CN1453932A - 利用混合工艺的超选择宽带带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用混合工艺的超选择宽带带通滤波器。本发明更特别地适用于宽带无线通信系统。按照本发明，通过采用传统微带线、分立元件和称为悬浮微带线的微带线的混合工艺制造用于滤除滤波器带宽之外的频率的装置。

Description

利用混合工艺的超选择宽带带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种利用混合工艺的超选择宽带带通滤波器。本发明更特别地适用于宽带无线通信系统。

背景技术

在市场中，宽带无线通信系统的快速、持续扩展引起频谱的总尺寸持续地增加。结果，强制每个接收系统强烈滤除在靠近系统的接收带的频带中传输的干扰信号，从而保持接收机的灵敏度。因此，滤波是任何新型无线通信系统中的重要功能。

在系统接收序列中，滤波通常在频率变换之后发生，例如，将在接收序列输入端出现的信号变换为L波段(在1和2GHz之间的波段)。

滤波操作通常必须遵循多种限制，特别是：

·针对中心频率的相对较宽的带宽(＞50％)，

·非常高的选择性，

·在此后标为GPT的群传播时间中很小的变化，特别在频带限制处，

·良好的紧密度，以及

·适合于大规模生产的成本。

必须谨慎选择用于滤波器的频率响应的类型和制造滤波器所采用的工艺，从而使滤波器满足前述的限制。可能的频率响应类型

最常使用的响应是Butterworth、Bessel或Chebyshev型的。这些类型通常被用来产生在选择性和GPT方面的要求不是极其严格的滤波器。为了获得高选择性，需要增加滤波器的阶数。但是，在这种情况下，滤波器失去了紧密度，而且GPT在频带限制处极度退化。

高选择性也可以通过Cauer型(也称为椭圆型)的响应来获得。Cauer响应的特征为最小衰减均匀分布在波带之外，以及在给定的频率其衰减理论上为无穷大的传输零点在带宽的两侧对称。这些零点在滤波器的频带限制处提供了很好的滤波，但是，然而，它们的数目以及它们的位置唯一取决于滤波器的阶数和所需的衰减。对于高选择性滤波器来说，不希望有这种自由度的缺乏，就需要增加阶数，从而导致GPT的退化。Cauer响应的另一个缺点是很难生产在很多情况尤其是在微波区域中使用的元件(电感、电容)的大范围的数值。

最后的响应类型是关于准椭圆型响应。在这种情况下，按照要生产的滤波器的模板，固定传输零点的数目以及它们在零频率处(DC)、在有限频率处和在无限频率处的位置。这样，通过这些参数的优化选择和用最小的阶数，准椭圆型响应适合用于产生特别的滤波器，如具有高选择性、具有低GPT的变化(即，具有线性相位)、具有非对称响应等的滤波器。这种滤波器类型的主要限制之一是有时很难得到可以用来生产而且适用于现有制造技术的电路图。可能的制造技术

以下给出的制造技术是用于生产L波段滤波器所采用的主要技术。

采用分立元件的技术提供紧密性和低生产成本的优势。因为分立元件的低质量因素和对高频来说过高的制造容差，这种技术更特别地应用在低频应用(＜300MHz)中以及用于低选择性的滤波器中。

“微带线”技术通常被用在微波区域中。按照所用衬底的介电常数，此技术可以生产多种紧密度的滤波器。可以在所述元件不起重要作用时，通过对除了微带线之外的分立元件集成来增加这种紧密度。但是，对于很高选择性的滤波器，因为其低于1GHz的元件的质量因素，其应用仍然很受限制，除非不导电的衬底具有很好的品质的，这意味着花费额外的成本。

为了在品质因数方面增进，一种解决方案在于使用“悬浮微带线”技术，其中，微带线位于两个接地平面之间接近于空气的介质中。

但是，相比于微带线技术，这种在品质上的增进对整体滤波器尺寸是不利的(由于此时，介质的介电常数要比微带线技术的衬底的介电常数要小的多)。

发明内容

本发明的目的是生产一种带通滤波器，此带通滤波器具有比此滤波器的中心频率相对较宽的带宽和在群传播时间中很低的变化、很好的频率选择性、良好的紧密性以及具有适合于大规模生产的成本。

为此目的，按照本发明，提出利用结合具有分立元件的微带线和悬浮微带线的混合制造工艺，生产具有准椭圆型响应的滤波器。

同样，本发明的主题是带通滤波器，该滤波器包括用于滤除所述滤波器的带宽之外的频率的装置，此装置由微带线技术制造，其特征为，其中用于滤除在带宽的上限处的频率的装置中的至少一个装置由至少一个谐振电路、悬浮的微带线构成，所述至少一个谐振电路被调谐到至少一个被滤除的频率。

此外，除了用于滤除在上波带限制处的频率的装置外的用于滤除带宽之外的频率的装置(例如，用于滤除无限频率或在下频带限制处的频率的装置)最好部分用分立元件构成，从而增加滤波器的紧密度。同样地，滤波器的频率响应最好是准椭圆型的。

本发明的主题也是用于传输和/或接收高频信号的电路，其特征为其中包括上述的带通滤波器。

附图说明

本发明的其他特征和优势将通过以下结合附图的详细描述而变得清楚，其中：

图1示出按照本发明的带通滤波器的电路图；

图2示出图1的滤波器的频率响应；

图3A和3B描述了用于生产本发明的带通滤波器所采用的制造技术；

图4是描述相比于简单微带技术的混合技术在滤波方面的性能的频率响应曲线；以及

图5是描述相比于简单微带技术的混合技术在GPT方面的性能的曲线。

具体实施方式

根据本发明，提供了由从上述提及的每种滤波器制造技术的优势中取得最大好处的混合技术制造的带通滤波器，即：

·用分立元件的技术的紧密性；

·微带线技术的高品质因数，高达约低于1GHz的频率；以及

·用于高于1GHz的频率的悬浮微带技术的高品质因数。

图1到图5描述了根据本发明的带通滤波器的一个实施例。此滤波器的响应是准椭圆型的，而且其阶数尽可能的小以遵循紧密度的条件和在带宽之外滤除的条件。在滤波器的带宽的每一侧都放置了优化数目的传输零点，以遵循选择性的条件和GPT的条件。

图1中示出此滤波器的电路图。所示为4阶滤波器。它包括多个谐振电路和局部电感或电容元件。如果以更详细的方式来描述图1的框图，带通滤波器包括六个谐振电路，标注为CR1到CR6，两个隔离电容性元件C7和C8以及两个隔离电感元件L7和L8。每个谐振电路CRi都由串联的电感元件Li和电容性元件Ci构成，其中i∈[1...6]。

谐振电路CR1与在滤波器的输入端和输出端之间的电容性元件C7、电感元件L7和L8以及谐振电路CR6串联安装。谐振电路CR1和CR6都具有在带宽内的谐振频率。谐振电路CR2、CR3、CR4和CR5连接于分别标注为A、B、C和D的滤波器的节点和地之间。最后，电容性元件C8放置在节点B和地之间。

在图1的例子中，节点A位于元件C1和C7之间，节点B位于元件C7和L7之间，节点C位于元件L7和L8之间，以及节点D位于元件L8和L6之间。

此滤波器包括以下传输零点：

·由元件C7产生的一个在零频率(DC)处的传输零点；

·由元件L7、L8和C8产生的三个在无限频率处的传输零点；

·由谐振电路CR2和CR3产生的两个靠近下截止频率的传输零点；以及

·由谐振电路CR4和CR5产生的两个靠近上截止频率的传输零点。

用这样的电路图，如果带通滤波器具有靠近1.5GHz的中心频率而且产生大约50％的相对带宽，对于电感，元件的数值在1和10nH之间，以及对于电容器，元件的数值在2和5pF之间。可以在所选的混合工艺中完美地得到这些数值。

在图2中示出了此滤波器的频率响应。上和下截止频率在100MHz的最小滤除为20dB，满足了在带宽限制处的滤波器的选择性要求。通过对比，此图还示出为了获得与Chebyshev型响应相同的选择性，需要高得多的阶数(＞7)，由于前述的缺点，其具有较大的整体尺寸以及在频带限制处GPT的高度退化。由谐振电路CR4和CR5产生的两个传输零点和由谐振电路CR2和CR3产生的传输零点之一在这张图中表现得很明显。

根据本发明，以电感微带线形式制成电感L1、L2、L3、L6、L7和L8。这样可以从高品质因数和关于其数值的严格的容差中受益。为了紧密性，利用分立元件制成电容C1、C2、C3、C6、C7和C8。这些元件具有足够产生两个在靠近滤波器的下截止频率的频率处的传输零点的品质因数。最后，使用悬浮微带线通过开放电路中的四分之一波长线制成在靠近滤波器的上截止频率的频率处产生传输零点的谐振电路CR4和CR5。

借助信息，通过图3A和3B分别描述了具有分立元件的微带线技术和悬浮微带线技术。每张图示出制作在具有接地平面P的、介电常数为Er的不导电衬底S上的一条或多条微带线L。在具有分立元件的微带线技术中，接地平面P制作在既不包含线L也不包含分立元件CD的衬底S的表面上。在悬浮微带线技术中，接地平面P与衬底通过空气层相分离。可选择的，可以用两块板，每一块位于衬底S的每一侧，每块板都与衬底S通过空气层相分离。

在图4中可以看到，微带技术的使用不允许同时获得想要的带宽和高频率滤除。因此，在悬浮微带线技术中产生谐振电路CR4和CR5。此外，微带线技术通过螺钉(它们修正在微带线和接地平面之间出现的电磁场线)允许简单而有效的调整传输零点。

此外，如图5所示，这种混合技术同样可以在有用的带宽中减少GPT中的变化，从而最小化信号失真。

更好的，用悬浮微带线制作的谐振电路CR4和CR5物理上并列放置在电路中，以更好的响应紧密性的要求。

同样重要的是注意这里所实现的技术与在接收机中对整个接收功能的成本有主要作用的高频功能上行数据流(使用相同的衬底)保持兼容。所提出的技术当然也可以在系统的传输电路中实现，例如，为了滤除在靠近所用频带的频带中产生的干涉信号。

Claims (6)

1、一种带通滤波器，包括：用于滤除所述滤波器的带宽之外的频率的由微带线技术制成的装置，其特征在于，用于滤除在带宽的上限处的频率的装置中的至少一个装置由至少一个谐振电路(CR4；CR5)、悬浮的微带线构成，所述至少一个谐振电路被调谐到至少一个被滤除的频率。

2、按照权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于除了用于滤除在波带的上限处的频率的装置外的用于滤除带宽之外的频率的所述装置部分地用分立元件构成。

3、按照权利要求2所述的带通滤波器，其特征在于除了用于滤除在上波带限制处的频率的装置外的用于滤除带宽之外的频率的所述装置包括电感元件和电容性元件，而且其中，电感元件由电感微带线制成，而电容性元件由分立元件制成。

4、按照权利要求1到3之一所述的带通滤波器，其特征在于用于在波带的上限处的频率的装置物理上并列放置在一起以增加滤波器的紧密性。

5、按照权利要求1到4之一所述的带通滤波器，其特征在于滤波器的频率响应是准椭圆型的。

6、一种用于传输和/或接收高频信号的电路，其特征在于它包括按照上述权利要求之一的带通滤波器。

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