CN112564671B - 一种带内超低群时延波动滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带内超低群时延波动滤波器，包括谐振匹配电路、自均衡谐振电路和群时延补偿电路。所述谐振匹配电路包括第一电感与第一电容，第一电感与第一电容串联组成。所述自均衡谐振电路包括自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ。自均衡谐振单元Ⅰ包括第二、第三电感，第二、第三电容，第一电阻。第二电容、第二电感、第一电阻依次串联，第一电阻另一端接地；第三电容、第三电感依次串联，第三电感另一端接地；第二电容另一端与第三电容另一端连接。自均衡谐振单元Ⅱ包括第四、第五电感，第四、第五电容，第二电阻。第四电感、第四电容、第二电阻依次串联，第二电阻另一端接地；第五电感、第五电容依次串联，第五电感另一端接地。

Description

一种带内超低群时延波动滤波器
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种带内超低群时延波动滤波器的设计。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，对通信速率提出了越来越高的要求。而随着无线传输速率的提升，信号畸变、码间干扰增大等问题逐渐凸显，通信质量面临着严峻的挑战。在通信系统中，信号信息包含在包络中，为了实现无畸变信号传输，需要保证系统群时延在工作频带内恒定，否则会引起信号传输的失真。群时延波动主要与放大器、混频器、滤波器等有关，其中滤波器的带内群时延波动最为关键。因此，降低滤波器通频带内群时延波动对提升通信质量具有重要意义。
目前，常用的滤波器有LC滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。LC滤波器通过电感L和电容C组合回路进行选频，结构简单，价格低廉，因此得到广泛的应用。陶瓷滤波器利用材料的压电效应，将绝缘材料应用于交变电路中，其性能更加稳定且无需调整。声表面波滤波器是由压电材料构成的电声换能器，交变信号进入滤波器在基体表面激发声表面波，声表面波传输至输出端后被转化为电能输出，该滤波器体积小且工作频率高。上述各种滤波器具有一个共同的特点：在滤波器中心频率附近群时延波动较小，几乎可以忽略；但是在滤波器边带上，群时延波动急剧恶化，这将引起边带频率附近信号的严重失真。通常，通过外部增加群时延均衡网络可以改善整个通频带内的群时延波动，但是这种改善程度有限；对群时延有较高要求时，引入多级群时延均衡网络仍难以达到理想效果，且多级网络的引入大大降低了系统的可靠性。同时，群时延均衡网络的引入会改变系统的幅频特性，增大了整体调试的难度。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种带内超低群时延波动滤波器，解决了目前的超低群时延波动滤波器结构复杂，不能在保证基础性能的同时，保持极低的群时延波动的问题
本发明采用的技术方案如下：
一种带内超低群时延波动滤波器，包括谐振匹配电路、自均衡谐振电路和群时延补偿电路。
所述谐振匹配电路包括第一电感与第一电容，第一电感与第一电容串联组成。
所述自均衡谐振电路包括自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ。自均衡谐振单元Ⅰ包括第二、第三电感，第二、第三电容，第一电阻。第二电容、第二电感、第一电阻依次串联，第一电阻另一端接地；第三电容、第三电感依次串联，第三电感另一端接地；第二电容另一端与第三电容另一端连接。自均衡谐振单元Ⅱ包括第四、第五电感，第四、第五电容，第二电阻。第四电感、第四电容、第二电阻依次串联，第二电阻另一端接地；第五电感、第五电容依次串联，第五电感另一端接地；第四电容另一端与第五电容另一端连接。自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ在电容端并联。
所述群时延补偿电路包括第六、第七电感，第六、第七、第八电容。第七电感两端分别与第六、第七电容一端连接，第六、第七电容另一端与第八电容一端连接，第八电容另一端与第六电感一端连接，第六电感另一端接地。
进一步的，所述第六电容、第七电容的电容值相同。
进一步的，所述的自均衡谐振电路和群时延补偿电路交替并行排列，自均衡谐振电路与群时延补偿电路之间通过谐振匹配电路连接。滤波器输入、输出端口均与谐振匹配电路连接。
进一步的，所述滤波器包含N个自均衡谐振电路，N-1个群时延补偿电路，2N个谐振匹配电路，所述N为滤波器阶数且N大于1。
进一步的，所述滤波器的中心频率随着自均衡谐振电路的传输零点的变化而改变。
进一步的，所述滤波器的边带附近的群时延波动值随着自均衡谐振电路的传输零点以及电阻值的变化而改变。
进一步的，所述滤波器的中心频率附近的群时延波动值随着群时延补偿电路群时延波动值变化而改变。
进一步的，所述滤波器的性能可通过调整谐振匹配电路进行优化。
综上所述，由于采用了以上技术方案，本发明的优点在于：
1.本发明提出的带内超低群时延波动滤波器，在保证了滤波器性能的同时，滤波器通频带内具有极低的群时延波动。
2.本发明的滤波器设计简单，易于加工与实现，且具有良好的幅频特性，在带外引入多个传输零点，具有较高的带外抑制。
3.本发明的滤波器结构紧凑，体积小巧，调试方便，成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明滤波器的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中滤波器的结构图；
图3为本发明实施例中滤波器的幅频特性曲线；
图4为本发明实施例中滤波器的输入、输出回波损耗响应曲线；
图5为本发明实施例中滤波器的群时延频率响应曲线；
图6为本发明实施例中滤波器的带宽与群时延波动对照曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例一
本发明较佳实施例提供的一种带内超低群时延波动滤波器，如图2至6所示，本实施例介绍一种三阶带内超低群时延滤波器，滤波器中心频率为720MHz。
本实施例包括六个谐振匹配电路(Ⅰ～Ⅵ)、三个自均衡谐振电路(Ⅰ～Ⅲ)和二个群时延补偿电路(Ⅰ、Ⅱ)。
所述谐振匹配电路基本组成包括Ⅰ第一电感L1与第一电容C1，第一电感与第一电容串联；
所述自均衡谐振电路Ⅰ基本组成包括自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ。自均衡谐振单元Ⅰ包括第二电感L01、第三电感L02，第二电容C01、第三电容C02，第一电阻R01。第二电容C01、第二电感L01、第一电阻依次串联R01，第一电阻R01另一端接地；第三电容C02、第三电感L02依次串联，第三电感L02另一端接地；第二电容C01另一端与第三电容C02另一端连接。自均衡谐振单元Ⅱ包括第四电感L03、第五电感L04，第四电容C03、第五电容C04，第二电阻R02；第四电感L03、第四电容C03、第二电阻R02依次串联，第二电阻R02另一端接地；第五电感L04、第五电容C04依次串联，第五电容C04另一端接地；第四电容C03另一端与第五电容C04另一端连接。自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ在电容端并联。
所述群时延补偿电路Ⅰ基本组成包括第六电感L3、第七电感L4，第六电容C41、第七电容C42、第八电容C3。第七电感L4两端分别与第六电容C41、第七电容C42一端连接，第六电容C41、第七电容C42另一端与第八电容C3一端连接，第八电容C3另一端与第六电感L3一端连接，第六电感L3另一端接地。
进一步的，所述第六电容、第七电容的电容值相同。
进一步的，谐振匹配电路Ⅰ电感端与输入端连接，电容端与自均衡谐振电路Ⅰ的电容端、谐振匹配电路Ⅱ的电容端连接，谐振匹配电路Ⅱ的电感端与群时延补偿电路Ⅰ的一端连接，群时延补偿电路Ⅰ的另一端与谐振匹配电路Ⅲ的电感端连接，谐振匹配电路Ⅲ的电容端与自均衡谐振电路Ⅱ的电容端、谐振匹配电路Ⅳ的电容端连接，谐振匹配电路Ⅳ的电感端与群时延补偿电路Ⅱ的一端连接，群时延补偿电路Ⅱ的另一端与谐振匹配电路Ⅴ的电感端连接，谐振匹配电路Ⅴ的电容端与自均衡谐振电路Ⅲ的电容端、谐振匹配电路Ⅵ的电容端连接，谐振匹配电路Ⅵ的电感端与输出端连接。
进一步的，设置自均衡谐振电路Ⅰ～Ⅲ的传输零点，从而确定滤波器的中心频率。
进一步的，设置谐振匹配电路Ⅰ～Ⅵ的匹配值，调整滤波器的滤波性能。
进一步的，设置群时延补偿电路Ⅰ、Ⅱ的补偿值，调整通频带内群时延波动值。
进一步的，调节自均衡谐振电路Ⅰ～Ⅲ的传输零点与电阻值，降低滤波器的边带附近的群时延波动值。
本实施例公开的滤波器中心频率为720MHz，3dB带宽为197MHz，滤波器带外抑制大于50dBc，滤波器输入、输出带内回波损耗大于10dB。在通频带625MHz～822MHz内，群时延最小值为6.95ns，最大值为7.13ns，带内群时延波动值为0.18ns。
本发明一种带内超低群时延波动滤波器，由于采用了提出的电路结构，通过改变滤波器传输零点等，使得滤波器在保留良好的滤波性能的同时，在3dB通频带内群时延波动不会恶化。此外，具有体积小巧，易于调试且成本低廉的特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员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)

1.一种带内超低群时延波动滤波器，其特征在于：包括谐振匹配电路、自均衡谐振电路和群时延补偿电路；所述的自均衡谐振电路和群时延补偿电路交替并行排列，自均衡谐振电路与群时延补偿电路之间通过谐振匹配电路连接，滤波器输入、输出端口均与谐振匹配电路连接；
所述谐振匹配电路包括第一电感与第一电容，第一电感与第一电容串联组成；
所述自均衡谐振电路包括自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ，自均衡谐振单元Ⅰ包括第二、第三电感，第二、第三电容，第一电阻，第二电容、第二电感、第一电阻依次串联，第一电阻另一端接地；第三电容、第三电感依次串联，第三电感另一端接地；第二电容另一端与第三电容另一端连接；自均衡谐振单元Ⅱ包括第四、第五电感，第四、第五电容，第二电阻，第四电感、第四电容、第二电阻依次串联，第二电阻另一端接地；第五电感、第五电容依次串联，第五电感另一端接地；第四电容另一端与第五电容另一端连接，自均衡谐振单元Ⅰ与自均衡谐振单元Ⅱ在电容端并联；
所述群时延补偿电路包括第六、第七电感，第六、第七、第八电容，第七电感两端分别与第六、第七电容一端连接，第六、第七电容另一端与第八电容一端连接，第八电容另一端与第六电感一端连接，第六电感另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种带内超低群时延波动滤波器，其特征在于：所述第六电容、第七电容的电容值相同。
3.根据权利要求1所述的一种带内超低群时延波动滤波器，其特征在于：所述滤波器包含N个自均衡谐振电路，N-1个群时延补偿电路，2N个谐振匹配电路，所述N为滤波器阶数且N大于1。
4.根据权利要求3所述的一种带内超低群时延波动滤波器，其特征在于：所述滤波器的中心频率随着自均衡谐振电路的传输零点的变化而改变。
5.根据权利要求3或4中任一一项所述的一种带内超低群时延波动滤波器，其特征在于：所述滤波器的边带附近的群时延波动值随着自均衡谐振电路的传输零点以及电阻值的变化而改变。
6.根据权利要求3或4中任一一项所述的一种带内超低群时延波动滤波器，其特征在于：所述滤波器的中心频率附近的群时延波动值随着群时延补偿电路群时延波动值变化而改变。
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