CN115799781B - 一种耦合线带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种耦合线带通滤波器，所述滤波器至少包括微波输入端口、微波输出端口、耦合线单元以及电感电容单元，所述耦合线单元的两端分别与所述微波输入端口以及所述微波输出端口连接，所述耦合线单元的其余端口接地，所述电感电容单元与所述耦合线单元并联，所述电感电容单元包括相互串联的电感和电容，通过调节耦合线单元中耦合线的Ze和Zo值调节滤波器带宽和带外抑制，通过调节耦合线的长度和电感电容单元调节滤波器频率及带内匹配，且结构简单，易于实现，能够在解决滤波器的高性能的同时兼顾小尺寸的问题。

Description

一种耦合线带通滤波器

技术领域

本申请涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种耦合线带通滤波器。

背景技术

滤波器广泛应用于无线通信领域，滤波器将需要用到的频段信号通过，不需要的频段信号滤除，例如，基站通信和手机通信等。滤波器带内插损会直接影响无线通信信号的接收灵敏度，带外抑制会直接影响带外信号对带内信号的干扰。

现有滤波器的实现方式大致包含三种。第一种是使用电容电感形式的集总元件搭建，此种形式滤波器在高频(频率大于5GHz)很难实现；第二种是使用声表或体声波实现，即SAW和BAW形式的滤波器，此种形式滤波器同样在高频很难实现；第三种是使用微波传输线利用多节耦合线(四分之一波长)实现，如图1所示，其中，滤波器的输入为I1，滤波器的输出为O1，此种滤波器有较好的性能，但是尺寸很难做小，很难实现高度集成化，在实际应用种有所欠缺。

然而随着技术的发展，现代通信***对滤波器的要求越来越高，需要带内***损耗低，带外抑制度高，且需要很高的滚降，同时也需要尺寸小。然而现有滤波器的实现方式，并不能同时兼容现代通信***对滤波器的要求。

因此，亟需提供一种新的滤波器，以满足上述需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述一个或多个技术问题，本申请实施例提供了一种耦合线带通滤波器，以解决现有技术中存在的问题。

为了达到上述目的，本申请就解决其技术问题所采用的技术方案是：

本申请提供了一种耦合线带通滤波器，所述滤波器至少包括微波输入端口、微波输出端口、耦合线单元以及电感电容单元，所述耦合线单元的两端分别与所述微波输入端口以及所述微波输出端口连接，所述耦合线单元的其余端口接地，所述电感电容单元与所述耦合线单元并联，所述电感电容单元包括相互串联的电感和电容。

在一个具体的实施例中，所述电感电容单元包括一级，所述耦合线单元包括一个耦合线，一级所述电感电容单元包括相互串联的第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述微波输出端口连接。

在一个具体的实施例中，所述耦合线的长度等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

在一个具体的实施例中，所述电感电容单元包括N级，所述耦合线单元包括N个相互串联在一起的耦合线，第n级电感电容单元并联在第n耦合线的两端,所述第n级电感电容单元包括相互串联的第n电感和第n电容,所述N≥2，n∈[1,N]。

在一个具体的实施例中，所述第一级电感电容单元中的第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一耦合线远离所述微波输入端口的一端连接，所述第N级电感电容单元中的第N电感的一端与第N耦合线远离所述微波输出端口的一端连接，所述第N电感的另一端与所述第N电容的一端连接，所述第N电容的另一端与所述微波输出端口连接。

在一个具体的实施例中，所述N个耦合线的长度均等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

在一个具体的实施例中，所述电感电容单元包括一级，所述耦合线单元包括M个相互串联在一起的耦合线，一级所述电感电容单元并联在所述耦合线单元的两端,所述M≥2，所述电感电容单元包括相互串联的第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述微波输出端口连接。

在一个具体的实施例中，所述M个耦合线的长度均等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

在一个具体的实施例中，所述滤波器还包括电容单元，所述耦合线单元包括一个耦合线，所述电感电容单元、所述电容单元以及所述耦合线并联，所述电感电容单元包括相互串联的第一电感和第一电容，所述电容单元包括第二电容。

在一个具体的实施例中，所述第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述微波输出端口连接，所述第二电容的一端与所述微波输入端口连接，另一端与所述微波输出端口连接。

在一个具体的实施例中，所述耦合线的长度等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

在一个具体的实施例中，所述耦合线通过螺旋形式的带状线实现。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例提供的耦合线带通滤波器，所述滤波器至少包括微波输入端口、微波输出端口、耦合线单元以及电感电容单元，所述耦合线单元的两端分别与所述微波输入端口以及所述微波输出端口连接，所述耦合线单元的其余端口接地，所述电感电容单元与所述耦合线单元并联，所述电感电容单元包括相互串联的电感和电容，通过调节耦合线单元中耦合线的Ze和Zo值调节滤波器带宽和带外抑制，通过调节耦合线的长度和电感电容单元调节滤波器频率及带内匹配，且结构简单，易于实现，能够在解决滤波器的高性能的同时兼顾小尺寸的问题；

进一步地，设置耦合线通过螺旋形式的带状线实现，可以减小滤波器的尺寸，增加滤波器集成度。

本申请所有产品并不需要具备上述所有效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是现有多节耦合线带通滤波器的电路结构示意图；

图2是本申请实施例1提供的耦合线带通滤波器的电路结构示意图；

图3是本申请实施例2提供的耦合线带通滤波器的电路结构示意图；

图4是本申请实施例3提供的耦合线带通滤波器的电路结构示意图；

图5是本申请实施例4提供的耦合线带通滤波器的电路结构示意图。

图6是本申请实施例1提供的耦合线带通滤波器的滤波结果示意图；

图7是本申请实施例2提供的耦合线带通滤波器的滤波结果示意图；

图8是本申请实施例3提供的耦合线带通滤波器的滤波结果示意图；

图9是本申请实施例4提供的耦合线带通滤波器的滤波结果示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如背景技术所述，现有技术中的滤波器的实现方式要么在高频(频率大于5GHz)很难实现，要么尺寸很难做小，很难实现高度集成化，在实际应用种有所欠缺，难以满足现代通信***对滤波器的高要求。

针对上述问题，本申请实施例创造性地提出了一种新的基于耦合线的带通滤波器，以同时兼顾解决高性能、小尺寸的问题。该滤波器至少包括微波输入端口、微波输出端口、耦合线单元以及电感电容单元。其中耦合线单元至少包括耦合线，耦合线单元的两端分别与微波输入端口以及微波输出端口连接，耦合线单元的其余端口接地，电感电容单元与耦合线单元并联，电感电容单元包括相互串联的电感和电容，通过调节耦合线的Ze和Zo值调节滤波器带宽和带外抑制，通过调节耦合线的长度和电感电容单元调节滤波器频率及带内匹配，从而在解决滤波器的高性能的同时兼顾小尺寸的问题。

下面结合附图具体描述本申请实施例的方案。

实施例一

图2是本申请实施例1提供的耦合线带通滤波器的结构示意图，参照图2所示，该滤波器一般性地包括微波输入端口I2、微波输出端口O2、耦合线单元100以及电感电容单元200。耦合线单元100的两端分别与微波输入端口I2以及微波输出端口O2连接，耦合线单元100的其余端口接地，电感电容单元200与耦合线单元100并联。

本申请实施例中的耦合线单元100包括一个耦合线110，电感电容单元200包括一级，优选地，电感电容单元200包括相互串联的第一电感210和第一电容220。具体实施时，第一电感210的一端与微波输入端口I2连接，第一电感210的另一端与第一电容220的一端连接，第一电容220的另一端与微波输出端口O2连接。耦合线110的长度等于滤波器带内工作中心频率的四分之一波长。

本申请实施例提供的耦合线带通滤波器可应用于10MHz～100GHz范围内，具体实施时，耦合线110的Ze值为10～1000ohm，优选为30ohm，Zo值为2～100ohm，优选为4ohm，耦合线110的长度为0.9～40mm，优选为6.5mm,第一电感210的大小为0.2～10nH，优选为1.5nH,第一电容220的大小为0.05～5pF，优选为0.5pF。具体应用时，由于Ze由传输线(即耦合线)的宽度决定，而调节线宽影响带外抑制，Zo由耦合线宽度和耦合线间距决定，间距对Zo影响较大，Zo影响带宽，因而可通过调节耦合线的Ze和Zo值来调节滤波器的带宽和带外抑制。由于耦合线(也称传输线)的长度和波长相关，即和频率相关，因而可以通过调节耦合线的长度来调节滤波器的工作频率。另外，可通过调节第一电感和第一电通来调节带内匹配。

实施例二

与实施例一的不同之处在于，本申请实施例中，滤波器由多级电感电容单元并联耦合线形成，即电感电容单元包括N级，耦合线单元包括N个相互串联在一起的耦合线，其中N≥2。每一级电感电容单元均与其中一个耦合线并联，如第n级电感电容单元并联在第n耦合线的两端,n∈[1,N]。每一级电感电容单元均包括相互串联在一起的电感和电容，如第n级电感电容单元包括相互串联的第n电感和第n电容。N个耦合线的长度均等于滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

具体实施时，第一级电感电容单元中的第一电感的一端与微波输入端口连接，第一电感的另一端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第一耦合线远离微波输入端口的一端连接，第N级电感电容单元中的第N电感的一端与第N耦合线远离所述微波输出端口的一端连接，第N电感的另一端与第N电容的一端连接，第N电容的另一端与所述微波输出端口连接。这里需要说明的是，本申请实施例中，利用多级电感电容单元并联耦合线的方式，在不增加尺寸的情况下，可使带通滤波器具有更好的带外抑制，提升了带通滤波器性能。

本申请实施例中，以电感电容单元包括两级为例来进行说明，参照图3所示，该滤波器一般性地包括微波输入端口I 3、微波输出端口O3、耦合线单元100a以及电感电容单元200a。其中，耦合线单元100a包括相互串联在一起的第一耦合线110a和第二耦合线120a，电感电容单元200a包括两级,分别为第一级电感电容单元200a′和第二级电感电容单元200a″。第一级电感电容单元200a′与第一耦合线110a并联，第二级电感电容单元200a″与第二耦合线120a并联。第一耦合线110a的一端与微波输入端口I3连接，第一耦合线110a的另一端与第二耦合线120a的一端连接，第二耦合线120a的另一端与微波输出端口O3连接，第一耦合线110a以及第二耦合线120a的其余端口均接地。

具体实施时，第一耦合线110a以及第二耦合线120a的长度均等于滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长，第一级电感电容单元200a′包括相互串联的第一电感210a′和第一电容220a′，第二级电感电容单元200a″包括相互串联的第二电感210a″和第二电容220a″。第一电感210a′的一端与微波输入端口I3连接，第一电感210a′的另一端与第一电容220a′的一端连接，第一电容220a′的另一端与第一耦合线110a和第二耦合线120a的连接处(即第一耦合线110a远离微波输入端口I3的一端)连接，第二电感210a″的一端与第二耦合线120a和第一耦合线110a的连接处(即第二耦合线120a远离微波输出端口O3的一端)连接，第二电感210a″的另一端与第二电容220a″的一端连接，第二电容220a″的另一端与微波输出端口O3连接。

本申请实施例提供的耦合线带通滤波器可应用于1GHz～40GHz范围内，具体实施时，第一耦合线110a的Ze值为10ohm～1000ohm,优选为30ohm，Zo值为2ohm～100ohm,优选为4ohm，第一耦合线110a的长度为0.9mm～40mm，优选为6.5mm，第二耦合线120a的Ze值为10ohm～1000ohm,优选为30ohm，Zo值为2ohm～100ohm优选为12ohm，第二耦合线120a的长度为0.9mm～40mm，优选为6.5mm，第一电感210a′的大小为0.2nH～10nH，优选为1.5nH第二电感210a″的大小为0.2nH～10nH，优选为1.5nH第一电容220a′的大小为0.05pF～5pF，优选为0.5pF第二电容220a″的大小为0.05pF～5pF，优选为0.5pF。

具体应用时，参照前文所述，可通过调节第一耦合线110a和第二耦合线120a的Ze和Zo值来调节滤波器的带宽和带外抑制，通过调节第一耦合线110a和第二耦合线120a的长度来调节滤波器的工作频率，以及通过调节第一电感210a′、第一电容220a′、第二电感210a″、第二电容220a″来调节滤波器的带内匹配。

实施例三

与实施例一的不同之处在于，本申请实施例中，滤波器由一级电感电容单元并联多个耦合线形成，即电感电容单元包括一级，耦合线单元包括M个相互串联在一起的耦合线，其中M≥2。电感电容单元并联在由M个相互串联在一起的耦合线形成的耦合线单元的两端。电感电容单元均包括相互串联在一起的第一电感和第一电容，M个耦合线的长度均等于滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

具体实施时，电感电容单元中的第一电感的一端与微波输入端口连接，第一电感的另一端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与微波输出端口连接。这里需要说明的是，本申请实施例中，利用电感电容单元并联多级耦合线的方式，在带通滤波器具备高性能的情况下，其电路实现更加简单。

本申请实施例中，以耦合线单元包括2个相互串联在一起的耦合线为例来进行说明，参照图4所示，该滤波器一般性地包括微波输入端口I4、微波输出端口O4、耦合线单元100b以及电感电容单元200b。其中，耦合线单元100b包括相互串联在一起的第一耦合线110b和第二耦合线120b，电感电容单元200b包括第一电感210b和第一电容220b。第一耦合线110b的一端与微波输入端口I4连接，第一耦合线110b的另一端与第二耦合线120b的一端连接，第二耦合线120b的另一端与微波输出端口O4连接，第一耦合线110b以及第二耦合线120b的其余端口均接地。

具体实施时，第一耦合线110b以及第二耦合线120b的长度均等于滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。第一电感210b的一端与微波输入端口I4连接，第一电感210b的另一端与第一电容220b的一端连接，第一电容220b的另一端与与微波输出端口O4连接。

本申请实施例提供的耦合线带通滤波器可应用于1GHz～40GHz范围内，具体实施时，第一耦合线110b的Ze值为10ohm～1000ohm,优选为30ohm，Zo值为2ohm～100ohm优选为4ohm，第一耦合线110b的长度为0.9mm～40mm，优选为6.5mm，第二耦合线120b的Ze值为10ohm～1000ohm,优选为30ohm，Zo值为2ohm～100ohm优选为4ohm，第二耦合线120b的长度为0.9mm～40mm，优选为6.5mm，第一电感210b的大小为0.2nH～10nH，优选为2.5nH第一电容220b的大小为0.05pF～5pF，优选为0.3pF。

具体应用时，参照前文所述，本申请实施例中,可通过调节第一耦合线110b和第二耦合线120b的Ze和Zo值来调节滤波器的带宽和带外抑制，通过调节第一耦合线110b和第二耦合线120b的长度来调节滤波器的工作频率,以及通过调节第一电感210b、第一电容220b来调节滤波器的带内匹配。

实施例四

与实施例一的不同之处在于，本申请实施例中，参照图5所示，该滤波器一般性地包括微波输入端口I5、微波输出端口O5、耦合线单元100c以及电感电容单元200c以及电容单元300,且电感电容单元200c、电容单元300以及耦合线单元100c并联。其中，耦合线单元100c包括耦合线110c，电感电容单元200c包括第一电感210c和第一电容220c,电容单元300包括第二电容310。第一电感210c的一端与微波输入端口I5连接，第一电感210c的另一端与第一电容220c的一端连接，第一电容220c的另一端与微波输出端口O5连接，第二电容310的一端与微波输入端口I5连接，另一端与微波输出端口O5连接,耦合线110c的一端与微波输入端口I5连接，另一端与微波输出端口O5连接,耦合线110c的其余端口接地。

优选地，耦合线110c的长度等于滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

这里需要说明的是，本申请实施例中，利用电感电容单元并联电容单元以及并联耦合线的方式，可以提高带通滤波器滚降，使带通滤波器具有更好的带外抑制，提升了带通滤波器性能。

本申请实施例提供的耦合线带通滤波器可应用于1GHz～40GHz范围内，具体实施时，耦合线110c的Ze值为10ohm～1000ohm,优选为30ohm，Zo值为2ohm～100ohm优选为4ohm，耦合线110c的长度为0.9mm～40mm，优选为6.5mm，第一电感210c的大小为0.2nH～10nH，优选为2nH第一电容220c的大小为0.05pF～5pF，优选为0.3pF第二电容310的大小为0.05pF～10pF，优选为0.5pF。

具体应用时，参照前文所述，本申请实施例中,可通过调节耦合线110c的Ze和Zo值来调节滤波器的带宽和带外抑制，通过调节耦合线110c的长度来调节滤波器的工作频率以及通过调节第一电感210c、第一电容220c以及第二电容310来调节滤波器的带内匹配，且第二电容310与第一电感210c、第一电容220c形成谐振，可提供更高的滚降。

测量上述实施例一至四提供的滤波器的滤波结果，其中实施例一至四中的相关元器件的参数为上述优选值。参照图6至图9可知，实施例一提供的耦合线带通滤波器在工作频段的150MHz处有更好的带外抑制，表明其在带外具备更好的滚降性能；实施例二提供的耦合线带通滤波器与实施例一相比，在工作频段的150MHz处有更好的带外抑制，表明其在带外具备更好的滚降性能；实施例三提供的耦合线带通滤波器与实施例一相比，该种形式滤波器在工作频段外150MHz处的带外抑制基本相同(带外抑制以-10dB为参考)，表明滤波器在具备同等性能的情况下，此种电路结构更简单；实施例四提供的耦合线带通滤波器与实施例一相比，该种形式滤波器在工作频段外100MHz处的带外抑制基本相同(带外抑制以-10dB为参考)，表明滤波器在高频处的滚降更好，此形式更适合抑制频段很近的应用情况。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“垂直”“平行”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种耦合线带通滤波器，其特征在于，所述滤波器至少包括微波输入端口、微波输出端口、耦合线单元以及电感电容单元，所述耦合线单元的两端分别与所述微波输入端口以及所述微波输出端口连接，所述耦合线单元的其余端口接地，所述电感电容单元与所述耦合线单元并联，所述电感电容单元包括相互串联的电感和电容。

2.根据权利要求1所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述电感电容单元包括一级，所述耦合线单元包括一个耦合线，一级所述电感电容单元包括相互串联的第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述微波输出端口连接。

3.根据权利要求2所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述耦合线的长度等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

4.根据权利要求1所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述电感电容单元包括N级，所述耦合线单元包括N个相互串联在一起的耦合线，第n级电感电容单元并联在第n耦合线的两端,所述第n级电感电容单元包括相互串联的第n电感和第n电容,所述N≥2，n∈[1,N]。

5.根据权利要求4所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，第一级所述电感电容单元中的第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与第一耦合线远离所述微波输入端口的一端连接，第N级所述电感电容单元中的第N电感的一端与第N耦合线远离所述微波输出端口的一端连接，所述第N电感的另一端与第N电容的一端连接，所述第N电容的另一端与所述微波输出端口连接。

6.根据权利要求5所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述N个耦合线的长度均等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

7.根据权利要求1所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述电感电容单元包括一级，所述耦合线单元包括M个相互串联在一起的耦合线，一级所述电感电容单元并联在所述耦合线单元的两端,所述M≥2，所述电感电容单元包括相互串联的第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述微波输出端口连接。

8.根据权利要求7所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，M个所述耦合线的长度均等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

9.根据权利要求1所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括电容单元，所述耦合线单元包括一个耦合线，所述电感电容单元、所述电容单元以及所述耦合线并联，所述电感电容单元包括相互串联的第一电感和第一电容，所述电容单元包括第二电容。

10.根据权利要求9所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述第一电感的一端与所述微波输入端口连接，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述微波输出端口连接，所述第二电容的一端与所述微波输入端口连接，另一端与所述微波输出端口连接。

11.根据权利要求10所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述耦合线的长度等于所述滤波器的带内工作中心频率的四分之一波长。

12.根据权利要求1至11任一项所述的耦合线带通滤波器，其特征在于，所述耦合线通过螺旋形式的带状线实现。