CN113346861B - 一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，每两个第一四分之一波长传输线进行级联，形成两组内部具有连接点的传输线对；两个四分之一波长终端开路并联枝节线均各与一组传输线对的连接点连接，构成两组带阻支路；两个四分之一波长终端开路串联枝节线的两侧均各级联四分之一波长传输线，构成两组带通支路；两组带阻支路、两组带通支路依次首尾连接，组成闭环结构，环路主线上任意一点级联加入反相器；本发明可以有效降低阻带反射信号带来的影响，工作频率较高、适用于射频微波频段，同时具有较好的低通和高通的滤波特性，可调节带宽。

Description

一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器

技术领域

本发明属于滤波器领域，特别涉及一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器。

背景技术

滤波器是一种电子器件，广泛应用于各种电子系统中。该器件一般有两个端口，允许位于通频带内的电信号无损或低损通过，而禁止阻频带内的电信号在两个端口之间进行传输。

现有的滤波器一般为反射式的。根据能量守恒定律，输入端的输入电信号如位于通带内，则传输至输出端；当输入信号位于阻带内，则全反射至输入端，此时输出端无信号输出。如果反射信号功率较大，反射至输入端之后，会对之后的电路造成不确定的影响。无反射滤波器，顾名思义，无论在通带或是阻带，其输入端均无反射信号或很小，且不影响通带内的传输响应。传统的无反射滤波器一般利用电感、电容和电阻实现，在微波频段，器件的分布式效应较为严重，电感和电容的实现非常困难，相应的无反射滤波器难以实现，是一个技术难题。

发明内容

本发明目的：为解决现有无反射滤波器工作频率较低、不适用于射频微波频段的问题，本发明提出了一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器。

技术方案：本发明公开了一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、四个第一四分之一波长传输线、两个四分之一波长终端开路并联枝节线、四个第二四分之一波长传输线、两个四分之一波长终端开路串联枝节线和反相器；

每两个第一四分之一波长传输线进行级联，形成两组内部具有连接点的传输线对；两个四分之一波长终端开路并联枝节线均各与一组传输线对的连接点连接，构成第一带阻支路和第二带阻支路；在每个四分之一波长终端开路串联枝节线的两侧均各串联一个第二四分之一波长传输线，构成第一带通支路和第二带通支路；所述第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构的环路主线，所述反相器串联至环路主线上的任意位置；所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口依次与环路主线的四个公共点连接。

进一步的，为了使得各个支路结构对称，从而可以进行双向滤波，四个第一四分之一波长传输线的阻抗值相同，四个四分之一波长终端开路并联枝节线的阻抗值相同，四个第二四分之一波长传输线的阻抗值相同，两个四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值相同。

进一步的，为了将阻带反射信号完全消耗掉，带阻支路的滤波特性与带通支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。

进一步的，第一四分之一波长传输线、四个四分之一波长终端开路并联枝节线、第二四分之一波长传输线和四分之一波长终端开路串联枝节线的电长度的值为在构成的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长。

进一步的，四个四分之一波长终端开路并联枝节线和四分之一波长终端开路串联枝节线的电长度的值包括用于补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。

进一步的，第一端口、第二端口、第三端口、第四端口的阻抗值均为归一化1Ohm。

进一步的，通过调整第一四分之一波长传输线的阻抗值、四个四分之一波长终端开路并联枝节线的阻抗值、第二四分之一波长传输线的阻抗值和四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值，得到不同的通带带宽。

进一步的，由多个第一带阻支路进行串联构成第一低通支路，由多个第二带阻支路进行串联构成第二低通支路；由多个第一带通支路进行串联构成第一高通支路，由多个第二带通支路进行串联构成第二高通支路；

所述第一低通支路、第一高通支路、第二低通支路、第二高通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构的环路主线，所述反相器串联至环路主线上的任意位置；所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口依次与环路主线的四个公共点连接；

通过对第一四分之一波长传输线、四分之一波长终端开路并联枝节线、第二四分之一波长传输线和四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值进行调谐，实现滤波。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明通过搭建滤波特性完全互补的带阻支路与带通支路，任一端口对其相邻两端口的传输响应分别互补，可以有效降低阻带反射信号带来的影响；

(2)本发明的滤波器适用于频率变换及阻抗变换功能，以适合其他频率和传输响应的实现；

(3)本发明的滤波器工作频率较高、适用于射频微波频段，具有较好的带阻(低通)和带通(高通)的滤波特性；

(4)经过阻抗变换之后，滤波器可以适用于其他端口阻抗的场合；

(5)通过调整第一四分之一波长传输线、四个四分之一波长终端开路并联枝节线、第二四分之一波长传输线和四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值，能够得到不同的通带带宽；

(6)本发明的滤波器拓扑结构具有高阶拓展性，通过增加级数提高滤波器抑制水平。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明在第一四分之一波长传输线的阻抗值3Ohm、四分之一波长终端开路并联枝节线的阻抗值为0.328835Ohm、第二四分之一波长传输线的阻抗值为1.5Ohm、四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值为2.08578Ohm时，利用ADS软件计算的全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图3为本发明在第一四分之一波长传输线的阻抗值2Ohm、四分之一波长终端开路并联枝节线的阻抗值为0.585786Ohm、第二四分之一波长传输线的阻抗值为2Ohm、四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值为6.82842Ohm时，利用ADS软件计算的全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图4为本发明在第一四分之一波长传输线的阻抗值1.5Ohm、四分之一波长终端开路并联枝节线的阻抗值为1.07884Ohm、第二四分之一波长传输线的阻抗值为3Ohm、四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值为27.3694Ohm时，利用ADS软件计算的全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图5为本发明的基于多阶枝节的公比线的全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和实施例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1：

本实施例采用如图1所示的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，包括第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4、四个第一四分之一波长传输线5、两个四分之一波长终端开路并联枝节线6、四个第二四分之一波长传输线7、两个四分之一波长终端开路串联枝节线8和反相器9；在每个四分之一波长终端开路并联枝节线6的单侧级联两个第一四分之一波长传输线5，构成第一带阻支路、第二带阻支路，为方便理解，现将图1上部的带阻支路称为第一带阻支路，该第一带阻支路中两个第一四分之一波长传输线5串联，一个四分之一波长终端开路并联枝节线6的上端与两个第一四分之一波长传输线5的连接处连接；同理，图1下部的带阻支路称为第二带阻支路，第二带阻支路中两个第一四分之一波长传输线5串联，一个四分之一波长终端开路并联枝节线6的下端与两个第一四分之一波长传输线5的连接处连接。在每个四分之一波长终端开路串联枝节线8的两侧均各串联一个第二四分之一波长传输线7，构成第一带通支路和第二带通支路；第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构的环路主线，反相器9可与环路主线上的任意一点进行串联；第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4各与一个环路主线的公共点相连，确保每个端口1的两侧分别为一个带通支路和一个带阻支路，带阻支路用于进行低通滤波，带通支路用于进行高通滤波。

当各个支路结构对称时，得到的无反射滤波器可以进行双向滤波，因此本实施例的四个第一四分之一波长传输线5的阻抗值相同，四个四分之一波长终端开路并联枝节线6的阻抗值相同，四个第二四分之一波长传输线7的阻抗值相同，两个四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值相同，因此第一端口、第二端口、第三端口、第四端口均既可作为输出端口，也可作为输入端口。为了将阻带反射信号完全消耗掉，本实施例的带通支路的滤波特性与带阻支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。本实施例的任一端口对其相邻两端口的传输响应分别互补，如：低通和高通，带通和带阻。

本实施例的第一四分之一波长传输线5、四分之一波长终端开路并联枝节线6、第二四分之一波长传输线7、四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值为在一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长。其中，四分之一波长终端开路并联枝节线6、四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。本实施例的闭环结构对各元件的元件值的精度要求很高，因此本实施例通过软件计算得到各元件的元件值，具有高精度元件值的元件与本实施例提出的闭环结构进行结合，可以使滤波器得到近似的无反射滤波的效果；本实施例的第一端口1、第二端口2、第三端口3和第四端口4的阻抗值均为1Ohm，当第一四分之一波长传输线5、四分之一波长终端开路并联枝节线6、第二四分之一波长传输线7、四分之一波长终端开路串联枝节线8取不同值时，能够得到不同的通带带宽，且均可实现在全频段内的反射系数均为0，即满足无反射性能。在本实施例中，采用如下元件值：第一四分之一波长传输线5的阻抗值均为3Ohm，四分之一波长终端开路并联枝节线6的阻抗值均为0.328835Ohm，第二四分之一波长传输线7的阻抗值均为1.5Ohm，四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值均为2.08578Ohm。

在上述电路结构和元件值的基础上，本实施例将图1所示的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率设为1GHz，将第一端口1作为输入端口，其余三个端口作为输出端口，图1上部为第一带阻支路，下部为第二带阻支路，左侧为第一带通支路，右侧为第二带通支路，带阻支路进行低通滤波，带通支路进行高通滤波；反相器9与第二带通支路上部的第二四分之一波长传输线7的上端串联，反相器9的上端与第二端口2相连。

现利用ADS仿真软件，对本实施例的电路原理图进行模拟仿真，得到的S参数曲线如图2所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。从图2中可以看出，曲线S12呈现出带阻特性，曲线S13呈现出带通特性，即该滤波器同时具有带通和带阻两种滤波特性，且两种滤波特性效果较好。此外，可以看到S11所呈现的反射系数已经下降到-78dB左右，已经能够近似看作不存在反射，能够有效减小阻带反射信号带来的影响。

实施例2：

本实施例与实施例1的电路结构相同，即将图1所示的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率设为1GHz，将第一端口1作为输入端口，其余三个端口作为输出端口，图1上部为第一带阻支路，下部为第二带阻支路，左侧为第一带通支路，右侧为第二带通支路，带阻支路进行低通滤波，带通支路进行高通滤波；反相器9与第二带通支路上部的第二四分之一波长传输线7的上端串联，反相器9的上端与第二端口2相连。

但本实施例各元件的元件值为：第一四分之一波长传输线5的阻抗值分别为2Ohm，四分之一波长终端开路并联枝节线6的阻抗值分别为0.585786Ohm，第二四分之一波长传输线7的阻抗值分别为2Ohm，四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值分别为6.82842Ohm。

现利用ADS仿真软件，对本实施例的电路原理图进行模拟仿真，得到的S参数曲线如图3所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。反射系数已经下降到-124dB左右，可以近似看作不存在反射。

实施例3：

本实施例与实施例1的电路结构相同，即将图1所示的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率设为1GHz，将第一端口1作为输入端口，其余三个端口作为输出端口，图1上部为第一带阻支路，下部为第二带阻支路，左侧为第一带通支路，右侧为第二带通支路，带阻支路进行低通滤波，带通支路进行高通滤波；反相器9与第二带通支路上部的第二四分之一波长传输线7的上端串联，反相器9的上端与第二端口2相连。

但本实施例各元件的元件值为：第一四分之一波长传输线5的阻抗值分别为1.5Ohm，四分之一波长终端开路并联枝节线6的阻抗值分别为1.07884Ohm，第二四分之一波长传输线7的阻抗值分别为3Ohm，四分之一波长终端开路传输枝节线8的阻抗值分别为27.3694Ohm。

现利用ADS仿真软件，对本实施例的电路原理图进行模拟仿真，得到的S参数曲线如图4所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。反射系数已经下降到-112dB左右，可以近似看作不存在反射。

实施例4：

为了进一步提高带外抑制的深度和陡峭程度，可以增加滤波器阶数，因此本实施例提出了如图5所示的基于多阶枝节的公比线的全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，具体为：包括第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4、第一带阻支路、第二带阻支路、第一带通支路、第二带通支路和反相器9；第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构的环路主线，反相器9串联至环路主线上的任意位置；第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4依次与环路主线的四个公共点连接。

第一带阻支路和第二带阻支路结构相同，均由多个第一四分之一波长传输线5和多个四分之一波长终端开路并联枝节线6组成，具体结构为：多个第一四分之一波长传输线5进行两两级联，多个四分之一波长终端开路并联枝节线6依次顺序连接两个级联的第一四分之一波长传输线5的连接点。

第一带通支路、第二带通支路结构相同，均由多个第二四分之一波长传输线7将四分之一波长终端开路串联枝节线8进行两两串联组成。

通过对第一四分之一波长传输线5、四分之一波长终端开路并联枝节线6、第二四分之一波长传输线7和四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值进行调谐，可以得到更佳的滤波效果。

Claims (6)

1.一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，其特征在于：包括第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)、第一带阻支路、第二带阻支路、第一带通支路、第二带通支路和反相器(9)；所述第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构的环路主线，所述反相器(9)串联至环路主线上的任意位置；所述第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)依次与环路主线的四个公共点连接；

所述第一带阻支路和第二带阻支路结构相同，均由两个第一四分之一波长传输线(5)进行级联，一四分之一波长终端开路并联枝节线(6)接入两个第一四分之一波长传输线的连接点构成；

所述第一带通支路、第二带通支路结构相同，均由在四分之一波长终端开路串联枝节线(8)的两侧各串联一个第二四分之一波长传输线(7)构成。

2.根据权利要求1所述的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，其特征在于：四个第一四分之一波长传输线(5)的阻抗值相同，四个四分之一波长终端开路并联枝节线(6)的阻抗值相同，四个第二四分之一波长传输线(7)的阻抗值相同，两个四分之一波长终端开路串联枝节线(8)的阻抗值相同；

通过调整第一四分之一波长传输线(5)的阻抗值、四个四分之一波长终端开路并联枝节线(6)的阻抗值、第二四分之一波长传输线(7)的阻抗值和四分之一波长终端开路串联枝节线(8)的阻抗值，得到不同的通带带宽。

3.根据权利要求1所述的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，其特征在于：带阻支路的滤波特性与带通支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。

4.根据权利要求1所述的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，其特征在于：所述第一四分之一波长传输线(5)、四个四分之一波长终端开路并联枝节线(6)、第二四分之一波长传输线(7)和四分之一波长终端开路串联枝节线(8)的电长度的值为在构成的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长。

5.根据权利要求4所述的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，其特征在于：所述四个四分之一波长终端开路并联枝节线(6)和四分之一波长终端开路串联枝节线(8)的电长度的值包括用于补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种全开路枝节传输线带宽可调无反射滤波器，其特征在于：

由多个第一带阻支路进行串联构成第一低通支路，由多个第二带阻支路进行串联构成第二低通支路；由多个第一带通支路进行串联构成第一高通支路，由多个第二带通支路进行串联构成第二高通支路；

所述第一低通支路、第一高通支路、第二低通支路、第二高通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构的环路主线，所述反相器(9)串联至环路主线上的任意位置；所述第一端口(1)、第二端口(2)、第三端口(3)、第四端口(4)依次与环路主线的四个公共点连接；

通过对第一四分之一波长传输线(5)、四分之一波长终端开路并联枝节线(6)、第二四分之一波长传输线(7)和四分之一波长终端开路串联枝节线(8)的阻抗值进行调谐，实现滤波。

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