CN1407650A - 微带线滤波器及使用该微带线滤波器的高频发送器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带线滤波器及使用该微带线滤波器的高频发送器。其中，在一衬底上多个复合元件(40a－40d)彼此平行排列。该复合元件每个均包括一矩形微带线元件(40)、一输入微带线(41)和一输出微带线(42)。该微带线元件(40)具有一长侧、另一长侧、一端和另一端，且该输入微带线(41)在该一端连接至该一长侧，而该输出微带线(42)在该另一端连接至该另一长侧。该复合元件得以级联，以构成一低通滤波器(417)。

Description

微带线滤波器及使用该微带线滤波器的高频发送器

技术领域

本发明涉及一种微带线滤波器和一种使用该微带线滤波器的高频发送器。具体地，本发明涉及一种构成低通滤波器的微带线滤波器，该滤波器消除了任何不需要的辐射，并涉及一种利用该微带线滤波器的高频发送器。

背景技术

近年来，无线(高频)通讯在例如广播和通讯卫星的许多系统中得到了显著发展。另一方面，因特网的广泛传播对双路通讯提出了更高的要求。

图11示意性示出了借助通讯卫星的双向通讯系统。参照图11，IDU(室内单元)1包含在电视接收机内，或安装在个人计算机的主板上，并处理经由通讯卫星2的双向通讯的信号，该双向通讯具有一广播站。IDU1经由传输适配同轴电缆3连接至高频发送器4，且IDU1还经由接收适配同轴电缆5连接至LNB(低噪阻隔转换器(low noise block down converter))6。

高频发送器4和LNB6通过正交极化隔离器(orthogonal polarizationisolator)7连接至喇叭天线8。来自高频发送器4的传输信号以微波的形式自喇叭天线8发射，被抛物面天线(parabolic antenna)9反射，并向通讯卫星2发送。来自通讯卫星2的微波由抛物面天线9反射，然后通过喇叭天线8由LNB6接收。

图12是图11所示系统中使用的高频发送器的框图。参照图12，高频发送器4自图11所示的IDU1接收在950至1450MHz范围内变化的中频传输信号，该信号叠加在直流电压上。中频信号通过高通滤波器(HPF)401供给至IF放大器402以获得增益，通过一衰减器403调节至一适当电平，通过IF放大器404进一步放大，然后通过带通滤波器(BPF)405供给至混频器406。

窄域振荡器(local oscillator)407产生13.05GHz的窄域振荡信号，该信号通过缓冲放大器408提供给混频器406。混频器406将13.05GHz的窄域振荡信号与950-1450MHz的中频信号进行组合，以将中频信号转变成14.0-14.5GHz的高频信号。自混频器406提供的高频信号输入半波带通滤波器409，然后由两个高频放大器410和411放大以获得大的增益，在该半波带通滤波器中，混频器406中产生的高频信号的任何不需要的辐射分量(伪辐射分量)均被衰减。

来自高频放大器411的输出被供给至带通滤波器412，然后供给至驱动放大器413，以获得进一步的增益，在该带通滤波器中，被放大的伪分量被衰减。来自驱动放大器413的输出被供给至接收带宽噪声滤波器414，在该滤波器中，接收频率范围内的任何噪声电平被大幅减小至热噪声电平。然后，高频信号通过功率放大器415转变成发送至卫星所需的高功率信号。来自功率放大器415的高频信号被提供给接收带宽噪声滤波器416，然后，通过噪声滤波器416自高频发送器4提供的信号以微波的形式自喇叭天线8辐射，被抛物面天线9反射，并向图11所示的通讯卫星2发送，在该接收带宽噪声滤波器中，接收频率范围内因功率放大器415的增益而从热噪声电平提高的噪声电平得以衰减。

其上叠加有中频信号的DC电压通过电感线圈L供给至电源电路421。电感线圈L防止中频信号被输入到电源电路421中。电源电路421将所提供的DC电源转变成预定的电压，该电压被提供给电源排序电路(powersupply sequence)422。然后，被转换的DC电压被供给至IF放大器402和404、混频器406、窄域振荡器407、缓冲放大器408、高频放大器410和411、驱动放大器413和功率放大器415。

在图12所示的高频发送器4中，IF放大器402和404的增益、以及衰减器403导致的衰减的程度或量被调节，以在输入的中频信号的电平在-5dBm至-25dBm的范围内变化时，防止输出电平变化。即使大约-5dBm的高电平信号得以输入，IF放大器402和404也在饱和区中工作，以改变信号分量，从而输出预定电平的信号。然而，改变了的信号分量产生了导致伪分量增加的谐波分量。

混频器406中产生的14.95-15.95GHz的任何伪信号来自频率950MHz-1450MHz的倍频的输入信号和13.05GHz的窄域振荡信号的混合，该伪信号仅与高频发送器4的14GHz-14.5GHz的输出频率范围相差450MHz。然后，为了减少这种伪信号，图13所示的微带滤波器被用作图12所示的半波带通滤波器409。

图13所示的微带滤波器包括多个(例如8个)矩形元件，该矩形元件得以偏移，使得各元件的纵向侧的各一半彼此相对且平行。该带通滤波器409具有14GHz-14.5GHz的传输频带，以衰减11.6-12.1GHz的镜频信号(image-frequency signal)和14.5GHz以上的信号。然而，接近14.5GHz的14.95GHz的伪信号的正确衰减是不可能的。

图14示出了组合半波带通滤波器409和高频放大器410和411的截止(cutoff)特性。由图14可以看出，通过截止特性获得的衰减仅为11.9dB，这表明，通过半波带通滤波器409和如图13所示布置的其元件的20dB或以上的衰减是非常困难的。即使至少20dB的衰减是可能的，但是也不可能使截止特性更陡峭。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种构成低通滤波器的微带线滤波器，该滤波器具有大的频带外衰减和小的频带内偏差，并提供一种采用这种微带线滤波器的高频发送器。

总体上，根据本发明的一个方面，形成在一衬底上的微带线滤波器包括多条彼此平行排列的复合元件。每个复合元件均包括形成在该衬底上的一矩形微带线元件、一输入微带线和一输出微带线。该复合元件得以连接，以构成低通滤波器。

该矩形微带线元件具有一长侧、另一长侧、一端和另一端。该输入微带线在该一端连接在该一长侧上，而输出微带线在该另一端连接至该另一长侧。

彼此邻近的复合元件具有彼此连接的相应的输入微带线和输出微带线，且相邻的复合元件分别关于该相邻复合元件的彼此连接的输入微带线和输出微带线之间的中心线对称。

复合元件的矩形微带线元件在长侧的长度上不同。

矩形微带线元件包括外微带线元件和内微带线元件。内微带线元件的长侧比外微带线元件的长侧短，以获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内的传输特性和频带外的衰减特性。

复合元件的微带线元件关于复合元件的排列的中心线对称，且微带线滤波器包括一金属壳，该金属壳在中心线上具有一部分，且覆盖复合元件的微带线元件。

复合元件的微带线元件具有各自的输入微带线和各自的输出微带线，这些微带线连接微带线元件，且具有各自的宽度，这些宽度被选择，以获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内传输特性和频带外衰减特性。

串联在低通滤波器上的半波带通滤波器还形成在该衬底上。

该半波带通滤波器包括多条以预定间隔彼此平行排列，且以特定的角度倾斜的矩形微带线元件，且微带线元件的各纵向侧的一半与相邻微带线元件的各纵向侧的一半相对。

根据本发明的另一方面，一种高频发送器将一中频信号转变成高频信号，且发送该高频信号。该高频发送器包括：一将该中频信号与一窄域振荡信号相结合的混频电路；一连接至该混频电路的一输出端的滤波电路；以及连接至该滤波电路的一输出端的高频放大电路。该滤波电路形成在一衬底上，且包括一半波带通滤波器，该半波带通滤波器包括多条以预定间隔彼此平行排列，且以特定的角度倾斜的矩形微带线元件，且微带线元件的各纵向侧的一半与相邻微带线元件的各纵向侧的一半相对。该滤波电路还包括一低通滤波器，该低通滤波器包括多条彼此平行排列且级联的复合元件，该复合元件包括各自的矩形微带线元件、各自的输入微带线和各自的输出微带线。

根据本发明，该低通滤波器提供了大的频带外衰减和小的频带内偏差，并且因此提高了伪信号消除特性。具体地，始终获得传输频带外传输频带的上限以上的至少40dB的衰减，而不使传输频带内的偏差恶化，因此可以消除14.95GHz以上的伪信号。

另外，本发明的低通滤波器具有对称排列的复合元件。具体地，彼此相邻的复合元件关于彼此连接的各输入和输出线之间的中心线对称。因此，与简单级联的复合元件相比，该低通滤波器占据最小的空间。

当结合附图时，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将通过以下对本发明的详细描述而变得更清晰。

附图说明

图1是包括根据本发明一实施例的微带线滤波器的高频发送器的框图；

图2显示了根据本发明该实施例的微带线滤波器的一元件的形状；

图3显示了根据本发明该实施例的一低通滤波器的形状；

图4显示了根据本发明另一实施例低通滤波器的形状；

图5显示了根据本发明的低通滤波器和半波带通滤波器的各形状；

图6A至6C显示了根据本发明的金属壳中安放的该低通滤波器，图6A和6B显示了低通滤波器的主要部件的横截面，图6C显示了其平面图；

图7显示了串联连接的图5所示的半波带通滤波器和低通滤波器的信号传输特性，该特性通过模拟获得；

图8显示了通过模拟获得的传统半波带通滤波器的信号传输特性；

图9显示了本发明的低通滤波器的截止特性；

图10显示了通过串联连接图5所示的半波带通滤波器和低通滤波器获得的截止特性；

图11示意性显示了通过通讯卫星的双向通讯系统；

图12是图11所示系统中使用的高频发送器的框图；

图13显示了图12所示的高频发送器中使用的半波带通滤波器的形状；以及

图14显示了传统半波导通滤波器和高频放大器的组合的截止特性。

具体实施方式

图1是包括根据本发明一实施例的微带线滤波器的高频发送器的框图。参考图1，高频发送器如图12所示的传统发送器那样接收叠加在一直流电压上的在950MHz至1450MHz之间变化的中频传输信号。该中频信号通过高通滤波器(HPF)401供给至IF放大器402以获得特定的增益，被衰减器403调节至一适当的电平，被IF放大器404进一步放大，然后通过带通滤波器(BPF)405供给至混频器406。

窄域振荡器407产生13.05GHz的窄域振荡信号，该信号通过缓冲放大器408提供至混频器406。混频器406将13.05GHz的窄域振荡信号和950MHz至1450MHz的中频信号混合，以将该中频信号转变成14.0-14.5GHz的高频信号。自混频器406提供的该高频信号输入至半波带通滤波器409和低通滤波器417，这使本发明的特征在于，高频信号的在混频器406中产生的所不需要的辐射分量(伪辐射分量)被衰减。

根据此实施例，半波带通滤波器409和低通滤波器417得以结合，以实现始终将高于14.95GHz的频率至少衰减40dB。其伪分量得以如此衰减的高频信号于是由两个高频放大器410和411放大，以获得大的增益。

来自高频放大器411的输出供给至放大的伪分量在其中被衰减的带通滤波器412内，然后供给至驱动放大器413，以获得进一步的增益。来自驱动放大器413的输出被供给至接收带宽噪声滤波器414，在该滤波器中，接收频率范围内的任何噪声电平被显著地减小为热噪声电平。然后，高频信号被功率放大器415转变成发送至卫星所需的高功率信号。来自功率放大器415的高频信号被提供至接收带宽噪声滤波器416，然后通过噪声滤波器416自高频发送器4提供的信号以微波的形式自喇叭天线8辐射、被抛物面天线9反射、并向通讯卫星2发送，这被示于图11，在该噪声滤波器中，因功率放大器415的增益而自热噪声电平增加的接收频率范围内的噪声电平得以衰减。

图2示出了作为图1所示的低通滤波器417的一个元件的、根据本发明实施例的微带线滤波器的元件的形状。

参见图2，微带线滤波器将一双侧衬底(介电常数：2.65，铜箔厚度：20μm，厚度：0.61mm)用作衬底材料。该线元件40为矩形。铜箔地电极形成在线元件40的整个后表面上。线元件40的长侧中的一侧具有一端部，一输入微带线41形成在该端部处；且线元件40的另一侧具有一端部，在该端部形成有输出微带线42。因此形成了复合元件。

图3显示了根据本发明实施例的低通滤波器的形状。参照图3，图1所示的低通滤波器417包括如图2所示的线元件40a至40d。至少四个线元件得以级联，每个线元件具有连接到相邻线元件的输出微带线42的输入微带线41，且彼此相邻的线元件关于连接的输入微带线41和输出微带线42之间的中心线对称。优选地，线元件40a-40d关于均匀分隔线元件排列的中心线对称。

图3所示的低通滤波器可用LCR分布式衡定电路(distributed constantcircuit)代表。

图4显示了根据本发明的另一实施例的低通滤波器的形状。根据此实施例，为了获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内传输特性和频带外衰减特性，中心线元件40b和40c的长侧比外部线元件40a和40d的长侧短。此外，将线元件40b和40c彼此连接的微带线的任意宽度得以选择，以获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内传输特性和频带外衰减特性。

图5示出了本发明的低通滤波器和半波带通滤波器。图2所示的串联连接的低通滤波器417和半波带通滤波器409形成在衬底上。半波带通滤波器409包括多条矩形微带线元件40h，该微带线元件以特定的角度倾斜，并以预定的间隔彼此平行排列。微带线元件40h纵向侧的各半与相邻微带线元件40h的各半相对。

图6A至6C每个均显示了放置在一金属外壳中的本发明的低通滤波器的主要部分。图6A显示了图6B中沿线VIA-VIA的横截面，图6B显示了沿图6C中线VIB-VIB的横截面，图6C是该金属壳的平面图。

参照图6B，衬底60安装在底板52上，该衬底具有形成在其上的用于微带线滤波器的构图61。框50在衬底60上的构图61上具有肋51，用于增强和保护的目的。

这样，微带线滤波器的构图61用框50覆盖，并由肋51彼此屏蔽，以减小伪分量向外界的泄漏。

图7显示了串联连接的图5所示的半波带通滤波器和低通滤波器的信号传输特性，该特性通过拟合获得。参照图7，传输频率的传输频带为14-14.5GHz，且通过将传输频带中的损耗(频带内损耗)减至最小，将传输频带外14.95GHz以上的衰减范围(频带外衰减)增到最大，实现优化。具体地，传输频率的损耗为4dB，且传输频带外14.95GHz以上的衰减至少为52dB。

图8示出了通过拟合获得的传统半波带通滤波器的信号传输特性。由图8可以看出，图7所示的特性在接收频率上具有32.9dB的衰减量提高，即从19.1dB至52dB。此外，图7所示的与图8相比更为陡峭的截止特性显示减小伪分量的能力得以提高。

图9显示了本发明的低通滤波器的截止特性，图10显示了图5所示的半波带通滤波器和低通滤波器与高频放大器410和411的结合的截止特性。

低通滤波器417具有图9所示的截止特性，且如图10所示，带通滤波器409、低通滤波器417和两级高频放大器410和411的总体特性相对于传输频带中的电平在14.95GHz处具有47.3dB的衰减量。此处，这种结合实现了47.3dB的衰减，而图14所示的传统带通滤波器409的衰减仅为11.9dB。因此，看出，获得了从11.9dB到47.3dB的35.4dB的提高。这样，与只使用图13所示的传统半波带通滤波器409相比，此实施例提供了传输频带外更大的衰减量，和更小的频带内偏差。因此，提高了伪分量的消除特征。

如迄今为止所讨论的那样，根据本发明的实施例，多个复合元件中的每一个由一矩形微带线元件、一输入微带线和一输出微带线构成，且该复合元件平行排列并在一衬底上级联，以构成一低通滤波器，该低通滤波器提供了传输频带外的大衰减量和传输频带内的小的偏差，以在伪分量的消除特性上有所提高。具体地，在传输频带的上限之上始终获得至少40dB的频带外衰减，而不使频带内偏差特性恶化，且因此，实现了14.95GHz以上的伪分量消除特性。

此外，本发明的低通滤波器包括复合元件，该复合元件排列成彼此相邻的复合元件关于彼此相邻的各复合元件的相连的输入线和输出线之间的中心线对称。如此排列的复合元件与简单级联的复合元件相比占据了最小的面积。

虽然本发明已经详细说明和图示，但是应当清楚理解的是，这仅是图示和示例性的，并不是限制性的，本发明的精髓和范围仅由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种形成在一衬底上的微带线滤波器，包括多个彼此平行排列的复合元件(40a-40d)，所述复合元件每个均包括形成在所述衬底上的一矩形微带线元件(40)、一输入微带线(41)和一输出微带线(42)，且所述复合元件得以连接，以构成一低通滤波器。

2.如权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，

所述矩形微带线元件具有一长侧、另一长侧、一端和另一端，

所述输入微带线(41)在所述一端连接至所述一长侧，以及

所述输出微带线(42)在所述另一端连接至所述另一长侧。

3.如权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，

彼此邻近的所述复合元件具有彼此连接的各输入微带线(41)和输出微带线(42)，且相邻的复合元件关于彼此连接的输入微带线和输出微带线之间的中心线对称。

4.如权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，

所述复合元件的矩形微带线元件在长侧的长度上不同。

5.如权利要求4所述的微带线滤波器，其特征在于，

所述矩形微带线元件包括外微带线元件和内微带线元件，以及

所述内微带线元件的长侧比所述外微带线元件的长侧短，以获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内的传输特性和频带外的衰减特性。

6.如权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，

所述复合元件的微带线元件关于所述复合元件的排列的中心线对称，以及

所述微带线滤波器包括一金属壳(50)，该金属壳在所述中心线上具有一部分，且覆盖所述复合元件的微带线元件。

7.如权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，

所述复合元件的微带线元件具有各自的输入微带线(41)和各自的输出微带线(42)，这些微带线连接微带线元件，且具有各自的宽度，这些宽度被选择，以获得所需的输入/输出阻抗特性、频带内传输特性和频带外衰减特性。

8.如权利要求1所述的微带线滤波器，其特征在于，

串联连接在所述低通滤波器(417)上的半波带通滤波器(409)还形成在所述衬底上。

9.如权利要求8所述的微带线滤波器，其特征在于，

所述半波带通滤波器(409)包括多个以预定间隔彼此平行排列，且以特定的角度倾斜的矩形微带线元件(40h)，且所述微带线元件的各纵向侧的各一半与相邻微带线元件的各纵向侧的各一半相对。

10.一种高频发送器，该高频发送器将一中频信号转变成高频信号，且发送该高频信号，该高频发送器包括：

一将所述中频信号与一窄域振荡信号相结合的混频电路(406)；

一连接至所述混频电路的一输出端的滤波电路(409、417)；以及

一连接至所述滤波电路的一输出端的高频放大电路(410、411)，

所述滤波电路形成在一衬底上，且包括

一半波带通滤波器(409)，该半波带通滤波器包括多个以预定间隔彼此平行排列，且以特定的角度倾斜的矩形微带线元件(40h)，且所述微带线元件的各纵向侧的各一半与相邻微带线元件的各纵向侧的各一半相对，以及

一低通滤波器(417)，该低通滤波器包括多个彼此平行排列且级联的复合元件(40a-40d)，所述复合元件包括各自的矩形微带线元件(40)、各自的输入微带线(41)和各自的输出微带线(42)。

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