CN109921757A

CN109921757A - 一种lc四端口无反射滤波器

Info

Publication number: CN109921757A
Application number: CN201910154050.8A
Authority: CN
Inventors: 任强; 黄晓东; 金秀华
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明公开了一种LC四端口无反射滤波器，包括四个端口、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、反相器；每组两个低通支路电感串联，形成两个电感串联支路；两个电感串联支路的公共点处各并联一个低通支路电容后接地，形成两个低通支路；每组两个高通支路电容串联，形成两个电容串联支路；两个电容串联支路的公共点处各并联一个高通支路电感后接地，形成两个高通支路；两组低通支路与两组高通支路间或依次首尾连接，组成一个闭环结构，在闭环结构环路主线上任意一点级联加入反相器。本发明可以使得不相邻端口在理想情况下完全隔离，从而实现滤波器的近似的完全无反射。

Description

一种LC四端口无反射滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别是涉及一种LC四端口无反射滤波器。

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。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，皆具有不同程度的缺点，大多对反射的改善有限且结构复杂，有的功能单一，只能进行单方向的滤波。

公开号为CN109217836A的四端口低反射式双工滤波器，该结构的不相邻端口在通带过渡部分无法做到完全隔离，从而对阻带反射的改善很有限。

发明内容

发明目的：本发明目的是针对现有技术中存在的无反射滤波结构对反射的改善有限、结构复杂、功能单一、只能进行单方向的滤波的问题，提供一种结构简单、易于制作的LC四端口无反射滤波器，在能有效降低阻带反射信号影响的同时，能够进行低通和高通特性的双向滤波。

技术方案：本发明所述的LC四端口无反射滤波器，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、反相器；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、第四低通支路电感相串联，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，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、第四高通支路电容相串联，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；所述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；所述第二低通支路电感与反相器相串联，第三高通支路电容与反相器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。

优化地，为了使得各个支路结构对称，从而可以进行双向滤波。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。

优化地，为了使得各个支路结构对称，从而可以进行双向滤波。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。

所述高通支路是由低通支路经过频率变换得到的。

为了提高滤波器无反射滤波特性，并且由于结构对于元件值的精度要求很高，因此通过软件计算得到元件值，与结构相结合，使滤波器得到近似的无反射滤波的效果。所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口的阻抗值均为1Ohm；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均为0.249198H；第一高通支路电感、第二高通支路电感的感值均为0.0858354H。

所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口的阻抗值均为1Ohm；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为0.1016475F；所述第一低通支路电容、第二低通支路电容的容值为0.2951035F。

所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口均既可作为输出端口，也可作为输入端口。

发明原理：本发明将本该反射回输入端的阻带信号，通过相邻支路消耗掉，使得其无论在通带还是阻带，输入端均无反射信号。反相器的加入，可以使得不相邻端口在理想情况下完全隔离。并且由于结构对于元件值的精度要求很高，通过软件计算得到相应地元件值，与电路结构相结合，使滤波器得到近似的无反射滤波的效果。

基于四端口的对称无源LC网络，经过特殊的拓扑设计和元件赋值之后，可以实现在全频段内的反射系数均为0，且任一端口对其相邻两端口的传输响应分别互补，如：低通和高通，带通和带阻。

有益效果：(1)本发明通过反相器的加入，可以使得不相邻端口在理想情况下完全隔离，提高滤波器无反射滤波特性；(2)通过设定精确的原件值，使得滤波器实现的近似的完全无反射；(3)同时具有较好的低通和高通的滤波特性；(4)经过频率变换后，可以得到同时具有带通和带阻两种滤波特性的LC四端口无反射滤波器；(5)经过阻抗变换之后，滤波器可以适用于其他端口阻抗的场合。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是利用ADS软件计算的LC四端口无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图3是LC四端口无反射滤波器经过变换得到的同时具有带通和带阻特性的LC四端口无反射滤波器的电路原理图；

图4是利用ADS软件计算的同时具有带通和带阻特性的LC四端口无反射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

实施例1：

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LC四端口无反射滤波器为例。

如图1所示，LC四端口无反射滤波器，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、反相器17；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；

第一低通支路电感5、第二低通支路电感6相串联，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；形成第一低通支路；

第三低通支路电感7、第四低通支路电感8相串联，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；形成第二低通支路；

第一高通支路电容11、第二高通支路电容12相串联，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；形成第一高通支路；

第三高通支路电容13、第四高通支路电容14相串联，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；形成第一高通支路；

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；所述第二低通支路电感6与反相器17相串联，第三高通支路电容13与反相器17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。

其中，第一端口1为输入端口，第二端口2、第三端口3、第四端口4为输出端口，并且端口的阻抗均采用1Ohm。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的感值均为0.249198H；第一高通支路电感9、第二高通支路电感10的感值均为0.0858354H。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的容值均为0.1016475F；所述第一低通支路电容15、第二低通支路电容16的容值均为0.2951035F。

利用ADS仿真软件，对上述电路原理图进行模拟仿真，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，且两种滤波特性效果较好。此外，可以看到S11所呈现的反射系数已经下降到-100dB左右，已经能够近似看作不存在反射，能够有效减小阻带反射信号带来的影响。

实施例2：

本实施例为实施例1经过变换得到的同时具有带通和带阻特性的LC四端口无反射滤波器，以3dB截止频率分别为1Hz和2Hz为例。

将低通支路的电感用一个电感与一个电容的串联代替，将低通支路的电容用一个电感与一个电容的并联代替，即得到带通支路；将高通支路的电感用一个电感与一个电容的串联代替，将低通支路的电容用一个电感与一个电容的并联代替，即得到带阻支路，在以上变换过程中，反相器17保持不变。

即：第一低通支路电感5、第一带通支路电容18、第二带通支路电容19、第二低通支路电感6、反相器17依次串联，第三低通支路电感7、第三带通支路电容20、第四带通支路电容21、第四低通支路电感8依次串联；第一带通支路电容18、第二带通支路电容19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22的并联电路并联后接地；第三带通支路电容20、第四带通支路电容21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23并联电路并联后接地；

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；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；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与反相器17的自由端相连接后与第三端口3相连接；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；

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28串联电路并联后接地，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29串联电路并联后接地；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24、第二带阻支路电感25、第三带阻支路电感26、第四带阻支路电感27。

其中，第一端口1为输入端口，第二端口2、第三端口3、第四端口4为输出端口，并且端口的阻抗均采用1Ohm。

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的感值均为0.249198H；第一高通支路电感9、第二高通支路电感10的感值均为0.0858354H。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的容值均为0.1016475F；所述第一低通支路电容15、第二低通支路电容16的容值均为0.2951035F。

第一带通支路电感22、第二带通支路电感23的感值均为0.04291764H；第一带阻支路电感24、第二带阻支路电感25、第三带阻支路电感26、第四带阻支路电感27的感值均为0.1245987H。第一带通支路电容18、第二带通支路电容19、第三带通支路电容20、第四带通支路电容21的容值均为0.0508236F；第一带阻支路电容28、第二带阻支路电容29的容值均为0.1475515F。

利用ADS仿真软件，对其进行模拟仿真，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，且两种滤波特性效果较好。此外，可以看到S11所呈现的反射系数已经下降到-100dB左右，已经能够近似看作不存在反射，能够有效减小阻带反射信号带来的影响。

Claims

1.一种LC四端口无反射滤波器，其特征在于：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、反相器(17)；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)；

所述第一低通支路电感(5)、第二低通支路电感(6)相串联，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)相串联，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；所述第一高通支路电容(11)、第二高通支路电容(12)相串联，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)相串联，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；所述第一高通支路电容(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；所述第二低通支路电感(6)与反相器(17)相串联，第三高通支路电容(13)与反相器(17)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。

2.根据权利要求1所述的LC四端口无反射滤波器，其特征在于：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。

3.根据权利要求1所述的LC四端口无反射滤波器，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述LC四端口无反射滤波器，其特征在于：所述高通支路是由低通支路经过频率变换得到的。

5.根据权利要求1所述的LC四端口无反射滤波器，其特征在于所述第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)的阻抗值均为1Ohm；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)的感值均为0.249198H；第一高通支路电感(9)、第二高通支路电感(10)的感值均为0.0858354H。

6.根据权利要求1所述的LC四端口无反射滤波器，其特征在于所述第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)的阻抗值均为1Ohm；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)的容值为0.1016475F；所述第一低通支路电容(15)、第二低通支路电容(16)的容值为0.2951035F。

7.根据权利要求1所述的LC四端口无反射滤波器，其特征在于：所述第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)均既可作为输出端口，也可作为输入端口。