CN116032243A - 一种大带宽高滚降的带通滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大带宽高滚降的带通滤波电路；该带通滤波电路包括LC滤波电路和声波谐振单元。LC滤波电路的输入端连接有输入干路；LC滤波电路的输出端连接有输出干路。输入干路和/或输出干路上连接有若干个声波谐振单元。声波谐振单元包括若干个谐振支路；谐振支路包括串联的电感元件和第一声波谐振器。每个谐振支路均并联在输入干路与地线之间，或并联在输出干路与地线之间。本发明利用具有高品质因数的声波谐振器组成多种结构后与LC滤波电路连接。在LC滤波电路通带两侧的邻带区域内均引入复数个传输零点，在保留LC滤波电路原有的大宽带特性的基础上，同时提升了LC滤波电路通带两侧的邻带抑制和过渡区的滚降斜率。

Description

一种大带宽高滚降的带通滤波电路

技术领域

本发明属于滤波电路技术领域，具体涉及一种大带宽高滚降的带通滤波电路。

背景技术

随着手机技术的逐步发展，现代通信对于滤波器的需求越来越大。未来一部手机内可能需要上百个滤波器来维持其对各个频段的需求。而现如今的通信对大宽带的滤波电路需求逐渐增大。

传统的LC滤波器虽然能实现大带宽，但其邻带抑制宽以及滚降缓慢等缺点始终难以避免。如盲目增加滤波电路的阶数来改善滚降，则会引起整个电路的损耗增加而导致带内插损的恶化，降低滤波效果，而且阶数过多导致的整个滤波器的尺寸过大也难以适应现如今手机小型化设计的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大带宽高滚降的带通滤波电路。

本发明一种大带宽高滚降的带通滤波电路，包括LC滤波电路和声波谐振单元。LC滤波电路的输入端连接有输入干路；LC滤波电路的输出端连接有输出干路。输入干路和/或输出干路上连接有若干个声波谐振单元。所述的声波谐振单元包括若干个谐振支路；谐振支路包括串联的电感元件和第一声波谐振器。每个谐振支路均并联在输入干路与地线之间，或并联在输出干路与地线之间。

作为优选，根据实际实施情况，LC滤波电路采用IPD滤波器、MLCC滤波器、LTCC滤波器中的任意一种；第一声波谐振器采用CMR谐振器、SAW谐振器、SMR谐振器、FBAR谐振器中的任意一种。

作为优选，所有第一声波谐振器的串联谐振点均处于LC滤波电路通带边缘的邻带上。所有第一声波谐振器的串联谐振点均不相同。

作为优选，处于输入干路上的所有第一声波谐振器的串联谐振点均处于LC滤波电路通带左侧的领域上。处于输出干路上的所有第一声波谐振器的串联谐振点均处于LC滤波电路通带右侧的领域上。

作为优选，输入干路和/或输出干路上串联有若干个第二声波谐振器。在输入干路上串联有多个第二声波谐振器的情况下，输入干路上的任意两个相邻的第二声波谐振器之间均隔有声波谐振单元。在输出干路上串联有多个第二声波谐振器；输出干路上的任意两个相邻的第二声波谐振器之间均隔有声波谐振单元。

作为优选，第二声波谐振器的并联谐振点均处于LC滤波电路通带边缘的邻带上。

作为优选，所有第二声波谐振器的并联谐振点均不相同。

作为优选，处于输入干路上的所有第二声波谐振器的并联谐振点均处于LC滤波电路通带左侧的领域上。处于输出干路上的所有第二声波谐振器的并联谐振点均处于LC滤波电路通带右侧的领域上。第二声波谐振器采用CMR谐振器、SAW谐振器、SMR谐振器、FBAR谐振器中的任意一种。

作为优选，每个声波谐振单元上均仅包括一个谐振支路。在输入干路上连接有多个声波谐振单元的情况下，输入干路上的任意两个相邻两个声波谐振单元与输入干路的连接点之间均隔有第二声波谐振器。在输出干路上连接有多个声波谐振单元的情况下，输出干路上的任意两个相邻两个声波谐振单元与输出干路的连接点之间均隔有第二声波谐振器。

作为优选，工作过程中，每个谐振支路中的电感元件与对应的第一声波谐振器中的静电容发生谐振，在传输曲线上增加一个传输零点；该传输零点随电感元件电感值的变化而变化，设置在LC滤波电路的通带边缘的邻带上。

作为优选，工作过程中，每个谐振支路中的电感元件与对应的第一声波谐振器中的静电容发生谐振，在传输曲线上增加一个传输零点；该传输零点随电感元件电感值的变化而变化，设置在LC滤波电路的通带以外的频率范围内。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明利用具有高品质因数的声波谐振器组成多种结构后与LC滤波电路连接。在LC滤波电路通带两侧的邻带区域内均引入复数个传输零点，在保留LC滤波电路原有的大宽带特性的基础上，同时提升了LC滤波电路通带两侧的邻带抑制和过渡区的滚降斜率。最终获得具有大带宽和高滚降斜率的双重特性混合型滤波电路。

2、本发明在保留了LC滤波电路大带宽的基础上，将原LC滤波电路0.5GHz-1GHz甚至1GHz以上的过渡区域宽度缩减到不到200MHz以内，甚至100MHz以内；将常规LC滤波电路较差的邻带抑制限制在-30dB以下，提升了带通滤波电路的滤波性能。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的带通滤波电路的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的带通滤波电路的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的带通滤波电路的S参数仿真图；

图4为本发明实施例3提供的带通滤波电路的结构示意图；

图5为本发明实施例3提供的带通滤波电路的S参数仿真图；

图6为本发明实施例4提供的带通滤波电路的结构示意图；

图7为本发明实施例5提供的带通滤波电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。为了方便说明，附图所出示的结构仅为本发明相关部分，而非全部结构。

实施例1

如图1所示，一种大带宽高滚降的带通滤波电路，包括输入接口、输出接口、一个LC滤波电路20和两个声波谐振单元10。输入接口与LC滤波电路20的输入端之间形成输入干路；输出接口与LC滤波电路20的输出端之间形成输出干路。

LC滤波电路20连接在输入干路与输出干路之间。两个声波谐振单元10与LC滤波电路20的输入端和输出端分别连接。声波谐振单元10包含一个电感元件100和一个第一声波谐振器101；电感元件100的其中一端连接在LC滤波电路20的输入端或输出端，第一声波谐振器101的其中一端与电感元件100的另一端连接；第一声波谐振器101的另一端接地。

LC滤波电路采用IPD滤波器、MLCC滤波器、LTCC滤波器中的任意一种；第一声波谐振器采用CMR谐振器、SAW谐振器、SMR谐振器、FBAR谐振器中的任意一种。

第一声波谐振器101具有高品质因数，因此拥有很好的频率选择性。将声波谐振器101的串联谐振点设置于LC滤波电路20通带边缘的邻带上，便可以再提供一个滚降斜率很大的零点，以此来使原本过渡缓慢的LC滤波电路20的邻带抑制效果和通带边缘的滚降斜率得到提升。

本实施例中，通过调整相关参数，将LC滤波电路20输入端的声波谐振单元10中的第一声波谐振器101的串联谐振点置于LC滤波电路20通带左侧的邻带上，将LC滤波电路20输出端的声波谐振单元10中的第一声波谐振器101的串联谐振点置于LC滤波电路20通带右侧的邻带上，起到优化通带两端的目的。因为LC滤波电路20本身的特点是带宽很大，滚降较缓，所以通过这种结构优化的带通滤波电路具有大带宽和高滚降的双重特性。

在实施例1的基础上，声波谐振单元10可以包括一一对应的多个电感元件100和多个第一声波谐振器101。每个电感元件100均与对应的第一声波谐振器101串联形成谐振支路；每个谐振支路均并联在输入干路与地线之间，或输出干路与地线之间。

实施例2

如图2所示，一种大带宽高滚降的带通滤波电路，本实施例与实施例1的区别仅在于：还包括两个第二声波谐振器102。其中一个第二声波谐振器102串联在输入干路上。另一个第二声波谐振器102串联在输入干路上。其中一个声波谐振单元10并联在输入干路与地线之间。另一个声波谐振单元10并联在输出干路与地线之间。连接在一起的第二声波谐振器102与声波谐振单元10形成L形谐振结构30。第二声波谐振器102采用CMR谐振器、SAW谐振器、SMR谐振器、FBAR谐振器中的任意一种。

第一声波谐振器101的串联谐振频率在通带边缘的邻带上，以此在邻带形成传输零点来提升邻带抑制效果和通带边缘的滚降斜率；与第一声波谐振器101串联的电感元件100能够与第一声波谐振器101中的静电容发生谐振，从而在传输曲线上额外增加一个零点，通过调节电感元件100的电感值可以使这一个零点处于通带边缘的邻带上；以此进一步提升邻带抑制以及通带边缘的滚降斜率，或使这一个零点位于带外且离通带较远的位置来进一步提升带外抑制。

第二声波谐振器102的并联谐振点在通带边缘的邻带上，以此在邻带形成传输零点来提升邻带抑制效果以及通带边缘的滚降斜率；也就是说，在该结构中一个声波谐振单元10可以额外提供3个传输零点来提升带通滤波电路的邻带抑制以及滚降斜率。因此，分别连接于LC滤波电路20的输入端和输出端的两个声波谐振单元10，能够额外提供至少6个传输零点，对带通滤波器通带左侧和右侧都进行邻带抑制和滚降斜率的优化。

图3为本实施例提供的带通滤波电路的S参数仿真图。其中，横坐标为频率，纵坐标为***损耗。曲线1为本实施例提供的带通滤波电路的频响曲线，曲线2为单独的LC滤波电路的频响曲线。在曲线1中，标号3、4、5和6均指向传输曲线上的传输零点；标号3指向的传输零点由LC滤波电路20输入端的L形谐振结构30内的第一声波谐振器101和第二声波谐振器102提供，以此来提高带通滤波电路通带左侧的邻带抑制和滚降斜率；标号4指向的传输零点由LC滤波电路20输出端的L形谐振结构30内的第一声波谐振器101和第二声波谐振器102提供，以此来提高带通滤波电路通带右侧的邻带抑制和滚降斜率。标号5和6指向的传输零点分别由LC滤波电路20输入端和输出端的L形谐振结构30内的电感元件100提供，以此来进一步改善带通滤波电路的邻带抑制，提升滤波性能。

从图3中可以看出，曲线1通带在3.4～4.2GHz范围内，通带达到800MHz；LC滤波电路20输入端的L形谐振结构30内的第一声波谐振器101的串联谐振点位于通带左侧的邻带上，第二声波谐振器102的并联谐振点位于通带左侧的邻带上，对频率在该邻带范围内的噪声信号进行阻隔，使通带左侧的邻带抑制效果提升且过渡带区域十分狭窄(仅不到200MHz)，说明本实施例中增加的声波谐振单元10和第二声波谐振器102提升了带通滤波器的滤波性能；

同时，LC滤波电路20输出端的L形谐振结构30内的第一声波谐振器101的串联谐振点位于通带右侧的邻带上，第二声波谐振器102的并联谐振点位于通带右侧的邻带上，对频率在该邻带范围内的噪声信号进行阻隔，使通带右侧的邻带抑制效果提升且过渡带区域较左侧更加狭窄，不到150MHz。

由此可以说明：本实施例提供的带通滤波电路具有带宽大，高滚降的双重特性，滤波效果有所提升。

实施例3

如图4所示，一种大带宽高滚降的带通滤波电路，本实施例与实施例2的区别仅在于：输入干路上串联有一个第二声波谐振器102；输入干路与地线之间并联有两个声波谐振单元10。第二声波谐振器102处于两个声波谐振单元10与输入干路的连接点之间；输出干路上串联有一个第二声波谐振器102；输出干路与地线之间并联有两个声波谐振单元10。第二声波谐振器102处于两个声波谐振单元10与输出干路的连接点之间；第二声波谐振器102及其相邻的两个声波谐振单元10组成形成π形谐振结构40。

图5为本实施例提供的带通滤波电路的S参数仿真图。横坐标为频率，纵坐标为***损耗。曲线7为本实施例提供的带通滤波电路的频响曲线，曲线8为LC滤波电路20的频响曲线。

从图5中可以看出，曲线7通带范围同样为800MHz；因接入了更多的第一声波谐振器101和电感元件100，邻带范围内的传输零点进一步增加，频率在该邻带范围内的噪声信号被进一步阻隔，使得通带边缘的邻带抑制和过渡带滚降斜率进一步增加，提升滤波性能。明显的，邻带抑制范围远大于200MHz，同时通带左右两侧的过渡带区域也十分狭窄，甚至不到100MHz。可以看出，该结构在面对LC滤波电路20的过渡区域在1GHz甚至大于1GHz的情况时，依旧可以通过牺牲较小的带内插损来使得整体滤波电路的邻带抑制和过渡区滚降斜率得到极大地改善。该带通滤波电路也具有大带宽，高滚降的双重特点，滤波效果提升明显。

实施例4

如图6所示，一种大带宽高滚降的带通滤波电路，本实施例与实施例2的区别仅在于：输入干路上串联有一个第二声波谐振器102；输入干路与地线之间并联有两个声波谐振单元10。第二声波谐振器102处于两个声波谐振单元10与输入干路的连接点之间；输出干路上串联有两个第二声波谐振器102；输出干路与地线之间并联有三个声波谐振单元10。任意两个相邻的声波谐振单元10之间均设有一个第二声波谐振器102。第二声波谐振器102及其相邻的两个声波谐振单元10组成形成π形谐振结构40。

图6为本实施例提供的带通滤波电路的结构示意图。如图6所示，LC滤波电路20的一侧可以依次串联2个或多个声波谐振单元10，每两个相邻的声波谐振单元10之间共用一个组合结构30，形成连续的“π”型结构。在多个声波谐振单元10连接的情况下，可以在通带一侧的邻带范围内提供更多的传输零点来对邻带范围内的噪声信号进行滤除，进一步提高该邻带抑制区域的范围和抑制效果以及过渡区的滚降斜率，提升带通滤波电路的性能。

实施例5

如图7所示，一种大带宽高滚降的带通滤波电路，本实施例与实施例2的区别仅在于：输入干路上串联有两个第二声波谐振器102；输入干路与地线之间并联有三个声波谐振单元10。任意两个相邻的声波谐振单元10之间均设有一个第二声波谐振器102。输出干路上串联有两个第二声波谐振器102；输出干路与地线之间并联有三个声波谐振单元10。任意两个相邻的声波谐振单元10之间均设有一个第二声波谐振器102。第二声波谐振器102及其相邻的两个声波谐振单元10组成形成π形谐振结构40。

在实施例5的基础上，输入干路和输出干路上可以继续增加声波谐振单元10和第二声波谐振器102数量，所有声波谐振单元10均并联在输入干路与地线之间，或输入干路与地线之间。

Claims (10)

1.一种大带宽高滚降的带通滤波电路，包括LC滤波电路(20)；其特征在于：还包括声波谐振单元(10)；LC滤波电路(20)的输入端连接有输入干路；LC滤波电路(20)的输出端连接有输出干路；输入干路和/或输出干路上连接有若干个声波谐振单元(10)；所述的声波谐振单元(10)包括若干个谐振支路；谐振支路包括串联的电感元件(100)和第一声波谐振器(101)；每个谐振支路均并联在输入干路与地线之间，或并联在输出干路与地线之间。

2.根据权利要求1所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：所述的LC滤波电路(20)采用IPD滤波器、MLCC滤波器、LTCC滤波器中的任意一种；第一声波谐振器(101)采用CMR谐振器、SAW谐振器、SMR谐振器、FBAR谐振器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：所有第一声波谐振器(101)的串联谐振点均处于LC滤波电路(20)通带边缘的邻带上；所有第一声波谐振器(101)的串联谐振点均不相同。

4.根据权利要求1所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：处于输入干路上的所有第一声波谐振器(101)的串联谐振点均处于LC滤波电路(20)通带左侧的领域上；处于输出干路上的所有第一声波谐振器(101)的串联谐振点均处于LC滤波电路(20)通带右侧的领域上。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：输入干路和/或输出干路上串联有若干个第二声波谐振器(102)；在输入干路上串联有多个第二声波谐振器(102)的情况下，输入干路上的任意两个相邻的第二声波谐振器(102)之间均隔有声波谐振单元(10)；在输出干路上串联有多个第二声波谐振器(102)；输出干路上的任意两个相邻的第二声波谐振器(102)之间均隔有声波谐振单元(10)。

6.根据权利要求5所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：第二声波谐振器(102)的并联谐振点均处于LC滤波电路(20)通带边缘的邻带上。

7.根据权利要求5所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：所有第二声波谐振器(102)的串联谐振点均不相同。

8.根据权利要求5所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：处于输入干路上的所有第二声波谐振器(102)的并联谐振点均处于LC滤波电路(20)通带左侧的领域上；处于输出干路上的所有第二声波谐振器(102)的并联谐振点均处于LC滤波电路(20)通带右侧的领域上。

9.根据权利要求1所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：每个声波谐振单元(10)上均仅包括一个谐振支路；在输入干路上连接有多个声波谐振单元(10)的情况下，输入干路上的任意两个相邻两个声波谐振单元(10)与输入干路的连接点之间均隔有第二声波谐振器(102)；在输出干路上连接有多个声波谐振单元(10)的情况下，输出干路上的任意两个相邻两个声波谐振单元(10)与输出干路的连接点之间均隔有第二声波谐振器(102)。

10.根据权利要求1所述的一种大带宽高滚降的带通滤波电路，其特征在于：工作过程中，每个谐振支路中的电感元件(100)与对应的第一声波谐振器(101)中的静电容发生谐振，在传输曲线上增加一个传输零点；该传输零点随电感元件(100)电感值的变化而变化，设置在LC滤波电路(20)的通带边缘的邻带上。

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