CN112367057A - 一种复合结构跳频滤波器及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合结构跳频滤波器及其调节方法，属于滤波器技术领域，解决了现有技术中滤波器无法兼顾性能和体积的问题。该复合结构跳频滤波器包括：4个耦合电感，依次串联在所述滤波器的输入端和输出端之间；所述输入端、两个耦合电感之间的连接处以及输出端构成5个连接点；5个调节网络，依次并联在所述5个连接点与地之间；其中，第1、3、5个调节网络为并联LC谐振网络；所述并联LC谐振网络包括电容阵列以及与所述电容阵列并联的电感；第2、4个调节网络包括电容阵列。本发明中的复合结构滤波器频率覆盖范围远超单结构滤波器，同时结构简洁，节省了电路面积。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种复合结构跳频滤波器。
背景技术
跳频通信是目前重要的通信手段之一，对于一般的便携多频通信设备来说，信号经过功放后由于放大器件的非线性，需要使用跳频滤波器将多余的谐波信号和各种杂散干扰滤除。
如今的多频通信设备末端可调滤波器主要有两种实现方法，一是采用针对不同跳频频段，单独设计一系列固定滤波器，用段选开关切换；二是采用跳频方式，通过改变谐振频率的方式进行频率变换。使用选段开关切换时，一旦频段过多对开关的隔离度有很高的的要求，同时由于存在多个固定频率滤波器导致占用面积较大；跳频方式的滤波器可调范围相对较窄，当谐振频率偏离原有中心频率较远时，通带内插损会变得愈来愈差。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种复合结构跳频滤波器，用以解决现有滤波器性能与体积无法兼顾的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种复合结构跳频滤波器，包括：
4个耦合电感，依次串联在所述滤波器的输入端和输出端之间；所述输入端、两个耦合电感之间的连接处以及输出端构成5个连接点；
5个调节网络，依次并联在所述5个连接点与地之间；其中，
第1、3、5个调节网络为并联LC谐振网络；所述并联LC谐振网络包括电容阵列以及与所述电容阵列并联的电感；
第2、4个调节网络包括电容阵列。
进一步，5个所述调节网络中的电容阵列均包括多个支路，每个所述支路均包括谐振电容以及与谐振电容串联的开关组件，所述开关组件用于控制对应支路的导通与关断。
进一步，当第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断时，所述复合结构跳频滤波器为第一滤波器电路结构；通过调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第一滤波器电路结构覆盖低段频率。
进一步，当第2、4个调节网络的电容阵列整体关断时，所述复合结构跳频滤波器为第二滤波器电路结构，通过调节第1、3、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第二滤波器电路结构覆盖中段频率。
进一步，当第1、5个调节网络的电容阵列整体关断时，所述复合结构跳频滤波器为第三滤波器电路结构，通过调节第2、3、4个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第三滤波器电路结构覆盖高段频率。
进一步，所述4个耦合电感的电感值均为固定值。
进一步，每一支路中的所述开关组件均包括第一接地电容、第二接地电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻以及第二电阻；
第一二极管与第一电阻并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收高电压或者第一低电压，并通过第一接地电容接地，所述第一二极管的正极与谐振电容连接；
第二二极管与第二电阻并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收第二低电压，并通过第二接地电容接地，所述第二二极管的负极与谐振电容连接。
进一步，通过控制所述第一二极管与所述第二二极管的同时导通或截止，使得所述开关组件导通或关断。
另一方面，本发明实施例提供了一种用于调节上述一方面中的复合结构跳频滤波器的方法，包括：控制第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断，调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖低段频率的第一滤波器电路结构；控制第2、4个调节网络的电容阵列整体关断，调节第1、3、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖中段频率的第二滤波器电路结构；控制第1、5个调节网络的电容整体关断，调节第2、3、4个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖高段频率的第三滤波器电路结构。
进一步，各个电容阵列均包括多个支路，每个支路均包括谐振电容以及与谐振电容串联的开关组件，所述方法包括：通过控制各个开关组件的导通与关断，调节电容阵列的谐振电容。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、通过控制不同电容阵列的整体关断和导通，可以实现三种不同电路结构的跳频滤波器的切换；在提升滤波器性能的同时，未增大其体积。
2、对于三种不同电路结构的跳频滤波器中的每种，可以通过控制电容阵列中的各个支路的开关导通或者关断来调节整体的谐振电容值，使得滤波器通带的频率发生变化；
3、本申请中的复合结构跳频滤波器可以实现远超单结构滤波器的频率覆盖范围，同时保证了相对简洁的结构，节省了电路面积。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本申请一个实施例复合结构滤波器的电路示意图；
图2为第一滤波器电路结构示意图；
图3为第一滤波器电路结构π-t变换之后的电路示意图；
图4为第一滤波器电路结构等效之后的电路示意图；
图5为第二滤波器电路结构示意图；
图6为第三滤波器电路结构示意图；
图7为开关组件电路结构示意图；
图8为开关组件导通时的等效电路图；
图9为开关组件关断时的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种复合结构跳频滤波器，如图1所示。该复合结构跳频滤波器包括：4个耦合电感，依次串联在所述滤波器的输入端Port 1和输出端Port2之间；所述输入端、两个耦合电感之间的连接处以及输出端构成5个连接点；5个调节网络，依次并联在所述5个连接点与地之间；其中，第1、3、5个调节网络为并联LC谐振网络；所述并联LC谐振网络包括电容阵列以及与所述电容阵列并联的电感；第2、4个调节网络包括电容阵列。
与现有技术相比，本实施例提供一种复合结构跳频滤波器，通过控制该复合结构跳频滤波器中的不同电容阵列的整体关断和导通，实现三种不同电路结构的跳频滤波器的切换；并且对于三种不同电路结构的跳频滤波器中的每种，可以通过控制电容阵列中的各个支路的开关导通或者关断来调节整体的谐振电容值，使得滤波器通带的频率发生变化；可见，本实施例中的复合结构跳频滤波器可以实现远超单结构滤波器的频率覆盖范围，同时保证了相对简洁的结构，节省了电路面积。
具体的，请参见图1，图1为一种复合结构滤波器电路示意图，该复合结构跳频滤波器包括4个耦合电感L1、L2、L3、L4，依次串联在所述滤波器的输入端和输出端之间，该输入端、耦合电感L1与耦合电感L2之间、耦合电感L2与耦合电感L3之间、耦合电感L3与耦合电感L4之间以及输出端构成5个连接点；5个调节网络依次并联在5个连接点与地之间；第1、3、5个调节网络为并联LC谐振网络，该并联LC谐振网络包括电容阵列以及和电容阵列并联的电感；第2、4个调节网络包括电容阵列。
进一步的，第1个调节网络包括电容阵列以及与该电容阵列并联的电感L5，第3个调节网络包括电容阵列以及与该电容阵列并联的电感L6，第5个调节网络包括电容阵列以及与该电容阵列并联的电感L7。
进一步的，如图1所示，5个调节网络依次并联在5个连接点与地之间，具体包括：第1个调节网络连接在输入端(第1个连接点)与地之间，第2个调节网络连接在耦合电感L1与耦合电感L2之间的连接点(第2个连接点)与地之间，第3个调节网络连接在耦合电感L2与耦合电感L3之间的连接点(第3个连接点)与地之间，第4个调节网络连接在耦合电感L3与耦合电感L4之间的连接点(第4个连接点)与地之间，第5个调节网络连接在输出端(第5个连接点)与地之间。
在本发明的一个具体实施例中，5个调节网络中的电容阵列均包括多个支路，每个支路均包括谐振电容以及与谐振电容串联的开关组件，开关组件用于控制对应支路的导通和关断。具体的，电容阵列包括的支路的个数可以根据实际情况确定，本申请对此不做限定。
在本发明的一个具体实施例中，当第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断时，复合结构跳频滤波器为第一滤波器电路结构；通过调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得第一滤波器电路结构覆盖低段频率。
具体的，请参见图2，图2为第一滤波器电路结构示意图。当复合结构跳频滤波器中的第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断时，得到图2所示的电路结构。对图2中的电路进行等效处理时，具体过程如下：图2中的耦合电感L1、L2、L3、L4以及L6构成T型电感网络，经过π-T变换后得到图3所示电路结构示意图；图3为第一滤波器电路结构π-t变换之后的电路示意图，其中，电感L11、L12、L13为耦合电感L1、L2、L3、L4以及L6经过π-T变换后的电感结构；将图3中的电感L12与电感L5并联等效为一个电感L51，将电感L13与电感L7并联等效为一个电感L71，等效之后的电路图为图4所示，图4为第一滤波器电路结构等效之后的电路示意图，即，将复合结构跳频滤波器中的第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断时，得到的图2中的电路图可以等效为图4中的电路图，即等效为二阶耦合谐振滤波器，通过调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得第一滤波器电路结构覆盖低段频率。进一步的，通过调节第1、5个调节网络中电容阵列中的开关组件控制整个电容阵列的谐振电容，使得第一滤波器电路结构覆盖低段频率。可选的，该低段频率包括30-60MHz。
在本发明的一个具体实施例中，当第2、4个调节网络的电容阵列整体关断时，复合结构跳频滤波器为第二滤波器电路结构，通过调节第1、3、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第二滤波器电路结构覆盖中段频率。
具体的，请参见图5，图5为第二滤波器电路结构示意图。此时的电路结构相当于三阶耦合谐振滤波器，通过调节第1调节网络、第3调节网络以及第5调节网络中的电容阵列的谐振电容，使其覆盖中段频率。进一步的，通过调节第1、3、5个调节网络中电容阵列中的开关组件控制整个电容阵列的谐振电容，使得第二滤波器电路结构覆盖中段频率。可选的，该中段频率包括60-170MHz。
在本发明的一个具体实施例中，当第1、5个调节网络的电容阵列整体关断时，复合结构跳频滤波器为第三滤波器电路结构，通过调节第2、3、4个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第三滤波器电路结构覆盖高段频率。
具体的，请参见图6，图6为第三滤波器电路结构示意图。通过奇偶模分析法求出第三滤波器电路结构的滤波器频率特性，并通过调节第2、3、4调节网络中的电容阵列的谐振电容，使其覆盖高段频率。可选的，该高段频率包括170-512MHz。
在本发明的一个具体实施例中，耦合电感L1、耦合电感L2、耦合电感L3、耦合电感L4的电感值均为固定值。
在本发明的一个具体实施例中，每一支路中的开关组件均包括第一接地电容、第二接地电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻以及第二电阻；第一二极管与第一电阻并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收高电压或者第一低电压，并通过第一接地电容接地，所述第一二极管的正极与谐振电容连接；第二二极管与第二电阻并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收第二低电压，并通过第二接地电容接地，所述第二二极管的负极与谐振电容连接。
具体的，请参见图7，图7为开关组件电路结构示意图。第一二极管D1与第一电阻R1并联，并联的一端与该支路的谐振电容连接，并联的另一端用于接收高电压或者第一低电压，并通过第一接地电容C1接地，其中第一二极管D1的正极与谐振电容连接；第二二极管D2与第二电阻R2并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收第二低电压，并通过第二接地电容C2接地，第二二极管D2的负极与谐振电容连接。进一步的，用于给第一二极管D1以及第一电阻R1并联的另一端提供高电压或者第一低电压的结构包括高电压源Vp，MOS管以及第三电阻R3；用于给第二二极管D2与第二电阻R2并联的另一端提供第二低电压的结构为低电压源Vc。
在本发明的一个实施例中，通过控制第一二极管与第二二极管的同时导通或截止，使得开关组件导通或关断。
具体的，请参见图8，图8为开关组件导通时的等效电路图，以MOS管为N型为例进行说明。当Vg为高电平时，MOS管导通，MOS管的漏端为第一低电压，第一低电压的电压值低于低电压源Vc提供的第二低电压的电压值，此时第一二极管D1以及第二二极管D2导通，导通后的等效电路图如图8所示。第一二极管导通时存在导通电阻，第一二极管的导通电阻与第一电阻R1并联等效为图8中的第一等效电阻Rs1，由于第一电阻R1的阻值较大，第一等效电阻Rs1的阻值可近似等于第一二极管的导通电阻；第二二极管导通时存在导通电阻，第二二极管的导通电阻与第二电阻R2并联等效为图8中的第二等效电阻Rs2，由于第二电阻R2的阻值较大，第二等效电阻Rs2的阻值可近似等于第二二极管的导通电阻。
由此可见，开关导通时，第一二极管以及第二二极管的导通电阻对性能有较大影响，为了降低插损，尽可能的避免选通单一路的大电容，而应该采用多路小电容并联等效方式，最大程度的降低二极管的导通电阻对插损的影响。
请进一步参见图9，图9为开关组件关断时的等效电路图。当Vg为低电平时，MOS管截止，MOS管的漏端处于高电压源Vp提供的高电压水平，此时第一二极管D1以及第二二极管D2截止，截止后的等效电路图如图9所示。此时，第一二极管截止时存在第一反偏电容Ct1，第二二极管存在第二反偏电容Ct2，第一反偏电容Ct1与第一接地电容C1串联连接在谐振电容与地之间，第二反偏电容Ct1与第二接地电容C2串联连接在谐振电容与地之间，上述两个串联支路并联。
可见，二极管的正向导通电阻与反向截止电容对滤波器的性能有较大影响，因此可根据实际情况选择具有合适参数的二极管，本申请对二极管的具体参数不做限定，可根据实际情况确定。
本发明的一个具体的实施例还提供了一种用于调节复合结构跳频滤波器的方法，包括：控制第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断，调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖低段频率的第一滤波器电路结构；控制第2、4个调节网络的电容阵列整体关断，调节第1、3、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖中段频率的第二滤波器电路结构；控制第1、5个调节网络的电容整体关断，调节第2、3、4个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖高段频率的第三滤波器电路结构。
与现有技术相比，通过控制该复合结构跳频滤波器中的不同电容阵列的整体关断和导通，实现三种不同电路结构的跳频滤波器的切换；并且对于三种不同电路结构的跳频滤波器中的每种，可以通过控制电容阵列中的各个支路的开关导通或者关断来调节整体的谐振电容值，使得滤波器通带的频率发生变化；可见，本发明中的复合结构跳频滤波器可以实现远超单结构滤波器的频率覆盖范围，同时保证了相对简洁的结构，节省了电路面积。
在本发明的一个具体实施例中，各个电容阵列均包括多个支路，每个支路均包括谐振电容以及与谐振电容串联的开关组件，所述方法包括：通过控制各个开关组件的导通与关断，调节电容阵列的谐振电容。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合结构跳频滤波器，其特征在于，包括：
4个耦合电感，依次串联在所述滤波器的输入端和输出端之间；所述输入端、两个耦合电感之间的连接处以及输出端构成5个连接点；
5个调节网络，依次并联在所述5个连接点与地之间；其中，
第1、3、5个调节网络为并联LC谐振网络；所述并联LC谐振网络包括电容阵列以及与所述电容阵列并联的电感；
第2、4个调节网络包括电容阵列。
2.根据权利要求1所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，5个所述调节网络中的电容阵列均包括多个支路，每个所述支路均包括谐振电容以及与谐振电容串联的开关组件，所述开关组件用于控制对应支路的导通与关断。
3.根据权利要求2所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，当第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断时，所述复合结构跳频滤波器为第一滤波器电路结构；通过调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第一滤波器电路结构覆盖低段频率。
4.根据权利要求2所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，当第2、4个调节网络的电容阵列整体关断时，所述复合结构跳频滤波器为第二滤波器电路结构，通过调节第1、3、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第二滤波器电路结构覆盖中段频率。
5.根据权利要求2所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，当第1、5个调节网络的电容阵列整体关断时，所述复合结构跳频滤波器为第三滤波器电路结构，通过调节第2、3、4个调节网络中电容阵列的谐振电容，使得所述第三滤波器电路结构覆盖高段频率。
6.根据权利要求1所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，所述4个耦合电感的电感值均为固定值。
7.根据权利要求2所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，每一支路中的所述开关组件均包括第一接地电容、第二接地电容、第一二极管、第二二极管、第一电阻以及第二电阻；
第一二极管与第一电阻并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收高电压或者第一低电压，并通过第一接地电容接地，所述第一二极管的正极与谐振电容连接；
第二二极管与第二电阻并联，并联的一端与该支路中的谐振电容连接，并联的另一端用于接收第二低电压，并通过第二接地电容接地，所述第二二极管的负极与谐振电容连接。
8.根据权利要求7所述的复合结构跳频滤波器，其特征在于，通过控制所述第一二极管与所述第二二极管的同时导通或截止，使得所述开关组件导通或关断。
9.一种用于调节如权利要求1-8任一项所述的复合结构跳频滤波器的方法，其特征在于，包括：
控制第2、3、4个调节网络的电容阵列整体关断，调节第1、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖低段频率的第一滤波器电路结构；
控制第2、4个调节网络的电容阵列整体关断，调节第1、3、5个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖中段频率的第二滤波器电路结构；
控制第1、5个调节网络的电容整体关断，调节第2、3、4个调节网络中电容阵列的谐振电容，获得覆盖高段频率的第三滤波器电路结构。
10.根据权利要求9所述的调节方法，其特征在于，各个电容阵列均包括多个支路，每个支路均包括谐振电容以及与谐振电容串联的开关组件，所述方法包括：通过控制各个开关组件的导通与关断，调节电容阵列的谐振电容。
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