CN115473019A - 一种任意通道数量可重构的滤波功分器及射频前端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种任意通道数量可重构的滤波功分器及射频前端，包括：该可重构滤波功分器包括输入馈电线、谐振器及输出馈电线；通过在输出馈电线上设置多个开关电路，可以用来调控输出馈电线与谐振器之间的耦合强度，即输出端的外部品质因数，使得当可重构滤波功分器工作在任意的输出通道数量时，都能实现输入端口的良好匹配性能；由于无需使用额外的可重构匹配网络，减小了电路尺寸，避免了可重构匹配网络带来的损耗，实现了低损耗和良好的滤波性能；本发明能够解决现有技术的通道数量可重构滤波功分器的尺寸大、损耗高的问题。

Description

一种任意通道数量可重构的滤波功分器及射频前端
技术领域
本发明涉及射频技术领域，特别涉及一种任意通道数量可重构的滤波功分器及射频前端。
背景技术
通道数量可重构的滤波功分器在可重构射频前端系统中具有重要应用价值。例如，使用通道数量可重构的滤波功分器作为可重构射频系统的天线阵列馈电网络，可以实现天线阵列波束或辐射区域的可重构。
为了实现通道数量可重构的滤波功分器，常用的方法是使用二极管或晶体管将滤波功分器的输出通道关断，并通过采用额外的可重构或可开关匹配网络，使得滤波功分器在不同通道数量的工作状态下都可以实现输入端口的匹配；然而采用额外的可重构匹配网络，不仅增加了电路的整体体积，还增加了电路的损耗，影响了射频前端系统的整体功耗，降低效率。另外，也有文献报道了使用可重构阻抗变换器(K变换器)来搭建功分器，通过控制每个可重构K变换器的阻抗变换比，实现工作在不同通道下的端口匹配，然而该方法仅实现了功分器的输出端口数量可重构，没有集成滤波功能。实现集成滤波功能，且无需额外可重构匹配网络的任意通道数量可重构滤波功分器仍是一项挑战。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种任意通道数量可重构的滤波功分器及射频前端。本发明能够解决现有技术中需要采用额外可重构匹配网络带来的电路尺寸大和损耗高等问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种任意通道数量可重构的滤波功分器，包括：输入馈电线、输出馈电线及谐振器，所述输入馈电线与输入端口连接，输出馈电线与输出端口连接；
所述谐振器包括N个，相邻谐振器相互靠近形成耦合；
所述输出馈电线为多条，分别与主耦合路径中的最后一个谐振器相互靠近形成耦合，所述输入馈电线与第一谐振器相互靠近形成耦合；
每条输出馈电线上设置多个开关电路，其中一个开关电路设置在输出馈电线上，且在Y轴上位于输出端口与耦合区域之间，用于控制输出滤波器通道的打开和关闭，所述耦合区域是指输出馈电线与谐振器耦合之间区域，
其它开关电路设置在输出馈电线的末端，用于调控该滤波通道输出馈电线与形成耦合的谐振器之间的耦合强度。
进一步，谐振器包括两个，分别为第一谐振器及第二谐振器，所述第二谐振器位于第一谐振器的下方，所述输出馈电线包括四条，均与第二谐振器靠近形成耦合，
进一步，N个谐振器的谐振频率均为滤波功分器的工作频率，所述谐振器具体为两端短路接地的半波长谐振器。
进一步，所述输入馈电线的两端短路接地，输入端口设置在输入馈电线的中间位置，输入馈电线的两端分别与第一谐振器的两端对称耦合。
进一步，所述输出馈电线的一端短路接地，另一端连接输出端口。
进一步，所述开关电路包括二极管、电感和电容，所述二极管和电容串联接地，电感设置在二极管和电容之间。
进一步，所述滤波功分器为左右对称结构，具体为：第一、第二输出馈电线放置在整个结构的一侧位置，第三、第四输出馈电线放置在整个结构的另一侧位，输入馈电线和第一谐振器放置在整个结构的中间部位，第二谐振器从左到右放置。
进一步，所述开关电路的个数与输出馈电线的数量相同。
一种射频前端，包括所述的滤波功分器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明无需额外的可重构阻抗匹配网络就可以实现工作在任意输出通道数量情况下的输入端口阻抗匹配，对比采用可重构阻抗匹配网络的设计，减小了尺寸和损耗。
(2)相比无滤波功能的可重构功分器需要通过级联独立的滤波器来实现滤波功能，本发明还实现了滤波功能，避免了与滤波器级联带来的阻抗失配和尺寸增大问题。
附图说明
图1为任意通道数量可重构的滤波功分器的结构示意图；
图2为本发明滤波功分器工作在1个输出通道时的仿真与测试结果示意图；
图3为本发明滤波功分器工作在2个输出通道时的仿真与测试结果示意图；
图4为本发明滤波功分器工作在3个输出通道时的仿真与测试结果示意图；
图5为本发明滤波功分器工作在4个输出通道时的仿真与测试结果示意图；
图6为本发明滤波功分器工作所有输出通道都关闭时的仿真与测试结果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本领域人员可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种结构，但这些结构不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个结构与另一个结构的区分。
实施例1
如图1所示，一种任意通道数量可重构的滤波功分器，该滤波功分器为左右对称结构，本实施例中滤波功分器包括两个谐振器及四条输出馈电线。具体包括输入馈电线3、第一谐振器1、第二谐振器2、第一输出馈电线4、第二输出馈电线5、第三输出馈电线6、第四输出馈电线7。输入馈电线3与输入端口P1连接，所述第一输出馈电线4、第二输出馈电线5、第三输出馈电线6及第四输出馈电线7分别与输出端口P2、输出端口P3、输出端口P4及输出端口P5连接。
所述输入馈电线3与第一谐振器1相互靠近形成耦合，第一谐振器1与第二谐振器2相互靠近形成耦合，第二谐振器2与第一、第二、第三、第四输出馈电线相互靠近形成耦合。
具体地：该滤波功分器为左右对称结构，第一、第二输出馈电线放置在整个结构的左边部位，第三、第四输出馈电线放置在整个结构的右边部位，输入馈电线和第一谐振器放置在整个结构的中间部位，第二谐振器从左到右放置。
本实施例中，第一谐振器1为一边缺口的方形，第二谐振器2为一条从左至右的直线，所述第一输出馈电线4及第三输出馈电线6位于第二谐振器的上方，所述第二输出馈电线5及第四输出馈电线7位于第二谐振器2的下方。
本实施例中第一谐振器1及第二谐振器2为两端都短路接地的半波长谐振器。
当谐振器为N个时，第二……第N个谐振器可依次设置在第一谐振器的上方，相邻谐振器之间存在耦合，谐振器的形状不限，其谐振频率满足工作频率。
并且，所有输出馈电线均与主耦合路径中的最后一个谐振器靠近形成耦合。
另外，本实施例可重构的滤波功分器也可以为非对称结构。
具体地，输入馈电线3的的两端短路接地，输入端口P1设置在输入馈电线的中间位置，输入馈电线3的两端分别与第一谐振器1的两端对称耦合，用来实现对二次谐波的抑制，从而实现宽阻带效果。
本实施例中，所述输出馈电线的一端短路接地，另一端连接输出端口。所述输出馈电线上连接有多个开关电路9，10，11，12；其中一个开关电路12设置在输出端口到输出馈电线与第二谐振器耦合区域之间的位置，用来控制该输出馈电线所在的输出滤波器通道的打开和关闭状态；其余的开关电路依次设置在靠近输出馈电线末端的位置，通过打开不同的开关电路来调控该滤波通道中输出馈电线与第二谐振器之间的耦合强度，即外部品质因数，实现滤波功分器工作在任意输出通道数时的输入端口均具有良好的匹配效果。
所述开关电路包括二极管、电感和电容；二极管和电容串联接地，电感设置在二极管和电容之间。
具体地，开关电路9和开关电路10设置在输出馈电线的一侧，开关电路11设置在输出馈电线的另一侧。
任意通道数量可重构的滤波功分器，可以使用更多的谐振器与第一、第二谐振器耦合，实现高阶滤波响应，增大带宽或提升选择性；可以使用更多的输出馈电线与第二谐振器耦合，并在输出馈电线上设置更多的开关电路，实现具有更多输出通道可重构的滤波功分器。
另外需要说明：每个输出馈电线上连接的开关电路的数量与输出馈电线的数量相同。
本发明通过控制输入馈电线与任意一个输出馈电线构成任意通道可重构的滤波功分器。
为了更好的体现本申请实施例提供的任意通道数量可重构的滤波功分器的效果，图2至图6给出了不同通道数量情况下的仿真与测试结果，可以看到该可重构滤波功分器工作在1至4个输出通道情况下，通带中心频率为1.8GHz，3dB带宽保持在15.8％-16.4％之间，损耗小于1.43dB,实现了低损耗、良好的滤波响应及不同通道情况下带宽的良好一致性；在不同通道的工作情况下，输入端口的匹配均优于15dB，说明在无额外可重构匹配网络的情况下实现了各工作状态下的良好匹配；另外，高于28.8dB的阻带抑制效果可以达到5.5GHz，即3.1倍中心频率，实现了宽阻带效果；当所有通道都关闭时，隔离优于37.5dB，实现了高隔离效果。
本发明通过在输出馈电线上设置多个开关电路，可以用来调控输出馈电线与谐振器之间的耦合强度，即输出端的外部品质因数，使得当可重构滤波功分器工作在任意的输出通道数量时，都能实现输入端口的良好匹配性能；由于无需使用额外的可重构匹配网络，减小了电路尺寸，避免了可重构匹配网络带来的损耗，实现了低损耗和良好的滤波性能；本发明能够解决现有技术的通道数量可重构滤波功分器的尺寸大、损耗高的问题。
综上所述，本申请实施例提供的任意通道数量可重构的滤波功分器，具有无需额外可重构匹配网络、低损耗、宽阻带等优点。
实施例2
一种射频前端，包括实施例1所述的任意通道数量可重构的滤波功分器。
所述任意通道数量可重构的滤波功分器，包括：输入馈电线、输出馈电线及谐振器，所述输入馈电线与输入端口连接，输出馈电线与输出端口连接；
所述谐振器包括N个，相邻谐振器相互靠近形成耦合；
所述输出馈电线为多条，分别与主耦合路径中的最后一个谐振器相互靠近形成耦合，所述输入馈电线与第一谐振器相互靠近形成耦合；
每条输出馈电线上设置多个开关电路，其中一个开关电路设置在输出馈电线上，且在Y轴上位于输出端口与耦合区域之间，用于控制输出滤波器通道的打开和关闭，所述耦合区域是指输出馈电线与谐振器耦合之间区域，
其它开关电路设置在输出馈电线的末端，用于调控该滤波通道输出馈电线与形成耦合的谐振器之间的耦合强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种任意通道数量可重构的滤波功分器，其特征在于，包括：输入馈电线、输出馈电线及谐振器，所述输入馈电线与输入端口连接，输出馈电线与输出端口连接；
所述谐振器包括N个，相邻谐振器相互靠近形成耦合；
所述输出馈电线为多条，分别与主耦合路径中的最后一个谐振器相互靠近形成耦合，所述输入馈电线与第一谐振器相互靠近形成耦合；
每条输出馈电线上设置多个开关电路，其中一个开关电路设置在输出馈电线上，且在Y轴上位于输出端口与耦合区域之间，用于控制输出滤波器通道的打开和关闭，所述耦合区域是指输出馈电线与谐振器耦合之间区域，
其它开关电路设置在输出馈电线的末端，用于调控该滤波通道输出馈电线与形成耦合的谐振器之间的耦合强度。
2.根据权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，谐振器包括两个，分别为第一谐振器及第二谐振器，所述第二谐振器位于第一谐振器的下方，所述输出馈电线包括四条，均与第二谐振器靠近形成耦合。
3.根据权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，N个谐振器的谐振频率均为滤波功分器的工作频率，所述谐振器具体为两端短路接地的半波长谐振器。
4.根据权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，所述输入馈电线的两端短路接地，输入端口设置在输入馈电线的中间位置，输入馈电线的两端分别与第一谐振器的两端对称耦合。
5.根据权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，所述输出馈电线的一端短路接地，另一端连接输出端口。
6.根据权利要求1-5任一项所述的滤波功分器，其特征在于，所述开关电路包括二极管、电感和电容，所述二极管和电容串联接地，电感设置在二极管和电容之间。
7.根据权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，所述滤波功分器为左右对称结构，具体为：第一、第二输出馈电线放置在整个结构的一侧位置，第三、第四输出馈电线放置在整个结构的另一侧位，输入馈电线和第一谐振器放置在整个结构的中间部位，第二谐振器从左到右放置。
8.根据权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，所述开关电路的个数与输出馈电线的数量相同。
9.一种射频前端，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的滤波功分器。
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