CN110797612A - 基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，具体包括：输入端口、谐振器、负群时延导纳变换器和输出端口；所述谐振器包括N个谐振器单元，其中N为滤波器阶数；所述负群时延导纳变换器包括N‑1个负群时延导纳变换器单元；所述谐振器包括第一个谐振器单元以及第N个谐振器单元，所述负群时延导纳变换器包括第一个负群时延导纳变换器单元以及第N‑1个负群时延导纳变换器单元；所述第一个谐振器单元和第一个负群时延导纳变换器单元与输入端口相连接，本电路实现了全通带的低群时延波动，具有良好的线性相位响应。同时具有结构简单，制作成本低的特点，非常适合应用于宽带高性能通信系统中。

Description

基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器
技术领域
本发明涉及一种滤波器，具体为一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器。
背景技术
随着智能终端及物联网技术的发展，各类型的无线通信系统的工作带宽及性能需求不断提高。通信系统中的通带增益平坦度和群时延波动是引起信号幅相失真程度的关键指标，系统群时延波动会造成系统传输信号的波形产生失真而引起码间干扰，进而产生通信信息错误。因此，实现增益平坦及低群时延波动是必然要求。但通常情况下，由于传输系统中各器件群时延的不一致性，会导致系统整体群时延的波动，其中滤波器是造成系统通带内群时延波动的主要原因，然而滤波器又是无线通信系统中必不可少的一部分。因此，降低滤波器的群时延波动，研究具有线性相位的滤波器具有重要的意义。
目前，实现线性相位滤波器的方法主要有两种，一种是外部均衡的方法，另一种是自均衡方法。外部均衡的方法是在电路中加入一个时延均衡器，所加入的时延均衡器具有与滤波器群时延起伏相反的群时延特性，通过二者的相互叠加进而使整个系统的群时延平坦，但是这种方法会增加系统整体的时延。自均衡方法是利用交叉耦合的方法，在复平面的实轴引入传输零点，从而在滤波器通带内产生平坦的群时延特性。自均衡方法必须要实现交叉耦合，也就是除相邻谐振器的直接耦合外，还存在非相邻谐振器间的交叉耦合，因此电路结构复杂，实现难度大。目前实现自均衡线性相位滤波器的方法包括：采用腔体滤波器的结构，采用高温超导(High Temperature Superconducting,HTS)技术以及基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术等，这些方法实现难度大，并且实现的群时延变化较小的带宽也只占滤波器通带的50％～80％。
随着负群时延电路的提出及其在微波器件如功分器和耦合器中的应用，为线性相位滤波器的设计提供了一种新的思路。有鉴于此确有必要提出一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，用于实现整个通带内群时延波动的最小化。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，具体包括：
输入端口、谐振器、负群时延导纳变换器和输出端口；
所述谐振器包括N个谐振器单元，其中N为滤波器阶数；所述负群时延导纳变换器包括N-1个负群时延导纳变换器单元；
所述谐振器包括第一个谐振器单元以及第N个谐振器单元，所述负群时延导纳变换器包括第一个负群时延导纳变换器单元以及第N-1个负群时延导纳变换器单元；所述第一个谐振器单元和第一个负群时延导纳变换器单元与输入端口相连接，其中第N个谐振器单元和第N-1个负群时延导纳变换器单元与输出端口相连接。
所述第一个负群时延导纳变换器单元包括一组平行耦合线、与平行耦合线的耦合端相连接的电阻Ⅰ、短路传输线Ⅰ、与平行耦合线的隔离端相连接的电阻Ⅱ以及短路传输线Ⅱ。
所述平行耦合线、短路传输线Ⅰ和短路传输线Ⅱ的长度为中心工作频率对应波长的四分之一。
通过调节电阻Ⅰ和电阻Ⅱ的电阻值以及短路传输线Ⅰ和短路传输线Ⅱ的特性阻抗以实现群时延的自均衡。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，该电路结构实现了全通带的低群时延波动，具有良好的线性相位响应。同时具有结构简单，制作成本低的特点，非常适合应用于宽带高性能通信系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器的结构示意图；
图2是本发明一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器的S参数曲线图；
图3是本发明一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器的群时延曲线图；
图中：1、输入端口，2、谐振器，21、第一个谐振器单元，22、第N个谐振器单元，3、负群时延导纳变换器，31、第一个负群时延导纳变换器单元，311、负群时延导纳变换器中的平行耦合线，312、负群时延导纳变换器中的电阻Ⅰ，313、负群时延导纳变换器中的短路传输线Ⅰ，314、负群时延导纳变换器中的电阻Ⅱ，315、负群时延导纳变换器中的短路传输线Ⅱ，32、第N-1个负群时延导纳变换器，4、输出端口。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1所示的一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，包括：输入端口1、谐振器2、负群时延导纳变换器3以及输出端口4；所述谐振器2包括N个谐振器单元；所述N为滤波器阶数；所述负群时延导纳变换器3包括N-1个负群时延导纳变换器单元；所述第一个谐振器单元21和第一个负群时延导纳变换器单元31与输入端口1相连；所述第N个谐振器单元22和第N-1个负群时延导纳变换器单元32与输出端口4相连；所述负群时延导纳变换器单元31包括一组平行耦合线311、与平行耦合线耦合端相连接的电阻Ⅰ312、短路传输线Ⅰ313、与平行耦合线隔离端相连接的电阻Ⅱ314以及短路传输线Ⅱ315。
进一步的，所述平行耦合线311、短路传输线Ⅰ313和短路传输线Ⅱ315的长度为中心工作频率对应波长的四分之一。通过调节电阻Ⅰ312和电阻Ⅱ314的电阻值以及短路传输线Ⅰ313和短路传输线Ⅱ315的特性阻抗以实现群时延的自均衡。
实施例：
本实施例列举中心频率f0为2.45GHz，设计相对带宽为30％的3阶滤波器进行说明，采用纹波系数为0.05dB的切比雪夫低通原型进行设计。如图2所示，本发明一种基于负群时延电路的宽带线性相位滤波器的通带范围为2.131GHz～2.769GHz，通带带宽为638MHz，在S11<-10dB的带宽范围内，S21波动小于-1.5dB。如图3所示，本发明一种基于负群时延电路的宽带线性相位滤波器的群时延在整个通带范围内波动小于0.2ns，实现了全通带的低群时延波动，具有良好的线性相位响应。
本发明公开的一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，由于采用了提出的电路结构，通过负群时延导纳变换器实现群时延自均衡，使电路的群时延在通带范围内波动小于0.2ns，实现了全通带的低群时延波动，具有良好的线性相位响应。同时具有结构简单，制作成本低的特点，非常适合应用于宽带高性能通信系统中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，其特征在于包括：
输入端口(1)、谐振器(2)、负群时延导纳变换器(3)和输出端口(4)；
所述谐振器(2)包括N个谐振器单元，其中N为滤波器阶数；所述负群时延导纳变换器(3)包括N-1个负群时延导纳变换器单元；
所述谐振器(2)包括第一个谐振器单元(21)以及第N个谐振器单元(22)，所述负群时延导纳变换器(3)包括第一个负群时延导纳变换器单元(31)以及第N-1个负群时延导纳变换器单元(32)；所述第一个谐振器单元(21)和第一个负群时延导纳变换器单元(31)与输入端口(1)相连接，其中第N个谐振器单元(22)和第N-1个负群时延导纳变换器单元(32)与输出端口(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，其特征还在于：所述第一个负群时延导纳变换器单元(31)包括一组平行耦合线(311)、与平行耦合线(311)的耦合端相连接的电阻Ⅰ(312)、短路传输线Ⅰ(313)、与平行耦合线(311)的隔离端相连接的电阻Ⅱ(314)以及短路传输线Ⅱ(315)。
3.根据权利要求2所述的基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，其特征还在于：所述平行耦合线(311)、短路传输线Ⅰ(313)和短路传输线Ⅱ(315)的长度为中心工作频率对应波长的四分之一。
4.根据权利要求3所述的基于负群时延导纳变换器的自均衡线性相位滤波器，其特征还在于：通过调节电阻Ⅰ(312)和电阻Ⅱ(314)的电阻值以及短路传输线Ⅰ(313)和短路传输线Ⅱ(315)的特性阻抗以实现群时延的自均衡。
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