CN116169975A - 一种带阻滤波器、多频带阻滤波器和无线通信系统 - Google Patents

一种带阻滤波器、多频带阻滤波器和无线通信系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种带阻滤波器、多频带阻滤波器和无线通信系统，拓宽了带阻滤波器的抑制频宽。该带阻滤波器包括：第一电感L1、第二电感L2、第一谐振器P1、第二谐振器P2和第三谐振器P3；第一电感L1的一端、第一谐振器P1的一端以及第二谐振器P2的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输入端子V1；第一电感L1的另一端、第一谐振器P1的另一端以及第三谐振器P3的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输出端子V2；第二谐振器P2的另一端与第三谐振器P3的另一端连接在一起后再经过第二电感L2接地。

Description

一种带阻滤波器、多频带阻滤波器和无线通信系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种带阻滤波器、多频带阻滤波器和无线通信系统。
背景技术
带阻滤波器是指抑制规定的频率范围内的信号，而允许其余频率范围内的信号通过的滤波器。带阻滤波器抑制的信号频率范围称为频率阻带，允许通过的信号频率范围称为频率通带。
图1示出了一种现有的带阻滤波器，包括：第一电感L1、第一谐振器P1、第二谐振器P2和第三谐振器P3；第一电感L1的一端、第一谐振器P1的一端以及第二谐振器P2的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输入端子V1；第二谐振器P2的另一端接地；第一电感L1的另一端、第一谐振器P1的另一端以及第三谐振器P3的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输出端子V2；第三谐振器P3的另一端接地。
带阻滤波器的频率阻带的宽度称为抑制频宽。带阻滤波器的抑制频宽是有限的，对于图1所示带阻滤波器，如何拓宽其抑制频宽，以满足带阻滤波器宽抑制频宽的应用需求，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种带阻滤波器、多频带阻滤波器和无线通信系统，以拓宽带阻滤波器的抑制频宽。
一种带阻滤波器，包括：第一电感L1、第二电感L2、第一谐振器P1、第二谐振器P2和第三谐振器P3；
其中，第一电感L1的一端、第一谐振器P1的一端以及第二谐振器P2的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输入端子V1；
第一电感L1的另一端、第一谐振器P1的另一端以及第三谐振器P3的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输出端子V2；
第二谐振器P2的另一端与第三谐振器P3的另一端连接在一起后再经过第二电感L2接地。
可选的，所述第一谐振器P1、第二谐振器P2和第三谐振器P3均为声波谐振器。
可选的，所述声波谐振器为声表面波SAW谐振器、体声波BAW谐振器或薄膜体声波谐振器FBAR。
可选的，所述第一电感L1和所述第二电感L2均为集总元件；所述集总元件为低温共烧陶瓷LTCC元件或表面贴装器件SMD元件。
可选的，所述第一电感L1为一个独立的电感元件，或者所述第一电感L1为多个电感元件的串联、并联或串并联组合。
可选的，所述第二电感L2为一个独立的电感元件，或者所述第二电感L2为多个电感元件的串联、并联或串并联组合。
一种多频带阻滤波器，包括：多个基本单元电路，所述多个基本单元电路相串联；所述基本单元电路为上述公开的任一种带阻滤波器。
一种无线通信系统，包括：如上述公开的任一种带阻滤波器或者如上述公开的任一种多频带阻滤波器。
从上述的技术方案可以看出，本发明利用当信号通过串联臂谐振器(第一谐振器P1属于串联臂谐振器)的反谐振频率与并联臂谐振器(第二谐振器P2、第三谐振器P3都属于并联臂谐振器)的串联谐振频率时会形成频率阻带的特性，以及在并联臂谐振器上串接电感会使串联谐振频率往低频方向移动的特性，在并联臂谐振器上串接第二电感L2，从而达到了拓宽带阻滤波器的抑制频宽的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为现有技术公开的一种带阻滤波器的电路原理图；
图2为本发明实施例公开的一种带阻滤波器的电路原理图；
图3a为谐振器的等效电路图；
图3b为谐振器串联电感后的等效电路图；
图3c为谐振器串联电感前后的阻抗-频率特性曲线示意图；
图3d为图1所示带阻滤波器在频率阻带内的等效电路图；
图4为图1及图2所示带阻滤波器的插入损耗-频率特性曲线示意图；
图5为图1及图2所示带阻滤波器的输入阻抗-频率特性曲线示意图；
图6为本发明实施例公开的又一种带阻滤波器的电路原理图；
图7为本发明实施例公开的一种多频带阻滤波器的电路原理图；
图8为本发明实施例公开的一种双频带阻滤波器的电路原理图；
图9为图8所示双频带阻滤波器的插入损耗-频率特性曲线示意图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：
SAW：Surface Acoustic Wave，声表面波；
BAW：BulkAcoustic Wave，体声波；
FBAR：FilmBulkAcoustic Resonator，薄膜体声波谐振器；
LTCC：Low Temperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷；
SMD：Surface Mounted Devices，表面贴装器件。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
参见图2，本发明实施例公开了一种带阻滤波器，包括：第一电感L1、第二电感L2、第一谐振器P1、第二谐振器P2和第三谐振器P3；
第一电感L1的一端、第一谐振器P1的一端以及第二谐振器P2的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输入端子V1；
第一电感L1的另一端、第一谐振器P1的另一端以及第三谐振器P3的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输出端子V2；
第二谐振器P2的另一端与第三谐振器P3的另一端连接在一起后再经过第二电感L2接地。
图2所示带阻滤波器是通过在图1所示带阻滤波器的基础上增设第二电感L2得到。下面对图2所示带阻滤波器的工作原理进行详述：
已知谐振器是指产生谐振频率的电子元件。谐振器有两个谐振频率，分别是串联谐振频率fs和并联谐振频率fp；在谐振器的串联谐振频率fs与并联谐振频率fp之间，谐振器呈电感性；在此区域以外，谐振器呈电容性。
谐振器的等效电路如图3a所示，包括电感Lm、电容Cm和电容Co；电感Lm与电容Cm串联后再与电容Co并联。由图3a可得谐振器的串联谐振频率
Figure BDA0004089926200000044
并联谐振频率/>
Figure BDA0004089926200000043
谐振器的阻抗-频率特性曲线如图3c中的虚线所示(图3c中的IE1、IE2、IE3、IE4表示四个大于1的数值)。谐振器串联电感Ls后的等效电路如图3b所示，图3b所示电路的串联谐振频率/>
Figure BDA0004089926200000041
并联谐振频率
Figure BDA0004089926200000042
谐振器串联电感Ls后的阻抗-频率特性曲线如图3c中的实线所示。将谐振器串联电感前后的特性作比较，可知当谐振器串联电感后，只有串联谐振频率fs发生改变，并且是往低频方向移动，而并联谐振频率fp不会变动。
图1所示带阻滤波器中共用到了三颗谐振器，在设计时通过调节三颗谐振器的串联谐振频率fs、并联谐振频率fp以及谐振器输入阻抗可以改变带阻滤波器的抑制频宽、抑制效果以及工作频宽(改变带阻滤波器的抑制频宽即改变带阻滤波器的频率阻带的宽度；带阻滤波器的频率通带内的插入损耗基本为零，改变带阻滤波器的抑制效果即改变带阻滤波器的频率阻带内的插入损耗的大小；改变带阻滤波器的工作频宽即改变带阻滤波器的频率通带的宽度)。在图1所示电路中，第一谐振器P1属于串联臂谐振器，第二谐振器P2、第三谐振器P3都属于并联臂谐振器，当信号通过串联臂谐振器的并联谐振频率与并联臂谐振器的串联谐振频率时会形成频率阻带(即串联臂谐振器的并联谐振频率与并联臂谐振器的串联谐振频率之间的区域为带阻滤波器的频率阻带)，图1所示电路在频率阻带内的等效电路如图3d所示，因为在串联谐振频率时的阻抗很小，所以此时并联臂谐振器可视为短路，而在并联振频率时的阻抗非常大，所以串联臂谐振器可视为开路。又由于在并联臂谐振器上串接电感可以使得串联谐振频率往低频方向移动，所以本发明实施例在图1所示带阻滤波器的基础上增设第二电感L2，可以拓宽带阻滤波器抑制频宽。
同时，增设第二电感L2也会改变带阻滤波器的插入损耗和输入阻抗。图4中的虚线表示图1所示带阻滤波器的插入损耗-频率特性曲线，图4中的实线表示图2所示带阻滤波器的插入损耗-频率特性曲线，图5中的虚线表示图1所示带阻滤波器的输入阻抗-频率特性，图5中的实线表示图2所示带阻滤波器的输入阻抗-频率特性。图4～图5中以频率通带内的输入阻抗设计为50欧姆，频率阻带拓宽为0.6GHz～0.7GHz，频率通带拓宽为0GHz～0.5GHz与0.8GHz～1.4GHz作为示例。
由以上描述可知，本发明实施例利用当信号通过串联臂谐振器(第一谐振器P1属于串联臂谐振器)的反谐振频率与并联臂谐振器(第二谐振器P2、第三谐振器P3都属于并联臂谐振器)的串联谐振频率时会形成频率阻带的特性，以及在并联臂谐振器上串接电感会使串联谐振频率往低频方向移动的特性，在并联臂谐振器上串接第二电感L2，从而达到了拓宽带阻滤波器的抑制频宽的效果。
可选的，本发明实施例中采用的谐振器为声波谐振器，但并不局限。
具体的，带阻滤波器可以用电容与电感等集总元件组成的集总电路或是用微带线电路实现，其缺点是电路尺寸过大(尤其当工作频率低频时)。另外集总元件或是微带线电路其质量因子比声波元件低，所以损耗也会比用声波元件实现大。声波元件具有体积小与具有高质量因子等优点，可在复杂通讯电路中，节省电路空间与成本。因此，本发明实施例推荐滤波器采用声波滤波器，本发明实施例中的电感为集总元件。
其中，本发明实施例中的声波谐振器可以是SAW谐振器、BAW谐振器或FBAR，并不局限。本发明实施例中的集总元件可以是LTCC元件或SMD元件，并不局限。
在上述公开的任一实施例中，第一电感L1可以是一个独立的电感元件，也可以是多个电感元件的串联、并联或串并联组合。同样的，第二电感L2可以是一个独立的电感元件，也可以是多个电感元件的串联、并联或串并联组合。例如图6所示，图6仅以第二电感L2为两个电感元件的串联组合作为示例。
此外，本发明实施例还公开了一种多频带阻滤波器，如图7所示，包括n个基本单元电路，n≥2，这n个基本单元电路相串联；所述基本单元电路为上述公开的任一种带阻滤波器。具体的，通过将n个带阻滤波器串接(即：将第一级带阻滤波器的输入端子作为多频带阻滤波器的输入端子，将第一级带阻滤波器的输出端子连接第二级带阻滤波器的输入端子，将第二级带阻滤波器的输出端子连接第三级带阻滤波器的输入端子，……，将第n-1级带阻滤波器的输出端子连接第n级带阻滤波器的输入端子，将第n级带阻滤波器的输出端子作为多频带阻滤波器的输出端子)，可以得到具有n个频率阻带的滤波器。
以图8所示双频带阻滤波器(即n＝2)为例，则图8所示双频带阻滤波器的插入损耗-频率特性曲线例如图9所示，其具有两段频率阻带以及三段频率通带。
此外，本发明实施例还公开了一种无线通信系统，包括上述公开的任一种带阻滤波器或多频带阻滤波器。具体的，带阻滤波器/多频带阻滤波器广泛应用于无线通信系统中，用来抑制高功率发射机的杂散输出以及非线性功放或带通滤波器产生的寄生通带等。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，不再赘述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种带阻滤波器，其特征在于，包括：第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一谐振器(P1)、第二谐振器(P2)和第三谐振器(P3)；
其中，第一电感(L1)的一端、第一谐振器(P1)的一端以及第二谐振器(P2)的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输入端子(V1)；
第一电感(L1)的另一端、第一谐振器(P1)的另一端以及第三谐振器(P3)的一端连接在一起，接入带阻滤波器的输出端子(V2)；
第二谐振器(P2)的另一端与第三谐振器(P3)的另一端连接在一起后再经过第二电感(L2)接地。
2.根据权利要求1所述的带阻滤波器，其特征在于，所述第一谐振器(P1)、第二谐振器(P2)和第三谐振器(P3)均为声波谐振器。
3.根据权利要求2所述的带阻滤波器，其特征在于，所述声波谐振器为声表面波SAW谐振器、体声波BAW谐振器或薄膜体声波谐振器FBAR。
4.根据权利要求1、2或3所述的带阻滤波器，其特征在于，所述第一电感(L1)和所述第二电感(L2)均为集总元件；
所述集总元件为低温共烧陶瓷LTCC元件或者为表面贴装器件SMD元件。
5.根据权利要求1、2或3所述的带阻滤波器，其特征在于，所述第一电感(L1)为一个独立的电感元件，或者所述第一电感(L1)为多个电感元件的串联、并联或串并联组合。
6.根据权利要求1、2或3所述的带阻滤波器，其特征在于，所述第二电感(L2)为一个独立的电感元件，或者所述第二电感(L2)为多个电感元件的串联、并联或串并联组合。
7.一种多频带阻滤波器，其特征在于，包括：多个基本单元电路，所述多个基本单元电路相串联；所述基本单元电路为权利要求1～6中任一项所述的带阻滤波器。
8.一种无线通信系统，其特征在于，包括：如权利要求1～6中任一项所述的带阻滤波器或者如权利要求7所述的多频带阻滤波器。
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