CN104966864B - 射频滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频滤波器，其中通过将混合耦合器与一般滤波器进行耦合来获得具有与一般滤波器不同的特性的新型滤波器。至于其结构，射频滤波器包括：耦合器，经由第一端口来接收输入信号以分发所述输入信号从而输出至第二端口和第三端口，并根据对应的相位将经由所述第二端口和所述第三端口而输入的信号进行合成以将所述信号作为所述射频滤波器的输出信号输出至所述第一端口或者第四端口；以及第一滤波器部分，分别在其第一和第二端口处连接至所述耦合器的第二和第三端口并具有预置频率滤波特性。

Description

射频滤波器

本申请是申请号为201080048680.4且发明名称为“射频滤波器”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种射频（RF）滤波器。

背景技术

滤波器是RF***中用于通过或抑制预定频带的必不可少的部分。滤波器被分类为带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BRF）、高通滤波器（HPF）、低通滤波器（LPF）等。这些滤波器被设计为满足RF***所需的频率通过或抑制特性。一旦安装了滤波器，它们的特性就难以改变，除非它们被替换。例如，当要将BRF重新安装在配备有BPF的RF***中时，应当移除BPF，然后利用BRF来替换BPF。滤波器替换可能导致通信断开并增加成本。

同时，通过使用50欧姆（Ω）线将谐振器相连接来设计BRF。在这种情况下，由于未在谐振器之间进行耦合，因此不能抑制与预定带宽相等或比预定带宽更宽的频带。此外，随着谐振器的数目增加，50欧姆线的总长度也增加，从而增加路径损耗。BRF的另一缺点在于：关于具体频率，选择性地抑制低或高频带，因而难以改进带边特性。

发明内容

本发明的实施例的一方面是要至少解决这些问题和/或劣势并至少提供下述优势。相应地，本发明的实施例的一方面是要提供一种用于降低路径损耗的RF滤波器。

本发明的实施例的另一方面提供了一种用于改进带边特性的RF滤波器。

本发明的实施例的另一方面提供了一种用于容易地反转信号特性的RF滤波器。

本发明的实施例的另一方面提供了一种用于通过增加谐振器之间的耦合来抑制宽频带的RF滤波器。

本发明的实施例的又一方面提供了一种便于设计陷波（notch）特性的RF滤波器。

实现该目的的技术手段

根据本发明的实施例的一方面，提供了一种RF滤波器，其中耦合器通过第一端口来接收输入信号，对输入信号进行划分，通过第二和第三端口来输出划分后的信号，根据信号的相位将通过第二和第三端口接收的信号进行组合，并通过第一端口来输出组合后的信号或者通过第四端口将组合后的信号输出作为RF滤波器的输出信号，并且第一滤波器单元的第一端口连接至耦合器的第二端口而第一滤波器单元的第二端口连接至耦合器的第三端口，以具有预定频率滤波特性。

本发明的效果

从本发明的实施例的以上描述显而易见，由于本发明提供了一种将滤波器与混合耦合器进行组合的新滤波器，它可以降低信号的路径损耗，改进带边特性，容易反转信号特性，通过增加谐振器之间的耦合来抑制宽频带，并且便于设计陷波特性。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的实施例的可变（chameleon）滤波器的结构；

图2A至2D示意性地示出了根据本发明的另一实施例的可变滤波器的结构；

图3示意性地示出了根据本发明的第三实施例的可变滤波器的结构；

图4示意性地示出了根据本发明的第四实施例的可变滤波器的结构；以及

图5A和5B是示出了一般滤波器和可变滤波器中的信号的波形的图。

具体实施方式

现在，将参照附图来描述本发明的优选实施例。尽管在以下描述中描述了诸如组件之类的具体细节，但是这些具体细节是为了有助于全面理解本发明而给出的。因此，本领域技术人员要清楚地理解，在本发明的范围和精神内可以对本发明进行改变或修改。

给出了所谓的可变滤波器的以下描述，该可变滤波器是通过将混合耦合器与滤波器进行组合来配置的，因而具有根据原始特性而修改的新特性。例如，在本发明中带通滤波器（BPF）和混合耦合器可以被组合为可变带阻滤波器（BRF）并且低通滤波器（LPF）和混合耦合器可以被组合为可变HPF，或者反之亦然。

现在，将利用附图来详细描述本发明。

图1示出了根据本发明的实施例的可变滤波器的结构。

参照图1，3-dB混合耦合器110连接至根据本发明的实施例的可变滤波器中的滤波器单元120。即，本发明的滤波器被配置为使得混合耦合器110的第一端口用作可变滤波器的输入端口，混合耦合器110的第四端口用作可变滤波器的输出端口，混合耦合器110的第二端口连接至滤波器单元120的第一端口（例如输入端口），而混合耦合器110的第三端口连接至滤波器单元120的第二端口（例如输出端口）。滤波器单元120可以是利用各种类型的滤波器（诸如BPF、BRF、高通滤波器（HPF）、LPF等）来配置的。如果利用BPF来配置滤波器单元120，则可变滤波器具有BRF特性。

当利用BPF来配置滤波器单元120时，将参照图5A和5B来描述滤波器单元120的特性。图5A示出了经过一般BPF而通过的信号S₂₁和从一般BPF返回的信号S₁₁的波形。图5B示出了本发明的可变滤波器中的信号的波形，其中在RF***中将混合耦合器110与利用BPF配置的滤波器单元120进行组合。与图5A相比，所通过的信号S₂₁和所返回的信号S₁₁的相位在图5B中反转。因此，尽管在本发明的可变滤波器中利用BPF来配置滤波器单元120，但是其总体特性是BRF特性。

更具体地，混合耦合器一般用于利用90度的相位差来均等地划分信号功率。例如，当信号被输入至混合耦合器110的第一端口时，利用90度相位差将信号的功率均等地划分为两个部分，然后通过混合耦合器110的第二端口（0度）和第三端口（-90度）将其提供给滤波器单元120的第一和第二端口。滤波器单元120的通带中的信号通过滤波器单元120并被反馈至相对的端口，即混合耦合器110的第三和第二端口。然后，信号由于相位差而组合，并被输出至混合耦合器110的第一端口，其中没有信号被输出至混合耦合器110的第四端口。同时，滤波器单元120的通带外的信号未通过滤波器单元120，从滤波器单元120的第一和第二端口返回，然后分别被反馈至混合耦合器110的第二和第三端口。这些信号由于相位差而组合，并被输出至混合耦合器110的第四端口。

总之，在整个滤波器结构中，将被输入至可变滤波器的输入端口（即，混合耦合器的第一端口）的信号中的、滤波器单元120的通带的信号反射给可变滤波器的输入端口，而将输入信号中的、滤波器单元120的通带外的信号输出至可变滤波器的输出端口（即，混合耦合器的第四端口）。

根据信号的相位差对信号的功率进行划分/组合的部分包括混合环、分支线定向耦合器、3-dB定向耦合器、魔T等。如果使用这种部分而不是混合耦合器110，则其可以被配置为另外使用相移器来调整信号的相位。例如，如果魔T替代混合耦合器110，则在魔T的第二端口（或第三端口）与滤波器单元之间的连接路径上提供相移器，从而将所通过的信号的相位偏移90度。

如果具有根据本发明的上述配置的可变滤波器被设计为大体上作为BRF进行操作（即，以‘混合耦合器+BPF’结构进行操作），则其更有用。即，典型的BRF是通过经由50欧姆（Ω）线将谐振器彼此连接来设计的。该结构需要相对大的尺寸并且是复杂的。此外，由于在谐振器之间未进行大量耦合，因此BRF在抑制具有预定或更宽带宽的频带方面有限制。相比之下，本发明的可变滤波器相对容易实现，并且便于使用可以处理宽频带的BPF结构来实现BRF。本发明的可变滤波器可以显著地降低可能由于50欧姆线的总长度增加而导致的路径损耗。

此外，应当关于对应的频率来延长或缩短50欧姆线以便在一般BRF中实现陷波特性。因而，难以利用一般BRF来实现陷波特性。然而，本发明的可变滤波器在BPF中实现了陷波特性，因而使用陷波特性来大体上实现BRF。因此，容易实现BRF的陷波特性并且可以改进围裙（skirt）特性。

类似地，本发明的可变滤波器可以使用LPF结构来大体上实现HPF结构。在这种情况下，可以容易地实现相对难以制造的HPF。

图2A至2D示出了根据本发明的另一实施例的可变滤波器的结构。参照图2A至2D，根据本发明的第二实施例的可变滤波器包括混合耦合器210、滤波器单元220以及第一和第二开关单元240和230。混合耦合器210和滤波器单元220可以与图1所示的实施例中的其对应物相同。第一和第二开关单元240和230均可以具有一般单接通/关断开关的组合或者双刀双掷（DPDT）开关和一般单接通/关断开关的组合，这根据外部切换控制信号动态地建立信号连接路径，使得可变滤波器的输入和输出端口直接连接至滤波器单元（图2A），可变滤波器的输入和输出端口经由混合耦合器210间接连接至滤波器单元（图2B），信号通过混合耦合器210（图2C），并且信号绕过混合耦合器210和滤波器单元220（图2D）。在下文中，参照图2A和2B，将在利用BPF来配置滤波器单元220的情况下详细描述滤波器单元220的结构和操作。

图2A示出了在可变滤波器作为BPF进行操作时根据本发明的可变滤波器的结构，而图2B示出了在可变滤波器作为BRF进行操作时根据本发明的可变滤波器的结构。

参照图2A，在本发明的可变滤波器作为BPF进行操作的情况下，当信号被输入至第一开关单元240的输入端口时，通过利用BPF配置的滤波器单元220以及第二开关单元230将信号输出至输出端口。因此，不存在向和从混合耦合器210输入和输出的信号，并且使用本发明的可变滤波器来使预定频带通过。

参照图2B，在本发明的可变滤波器作为BRF进行操作的情况下，第一和第二开关单元240和230以与图2A中不同的方式进行切换，使得建立路径以通过混合耦合器210传递输入和输出信号。

当信号被输入至第一开关单元240的输入端口时，将信号提供给混合耦合器210的第一端口，利用90度的相位差将其均等地划分为各具有一半功率的两个信号，然后通过混合耦合器210的第二和第三端口将其输出。划分后的两个信号中的、滤波器单元220的通带的信号通过滤波器单元220以及第一和第二开关240和230，而将划分后的两个信号中的、滤波器单元220的通带外的信号从滤波器单元220反射并反馈至混合耦合器210的第二和第三端口。通过混合耦合器210的第四端口来输出这些输入信号中的、滤波器单元220的通带的信号。经由第二开关230将从混合耦合器210的第四端口输出的信号输出至该输出端口。

参照图2C，将输入信号仅输入至混合耦合器210。在该结构中，输入信号绕过滤波器单元220。

更具体地，利用90度的相位差将被输入至混合耦合器210的第一端口的信号划分为各具有相等的一半功率的两个信号。通过混合耦合器210的第二和第三端口来输出划分后的信号，将其从第一和第二开关240和230完全反射，然后将其反馈至混合耦合器210的第二和第三端口。这些信号由于相位差而组合，然后通过混合耦合器210的第四端口而输出。仅通过第二开关230来输出从混合耦合器210的第四端口输出的信号。

图2C所示的结构简单地输出输入信号而没有任何信号处理。因而，该输入信号绕过滤波器单元220而不被滤波。

与图2C所示的结构类似，信号绕过滤波器单元220。被输入至第一开关240的输入端口的信号在旁路路径中绕过滤波器单元220或混合耦合器210，并经由第二开关230而输出至输出端口。

如图2C和2D所示，本发明的滤波器可以适合于无线通信***，其中在初始使用环境中不需要滤波器，然后在后续使用环境中需要滤波器。

例如，可能出现：移动通信BS***应当基于服务提供商来返回所使用的频带的一部分。例如，具体服务提供商可以在本年度使用800至825MHz，然后可以在下一年度仅使用810至825MHz。即，服务提供商应当返回从800MHz至810MHz以下的频带。

在这种情况下，服务提供商应当在每个BS中安装抑制从800MHz至810MHz以下的频带的BRF或者仅使810至825MHz通过的BPF。几乎不可能同时在全国分布的所有BS中同时安装这些滤波器。因此，在下一年度之前的相对长的时间段（例如6个月）内在BS中顺序地安装这些滤波器。

然而，早期安装有滤波器的BS不能给从800MHz至810MHz以下的频带提供服务。在这种情况下，对根据本发明的滤波器的使用实现了信号绕过，而不管BS中的初步滤波器安装。因而，可以在本年度使用整个可服务频带。在下一年度，信号经过对BS中的滤波器的切换控制而通过滤波器，使得可以几乎同时将所有BS的服务频带改变至810至825MHz。

尽管在滤波器单元220是BPF的上下文中描述了图2A至2D，但是清楚地理解，可以利用诸如BRF、HPF、LPF等之类的另一滤波器来替换BPF。

图3示出了根据本发明的第三实施例的可变滤波器的结构。

参照图3，根据本发明的第三实施例的可变滤波器包括混合耦合器310和滤波器单元320。尽管可以利用本发明的第一和第二实施例中的单个滤波器来配置滤波器单元，但是滤波器单元320包括至少两个相同滤波器，即第一和第二滤波器3210和3220。滤波器单元320还包括相移器3230。更具体地，根据本发明的第三实施例的可变滤波器被配置为使得混合耦合器310的第一端口用作可变滤波器的输入端口，混合耦合器310的第四端口用作可变滤波器的输出端口，混合耦合器310的第二端口连接至第一滤波器3210的第一端口（例如输入端口），而混合耦合器310的第三端口连接至第二滤波器3220的第一端口（例如输入端口）。此外，第一滤波器3210的第二端口（例如输出端口）开路，而第二滤波器3220的第二端口（例如输出端口）连接至相移器3230的一端。相移器3230的另一端开路。

利用90度的相位差将通过第一端口而输入至混合耦合器310的信号均等地划分为各具有一半功率的两个信号，并通过混合耦合器310的第二和第三端口将其输出。将输出信号中的、第一和第二滤波器3210和3220的通带的信号输入至第一和第二滤波器3210和3220，并将第一和第二滤波器3210和3220的通带外的信号从第一和第二滤波器3210和3220反射。如前所述，第一和第二滤波器3210和3220可以是相同类型的滤波器，诸如BPF、BRF、HPF、LPF等。

第一和第二滤波器3210和3220的通带外的信号从第一和第二滤波器3210和3220反射，反馈至混合耦合器310的第二和第三端口，然后通过混合耦合器310的第四端口而输出。

同时，由于第二滤波器3220的第二端口连接至相移器3230，因此可以动态地调整通过第二滤波器3220传送的通带的信号的相位变化。因此，在相移器3230中对第二滤波器3220的通带中的信号进行相移，将其从相移器3230的开路端口反射，并通过第二滤波器3220将其反馈至混合耦合器310的第三端口。第一滤波器3210的通带中的信号从第一滤波器3210的开路端口反射，并反馈至混合耦合器310的第二端口。如果分别通过混合耦合器310的第二和第三端口将未调整其相位变化的信号（从第一滤波器3210输入的信号）和调整了其变化的信号（从第二滤波器3220输入的信号）输入至混合耦合器310，则信号之间的相位差并不精确为90度。因此，根据相位差将信号划分至混合耦合器310的第一和第四端口中。

可以得出以下结论：根据由图3所示的根据本发明的第三实施例的可变滤波器中的相移器3230调整的相位变化，将第一和第二滤波器3210和3220的通带中的信号的部分泄漏至混合耦合器310的第四端口。例如，如果第一和第二滤波器3210和3220是BPF，则可变滤波器大体上作为BRF进行操作，并且根据由相移器3230控制的相位变化来改变可变滤波器的阻带中的信号的损耗带宽（dB）。该可变滤波器可应用于以下***：在该***中，需要调整阻带中的信号的抑制量。

图4示出了根据本发明的第四实施例的可变滤波器的结构。

参照图4，根据本发明的第四实施例的可变滤波器包括第一滤波器单元420、混合耦合器410和第二滤波器单元430，并具有等于或小于预定阈值的低信号损耗。该可变滤波器与根据第一实施例的可变滤波器类似，除了第二滤波器单元430还安装在混合耦合器410的第四端口与可变滤波器的输出端口之间。谐振器的数目可以针对第一和第二滤波器单元420和430而不同。例如，可以利用6级BPF来配置第二滤波器单元430，并且可以利用4级BPF来配置第一滤波器单元420。在这种情况下，组合的混合耦合器410和第一滤波器单元420可以创建BRF特性。即，根据本发明的第四实施例的可变滤波器是BPF结构和BRF结构的组合。如果BRF结构的阻带位于BPF的一个带边处，则该结构例如与10级BPF结构相比可以具有更小的信号损耗以及一个带边的类似或改进特性。

在图4中还显然，可以利用除BPF外的各种滤波器（诸如BRF、HPF、LPF等）来替换第一和第二滤波器单元420和430。尽管在图1至4中描述了利用滤波器（即，由参考标记120、220、320、330、410和430指示）来配置可变滤波器，但是可以使用其他移动通信部件而不是滤波器120、220、320、330、410和430，从而实现与可变滤波器的功能类似的功能。

尽管参照附图示出并描述了实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的发明构思的精神和范围的情况下可以在此进行形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种射频RF滤波器，包括：

耦合器，用于通过第一端口来接收输入信号，划分所述输入信号，通过第二和第三端口来输出划分后的信号，根据信号的相位将通过第二和第三端口而接收的信号进行组合，并通过所述第一端口来输出组合后的信号或者通过第四端口将组合后的信号输出作为RF滤波器的输出信号；以及

第一滤波器单元，所述第一滤波器单元的第一端口连接至所述耦合器的第二端口而所述第一滤波器单元的第二端口连接至所述耦合器的第三端口，以具有预定频率滤波特性，

其中所述第一滤波器单元包括：

第一滤波器，所述第一滤波器的一端连接至所述第一滤波器单元的第一端口而所述第一滤波器的另一端开路；

第二滤波器，所述第二滤波器的一端连接至所述第一滤波器单元的第二端口；以及

相移器，所述相移器的一端连接至所述第二滤波器的另一端而所述相移器的另一端开路。

2.根据权利要求1所述的RF滤波器，其中如果所述RF滤波器 总体上需要BPF特性，则所述第一滤波器单元的第一和第二滤波器是BRF；如果所述RF滤波器总体上需要BRF特性，则所述第一滤波器单元的第一和第二滤波器是BPF；如果所述RF滤波器大总体上需要HPF特性，则所述第一滤波器单元的第一和第二滤波器是LPF；以及如果所述RF滤波器总体上需要LPF特性，则所述第一滤波器单元的第一和第二滤波器是HPF。

3.根据权利要求1所述的RF滤波器，还包括：第一和第二开关单元，用于根据外部切换控制信号来动态地建立信号路径，使得所述RF滤波器的输入和输出端口直接连接至所述第一滤波器单元，或使得所述RF滤波器的输入和输出端口经由所述耦合器间接地连接至所述第一滤波器单元，或使得信号仅通过所述耦合器，或使得信号绕过所述第一滤波器单元和所述耦合器。

4.根据权利要求3所述的RF滤波器，其中第一和第二开关单元中的每一个具有单接通/关断开关的组合或者双刀双掷（DPDT）开关和单接通/关断开关的组合。

5.根据权利要求1所述的RF滤波器，还包括：第二滤波器单元，连接至所述耦合器的第四端口，以输出所述RF滤波器的输出信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的RF滤波器，其中所述耦合器是混合耦合器。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的RF滤波器，其中所述耦合器是魔T，还包括：相移器，提供在所述耦合器的第二端口与所述第一滤波器单元的第一端口之间或者所述耦合器的第三端口与所述第一滤波器单元的第二端口之间的路径上，以将所通过的信号的相位偏移90度。