CN110289830B - 一种分支滤波网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分支滤波网络，所述分支滤波网络包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器以及四个变容电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器呈环状分布，相邻的两个谐振器之间通过一个所述变容电路连接，所述第一谐振器外接输入信号，以使所述输入信号在四个谐振器与四个变容电路之间的配合下，从所述第三谐振器及所述第四谐振器处输出相位不同的两个信号。

Description

一种分支滤波网络
技术领域
本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种分支滤波网络。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，分支滤波网络在无线通信领域大量普及，成为无线通信领域中不可缺少的部分。
现有技术中分支滤波网络过多依赖谐振器之间产生的四对磁耦合实现分支滤波功能，但通过谐振器之间的四对磁耦合仅实现分支滤波功能，在后续信号处理过程中需要额外地对信号的相位进行处理，从而导致对信号进行滤波的过程中还需要对信号进行相位处理，对信号相位处理的过程复杂、不便，以及需要额外成本。
发明内容
针对现有技术及其问题，本发明的目的在于提供一种分支滤波网络。以解决现有分支滤波技术中需要额外对信号的相位进行处理，从而导致分支滤波过程复杂、不便的问题。
本发明由以下技术方案实现：
一种分支滤波网络，包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器以及四个变容电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器呈环状分布，相邻的两个谐振器之间通过一个所述变容电路连接，所述第一谐振器外接输入信号，以使所述输入信号通过四个谐振器与四个变容电路之间的配合，从所述第三谐振器及所述第四谐振器处输出相位不同的两个信号，其中每一个谐振器包括有较宽端和较窄端。
可选的，所述变容电路包括变容元件，以及与所述变容元件连接的第一贴片电阻，所述变容电路通过所述第一贴片电阻远离所述变容元件的一端外接偏置电压，其中，所述变容元件与相邻两个谐振器上的较宽端连接。
可选的，所述变容元件为共阴极的第一二极管、第二二极管，所述共阴极的第一二极管、第二二极管的阴极通过贴片电阻外接偏置电压，所述共阴极的第一二极管、第二二极管的两个阳极分别与相邻两个谐振器上的较宽端连接。
可选的，所述分支滤波网络还包括四个中心频率调节电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器分别与一个所述中心频率调节电路连接，所述中心频率调节电路用于调节所述输入信号的中心频率。
可选的，所述中心频率调节电路包括共阴极的第三二极管、第四二极管，所述共阴极的第三二极管、第四二极管的阴极通过第二贴片电阻连接偏置电压，其中所述第三二极管的阳极与所述谐振器的较窄端连接，所述第四二极管的阳极接地。
可选的，所述分支滤波网络还包括三个信号处理电路，所述第一谐振器的较窄端经一个信号处理电路外接输入信号，所述信号处理电路用于对所述输入信号的处理。
可选的，所述第三谐振器、第四谐振器的较窄端各经一个信号处理电路输出信号，所述信号处理电路还用于对所述输出信号的处理。
可选的，所述信号处理电路包括第五二极管和与所述第五二极管阴极连接的贴片电容、第三贴片电阻，所述信号处理电路通过所述第五二极管的阴极外接偏置电压，所述信号处理电路通过所述第五二极管的阳极与所述谐振器的较窄端连接，所述信号处理电路通过所述贴片电容输出信号或外接所述输入信号。
本发明具有如下优点：
本发明提供了一种分支滤波网络，该分支滤波网络由多个谐振器以及多个电容电路组成，其中两个谐振器之间通过电容电路连接，因此损耗较低，结构简单，容易加工实现。同时，通过控制多个电容电路中的电容值，进而控制两个谐振器之间的耦合方式，以使输入信号通过四个谐振器与四个变容电路之间的配合，输出相位不同的两个信号，分支滤波总过程方便、快捷，避免额外的信号相位处理的成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种分支滤波网络的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种分支滤波网络的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第三种分支滤波网络的结构示意图；
图4为本发明实施例中S11参数测试结果示意图；
图5为本发明实施例中S31参数测试结果示意图；
图6为本发明实施例中S41参数测试结果示意图；
图7为本发明实施例中S21参数测试结果示意图；
图8为本发明实施例中输出信号相位不平衡度测试结果示意图。
图标：1-第一谐振器；2-第二谐振器；3-第三谐振器；4-第四谐振器；5-变容电路；6-电容元件；7-输入端口；8-输出端口；9-微带线；10-中心频率调节电路；11-信号处理电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种分支滤波网络的结构示意图。包括第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3、第四谐振器4以及四个变容电路5，所述第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3、第四谐振器4呈环状分布，相邻的两个谐振器之间通过一个所述变容电路5连接，所述第一谐振器1外接输入信号，以使所述输入信号通过四个谐振器处与四个变容电路5之间的配合，从所述第三谐振器3及第四谐振器4处输出相位不同的两个信号。
可选的，本发明实施例中的第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3、第四谐振器4以及四个变容电路5安装在同一基板上，其中，本发明实施例中的谐振器采用的是特性阻抗为50欧姆的微带线谐振器，微带线谐振器包括有较宽端和较窄端，基板采用的是型号为Rogers6010的基板，基板的厚度为25密尔。其中所述第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3、第四谐振器4接地端接地。
现有技术中，分支滤波网络过多依赖谐振器之间产生的四对磁耦合实现分支滤波功能，但通过谐振器之间的四对磁耦合仅实现分支滤波功能，在后续信号处理过程中需要额外地对信号的相位进行处理，从而导致对信号进行滤波的过程中还需要对信号进行相位处理，对信号相位处理的过程复杂、不便，以及需要额外成本。
在本发明实施例中，工作人员可以通过控制变容电路5的电容值增大，以使任意相邻两个谐振器之间发生电容耦合，此时四个谐振器中任意相邻两个谐振器可以为电感耦合或电容耦合，使得输入信号通过四个谐振器与四个变容电路5之间的配合，从所述第三谐振器3及所述第四谐振器4处输出相位不同的两个信号。其中两个信号的相位，以及两个信号之间的相位差都可以通过工作人员来控制。以使总分支滤波过程方便、快捷，避免额外的信号相位处理的成本。
在本发明实施例中的变容电路5可以包括变容元件6，以及与所述变容元件6连接的第一贴片电阻R1，所述变容电路5通过所述第一贴片电阻R1远离所述变容元件6的一端外接偏置电压V1，其中所述变容元件6与相邻两个谐振器上的较宽端连接。
可选的，变容元件6可以为共阴极的第一二极管D1、第二二极管D2，所述共阴极的第一二极管D1、第二二极管D2的阴极通过第一贴片电阻R1外接偏置电压V1，所述共阴极的第一二极管D1、第二二极管D2的两个阳极分别与相邻两个谐振器上的较宽端连接。
倘若所述变容元件6不是共阴极的两个二极管时，当将偏置电压V1输入至变容电路5时，容易影响该滤波网络对输入信号的滤波效果。本发明实施例中的变容元件6设置为共阴极的两个二极管，当偏置电压输入至所述变容电路5时，两个二极管共阴极处的电压同时升高，电容增大，由于二极管的单向导通性，并不会使电流流向谐振器，进而不会影响该滤波网络对输入信号的滤波效果。
其中，偏置电压V1为直流偏置电压。通过控制偏置电压增大，所述第一二极管D1以及第二二极管D2的阴极处电压值升高，进而导致所述第一二极管D1以及第二二极管D2的电容升高，使得两个谐振器之间产生电耦合。
本发明实施例中，假使工作人员需要获取到相位差为90°的两个信号，通过使所述第一谐振器1与第三谐振器3之间和所述第二谐振器2与第四谐振器4之间外接直流偏置电压，再选取两两谐振器之间的偏置电压合适的电压值，，使得第一谐振器1与第二谐振器2，第三谐振器3与第四谐振器4之间产生磁耦合，第一谐振器1与第三谐振器3，第二谐振器2与第四谐振器4之间产生电耦合，以使输入信号通过四个谐振器与四个变容电路5之间的配合，即可从所述第三谐振器3及第四谐振器4输出相位差为90°的两个信号。
具体的级间耦合系数关系为：
Figure BDA0002148833790000051
M13＝M24＝M0，其中M12为第一谐振器1与第二谐振器2之间的耦合系数，M34为第三谐振器3与第四谐振器4之间的耦合系数，M13为第一谐振器1与第三谐振器3之间的耦合系数，M24为第二谐振器2与第四谐振器4之间的耦合系数，M0为两个谐振器之间电容耦合的耦合系数。
可选的，本发明实施例中的各二极管均为型号为MA46H202的变容二极管，本发明实施例中的各贴片电阻均型号为0402封装100千欧姆的贴片电阻。
可选的，本发明实施例中的所述第一谐振器1与输入端口7上的微带线9连接，所述第三谐振器3及所述第四谐振器4与输出端口8上的微带线9连接，所述第一谐振器1通过所述输入端口7外接输入信号，所述第三谐振器3及第四谐振器4通过所述输出端口8输出信号。其中，输入端口7和输出端口8焊接SMA接头。
其中，第二谐振器2连接有信号终端，可选的，第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3、第四谐振器4可以外接输入信号或者输出信号。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的另一种分支滤波网络的结构示意图。所述分支滤波网络还包括四个中心频率调节电路10，所述第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3、第四谐振器4分别与一个所述中心频率调节电路10连接，所述中心频率调节电路10用于调节所述输入信号的中心频率。
可选的，所述中心频率调节电路10包括共阴极的第三二极管D3、第四二极管D4，所述共阴极的第三二极管D3、第四二极管D4的阴极通过第二贴片电阻R2连接偏置电压V1，其中所述第三二极管D3的阳极与所述谐振器的较窄端连接，所述第四二极管D4的阳极接地。
可选的，所述分支滤波网络还包括三个信号处理电路11，所述第一谐振器1的较窄端经一个信号处理电路11外接输入信号，所述信号处理电路11用于对所述输入信号的处理。
可选的，所述第三谐振器3、第四谐振器4的较窄端各经一个信号处理电路11输出信号，所述信号处理电路11还用于对所述输出信号的处理。以使本发明实施例中可对多种类型的信号进行分支滤波处理。
本发明实施例中，可选的，所述信号处理电路11包括第五二极管D5与所述第五二极管D5阴极连接的贴片电容C1、第三贴片电阻R3，所述信号处理电路11通过所述第五二极管D5的阴极外接偏置电压V1，所述信号处理电路11通过所述第五二极管D5的阳极与所述谐振器的较窄端连接，所述信号处理电路11通过所述贴片电容C1输出信号或外接所述输入信号。
可选的，本发明实施例中贴片电容C1采用的是型号为0402封装贴片电容。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的第三种分支滤波网络的结构示意图。
第一谐振器1、第二谐振器2、第三谐振器3和第四谐振器4均为阶梯阻抗谐振器。该阶梯阻抗谐振器包括第一长方形微带线和第二长方形微带线，第二长方形微带线的短边比第一长方形微带线的短边短，第二长方形微带线的长边比第一长方形微带线的长边长，第一长方形微带线与第二长方形微带线以短边相接的方式拼接在一起，且第一长方形微带线的一条长边与第二长方形微带线的一条长边平齐。
经过设计、仿真和优化，最终确定该本发明实施例中的分支滤波网络所构成滤波器的具体尺寸如下：
谐振器中的第一长方形微带线的长度L1为6毫米，第一长方形微带线的宽度W1为3.5毫米，第二长方形微带线的长度L2为14毫米，第二长方形微带线的宽度W2为1毫米，第一谐振器1的较窄端与信号处理电路的连接点位于距离第一谐振器1的较窄端的端部L3为1.4毫米处，第三谐振器3的较窄端与的信号处理电路的连接点位于距离第三谐振器3的较窄端的端部L4为1.4毫米处，第四谐振器4的较窄端与信号处理电路的连接点位于距离第四谐振器4的较窄端的端部L5为1.4毫米处，第一谐振器1与第二谐振器2之间的耦合间距S1为1毫米，第三谐振器3与第四谐振器4之间的耦合间距S2为1毫米。
请参阅图4至图8。图4至图8分别显示了本发明实施例通过改变偏置电压，变容二极管在不同容值时，该分支线滤波网络的耦合参数：S11参数、S31参数、S41参数、S21参数和输出信号相位不平衡度的测试结果，测试结果表明本发明设计理念正确可行。
综上所述，本发明实施例提供的一种分支滤波网络，包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器以及四个变容电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器呈环状分布，相邻的两个谐振器之间通过一个所述变容电路连接，所述第一谐振器外接输入信号，以使所述输入信号通过四个谐振器与四个变容电路之间的配合，从所述第三谐振器及所述第四谐振器处输出相位不同的两个信号。分支滤波总过程方便、快捷，避免额外的信号相位处理的过程及成本。
进一步地，分支滤波网络还包括四个中心频率调节电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器分别与一个所述中心频率调节电路连接，所述中心频率调节电路用于调节所述输入信号的中心频率。通过调节中心频率调节电路，进而对输入信号的中心频率进行调节，获取到目标中心频率的输入信号，避免额外的对信号中心频率处理的过程及成本。
进一步地，所述第一谐振器的较窄端经信号处理电路外接输入信号，所述信号处理电路用于对所述输入信号的处理。所述第三谐振器、第四谐振器的较窄端经信号处理电路输出信号，所述信号处理电路还用于对所述输出信号的处理。通过信号处理电路对输入信号或输出信号进行处理，避免额外的对信号处理的过程。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分支滤波网络，其特征在于，包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器以及四个变容电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器呈环状分布，相邻的两个谐振器之间通过一个所述变容电路连接，所述第一谐振器外接输入信号，以使所述输入信号通过四个谐振器与四个变容电路之间的配合，从所述第三谐振器及所述第四谐振器处输出相位不同的两个信号，其中每一个谐振器包括有较宽端和较窄端；
所述变容电路包括变容元件，以及与所述变容元件连接的第一贴片电阻，所述变容电路通过所述第一贴片电阻远离所述变容元件的一端外接偏置电压，其中，所述变容元件与相邻两个谐振器上的较宽端连接；
所述变容元件为共阴极的第一二极管、第二二极管，所述共阴极的第一二极管、第二二极管的阴极通过贴片电阻外接偏置电压，所述共阴极的第一二极管、第二二极管的两个阳极分别与相邻两个谐振器上的较宽端连接。
2.根据权利要求1所述的分支滤波网络，其特征在于，所述分支滤波网络还包括四个中心频率调节电路，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器分别与一个所述中心频率调节电路连接，所述中心频率调节电路用于调节所述输入信号的中心频率。
3.根据权利要求2所述的分支滤波网络，其特征在于，所述中心频率调节电路包括共阴极的第三二极管、第四二极管，所述共阴极的第三二极管、第四二极管的阴极通过第二贴片电阻连接偏置电压，其中所述第三二极管的阳极与所述谐振器的较窄端连接，所述第四二极管的阳极接地。
4.根据权利要求1所述的分支滤波网络，其特征在于，所述分支滤波网络还包括三个信号处理电路，
所述第一谐振器的较窄端经一个信号处理电路外接输入信号，所述信号处理电路用于对所述输入信号的处理。
5.根据权利要求4所述的分支滤波网络，其特征在于，所述第三谐振器、第四谐振器的较窄端各经一个信号处理电路输出信号，所述信号处理电路还用于对所述输出信号的处理。
6.根据权利要求4和5任意一项所述的分支滤波网络，其特征在于，所述信号处理电路包括第五二极管和与所述第五二极管阴极连接的贴片电容、第三贴片电阻，所述信号处理电路通过所述第五二极管的阴极外接偏置电压，所述信号处理电路通过所述第五二极管的阳极与所述谐振器的较窄端连接，所述信号处理电路通过所述贴片电容输出信号或外接所述输入信号。
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