的容值取值为4.7589mF，第一高通支路电容11、第二高通支路电容12、第三高通支路电容13、第四高通支路电容14的容值取值为1.8297mF，第一带阻支路电容27、第二带阻支路电容28的容值取值为2.4920mF。

利用ADS仿真软件，对实施例2电路结构图进行模拟仿真，得到的S参数曲线如图4所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。从图4可以看出，曲线S13呈现出带通特性，曲线S12呈现出带阻特性，即该滤波器同时具有带通和带通两种滤波特性。此外，可以看到S11所呈现的反射系数已经下降到-13.5dB左右，能够有效减小阻带反射信号带来的影响。

综上，本发明一种四端口低反射式双工滤波器，同时具有低通和高通、带通和带阻两种工作模式，能够有效降低阻带反射信号的影响。本发明结构简单，易于加工，具有实用性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：包括：第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、四个低通支路电感、两个高通支路电感、四个高通支路电容、两个低通支路电容；所述四个低通支路电感分别为：第一低通支路电感、第二低通支路电感、第三低通支路电感、第四低通支路电感；所述两个高通支路电感分别为：第一高通支路电感、第二高通支路电感；所述四个高通支路电容分别为：第一高通支路电容、第二高通支路电容、第三高通支路电容、第四高通支路电容；所述两个低通支路电容分别为：第一低通支路电容、第二低通支路电容；

所述第一低通支路电感、第二低通支路电感相串联，第三低通支路电感、第四低通支路电感相串联；所述第一低通支路电感、第二低通支路电感之间公共点处与第一低通支路电容一端连接，第一低通支路电容另一端接地；所述第三低通支路电感、第四低通支路电感之间公共点处与第二低通支路电容一端连接，第二低通支路电容另一端接地；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容相串联，第一高通支路电容与第一低通支路电感的自由端相连接后与第一端口相连接；所述第二高通支路电容与第三低通支路电感的自由端相连接后与第二端口相连接；所述第三高通支路电容、第四高通支路电容相串联，第三高通支路电容与第二低通支路电感的自由端相连接后与第三端口相连接；所述第四高通支路电容与第四低通支路电感的自由端相连接后与第四端口相连接；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容之间公共点处与第一高通支路电感一端连接，第一高通支路电感另一端接地，所述第三高通支路电容、第四高通支路电容之间公共点处与第二高通支路电感一端连接，第二高通支路电感另一端接地。

2.根据权利要求1所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：还包括：四个带通支路串联电容，两个带通支路并联电感，两个带阻支路串联电容，四个带阻支路并联电感；所述四个带通支路串联电容分别为：第一带通支路电容、第二带通支路电容、第三带通支路电容、第四带通支路电容；所述两个带通支路并联电感分别为：第一带通支路电感、第二带通支路电感；所述四个带阻支路并联电感分别为：第一带阻支路电感、第二带阻支路电感、第三带阻支路电感、第四带阻支路电感；所述两个带阻支路串联电容分别为：第一带阻支路电容、第二带阻支路电容；

所述第一低通支路电感、第一带通支路电容、第二带通支路电容第二低通支路电感依次串联，第三低通支路电感、第三带通支路电容、第四带通支路电容、第四低通支路电感依次串联；所述第一带通支路电容、第二带通支路电容之间公共点处分别与第一低通支路电容与第一带通支路电感的一端相连接，第一低通支路电容与第一带通支路电感的另一端接地；所述第三带通支路电容、第四带通支路电容之间公共点处分别与第二低通支路电容与第二带通支路电感一端连接，第二低通支路电容与第二带通支路电感另一端接地；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容相串联，第一高通支路电容与第一低通支路电感的自由端相连接后与第一端口相连接；所述第二高通支路电容与第三低通支路电感的自由端相连接后与第二端口相连接；所述第三高通支路电容、第四高通支路电容相串联，第三高通支路电容与第二低通支路电感的自由端相连接后与第三端口相连接；所述第四高通支路电容与第四低通支路电感的自由端相连接后与第四端口相连接；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容之间公共点处与第一高通支路电感与第一带阻支路电容串联电路一端连接，第一高通支路电感与第一带阻支路电容串联电路另一端接地，所述第三高通支路电容、第四高通支路电容之间公共点处与第二高通支路电感与第二带阻支路电容串联电路一端连接，第二高通支路电感与第二带阻支路电容串联电路另一端接地；所述第一高通支路电容、第二高通支路电容、第三高通支路电容、第四高通支路电容的两端分别并联有第一带阻支路电感、第二带阻支路电感、第三带阻支路电感、第四带阻支路电感。

3.根据权利要求1或2所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口设置为输出端口或输入端口。

4.根据权利要求1或2所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：所述第一端口设置为输入端口，第二端口、第三端口、第四端口均设置为输出端口，所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口的阻抗均相等。

5.根据权利要求1所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：所述第一低通支路电感、第二低通支路电感、第三低通支路电感、第四低通支路电感的感值相同；所述第一高通支路电感、第二高通支路电感的感值相同。

6.根据权利要求1所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：所述第一高通支路电容、第二高通支路电容、第三高通支路电容、第四高通支路电容的容值相同；所述第一低通支路电容、第二低通支路电容的容值相同。

7.根据权利要求2所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：所述第一带通支路电感、第二带通支路电感的感值相同；第一带阻支路电感、第二带阻支路电感、第三带阻支路电感、第四带阻支路电感的感值相同。

8.根据权利要求2所述的四端口低反射式双工滤波器，其特征在于：所述第一带通支路电容、第二带通支路电容、第三带通支路电容、第四带通支路电容的容值相同；第一带阻支路电容、第二带阻支路电容的容值相同。