CN1122364C - 多通带滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种多通带滤波器，包括：介质件(1)，与所述介质件(1)有关的多条谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)，所述谐振线的每一条耦合到所述谐振线的相邻一条，其特征在于，所述谐振线的至少一对相互呈叉指形耦合，所述谐振线的各个开路端和短路端位于所述介质件的相对部位，由此提供带除滤波器。

Description

多通带滤波器
本发明涉及多通带滤波器，尤其涉及一种多通带滤波器，它包括介质部分，置于该介质部分之内/之上的多条谐振线，每条谐振线耦合到相邻的谐振线。本多通带滤波器应用于移动通信装置内。
图14表示在一个介质块内由多个滤波器形成的一例常规的天线收发转换开关部件。图14A是用于天线收发转换开关部件的介质滤波器的正视图，图14B是垂直设置的介质滤波器的纵向剖面图。图14A和14B中，介质块1除了其正面外，其周缘表面上具有接地导体10。在形成谐振线32a至32i的介质块1内分别设置多个谐振线通孔31a至3i。介质块1的开放正面上形成从各条谐振线32a至32i连续延伸的矩形电极。此外，输入/输出耦合电极33a、33b和33c分别插在谐振线通孔31a与31b之间、通孔31d与31e之间以及通孔31h与31i之间，由此容性耦合相邻的矩形电极。该方法中，分别形成以下类型的滤波器：在F2所示区域内由3级谐振器组成的带通滤波器；在F3所示区域内由4级谐振器组成的带通滤波器；以及在F1和F4所示区域内的带除滤波器(陷波电路)，每个带除滤波器由一级谐振器组成。再者，输入/输出耦合电极33a、33b和33c分别用作发射(TX)端子、天线(ANT)端子和接收(RX)端子。按此方法形成了天线转换开关部件。
然而，诸如图14所示的上述现有类型的天线转换开关部件却存在着下列问题。由于各个带通滤波器的性能，该部件中的发射滤波器或接收滤波器将抵制其它滤波器的通带。这样就需要大量的谐振器级，否则，不能在衰减频带获得足够的衰减，由此而不可避免地增大了部件。克服上述缺陷的一种可能的措施是用带除滤波器作为发射滤波器。然而，如果多通带滤波器由一个介质块形成，则要求用传输线导体耦合相位差为π/2(rad)的相邻谐振器。应采用介质上的微带线作为传输线，微带线的电气长度相应地比谐振器的长度长，由此增加了谐振器阵列所需空间的尺寸。
另外，如果通过简单地利用带除滤波器作为发射滤波器来解决已知天线转换开关部件所遇到的上述问题，则从接收滤波器向发射滤波器来看，接收滤波器的通带阻抗，即发射滤波器的滤除带阻抗几乎为零。这样，由天线输入的接收信号无益地进入发射滤波器而不是接收滤波器。为了避免这种麻烦，可以在发射滤波器与天线端子之间设置电气长度为π/2的移相器，在发射滤波器的阻带中从接收滤波器观察的抗几乎变为无穷大。然而，这样需要大量的部件，进一步增加了成本。
因此，本发明的目的在于提供一种多通带滤波器，它由多个滤波器包括带除滤波器组成，无需增加带除滤波器的尺寸。
本发明的另一目的在于提供一种解决了上述问题的多通带滤波器，它由多个滤波器包括带除滤波器组成，从其它滤波器角度来看，当带除滤波器和其它滤波器组合起来通过公用输入/输出端子输入或输出信号时，滤除带内的带除滤波器实际上是开路的，无需移相器。本发明提供一种具有上述类型的多通带滤波器，其特点在于至少一对所述谐振线用所述谐振线的各个开路端子和短路端子相互叉指式耦合，该谐振线设置在所述介质部件的相对部分，由此提供一个带除滤波器。
上述滤波器中，叉指形耦合部分作为带除滤波器(陷波电路)。尤其是，上述结构中，接地电极与上述每条叉指形耦合谐振线之间每单位长度的固有电容用C11表示，而两条谐振线之间每单位长度的线间互电容用C12表示。由此，偶次模特性阻抗Ze、奇次模特性阻抗Zo和耦合特性阻抗Zk分别用以下的等式表示：
Ze＝√(εr)/(vc·C11)
Zo＝√(εr)/{vc(C11+2C12)}
Zk＝2Ze·Zo/(Ze-Zo)＝√(εr)/(vc·C12)
其中，εr表示部件中所用介质件的相对介电常数，vc表示光速。上述两条谐振线的叉指形耦合部分可以用等效电路表示，其中，由两条谐振线之间的耦合特性阻抗Zk和一条谐振线的偶次模特性阻抗Ze所形成的一个串联电路被并联连接到另一条谐振线的偶次模特性阻抗Ze，由此形成一个陷波电路。
如果每条谐振线的长度用L表示，则电气角度θ可以用下式表示：
θ＝ω√(εr)·L/vc
其中，θ等于π/2，ω等于2πf，这样，前述陷波电路的陷波频率ft就可以用下列等式表示：
fT＝vc/{4√(εr)·L}
采用此方式设置多对谐振线，使一条谐振线的开路端和短路端位于与其它谐振线位置相对的位置上。这样，无需传输线就可以获得按预定带宽衰减信号的带除滤波器特性，而这种传输线通常用以耦合电气长度为π/2的相邻谐振器。因此，在部件中仅需一个有限的空间来设置带除滤波器，由此减小了整个部件的尺寸。
上述多通带滤波器中，至少一对所述谐振线可以通过位于同一介质件的所述谐振线的各个开路端和短路端相互呈梳状排列耦合，由此提供一种带通滤波器。
采用此种结构，可以使天线收发转换开关部件用带除滤波器作为发射滤波器，用带通滤波器作为接收滤波器。
上述多通带滤波器中，所述介质件可以是介质块，所述多条谐振线可以设置在所述介质块内。
上述多通带滤波器中，所述介质件可以是介质板，所述多条谐振线可以设置在所述介质板上。
上述多通带滤波器中，较佳地在至少一条所述谐振线的一部分设置一个非导电部分，以形成所述开路端。
采用此种配置，按调整步骤确定或调整每个间距的位置和宽度，以方便地实现所需的性能而维持介质件和谐振线的整体结构和尺寸。当非导电部分形成的开路端位于介质块内部时，减小了从部件至外部的电磁泄漏，以及与外部电路的电磁耦合，由此实现了稳定的性能。
当所述介质件为介质块，所述多条谐振线设置在所述介质块内部时，所述介质块表面上的每条谐振线的一端可以为开路，耦合相邻谐振线的耦合电极可以设置在所述谐振线的所述一端。
采用此种配置，可以简化介质块内谐振线的构造和图形。
上述多通带滤波器中，可以将一个输入/输出耦合电极耦合到所述谐振线之一，后者提供了相移为π/2电气角度的带除滤波器，其中，提供所述带除滤波器的所述一条谐振线为最后一条谐振线。
采用此种构造，从其它滤波器的角度来看，可以将该带除滤波器衰减带的阻抗从大致为零改变为大体为无穷大，换句话说，从其它滤波器的角度来看，该带除滤波器基本上可以是开路。结果，当前述滤波器用作将带除滤波器作为发射滤波器的天线收发转换开关时，可以将接收信号可靠地传送至接收滤波器，否则将进入发射滤波器并衰减。
图1A至1D示意性表示根据本发明第一个实施例的多通带滤波器；
图2表示图1所示滤波器的等效电路；
图3表示图1所示滤波器的带通性能；
图4表示图1所示滤波器的方框图；
图5A至5D示意性表示根据本发明第二个实施例的多通带滤波器；
图6表示图5所示滤波器的等效电路；
图7A至7D示意性表示根据本发明第三个实施例的多通带滤波器；
图8表示图7所示滤波器的等效电路；
图9A至9D示意性表示根据本发明第四个实施例的多通带滤波器；
图10A至10D示意性表示根据本发明第五个实施例的多通带滤波器；
图11是根据本发明第六个实施例的多通带滤波器；
图12A至12D示意性表示根据本发明第七个实施例的多通带滤波器；
图13A至13D示意性表示根据本发明第八个实施例的多通带滤波器；
图14A至14B示意性表示一个常规的多通带滤波器。
从以下参照附图对各个实施例的描述中，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
图1示意性表示一个多通带滤波器。图1A表示该滤波器的顶面；图1B表示该滤波器的正面；图1C表示该滤波器的底面；图1D表示该滤波器的右侧面。该滤波器由配备各种通孔和电极的矩形棱柱型介电块1组成。尤其是，该滤波器具有谐振线通孔2a，2b和2c以及5a，5b和5c用于发射滤波器，谐振线通孔4a、4b、4c和4d用于接收滤波器，当滤波器用作天线转换开关时两者都要采用。该滤波器还包括输入/输出耦合线通孔3。图1B表示谐振线通孔的每一个形成一种阶梯形通孔，在设置电极以形成谐振线的上、下半部之间有不同的内径。注意，为了清楚起见，通孔5B和5C未在图1B中示出。谐振线12a、12b和12c分别形成于谐振线孔2a、2b和2c内；谐振线15a置于谐振线孔5a内；谐振线14a、14b、14c和14d分别置于谐振线孔4a、4b、4c和4d内。此外，输入/输出耦合谐振线(输入/输出耦合电极)13在输入/输出耦合线通孔3内形成。再者，除了谐振线12a和输入/输出耦合谐振线13外，每条谐振线在阶梯形通孔放大部分的外端附近配置由g表示的一个非导体部分，部分g限定了开路端。图1A中示出了接地通孔6a、6b和6c，它们成为内径恒定的直通孔，电极设置在每个通孔6a、6b和6c的整个长度内。介质块1的外表面上分别形成输入/输出端子7和8(分别从谐振线12a和13连续延伸)以及与谐振线14d容性耦合的输入/输出端子9。此外，接地电极10基本上形成于块1的整个表面(6面)上，与输入/输出端子7、8和9分开。
以下是按上述构成的多通带滤波器的操作。分别在通孔4a、4b、4c和4d内形成的谐振线14a，14b，14c和14d相互呈梳状排列耦合，而谐振线14a和输入/输出耦合谐振线13则呈叉指形耦合。根据此种配置，带通滤波器在输入/输出端子8与9之间形成。同时，分别置于通孔2a，2b和2c内的谐振线12a，12b和12c相互为叉指形耦合，谐振线12c与输入/输出耦合谐振线13也为叉指形耦合。再者，各个通孔5a，5b和5c内形成的谐振线分别与谐振线12a，12b和12c呈叉指形耦合。换句话说，在各个通孔2a与5a内形成的两条谐振线之间、在各个通孔2b与5b内设置的谐振线之间以及在各个通孔2c与5c内形成的谐振线之间都建立一种叉指形耦合。因此，输入/输出端子7和8相互耦合，谐振线12a，12b和12c的每条谐振线之间成π/2的相移，形成一个具有3个陷波电路的带除滤波器。接地通孔6a通过其屏蔽作用中断了谐振线孔5a与5b之间的耦合力，而接地通孔6b通过其屏蔽作用中断了谐振线孔5b与5c之间的耦合力。同样，接地通孔6c通过其屏蔽作用中断了谐振线孔4a与5c之间的耦合力。
如上所述，图1中，作为构成发射滤波器的最后一条谐振线的谐振线12c与输入/输出耦合谐振线(输入/输出耦合电极)13成叉指形耦合，相移为π/2。可以用图4所示的方框图表示该叉指形耦合。采用此种结构，从输入/输出耦合谐振线13至发射滤波器角度来看，在发射滤波器的衰减波带内，发射滤波器的阻抗基本上为无穷大，这样来自天线的接收信号就输入到接收滤波器而不是发射滤波器。
图2是表示图1所示的多通带滤波器的等效电路图。图中，Ze和θ分别表示图1所示每条谐振线的均布式特性阻抗和电气角度。图2所示用以连接发射滤波器和接收滤波器的水平直线上所示的Zk和θ分别表示谐振线12a，12b和12c之间、谐振线14a，14b，14c和14d之间、输入/输出耦合谐振线13与谐振线14a之间、以及输入/输出耦合谐振线13与谐振线12c之间的耦合特性阻抗和电气角度。此外，上述直线分支上的Zk和θ分别表示通孔5a，5b和5c内形成的谐振线与谐振线12a，12b和12c之间的耦合特性阻抗和电气角度。
图3表示图1和图2所示多通带滤波器的带通特性。图3显示，发射滤波器(Tx滤波器)的带通特性是综合了由谐振线12a，12b和12c和输入/输出耦合谐振线13的带通滤波器特性与前述3个陷波电路的带除滤波器特性而形成的，而接收滤波器(Rx滤波器)的带通特性源于图1所示谐振线14a，14b，14c和14d所具有的带通滤波器特性。发射滤波器的衰减带和接收滤波器的通带与接收带相符，而发射滤波器的通带和接收滤波器的衰减带与发射带匹配。结果，前述的多通带滤波器可以用作天线收发转换开关。
图5示意性表示根据本发明第二个实施例的多通带滤波器。图5A表示该滤波器的顶面，图5B表示该滤波器的正面；图5C表示该滤波器的底面；图5D表示该滤波器的右侧面。该滤波器类似于图1所示的对应物，它由配置各种通孔和电极的矩形棱柱形介质块1形成，然而，第二个实施例的滤波器在以下几方面不同于第一个实施例的滤波器。首先，谐振线孔4d和2a以及输入/输出耦合线孔3形成直径恒定的直孔，且输入/输出端子9直接连接到谐振线孔4d的一端。再者，接地通孔6d置于谐振线孔4d附近，以削弱谐振线14c与谐振线14d(它作为接收滤波器的最后一条谐振线)之间的耦合力，由此缩短了谐振线孔4c与4d之间的距离。此外，接地通孔6d的位置和尺寸可以改变以调整外部Q值(Qe)。
图6是表示图5所示多通带滤波器的等效电路图。图6显示第二个实施例呈现出与第一个实施例所获得的相类似的特性，其中，输入/输出端子直接连接到接收滤波器的谐振线孔。
图7和图8表示根据本发明第三个实施例的多通带滤波器的结构。该滤波器中，其谐振线的数量少于图5和图6所示第二个实施例的多通带滤波器中的谐振器数。尤其是，图7A表示该滤波器的顶面；图7B表示该滤波器的正面；图7C表示该滤波器的底面；图7D表示该滤波器的右侧面。该滤波器是由矩形棱柱形介质块1组成的。谐振线孔5a，2a，4a，4b和4c以及输入/输出耦合线孔3置于介质块1内，其中，分别形成谐振线15a，12a，14a，14b，14c和输入/输出耦合线13。输入/输出端子7和9分别置于谐振线孔2a和4c的端部，而输入/输出端子8置于输入/输出耦合线孔3的端部。
图8是表示图7所示滤波器的等效电路图。采用此种结构将具有带阻特性的发射滤波器与一个陷波电路、以及具有带通特性包括两个梳状排列耦合谐振器的接收滤波器结合起来，能实现一种天线收发转换开关。
图9示意性表示根据本发明第四个实施例的多通带滤波器。该滤波器中，谐振器数比图5所示发射滤波器的谐振器数减少一个。其它结构与图5所示滤波器的相同。因此，如图9A所示，在滤波器顶面上所示的是置于谐振线12a端部的输入/输出端子7，这样，所有输入/输出端子7、8和9就位于同一平面。
图10示意性表示根据本发明第五个实施例的多通带滤波器。该滤波器与前述实施例的区别在于每个谐振线孔的一端为开路，并具有最好为矩形的电极图形设置其上，所有谐振线孔形成直径恒定的直孔。采用这种配置就无需在每个谐振线孔内形成非导电部分，而且，谐振线孔可以按恒定的直径笔直形成，由此方便了滤波器的制造。第五个实施例的多通带滤波器的等效电路与图6所示第二个实施例的相应电路相同。
根据前述实施例，采用单个介质块形成滤波器。相反，在以下所述的实施例中，用介质板代替介质块。
图11是根据本发明第六个实施例的多通带滤波器的平面图。图11中，该滤波器采用介质板21，其上形成谐振线12a，12b，12c，14a，14b，14c，14d，13，15a，15b和15c。谐振线14a，14b和14c作为λ/2谐振器，两端为开路并相互为梳状线耦合。此外，谐振线13与14a相互为叉指形耦合，谐振线14c与14d也相互为叉指形耦合。结果，可以在ANT端子与RX端子之间形成带通滤波器。同时，谐振线12a，12b，12c与13相互为叉指形耦合，谐振线12a与15a之间、谐振线12b与15b之间以及谐振线12c与15c之间也建立了叉指形耦合，由此形成3个陷波电路。因此，可以在Tx端子与ANT端子之间获得带除滤波器特性，它是通过将谐振线12a，12b，12c和13所呈现的带通滤波器特性与上述3个陷波电路的带除滤波器特性综合在一起形成的。结果，本实施例的滤波器的等效电路与图5所示第二个实施例的相同。
图12示意性表示根据本发明第七个实施例的多通带滤波器。图12A表示该滤波器的背面；图12B表示该滤波器的顶面；图12C表示该滤波器的正面；图12D表示该滤波器底面。在介质板21上形成谐振线15a，12a，13，14a，14b和14c。在上述谐振线中间，每条谐振线15a，14a和14b的预定部分设置一个非导电部分，并设置一个开路端子。再者，连续从各条谐振线13和14c延伸的输入/输出端子8和9形成于介质板21的背面至底面，而连续从谐振线12a延伸的输入/输出端子7则形成于介质板21的正面至底面。此外，接地电极10在除了介质板21的顶面以及上述输入/输出端子7、8和9以外的一个区域内形成。
图12所示的滤波器是对图7所示第三个实施例的滤波器的一种改进方案，其中用介质板21来替代介质块1。故该改进方案的操作和特性与第三个实施例的相同。
图13示意性地表示根据本发明第八个实施例的一种多通带滤波器。该滤波器是对图12所示滤波器的一种三联板改进方案。尤其是，该实施例的滤波器具有两块介质板21a和21b。与图12所示滤波器相同的各条谐振线在一块介质板21a上形成，而与图12所示谐振线呈镜面对称所构成的谐振线设置在另一介质板21b上。这样，其上形成谐振线的两块介质板21a和21b的表面发生重叠。此种构造由于各条谐振线为接地电极10所包围，故可以抑制从滤波器至外部的电磁泄漏以及与外部电路的电磁耦合，从而获得具有稳定性能的多通带滤波器。
作为前述实施例的一种应用，已经讨论了天线收发转换开关。然而，本发明并不局限于具有发射滤波器和接收滤波器从而可应用于发射机和接收机的这类滤波器。本发明可以更广泛地应用于滤除多个输入信号以获得一个输出的滤波器，或者滤除一个输入信号以获得多个输出的滤波器。

Claims (7)

1.一种多通带滤波器，包括：
介质件(1)，
与所述介质件(1)有关的多条谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)，以及
所述谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)的每一条耦合到所述谐振线的相邻一条，其特征在于，所述谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)的至少一对相互呈叉指形耦合，由此提供带除滤波器。
2.如权利要求1所述的多通带滤波器，其特征在于，至少一对所述谐振线(14a-14d)相互呈梳状排列耦合，由此提供带通滤波器。
3.如权利要求1或2所述的多通带滤波器，其特征在于所述介质件(1)为介质块(1)，所述多条谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)置于所述介质块内。
4.如权利要求1或2所述的多通带滤波器，其特征在于所述介质件为介质板(21)，所述多条谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)置于所述介质板(21)内。
5.如权利要求1至4任一所述的多通带滤波器，其特征在于所述开路端由所述谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)的至少一条谐振线内的非导电部分限定。
6.如权利要求3所述的多通带滤波器，其特征在于，位于所述介质块(10)表面的每条所述谐振线(12a-12c，13，14a-14d，15a-15c)的一端限定所述开路端，耦合相邻谐振线的耦合电极置于每条所述谐振线的所述开路端。
7.如权利要求1至6任一所述的多通带滤波器，其特征在于设置输入/输出耦合电极(13)，使其耦合到所述谐振线的最后一条，该谐振线提供相移为π/2的电气角度的所述带除滤波器(12a-12c)。
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