CN1132004A - 具有可调整分路零点的滤波器 - Google Patents

Abstract

具有一个可调整分路零点的滤波器(102)。该滤波器(102)具有一个预定的通带和阻带、一个输入端(104)和一个输出端(106)、以及一个可变电抗元件(108)，用以调整最大衰减阻带频率，该阻带频率限定为一个分路零点，它与滤波器(102)输入端(104)和输出端(106)的至少一个相连接，借此，可在一个频率范围内调整该分路零点的位置。

Description

具有可调整分路零点的滤波器

本发明涉及滤波器，具体涉及具有可调整分路零点的滤波器。

众所周知，滤波器对于一个特定频率范围以外的频率提供信号衰减，而对于所关心的该频率范围之内的频率没什么信号衰减。众所还周知，这些滤波器可以用陶瓷材料来制造，在其内形成有一个或多个谐振器。陶瓷滤波器可以建造成为例如低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器。

对于带通滤波器，通带范围以一个特定频率为中心，具有相当窄的通带区，在该区内对信号没什么衰减。虽然，这种类型的带通滤波器可在一些应用中良好地工作，但当需要较宽通带区或要求特殊的环境或特性时，它可能工作不良。

阻塞滤波器(block filter)通常在一个梳状线(combline)设计的不接地端的外表面(顶面)上采用一种电极图形(electroded pat-tern)。这种图形对梳状线滤波器起加载和缩短谐振器的作用。这种图形有助于限定谐振器之间的耦合，并能限定传输零点的频率。

这些顶部金属化图形通常是丝网印刷在陶瓷块上的。为了制造的目的，许多阻塞滤波器含有刻槽的谐振器通孔设计，以便于对陶瓷块本身内部限定的电容加载和耦合的处理过程。顶部刻槽有助于限定小区间(intercell)的耦合，又有助于限定滤波器响应中传输零点的位置。这种类型的设计通常给出具有一个低侧零点的响应。为了得到一个高侧传输零点响应，例如可在陶瓷阻塞滤波器的接地端(低部)设置刻槽通孔。因此，高零点响应的陶瓷滤波器通常会在介质块的两端带有刻槽。鉴于生产工具的要求和精密的容差，双刻槽滤波器是难以制造的。

能容易制造的、用以控制和调整频率响应的滤波器，最好具有一个频率可调的分路零点，以衰减不需要的信号，从而改善滤波器的性能，这可以认为是滤波器特别是陶瓷滤波器的一种改进。

在双工电信设备诸如蜂窝电话中，一般指配两个频率范围，一个用于发送，一个用于接收。这两个频率范围的每一个再细分成许多较小的频率范围，称作信道，如图1所示。这种设备中的带通滤波器应制作得能让(以最小的衰减)整个发送或接收频率范围通过，而分别地衰减整个接收或发送频率范围，即使该装置在任一给定的时间上在每一个频率范围内只应用单个信道也应如此。与运用在仅少量信道上、具有等效性能的滤波器相比较，这类滤波器尺寸必然较大。

一个滤波器的带宽可以为专门的通带要求而设计。通常，通带越狭窄，插入损耗越低，而插入损耗是一个重要的电参数。然而，较宽的带宽会降低滤波器对于不需要频率进行衰减的能力，不需要频率通常称为拒斥频率。如下文将要详述的，在不需要信号的频率上将一个分路零点加到传输函数中，能有效地改善滤波器的性能。

可大量生产的和动态可调谐(或动态可调整)的通过衰减不需要信号来修正频率响应的滤波器，能改善所希望的滤波器性能，并可被认为是一种改进的滤波器。

图1示出通常配合通信装置尤其是配合蜂窝电话使用的一种典型的频率响应，图中示出了一个发送通带和一个接收通带。

图2示出按照本发明、具有一个可调整分路零点的陶瓷滤波器放大的透视图。

图3示出按照本发明的、图2所示滤波器的等效电路图。

图4示出按照本发明的另一个实施例的局部等效电路。

图5示出按照本发明的、图4所示具有一个可调整零点的陶瓷滤波器放大的透视图。

图6示出按照本发明的、图2和图3所示滤波器的频率响应。

图2和图3示出了具有一个可调整分路零点的滤波器10和等效电路图100。这种滤波器的频率响应可以动态地调整如图6中所示。更具体地说，图6示出了可让所希望频率通过的通带和在该通带高侧的一个阻带或传输零点，而零点位置是可动态地调整的。

更详细地说，滤波器10包含一个由一块介质材料组成的陶瓷滤波器12、顶部14、底部16、左侧部18、前侧部20、右侧部22和后侧部24。陶瓷滤波器12具有多个通孔，它们从顶部表面14延伸到底部表面16，它们限定谐振器。通孔分别包括第一、第二、第三和第四通孔26、27、28和29，它们基本上镀敷导电材料，每个通孔连接到底部16的金属化膜上。表面16、18、20、22和24基本上覆盖有导电材料，它们限定金属化的外层，但除了顶部表面14以外，顶部表面14实际上不镀敷，而由介质材料构成。此外，前侧部20的一部分实际上不镀敷，而由介质材料构成，它限定出不镀敷的区域34和38，它们分别围绕在输入—输出衬垫32和36的周围。

在顶部表面14上，第一、第二和第三金属化图形40、42和44分别连接到第一、第二和第三通孔26、27和28中的金属化膜上，以提供出由通孔和金属化膜形成的四分之一波长谐振器的电容性负载。在顶部表面14上的线条46和48也被金属化，它们连接到前侧部20和后侧部24上。这种结构明显地影响分别由通孔26和27以及27和28形成的谐振器之间的电磁耦合。

顶部表面14还包含有第一衬垫32的顶段50和第二衬垫36的顶段52，顶端52具有左段54和右段56。

顶段50在输入/输出衬垫32与由通孔26形成的谐振器之间提供容性耦合。顶段52将顶段54和56电气连接到第二衬垫36。左段54在衬垫36与由通孔28形成的谐振器之间提供容性耦合。同样，右段56在衬垫36与由通孔29形成的谐振器之间提供容性耦合。

在陶瓷滤波器12的顶部表面14上安装一个可变电抗元件58，如图所示，它包括与第四通孔29连接的第一连接部60、与右侧部22连接的第二连接部62和一个控制信号输入端64。

图2和图3的滤波器10和等效电路100包含一个可变电抗元件58和108，它们可以用来分别动态地调整由通孔29和金属化的可变电抗元件58和108以及金属化图形56、60和62(154、152和108)组成的谐振器的谐振频率。这个谐振器可设计得可在滤波器最小衰减(通带)频带上或下的频率工作。它提供出一个增加衰减的深的陷波(分路零点)，它的中心频率通过调整图2和图3中加给输入端64或109上的控制信号、利用该控制信号对可变电抗元件的作用、可以动态地调整。

在优选实施例中，根据上述的道理，一个高侧的分路零点可以调整，用以衰减通带之上的不需要的信号。本领域的技术人员应理解，在某些应用中，设有一个可调整的低侧分路零点是有益的，这在本发明的范围之内。

图3以标号100示出具有一个可调整分路零点的滤波器的等效电路图。电路100包括一个滤波器102，它含有一个输入节点104和一个输出节点106，输出节点106连接到可变电抗元件108上，用以调整最大衰减阻带频率或者零点，该电抗元件108与滤波器102的输入节点104和输出节点106的至少一个相连接，借此，分路零点可以在频率范围内调整。在优选实施例中，滤波器10或102实质上具有如图6中所示的预定的通带和阻带。

更详细地说，可变电抗元件108含有一个控制信号输入端109，用以改变可变电抗元件108的电抗。可变电抗元件108的电抗可在宽范围内变化。在优选实施例中，可变电抗元件含有一个压控小电容器(compacitor)，它具有几个希望有的特性，例如高的品质因数或“Q”值、宽的电容量变化范围、窄的控制电压范围和小的尺寸。

第一输入电容器110连接在输入节点104与地之间。第二输入电容器112连接在输入节点104与第一谐振器节点114之间。图中所示的第一谐振器116连接在第一谐振器节点114与地之间，它含有电容元件118和电感元件120。

类似地，图中示出了第二和第三谐振器节点122和130。图中所示的第二谐振器124连接在第二谐振器节点122与地之间，它含有电容元件126和电感元件128。又，第三谐振器132含有电容元件134和电感元件136，它并联连接在第三谐振器节点130与地之间。

如图3所示，在第一和第二谐振器节点114与122之间连接有并联的电容元件138和电感元件140。类似地，在第二和第三谐振器节点122与130之间连接有并联的电容元件142和电感元件144。电感元件140和144在谐振器116与124之间及124与132之间分别呈现电磁耦合，这种电磁耦合的存在是由于通孔26与27及27与28分别紧密靠近的缘故。电容元件138和142分别代表在金属化衬垫40与42及42与44之间形成的电容。图2中的金属化线条或图形46和48明显地改变电容元件138和142的值，以产生出所希望的频率响应。

第一输出电容器146连接在输出节点106与地之间，第二输出电容器148连接在输出节点106与第三谐振器节点130之间。第三输出电容器156连接在输出节点106与并联谐振电路150之间。第三输出电容器156将输出节点106耦合到可变电抗元件108上。电容器146被限定为图2中前侧部20上的输出(第二)衬垫36与金属化层30之间的电容。电容器148是图2中顶部表面14上的左段54与第三金属化图形44之间的电容。电容器156是右段56与通孔29中金属化之间的电容。这些电容器的电容量选择得提供出所希望的频率响应。

参考图3，并联谐振电路(或装置)150连接在输出节点106与地之间，含有并联的电容元件152和电感元件154。可变电抗元件108具有控制信号输入端109，在并联谐振电路150两端提供一个可变电容。可变电抗元件108能提供可变的频率响应，如图6所示，实际可动态调整。例如，图6以实线示出具有至少一个分路零点的带通滤波器的典型的频率响应。当适当地调整控制信号输入109以增大可变电抗元件108的电容量时，可以得到作为例1的以虚线所示的新的频率响应。当使可变电抗元件108的电容量减小时，如例2所示，频率响应(或分路零点)能移至图6中典型频率响应的右面。

动态地调整分路零点频率(或最大衰减频率)的能力可得到显著的重量减轻和尺寸最小化，从而允许使用实体上较小的滤波器。此外，它有利于获得可将传输零点精确地放置在所希望位置上的能力。如果需要在一个大的带宽范围上借助分路零点提供最大衰减，则必需用具有较多谐振器的较大的滤波器。因目前大部分的电信设备在任一给定时间内仅在一个信道上操作，故具有一个可调整分路零点的较小的滤波器将是有益的，而当应用的信道改变时，最大衰减频率(传输零点)也能改变，借此，可在所希望的操作频率上提供出充分的衰减。

另一种可替代的方案是，可变电抗元件108可以连接在输入节点104与地之间，以得到类似于图6所示的频率响应。将可变电抗元件108连接在输入端上，实际上类似于在所希望的输出端得到同样的结果。

另一种可替代的方案是，一个可变电抗元件可以连接在输入节点上，而第二可变电抗元件可以连接到输出节点106上。这可以在动态频率调整中得到更大的最大衰减，或者在两个独立可调整的最大衰减点上根据需要得到一个更大的最大衰减。

在任一情况下，优选实施例是将可变电抗元件108通过图3的电容器156连接在输出节点106与地之间，因而可以得到在输入端口(节点)上有稳定输入相位的小型或便携式滤波器，当调整电抗元件108的电抗值时，对输出端口(节点)上反射系数的影响极小。

更详细地说，在优选实施例中，滤波器102含有一个并联谐振电路150和与之并联的可变电抗元件108，鉴于上述的道理，连接在电容器156与地之间。

可变电抗元件108可以在宽的范围内变化。例如，可变电抗元件108可以包含一个变容二极管或压控可变电容器等等。在优选实施例中，可变电抗元件108含有一个压控可变电容器(VVC)，它具有高的品质因数(Q)、小的尺寸、大的电容范围及小输入信号的要求。优选的VVC含有一个三端的半导体装置，在其中的两个端子之间呈现出可在最小值与最大值之间变化的电容范围。其电容量是第三端子上所加电压的一个函数。

参看图4，以标号160示出本发明的滤波器10另一个实施例的局部电路图。在此实施例中，所示的可变电抗元件162具有一个控制信号输入端164和一个与之串联的谐振电路166，位于输出节点106与地之间。

在一个实施例中，图4的并联谐振电路166鉴于这里详述的理由，含有一个压控可变电容器152。

图5示出另一个实施例的具有一个可调整分路零点的滤波器180，它对应于图4中所示的电路图。这个实施例实际上类似于结合图2所述的滤波器，只是与图4和图5所示的结构上不同而已。

图5示出一个可变电抗元件182，耦合在图4的输出节点106与谐振电路166之间(以局部透视图画出，因而表示得与金属化图形很邻近)。更具体地说，可变电抗元件182含有第一连接部分184，直接连接到第二衬垫36的顶部表面52，和第二连接部分186，连接到右段56上。图5还示出一个控制信号输入衬垫188连接到可变电抗元件182上，用以接收信号，来调整分路零点。图中还示出一个金属化图形190，连接到第四通孔29上，提供所希望的频率响应。在图4和图5所示的实施例中，应当注意，顶段52是不连续的，或者说，它不使左段和右段54和56连接在一起。可变电抗元件182连接在左段54与右段56之间。

这个实施例在工作上表现出与图3所示的实施例稍有不同，因为这里的可变电抗元件直接连接在输出节点106上。当电抗值改变时，节点106上的阻抗变化，这种阻抗变化可能是希望的也可能是不希望的，这取决于在输出节点106上与滤波器102连接的外部装置或电路。图2至图5所示的滤波器包含三个调谐的谐振器。本领域的技术人员应理解，根据希望的频率响应和应用，滤波器12可以包含两个调谐的谐振器，例如第一和第二谐振器116和124，它们一端接地，另一端如图3所示耦合电信号，或者，可以有三个以上调谐的谐振器。

然而，鉴于这里提出的一些道理，优选实施例是一个三谐振器结构，如图2所示。

如图2所示和上文的讨论，在第一与第二节点114和122之间和在第二与第三节点122和130之间的电耦合是依靠合适地放置谐振器和金属化图形40、42与44来实现的。另一种可替代的方案是，如果需要，电耦合可由一个考虑周到的网络来提供。

在一个实施例中，输出节点106通过可变电抗元件162连接到一个调谐的谐振器上，例如图4的谐振电路166。更具体地说，鉴于上文所讨论的理由，这些单元串联在输出节点106与地之间。

在一个实施例中，滤波器102的输入端104或输出端106，或是这两者，可以容性地耦合到可变电抗元件上，用以修改所希望的频率响应。

虽然业已参照某些优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员可以作出无数的修改和变动，而不偏离本发明的新颖精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有可调整分路零点的滤波器，其特征在于，包含：

(a)一个滤波器，具有预定通带和阻带，并含有一个输入端和一个输出端；

(b)一个可变电抗元件，用以调整定义为一个分路零点的最大衰减阻带频率，它与上述的滤波器输入端和输出端的至少一个相连接，借此，该分路零点可在一个频率范围内调整。

2.权利要求1的滤波器，其特征在于，该滤波器还包含一个并联谐振电路，所述的可变电抗元件与之并联连接在所述的输出端与地之间。

3.权利要求1的滤波器，其特征在于，所述的可变电抗元件包含至少一个压控可变电容器，该压控可变电容器包含一个控制输入端和一个变容二极管。

4.权利要求1的滤波器，其特征在于，所述的可变电抗元件包含一个压控可变电容器和一个由电感元件和电容元件组成的并联谐振电路，压控可变电容器连接到滤波器的输入端或输出端上，并联谐振电路连接在压控可变电容器与地之间。

5.权利要求4的滤波器，其特征在于，所述的可变电抗元件是一个压控可变电容器或是变容二极管。

6.权利要求1的滤波器，其特征在于，该滤波器包含至少两个调谐的谐振器，其一端接地、另一端耦合电信号。

7.权利要求1的滤波器，其特征在于，至少有三个调谐谐振器，其一端接地、另一端耦合电信号。

8.权利要求1的滤波器，其特征在于，所述的输入端和输出端的每一个与至少一个调谐的谐振器容性耦合。

9.权利要求1的滤波器，其特征在于，该滤波器的输出端通过该可变电抗元件与一个并联谐振电路相连接。

10.权利要求1的滤波器，其特征在于，该滤波器的输出端通过一个压控可变电容器与一个调谐的谐振器相连接。

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