CN110380704A - 一种吸收式低通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸收式低通滤波器，所述低通滤波器由微带线、电容和电阻组成；其中，第一微带线连接于所述低通滤波器的第一端口和第二端口之间；第一电容的第一端与所述第一端口连接，所述第一电容的第二端与第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端接地；第二电容的第一端与所述第二端口连接，所述第二电容的第二端与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；第二微带线的第一端与所述第一电容的第二端连接，所述第二微带线的第二端接地；第三微带线的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第三微带线的第二端接地。本发明实施例所提供的吸收式低通滤波器的性能较高，并且电路简单，成本较低。

Description

一种吸收式低通滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种吸收式低通滤波器。
背景技术
随着移动通信技术和无线通信技术的迅速发展，手机、可穿戴智能设备、路由器等一系列电子产品也迅速普及，在这类具备无线收发功能的电子产品中，传输的信号会经过一系列混频、变频、放大等处理过程，此处理过程往往会产生通信频带以外的不需要的杂散信号，或者容易受到环境中的干扰信号的影响，这些杂散信号或者干扰信号往往需要使用低通滤波器进行滤除。
传统的低通滤波器多为全反射式低通滤波器，也就是说，被滤除的无用信号会沿原路径返回，进入功率放大器(PA)、低噪放大器(LNA)等有源IC器件的输出端，这样不仅会对PA、LNA等有源器件的稳定性或性能造成危害，还会导致滤波器整体设计上的电磁干扰(EMI)、电磁兼容(EMC)等问题，从而导致滤波器的性能下降。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种吸收式低通滤波器，该吸收式低通滤波器的性能较高，并且电路简单，成本较低。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种吸收式低通滤波器，所述低通滤波器由微带线、电容和电阻组成；其中，
第一微带线连接于所述低通滤波器的第一端口和第二端口之间；
第一电容的第一端与所述第一端口连接，所述第一电容的第二端与第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端接地；
第二电容的第一端与所述第二端口连接，所述第二电容的第二端与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；
第二微带线的第一端与所述第一电容的第二端连接，所述第二微带线的第二端接地；
第三微带线的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第三微带线的第二端接地。
进一步地，所述第一电容的容值与所述第二电容的容值相同；所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相同；所述第二微带线的特性阻抗、电长度分别与所述第三微带线的特性阻抗、电长度对应相同。
进一步地，所述第一微带线的特性阻抗Z1为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
进一步地，所述第二微带线的特性阻抗Z2为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
进一步地，所述第三微带线的特性阻抗Z3为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
进一步地，所述第一电容的容值C1为其中，ωz表示所述低通滤波器的衰减零点对应的角频率，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
进一步地，所述第二电容的容值C2为其中，ωz表示所述低通滤波器的衰减零点对应的角频率，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
进一步地，所述第一电阻的阻值R1为R1＝ZL；其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
进一步地，所述第二电阻的阻值R2为R2＝ZL；其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种吸收式低通滤波器，该低通滤波器由微带线、电容和电阻组成，第一微带线连接于低通滤波器的第一端口和第二端口之间；第一电容的第一端与第一端口连接，第一电容的第二端与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端接地；第二电容的第一端与第二端口连接，第二电容的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端接地；第二微带线的第一端与第一电容的第二端连接，第二微带线的第二端接地；第三微带线的第一端与第二电容的第二端连接，第三微带线的第二端接地，该吸收式低通滤波器的性能较高，并且电路简单，成本较低。
附图说明
图1是本发明提供的一种吸收式低通滤波器的一个优选实施例的电路原理图；
图2是本发明提供的一种二端口网络的结构示意图；
图3是本发明提供的一种吸收式低通滤波器的仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种吸收式低通滤波器，参见图1所示，是本发明提供的一种吸收式低通滤波器的一个优选实施例的电路原理图，所述低通滤波器由微带线、电容和电阻组成；其中，
第一微带线Z1连接于所述低通滤波器的第一端口和第二端口之间；
第一电容C1的第一端与所述第一端口连接，所述第一电容C1的第二端与第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端接地；
第二电容C2的第一端与所述第二端口连接，所述第二电容C2的第二端与第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端接地；
第二微带线Z2的第一端与所述第一电容C1的第二端连接，所述第二微带线Z2的第二端接地；
第三微带线Z3的第一端与所述第二电容C2的第二端连接，所述第三微带线Z3的第二端接地。
具体的，低通滤波器由第一微带线Z1、第二微带线Z2、第三微带线Z3、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2组成；第一微带线Z1连接于低通滤波器的第一端口和第二端口之间，形成一条主通路；第一电容C1和第一电阻R1串联，形成第一支路，第一支路连接于低通滤波器的第一端口，第一支路与主通路相对于第一端口并联；第二电容C2和第二电阻R2串联，形成第二支路，第二支路连接于低通滤波器的第二端口，第二支路与主通路相对于第二端口并联；第二微带线Z2到地形成第三支路，第三支路连接于第一电容C1和第一电阻R1之间，第三支路与第一电阻R1到地形成的支路并联；第三微带线Z3到地形成第四支路，第四支路连接于第二电容C2和第二电阻R2之间，第四支路与第二电阻R2到地形成的支路并联。
在实际工作中，低频时，第一端口输入的信号直接经过第一微带线Z1到达第二端口，实现低通滤波器的通带特性；高频时，第一端口输入的信号将经过第一微带线Z1两端的并联支路分别到达第一电阻R1和第二电阻R2，由于电阻为耗能原件，可以实现能量吸收(消耗能量)，这样就在实现低通滤波器的阻带特性的同时，实现阻带能量的吸收，以达到理想情况下零反射的性能。
需要说明的是，图1所示的电路原理图仅仅是低通滤波器的一个示例，并不要求完全按照图中的位置进行布局，但是，第一微带线Z1、第二微带线Z2、第三微带线Z3、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接关系需要保持不变，低通滤波器在实际设计时可以根据布线对各元件的位置进行微调。
现有技术提供的低通滤波器一般为全反射式低通滤波器，不具有吸收反射的作用，而本发明实施例所提供的一种吸收式低通滤波器，能够解决上述问题，消除反射，该吸收式低通滤波器的性能较高，并且电路简单，成本较低。
作为上述方案的改进，所述第一电容的容值C1与所述第二电容的容值C2相同；所述第一电阻的阻值R1与所述第二电阻的阻值R2相同；所述第二微带线的特性阻抗Z2、电长度θ2分别与所述第三微带线的特性阻抗Z3、电长度θ3对应相同。
需要说明的是，特性阻抗和电长度已经决定了微带线的尺寸，无需其他参数进行限定。
可以理解的，由于第一电容的容值C1与第二电容的容值C2相同，第一电阻的阻值R1与第二电阻的阻值R2相同，第二微带线的特性阻抗Z2、电长度θ2分别与第三微带线的特性阻抗Z3、电长度θ3对应相同，低通滤波器的电路是左右对称的(图1中的虚线即为对称轴)，由于其具有对称性，第一端口和第二端口都可以作为输入端或作为输出端，其中，对称性指的是电路原理层面上对称。
参见图2所示，是本发明提供的一种二端口网络的结构示意图，该二端口网络的结构示意图包含了所有的互易对称的二端口网络，由于本发明实施例中的低通滤波器具有对称性，相当于图2中的一种具体情况，下面结合图2对具有对称性的二端口网络的特性进行分析：
若要满足吸收式滤波器的传输特性，则理想情况下，在滤波器的截止频带内，S参数(散射参数)需要满足的条件为：S11＝S22＝0，S12＝S21＝0；在滤波器的通信频带内，S参数需要满足的条件为：S11＝S22＝0，S12＝S21＝1；其中，S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗，S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗，S11和S22描述的是端口的反射特性，S11＝S22＝0表示无反射，即反射信号被吸收，S12为反向传输系数，也就是隔离，S21为正向传输系数，也就是增益，S12和S21描述的是端口的传输特性，S12＝S21＝0表示截止频带，S12＝S21＝1表示通信频带。
由于二端口网络左右对称，根据奇偶模分析法可以获得如下关系：
其中，Γeven表示端口在偶模激励下的反射系数，Γodd表示端口在奇模激励下的反射系数，令S11＝0(吸收式)，则进一步化简可以获得如下关系：
根据S12和S21要满足的低通滤波器的传输条件(即需要满足公式(2))，结合图1所示的电路原理图，可以获得低通滤波器的各元件的取值如下：
其中，ZL表示低通滤波器的端口阻抗，θ1表示第一微带线的电长度，ωz表示低通滤波器的衰减零点对应的角频率。
需要说明的是，端口阻抗ZL指从某个端口(第一端口或第二端口)看进去的等效阻抗，这里可以指负载阻抗，例如，接50欧姆的电阻，此时的ZL就为50欧姆；ωz表示低通滤波器的衰减零点对应的角频率，衰减零点具体指S21首次衰减到最大值时对应的角频率。
作为优选方案，所述第一微带线的特性阻抗Z1为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
具体的，结合上述实施例，第一微带线的特性阻抗Z1可以根据上述分析过程进行计算，这里不再赘述。
作为优选方案，所述第二微带线的特性阻抗Z2为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
作为优选方案，所述第三微带线的特性阻抗Z3为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
具体的，结合上述实施例，第一微带线的特性阻抗Z1、第二微带线的特性阻抗Z2和第三微带线的特性阻抗Z3可以根据上述分析过程进行计算，这里不再赘述，优选地，Z2＝Z3。
作为优选方案，所述第一电容的容值C1为其中，ωz表示所述低通滤波器的衰减零点对应的角频率，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
作为优选方案，所述第二电容的容值C2为其中，ωz表示所述低通滤波器的衰减零点对应的角频率，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
具体的，结合上述实施例第一电容的容值C1和第二电容的容值C2可以根据上述分析过程进行计算，这里不再赘述，优选地，C1＝C2。
作为优选方案，所述第一电阻的阻值R1为R1＝ZL；其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
作为优选方案，所述第二电阻的阻值R2为R2＝ZL；其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
具体的，结合上述实施例第一电阻的阻值R1和第二电阻的阻值R2可以根据上述分析过程进行计算，这里不再赘述，优选地，R1＝R2。
为了了解本发明实施例提供的吸收式低通滤波器的滤波特性，可以通过仿真软件对设计的低通滤波器进行仿真，以通带频率为2.45GHz的吸收式低通滤波器为例，选取θ1＝θ2＝θ3＝30°，R1＝R2＝ZL＝50Ω，衰减零点对应的角频率为ωz＝5.5GHz，根据公式(3)计算得到C1＝C2＝0.58pF，Z1＝200Ω，Z2＝Z3＝86.7Ω，则根据这些参数对低通滤波器进行仿真，相应获得的仿真结果如图3所示。
由图3可知，横坐标表示低通滤波器的工作频率(单位为GHz)，纵坐标表示低通滤波器的损耗，其中，曲线S(1,1)表示回波损耗，曲线S(2,1)表示插入损耗，当滤波器的工作频率为2.45GHz时，插入损耗为-0.375dB；当滤波器的工作频率为5.5GHz时，传输衰减为-13.165dB；当滤波器的工作频率大于6GHz时，传输衰减小于-15dB(即大于15dB)；因此，该低通滤波器具有良好的低通滤波器特性，并且在整个截止频带和通信频带内，回波损耗均小于-10dB，吸收效果明显。
综上，本发明实施例所提供的一种吸收式低通滤波器在截止频带具有吸收特性，能够实现反射吸收，具有良好的低通滤波器特性，并且该吸收式低通滤波器采用集总元件和微带线设计实现，实现简单，具有对称式全新结构，电路简单，易加工，成本低，具有较大的应用前景和价值。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种吸收式低通滤波器，其特征在于，所述低通滤波器由微带线、电容和电阻组成；其中，
第一微带线连接于所述低通滤波器的第一端口和第二端口之间；
第一电容的第一端与所述第一端口连接，所述第一电容的第二端与第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端接地；
第二电容的第一端与所述第二端口连接，所述第二电容的第二端与第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；
第二微带线的第一端与所述第一电容的第二端连接，所述第二微带线的第二端接地；
第三微带线的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第三微带线的第二端接地。
2.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第一电容的容值与所述第二电容的容值相同；所述第一电阻的阻值与所述第二电阻的阻值相同；所述第二微带线的特性阻抗、电长度分别与所述第三微带线的特性阻抗、电长度对应相同。
3.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第一微带线的特性阻抗Z1为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
4.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第二微带线的特性阻抗Z2为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
5.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第三微带线的特性阻抗Z3为其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗，θ1表示所述第一微带线的电长度。
6.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第一电容的容值C1为其中，ωz表示所述低通滤波器的衰减零点对应的角频率，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
7.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第二电容的容值C2为其中，ωz表示所述低通滤波器的衰减零点对应的角频率，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
8.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第一电阻的阻值R1为R1＝ZL；其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
9.如权利要求1所述的吸收式低通滤波器，其特征在于，所述第二电阻的阻值R2为R2＝ZL；其中，ZL表示所述低通滤波器的端口阻抗。
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