CN112886945A - 陷波滤波器与多频陷波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陷波滤波器与多频陷波滤波器。其包括至少一个陷波滤波单元；陷波滤波单元包括输入端口、输出端口、至少三个谐振器和至少一个感性元件；其中，谐振器包括至少两个第一谐振器和至少一个第二谐振器；第一谐振器串联于输入端口和输出端口之间，第二谐振器的第一端与相邻第一谐振器之间的连接点连接，第二谐振器的第二端与固定电位端连接，至少一个感性元件与第二谐振器并联。本发明根据谐振器本身的陷波特性，设计基于多个谐振器构成的陷波滤波单元不仅具有良好的陷波特性，还可以减小陷波滤波器的电路尺寸，提高对信号的抑制效果，减小陷波的损耗。

Description

陷波滤波器与多频陷波滤波器

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种陷波滤波器与多频陷波滤波器。

背景技术

随着通信技术的发展，对频谱利用率的要求越来越高，进而信息传输的过程中不同信息之间的传输频段间距越来越小。因此要求陷波滤波器具有更好的陷波特性，以满足信息传输的需求。

目前设计人员通常采用电容与电感等集总元件形成陷波滤波器或者采用微带线电路形成陷波滤波器，但是这两种滤波器的电路设计尺寸过大不能满足小型便携设备的应用要求。此外，电容与电感等集总元件形成的陷波滤波器或者微带线电路形成的陷波滤波器的品质因数较低，陷波产生的损耗会更高。

发明内容

本发明提供一种陷波滤波器与多频陷波滤波器，用以解决现有技术中陷波滤波器电路尺寸大的缺陷，使其可以满足小型便携设备的应用需求，提高陷波特性，减小陷波损耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种陷波滤波器，包括至少一个陷波滤波单元；陷波滤波单元包括输入端口、输出端口、至少三个谐振器和至少一个感性元件；其中，谐振器包括至少两个第一谐振器和至少一个第二谐振器；

第一谐振器串联于输入端口和输出端口之间，第二谐振器的第一端与相邻第一谐振器之间的连接点连接，第二谐振器的第二端与固定电位端连接，至少一个感性元件与第二谐振器并联。

进一步地，陷波滤波单元包括两个第一谐振器、一个第二谐振器和一个感性元件；

第一个第一谐振器的第一端与输入端口连接，第一个第一谐振器的第二端与第二个第一谐振器的第一端连接，第二个第一谐振器的第二端与输出端口连接，第二谐振器的第一端与第一个第一谐振器的第二端连接，第二谐振器的第二端与固定电位端连接，感性元件与第二谐振器并联。

进一步地，两个第一谐振器的串联谐振频率之差大于零且小于或等于第一个第一谐振器的陷波频宽。

进一步地，第二谐振器的串联谐振频率与第一个第一谐振频率的并联谐振频率之差小于或等于第一个第一谐振器的陷波频宽。

进一步地，陷波滤波器包括至少两个陷波滤波单元；相邻陷波滤波单元共用一个第一谐振器。

进一步地，感性元件的等效阻抗与第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗之和小于第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗。

进一步地，感性元件包括电感元件；

电感元件与第二谐振器并联。

进一步地，谐振器包括声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器中的一种或多种。

第二方面，本发明实施例还提供了一种多频陷波滤波器，包括实现如第一方面中任一项陷波滤波器，至少两个陷波滤波器串联连接。

进一步地，不同的陷波滤波器中的陷波滤波单元的数量相同或不同。

本发明实施例的技术方案，陷波滤波器包括至少一个陷波滤波单元。其中，陷波滤波单元包括的第一谐振器至少包括两个具有不同谐振频率特性的谐振器串联于输入端口和输出端口之间，并且可以根据陷波频宽的需求调节至少两个第一谐振器的谐振频率的交叠范围，从而可以提高陷波滤波单元的陷波频宽。第二谐振器，至少包括一个具有与第一谐振器不同谐振频率特性的谐振器，第二谐振器的第一端与相邻第一谐振器之间的连接点连接，第二谐振器的第二端与固定电位端连接，由此第二谐振器通过连接在第一谐振器之间，可以提高陷波滤波单元的抑制特性。感性元件与第二谐振器并联，可以调节至少三个谐振器连接电路的损耗值，也就是调节第一谐振器和第二谐振器连接电路的损耗值，使陷波滤波单元的损耗值减小。由此，本发明基于至少三个谐振器和电感构成的陷波滤波单元不仅可以根据谐振器的谐振频率设计适宜的频宽及抑制特性，还可以减小陷波滤波器的电路尺寸，减小陷波的损耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种陷波滤波器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种单一谐振器的性能示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三个谐振器连接的性能示意图；

图4为本发明实施例提供的单个陷波滤波单元的性能示意图；

图5为本发明实施例提供的一种陷波滤波单元谐振器的性能示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种陷波滤波器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的两种不同陷波滤波器的性能示意图；

图8为本发明实施例提供的一种多频陷波滤波器的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种多频陷波滤波器的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的图9多频陷波滤波器的性能示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种多频陷波滤波器的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的图11多频陷波滤波器的性能示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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陷波滤波器的结构示意图，图1为本发明实施例提供的一种陷波滤波器的结构示意图。如图1所示，该陷波滤波器包括至少一个陷波滤波单元；陷波滤波单元包括输入端口A、输出端口B、至少三个谐振器和至少一个感性元件130；其中，谐振器包括至少两个第一谐振器110和至少一个第二谐振器120；第一谐振器110串联于输入端口A和输出端口B之间，第二谐振器120的第一端与相邻第一谐振器110之间的连接点连接，第二谐振器120的第二端与固定电位端连接，至少一个感性元件130与第二谐振器120并联。

具体地，陷波滤波单元是可以在某一个频率段迅速衰减输入信号，以达到阻碍此段频率信号通过的带阻滤波器。其中，谐振器可以产生谐振频率，并且产生的谐振频率具有稳定性强，抗干扰性强的特点。目前谐振器被广泛应用于各种电子产品中用于频率的控制。图2为本发明实施例提供的一种单一谐振器的性能示意图，其中，横坐标为谐振器的频率，纵坐标为信号的插入损耗。曲线200为单一谐振器的性能曲线。由图可得，单一谐振器对其本身的响应就有陷波特性。由此本发明基于谐振器对其本身响应具有陷波特性，设计陷波滤波单元包括至少三个谐振器。至少三个谐振器可以分为两类：第一类为第一谐振器110，第一谐振器110至少包括两个具有不同谐振频率特性的谐振器串联于输入端口A和输出端口B之间，并且可以根据陷波频宽的需求调节至少两个第一谐振器110的谐振频率交叠范围，从而可以提高陷波滤波单元的陷波频宽。第二类为第二谐振器120，第二谐振器120至少包括一个具有与第一谐振器110不同谐振频率特性的谐振器，第二谐振器120的第一端与相邻第一谐振器110之间的连接点连接，第二谐振器120的第二端与固定电位端连接，由此第二谐振器120通过连接在第一谐振器110之间，可以提高陷波滤波单元的抑制特性。图3为本发明实施例提供的一种三个谐振器连接的性能示意图，其中，横坐标为谐振器的频率，纵坐标为信号的插入损耗。曲线301为三个谐振器连接的性能曲线。对比图2和图3可得，采用三个谐振器进一步改善了单一谐振器陷波的频宽和抑制效果。感性元件130与第二谐振器120并联，可以调节至少三个谐振器连接电路的损耗值，也就是调节第一谐振器110和第二谐振器120连接电路的损耗值，使陷波滤波单元的损耗值减小。图4为本发明实施例提供的单个陷波滤波单元的性能示意图，其中，横坐标为谐振器的频率，纵坐标为信号的插入损耗。曲线302为单个陷波滤波单元的性能曲线。对比图3和图4可得，感性元件130与第二谐振器120并联后，使陷波滤波单元的损耗值减小。由此，本发明基于至少三个谐振器和至少一个电感构成的陷波滤波单元不仅可以根据谐振器的谐振频率设计适宜的频宽及抑制特性，还可以减小陷波滤波器的电路尺寸，减小陷波的损耗。

示例性的，继续参考图1，陷波滤波单元包括两个第一谐振器110、一个第二谐振器120和一个感性元件130；第一个第一谐振器111的第一端与输入端口A连接，第一个第一谐振器111的第二端与第二个第一谐振器112的第一端连接，第二个第一谐振器112的第二端与输出端口B连接，第二谐振器120的第一端与第一个第一谐振器111的第二端连接，第二谐振器120的第二端与固定电位端连接，感性元件130与第二谐振器120并联。

具体地，陷波滤波单元包括的两个第一谐振器110串联在输入端口A和输出端口B之间。其中，第一个第一谐振器111的第一端与输入端口A连接，也就是输入端口A作为陷波滤波单元的输入端口；第二个第一谐振器112的第二端与输出端口B连接，也就是输出端口B作为陷波滤波单元的输出端口。陷波滤波单元包括的一个第二谐振器120的第一端与第一个第一谐振器111的第二端连接，第二谐振器120的第二端与固定电位端连接。其中，陷波滤波单元包括的两个第一谐振110器具有不同的谐振频率，并且可以根据陷波频宽的需求调节两个第一谐振器110的谐振频率交叠范围，从而可以提高陷波滤波单元的陷波频宽。陷波滤波单元包括的一个第二谐振器120通过连接在两个第一谐振器110之间，可以进一步提高陷波滤波单元的抑制特性。由此可知，由三个谐振器组成的T型结构电路组成的陷波滤波器，充分利用了谐振器的谐振频率特性，构成了具有良好陷波特性的陷波滤波器，可以实现在某一个频率段迅速衰减输入信号，达到阻碍此段频率信号通过的目的。陷波滤波单元还包括的感性元件130可以对电路进行调节，通过将感性元件130与第二谐振器120并联，使陷波滤波单元的损耗值减小，进一步优化了陷波滤波器的陷波特性。

可选地，两个第一谐振器的串联谐振频率之差大于零且小于或等于第一个第一谐振器的陷波频宽。

示例性地，图5为本发明实施例提供的一种陷波滤波单元谐振器的性能示意图。其中，横坐标为谐振器的频率，纵坐标为谐振器的阻抗值，曲线101为第一谐振器111的性能曲线，曲线102为第一谐振器112的性能曲线。每条谐振器的性能曲线的上极点P1表示谐振器的并联谐振频率，下极点P2表示谐振器的串联谐振频率。由图可得，第一谐振器111的串联谐振频率和第一谐振器112的串联频率很接近，进而两个第一谐振器的串联谐振频率之差大于零且小于或等于第一个第一谐振器111的陷波频宽，由此两个第一谐振器的串联谐振频率会部分交叠。当两个第一谐振器串联并且两个第一谐振器的串联谐振频率部分交叠，则两个第一谐振器的串联频率会并在一起，从而可以加宽陷波滤波单元的陷波频宽。

可选地，第二谐振器的串联谐振频率与第一个第一谐振频率的并联谐振频率之差小于或等于第一个第一谐振器的陷波频宽。

示例性地，继续参考图2，其中曲线201为第二谐振器120的性能曲线。由图可得，第二谐振器120的串联谐振频率接近第一谐振器111的并联谐振频率；并且第二谐振器120的串联谐振频率同时也接近第一谐振器112的并联谐振频率，所以第二谐振器120的串联谐振频率与第一个第一谐振频率的并联谐振频率之差小于或等于第一个第一谐振器111的陷波频宽。由此，第二谐振器120的串联谐振频率与两个第一谐振器的并联谐振频率接近，并且第二谐振器通过连接在第一谐振器之间，从而可以增强陷波滤波单元对信号的抑制效果。

图6为本发明实施例提供的另一种陷波滤波器的结构示意图，如图6所示，陷波滤波器包括至少两个陷波滤波单元；相邻陷波滤波单元共用一个第一谐振器112。

示例性的，陷波滤波器包括两个陷波滤波单元，两个陷波滤波单元共用一个第一谐振器112。其中陷波滤波器包括三个第一谐振器110，两个第二谐振器120和两个感性元件130，第一谐振器111、第一谐振器112和第一谐振器113串联于输入端口A和输出端口B之间，第二谐振器121的第一端与第一谐振器111的第二端连接，第二谐振器121的第二端接地，第二谐振器122的第一端与第一谐振器112的第二端连接，第二谐振器122的第二端接地，感性元件131与第二谐振器121并联，感性元件132与第二谐振器122并联。其中，可以根据陷波频宽的需求调节至少两个陷波滤波单元的谐振频率交叠范围，并将两个陷波滤波单元通过串联连接，使两个陷波滤波单元的谐振频率并在一起，从而可以进一步提高陷波滤波单元的陷波频宽。由此，由两个谐振频率接近的谐振器组成的陷波滤波器，充分利用了谐振器的陷波特性，构成了具有良好陷波特性的陷波滤波器，可以实现在某一个频率段迅速衰减输入信号，达到阻碍此段频率信号通过的目的，但是输入信号的损耗较大。针对这一缺陷，陷波滤波单元还包括的感性元件131和感性元件132可以对电路进行调节，通过将感性元件130与第二谐振器120并联，使陷波滤波单元的损耗值减小，进一步优化了陷波滤波器的陷波特性。

另外，通过多个陷波滤波单元组成的陷波滤波器比通过单个滤波单元组成的谐波滤波器的陷波频宽大。图7为本发明实施例提供的两种不同陷波滤波器的性能示意图。其中，横坐标为陷波滤波器的频率，纵坐标为信号的插入损耗。曲线302为单个滤波单元组成的陷波滤波器的性能曲线，曲线401为两个滤波单元组成的陷波滤波器的性能曲线，由图可得，由两个滤波单元组成的陷波滤波器比由单个滤波单元组成的陷波滤波器的滤波频宽范围大。

需要说明的是，陷波滤波器的陷波频宽范围是根据输入信号需要陷波的频宽来进行设定的，在其他实施例中，陷波滤波器可通过调节陷波滤波单元个数来调节陷波频宽。

可选地，感性元件的等效阻抗与第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗之和小于第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗。

其中，感性元件可以对电路进行调节，通过将感性元件与第二谐振器并联，使感性元件的等效阻抗去调节第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗的大小，使陷波滤波单元的整体阻抗值减小。由于感性元件与第二谐振器并联，根据欧姆定律可知，并联电路的阻值具有越并越小的特点，进而感性元件用于减小电路的总体电阻值。由此可知感性元件的等效阻抗与第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗之和小于第一谐振器和第二谐振器的等效阻抗，通过减小整体电路的等效电阻值，调节第一谐振器和第二谐振器连接电路的损耗值，使陷波滤波单元的损耗值减小。

示例性的，继续参考图3和图4，对比图3和图4可得，曲线301的损耗特性比曲线302的损耗特性大，陷波滤波单元未加入电感元件使陷波滤波单元的整体特性曲线向下平移，也就是损耗加大。所以感性元件可以对陷波滤波电路进行阻抗调节，使陷波滤波单元的整体阻抗值减小，进而使陷波滤波单元的损耗值减小。

可选地，感性元件包括电感元件；电感元件与第二谐振器并联。

其中，电感元件采用基于低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)和表面贴装器件技术制造的贴片电感元件组成陷波滤波器，可以减小陷波滤波器尺寸，满足手持式移动应用设备的需求。电感元件与第二谐振器并联，可以对陷波滤波电路进行阻抗调节，使陷波滤波单元的整体阻抗值减小，进而使陷波滤波单元的损耗值减小。

可选地，谐振器包括声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器中的一种或多种。

其中，声表面波谐振器(surface acoustic wave，SAW)主要是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器将电波的输入讯号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的讯号，以达到过滤不必要的讯号及杂讯，提升收讯品质的目标。声表面波谐振器，比传统的LC滤波器安装更简单、体积更小。体声波谐振器中的声波以垂直方式传播，通过将声波能量存储在压电材料中，可以实现非常高的品质，从而转换成带外衰减大且极具竞争性的器件。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)，具有较高Q值和易实现微型化等特点。声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器均具有体积小、成本低且Q因子高的特点，并且能够满足高度特定和高性能的滤波要求。声表面波谐振器适用于较低频率(最高2.7GHz)，体声波谐振器和薄膜腔声谐振器则适用于较高频率(2.7GHz-6GHz)。

图8为本发明实施例提供的一种多频陷波滤波器的结构示意图，如图8所示，包括实现上述实施例中任一项陷波滤波器100，至少两个陷波滤波器100串联连接。

多频陷波滤波器包括本发明任意实施例提供的陷波滤波器，因此具有本发明实施例提供的陷波滤波器的有益效果，此处不再赘述。

可选地，不同的陷波滤波器中的陷波滤波单元的数量相同或不同。

示例性的，图9为本发明实施例提供的另一种多频陷波滤波器的结构示意图；其中多频陷波滤波器是由两个包括单个陷波滤波单元的陷波滤波器串联连接构成，需要注意的是多频陷波滤波器五个谐振器的谐振频率不同。图10为本发明实施例提供的图9多频陷波滤波器的性能示意图；其中，横坐标为多频陷波滤波器的频率，纵坐标为信号的插入损耗，曲线501为图9多频陷波滤波器的性能曲线，由图可得，多频陷波滤波器的陷波频率为3.2和4.9左右。

示例性的，图11为本发明实施例提供的另一种多频陷波滤波器的结构示意图；其中多频陷波滤波器是由一个包括单个陷波滤波单元的陷波滤波器和一个包括两个陷波滤波单元的陷波滤波器串联连接构成，需要注意的是多频陷波滤波器的八个谐振器的谐振频率不同。图12为本发明实施例提供的图11多频陷波滤波器的性能示意图；其中，横坐标为多频陷波滤波器的频率，纵坐标为信号的插入损耗，曲线502为图11多频陷波滤波器的性能曲线，由图可得，多频陷波滤波器的陷波频率为3.2和4.9左右。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种陷波滤波器，其特征在于，包括至少一个陷波滤波单元；所述陷波滤波单元包括输入端口、输出端口、至少三个谐振器和至少一个感性元件；其中，所述谐振器包括至少两个第一谐振器和至少一个第二谐振器；

所述第一谐振器串联于所述输入端口和所述输出端口之间，所述第二谐振器的第一端与相邻所述第一谐振器之间的连接点连接，所述第二谐振器的第二端与固定电位端连接，至少一个所述感性元件与所述第二谐振器并联。

2.根据权利要求1所述的陷波滤波器，其特征在于，所述陷波滤波单元包括两个所述第一谐振器、一个所述第二谐振器和一个所述感性元件；

第一个所述第一谐振器的第一端与所述输入端口连接，第一个所述第一谐振器的第二端与第二个所述第一谐振器的第一端连接，第二个所述第一谐振器的第二端与所述输出端口连接，所述第二谐振器的第一端与第一个所述第一谐振器的第二端连接，所述第二谐振器的第二端与固定电位端连接，所述感性元件与所述第二谐振器并联。

3.根据权利要求2所述的陷波滤波器，其特征在于，两个所述第一谐振器的串联谐振频率之差大于零且小于或等于第一个所述第一谐振器的陷波频宽。

4.根据权利要求3所述的陷波滤波器，其特征在于，所述第二谐振器的串联谐振频率与第一个所述第一谐振频率的并联谐振频率之差小于或等于第一个所述第一谐振器的陷波频宽。

5.根据权利要求2所述的陷波滤波器，其特征在于，所述陷波滤波器包括至少两个所述陷波滤波单元；相邻所述陷波滤波单元共用一个所述第一谐振器。

6.根据权利要求2所述的陷波滤波器，其特征在于，所述感性元件的等效阻抗与所述第一谐振器和所述第二谐振器的等效阻抗之和小于所述第一谐振器和所述第二谐振器的等效阻抗。

7.根据权利要求6所述的陷波滤波器，其特征在于，所述感性元件包括电感元件；

所述电感元件与所述第二谐振器并联。

8.根据权利要求6所述的陷波滤波器，其特征在于，所述谐振器包括声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器中的一种或多种。

9.一种多频陷波滤波器，其特征在于，包括至少两个权利要求1-8任一项所述陷波滤波器，至少两个所述陷波滤波器串联连接。

10.根据权利要求9所述的多频陷波滤波器，其特征在于，不同的所述陷波滤波器中的陷波滤波单元的数量相同或不同。

Images