CN1351451A - 通频带平坦度补偿电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通频带平坦度补偿电路,在带通滤波器和移动通信用中继器***的制作时,改善带通滤波器及中继器***等的通频带内的波纹的平坦度。本发明包括:互补型带通滤波器,具有生成与主带通滤波器的通频带内的波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性,用于使滤波器***的整体的通频带传输特性平坦化;和用于改善滤波器***损失增加的放大器电路和用于改善电路整体的反射损失特性的衰减器电路,改善了通频带平坦度畸变的带通滤波器及采用它的中继器***的平坦度和阻带衰减特性,提高了移动通信服务的性能和品质。

Description

通频带平坦度补偿电路
本发明涉及带通滤波器及中继器***等的通频带平坦度补偿电路，特别涉及能够把生成与主带通滤波器的畸变的通频带波纹相对应的逆波纹的互补型带通滤波器附加到主带通滤波器上，来补偿带通滤波器及***的全体通频带平坦度的通频带平坦度补偿电路。
在现有技术中，一般，带通滤波器(BPF)由构成滤波器的谐振器的空载品质因数决定通频带内的损失特性及阻带衰减特性等。即，使用品质因数高的谐振器所制作的滤波器能够达到更小的损失值和急剧的衰减特性，反之，用品质因数小的谐振器所制作的滤波器使通频带内的***损失增加并且使阻带衰减特性降低。
而且，在滤波器设计时，使用经常使用的契比雪夫(Chebyshev)和巴特沃兹(Butterworth)函数所设计的理想的带通滤波器的通频带内的波纹必须与滤波器的级数无关而是一定的。但是，实际上，在实现带通滤波器时，由于由构成滤波器的谐振器的尺寸所产生的品质因数的限制，随着滤波器的级数增加，虽可改善阻带衰减特性，但是，增加了通频带内的***损失值，而且，降低了在中心频率与通频带两端部上的波纹的平坦度。其结果，带通滤波器的通频带特性曲线在整体上成为中央部出现凸形(convex)。
即，在使用陶瓷这样的介电体及其他材料来实现滤波器的情况下，由于介电体材料及电极物质的特性和谐振器的尺寸，构成滤波器的谐振器的性能存在限制，而且，追加了滤波器的损失特性及通频带波纹特性的限制，其结果，使设有这样的滤波器的***的***整体的平坦度变差，而导致***的性能降低。
特别是，在要求严格的频率选择度的中继器这样的***中，必须采用因急剧的频带间的隔离特性而使阻带衰减特性优良的带通滤波器即用多级所实现的带通滤波器，但是，在使用现有技术所实现的带通滤波器的情况下，波纹的平坦度被降低，而产生频道间的功率差，因此，使中继器***整体的品质被降低。
例如，如图1所示，一般的带通滤波器在通频带内传输具有一定的波纹(1)的信号，但是，在这样的滤波器的特性上，在通频带内的中心频率上的传输信号的大小与通频带端部的传输信号的大小不相同，这样的传输信号的大小之差由构成带通滤波器的谐振器的品质因数所决定。
在带通滤波器和使用它的中继器***的制造过程中，为了使用现有技术来解决上述问题，而采用使构成滤波器的谐振器的尺寸增加，来提高谐振器的品质因数，改善滤波器的波纹特性的方法，但是，当实现具有受到限制的尺寸的***时，由于谐振器的尺寸还受到限制，因此，上述方法不是根本的改善方法。
这样，在中继器***中，当采用使用介电体这样的一定尺寸的具有被限定的品质因数的谐振器所制作的带通滤波器时，就需要提供平坦度补偿电路，来补偿滤波器的被降低的通频带波纹的平坦度。
这样，鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的是提供通频带平坦度补偿电路，给主带通滤波器附加生成与主带通滤波器的畸变的通频带波纹相对应的逆波纹的互补型带通滤波器，来补偿带通滤波器的整体的通频带平坦度。
本发明的另一个目的是提供通频带平坦度补偿电路，在移动通信用的中继器等中，在改善中继器***整体的平坦度的同时，通过滤波器的级数增加，而改善追加的交叉频带衰减特性。
为了实现上述目的，本发明提供一种有源型通频带平坦度补偿电路，用于补偿在通频带传输特性中包含第一形状的第一波纹的主带通滤波器的通频带平坦度，其特征在于，包括：互补型带通滤波器，具有对输入信号生成与上述第一波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性，用于使滤波器***的整体的通频带传输特性平坦化；放大器电路，设置在上述主带通滤波器与互补型带通滤波器之间，用于把输入信号放大为所希望的增益值；第一衰减器电路，设在上述互补型带通滤波器的后级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性，由此来改善主带通滤波器的平坦度。
本发明的其他的特征是：本发明提供一种无源型通频带平坦度补偿电路，用于补偿在通频带传输特性中包含第一形状的第一波纹的主带通滤波器的通频带平坦度，其特征在于，包括：互补型带通滤波器，具有对输入信号生成与上述第一波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性，用于使滤波器***的整体的通频带传输特性平坦化；第一和第二衰减器电路，分别设在上述互补型带通滤波器的前级和后级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性，由此来改善主带通滤波器的平坦度。
上述主带通滤波器在通频带传输特性上包含凸形的第一波纹，上述互补型带通滤波器在通频带传输特性上生成凹形的逆波纹，上述互补型带通滤波器由2n(n是正的常数)个谐振器所构成。
如上所述，在本发明中，通过在主带通滤波器或者中继器等上附加生成与主带通滤波器或者中继器等的畸变的通频带波纹相对应的逆波纹的互补型带通滤波器，由此，平坦度补偿电路的逆波纹与主带通滤波器或者中继器的波纹相抵消，就能补偿带通滤波器及***的整体的通频带平坦度，同时能够谋求改善追加的阻带衰减特性。
本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中：
图1是表示由于构成带通滤波器的谐振器的尺寸所产生的品质因数的限制，而使通频带波纹的平坦度降低的现有的带通滤波器的频率特性的曲线图；
图2是表示为了改善图1所示的带通滤波器的特性中的通频带波纹的平坦度所需要的平坦度补偿电路的频率特性的曲线图；
图3是给图1的带通滤波器提供平坦度补偿电路来改善通频带波纹的平坦度的频率特性曲线图；
图4a是本发明的第一实施例的有源(Active)型平坦度补偿电路图；
图4b是第一实施例中改善电路全体的反射损失特性的本发明的第二实施例的有源(Active)型平坦度补偿电路图；
图4c是本发明的第三实施例的无源(Passive)型平坦度补偿电路图；
图5是表示本发明的第一至第三实施例中所实现的互补型2级带通滤波器的电路图；
图6a是表示由本发明的第一实施例所实现的平坦度补偿电路的频率特性的曲线图；
图6b是表示由本发明的第二实施例所实现的平坦度补偿电路的频率特性的曲线图；
图6c是表示由本发明的第三实施例所实现的平坦度补偿电路的频率特性的曲线图；
图7是表示设有本发明的第一实施例的带通滤波器***的模块全体的方框图；
图8a是表示使用9级陶瓷同轴型谐振器所制作的主带通滤波器的平面图；
图8b是表示使用9级陶瓷同轴型谐振器所制作的主带通滤波器的背面图；
图8c是表示使用9级陶瓷同轴型谐振器所制作的主带通滤波器的正面图；
图9是表示图8a至图8c中提示的主带通滤波器的频率特性的曲线图；
图10是由本发明的第一实施例所实现的平坦度补偿电路的布局图；
图11是表示本发明的第一实施例的平坦度补偿电路的模拟频率特性的曲线图；
图12是测定图10所示的本发明的第一实施例的频率特性的曲线图；
图13是测定给图8的主带通滤波器提供本发明的第一实施例的平坦度补偿电路的带通滤波器***的频率特性的曲线图。
下面参照表示优选实施例的附图来详细说明本发明。
图1是表示由于构成带通滤波器的谐振器的品质因数的限制，而使通频带波纹的平坦度降低的现有的主带通滤波器的频率特性的曲线图，图2是表示为了改善图1所示的带通滤波器的特性中的通频带波纹的平坦度所需要的平坦度补偿电路的频率特性的曲线图，图3是给图1的带通滤波器提供平坦度补偿电路来改善通频带波纹的平坦度的频率特性曲线图。
下面参考图1至图3来说明本发明的平坦度补偿方法。
首先，一般的带通滤波器的传输特性曲线，如图1所示的那样，具有从中央部(C1)向通频带两端部(S1，S2)下垂的凸(convex)形的波纹特性(1)。
这样，为了使带通滤波器的通频带传输特性曲线的中央部(C3)与通频带两端部(S5，S6)间的波纹(3)，如图3所示的那样，具有平坦性(flatness)，需要设置平坦度补偿电路，该电路具有生成凹(concave)形的逆波纹(2)的传输特性曲线(图2)，其与图1的波纹特性(1)相反，如图2所示的那样，具有通频带中央部(C2)低于两端部(S3，S4)的传输特性值。
即，当给具有由上述图1所示的特性的一般的带通滤波器提供具有图2所示的特性的平坦度补偿电路时，能够实现具有图3所示的被平坦化的通频带波纹(3)的传输特性。
下面参照附图来详细说明具有图2所示的特性的本发明的优选平坦度补偿电路的实施例。
图4a表示本发明的第一实施例的有源型平坦度补偿电路(10)，图7表示把第一实施例与主带通滤波器(20)相结合的例子。
本发明的第一实施例的有源型平坦度补偿电路(10)包括：放大器电路(11)，连接在呈现畸变的波纹特性的主带通滤波器(20)上，用于改善附带的电路整体的损失的增加；互补型带通滤波器(12)，连接在上述放大器电路(11)上，为了改善主带通滤波器(20)的畸变的波纹(1)的平坦度，而生成具有与主带通滤波器(20)的波纹(1)相对应的相反特性的波纹(2)；以及第一衰减器电路(13)，用于改善滤波器(12)的反射损失特性。
其中，上述主带通滤波器(20)可以使用例如图8a至图8c那样空载品质因数为约750的陶瓷同轴型谐振器(20a-20i)而由9级带通滤波器所构成，带通滤波器(20)的传输特性，如图9所示，由于谐振器的品质因数的限制，在约12MHz的带宽上，通频带的平坦度变差3dB以上。
上述互补型带通滤波器(12)，如图5所示，能够由于改善了通频带内的波纹的平坦度的主带通滤波器(20)或者中继器***的性能，增加或者减少级数来实现，制作成具有与带通滤波器(20)的通频带波纹(1)的值大小近似的逆波纹(2)的传输特性。
互补型带通滤波器(12)可以使用陶瓷同轴型谐振器或者其他介电体材料来实现由具有逆波纹(2)的任意的级数，最好以2级或者4级等偶数级所设计的滤波器。
这样，在给主带通滤波器(20)提供上述互补型带通滤波器(12)的情况下，逆波纹(2)与主带通滤波器(20)的波纹(1)相抵消，整体的滤波器***的传输特性变得具有平坦化的通频带波纹(3)，并且，所提供的上述互补型带通滤波器(12)增加了附带的滤波器的级数，具有改善追加的阻带衰减特性的效果。
在上述平坦度补偿电路(10)中所含的放大器电路(11)能够设计成：改善因追加互补型带通滤波器(12)所产生的通频带内的***损失值的增加，在此情况下，放大器的增益值通过元件选择和带通滤波器(20)的损失特性以及***的特性，调整成具有任意的增益值，能够制作为：平坦度补偿电路(10)的整体特性具有负或正的增益值。
在上述平坦度补偿电路(10)中所含的第一衰减器电路(13)能够制作成：补偿因设置互补型带通滤波器(12)所产生的反射损失特性的降低，第一衰减器电路(13)的特性随互补型带通滤波器(12)和放大器电路(11)的特性而设计成具有任意的抵消比率，并且，能够以使用电阻或者任意的集中元件或使用介电体基板的分布元件形态来制作。
上述本发明的第一实施例的有源型平坦度补偿电路(10)的频率特性，如图6a所示，具有主要与互补型带通滤波器(12)相对应的逆波纹特性，补偿电路(10)的波纹和增益特性使用互补型带通滤波器(12)和放大器电路(11)的增益及第一衰减器电路(13)的衰减特性，能够以各种形态实现。
为了确认上述本发明的第一实施例的特性，而制作了图10所示的平坦度补偿电路(10)。图10所示的互补型带通滤波器(12)，使用两个介电常数为38并且空载品质因数为约570的6×6mm尺寸的同轴型谐振器(Coaxial Resonator)(121，122)，来形成分别以所希望的频率并联谐振的第一和第二谐振电路(12a，12b)(参照图4a及图5)，由此，制作成具有双峰特性。
而且，在平坦度补偿电路(10)中，在输入级中使用具有约13dB增益的MMIC(Monolithic Microwave IC)来实现1级放大器电路(11)，在输出级，三个芯片电阻(R1-R3)使用导电图形(15)和接地图形(16)来制作衰减特性为-10dB的衰减器电路(13)，在印刷电路板(PCB)(17)上实现平坦度补偿用滤波器电路。而且，在上述MMIC(11a)的输入/输出上，由芯片电容(C1-C5)和芯片电感(L1，L2)所构成的匹配电路连接在导电图形(15)与接地图形(16)之间。
图11是表示模拟上述图10的平坦度补偿电路(10)的频率特性的结果的曲线图，表示约2.5dB的通频带波纹和20dB的反射损失值。
图12是测定上述图10所示的平坦度补偿电路(10)的频率特性的曲线图，能够达到通频带内***损失为0dB和20dB以上的反射损失以及2.5dB的通频带波纹。其表示了与图11所示的模拟结果相一致。
图13表示给图8的同轴型谐振器型的9级主带通滤波器(20)提供由本发明的第一实施例所制作的图10的平坦度补偿电路(10)的带通滤波器***的改善了的平坦度特性，其可以按图7所示的电路图来构成。
可以理解上述图13所示的带通滤波器***的频率特性具有通频带内波纹为1dB以内的平坦值，与阻带衰减特性或者图9所示的主带通滤波器(20)的特性相比，得到改善。
另一方面，图4b所示的本发明的第二实施例的有源型平坦度补偿电路(10a)，如图所示，在上述第一实施例中，在放大器电路(11)的输入级上追加第二衰减器电路(14)，由此，能够进一步改善补偿电路整体的反射损失特性。
上述第二实施例的无源型平坦度补偿电路(10b)的频率特性，如图6b所示的那样，补偿电路(10a)的波纹和增益特性使用互补型带通滤波器(12)和放大器电路(11)的增益和衰减器电路(13)的衰减特性，能够以各种形态实现，通过提供第二衰减器电路(14)，与第一实施例相比，电路整体的反射损失特性更好。
图4c是表示本发明的第三实施例的无源型平坦度补偿电路(10b)，由互补型带通滤波器(12)和第一衰减器电路(13)、第二衰减器电路(14)所构成。
由上述本发明的第三实施例所实现的无源型平坦度补偿电路(10b)呈现图6c那样的频率特性，通过两个第一和第二衰减器电路(13，14)，补偿电路(10b)整体的特性具有负的增益值，增益由衰减器电路(13，14)的衰减比率决定。
另一方面，由于图4b和图4c所示的本发明的第二和第三实施例的特性与上述第一实施例的情况相类似，而省略对其的说明。
虽然本发明把上述实施例作为参考来进行了说明，但是，本领域技术人员可以进行它们的变形或者修正和调整。例如，可以用2级滤波器来变形实现平坦度补偿电路时的互补型带通滤波器(12)，而用多段来实现，可以使用各种尺寸的除陶瓷同轴型谐振器之外的陶瓷基板以及各种介电体材料来进行制作。
而且，在上述实施例中，提出了与带通滤波器的传输特性曲线具有凸形的情况相对应的平坦度补偿电路，但是，本发明并不限于此，即使在其他的形状的传输特性的情况下，也能构成具有与其相反形状的波纹的平坦度补偿电路。
而且，在上述实施例中，以传输特性曲线具有凸形的带通滤波器的情况为例说明了本发明所使用的例子，但是，本发明并不限于此，即使在具有与上述相同的传输特性的其他中继器***或者通信***中，也能同样使用。
而且，放大器电路(11)的级数和增益值可根据需要自由调整，衰减器电路(13)的衰减比率也可以调节，衰减器可以以除芯片电阻之外的各种形态来实现。
而且，作为第一实施例的变形例，通频带平坦度补偿电路可以进一步在放大器电路与互补型带通滤波器之间包含用于改善反射损失特性的附加的衰减器电路。发明的效果
在上述本发明中，实现了有源型和无源型通频带平坦度补偿电路，为了改善平坦度降低的带通滤波器等的波纹，而由生成逆波纹的互补型带通滤波器和放大电路以及衰减器电路所构成。
本发明的平坦度补偿电路一般能够改善带通滤波器的通频带波纹的平坦度，而得到附带的衰减特性的改善效果，而且，采用上述的改善平坦度的通频带平坦度补偿电路的移动通信中继器这样的***，频道之间的功率差被平衡而能够提高***整体的性能，其结果，能够提高移动通信服务的通话品质。
虽然本发明以特定的优选实施例为例进行了图示和说明，但是，应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神的条件下进行变化和变型，本发明的范围由权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种带通滤波器***的通频带平坦度补偿电路，用于补偿在通频带传输特性中包含第一形状的第一波纹的主带通滤波器的通频带平坦度，其特征在于，包括：
互补型带通滤波器，具有对输入信号生成与上述第一波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性，用于使滤波器***的整体的通频带传输特性平坦化；
放大器电路，设置在上述主带通滤波器与互补型带通滤波器之间，用于把输入信号放大为所希望的增益值；以及
第一衰减器电路，设在上述互补型带通滤波器的后级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性，
由此来改善主带通滤波器的平坦度。
2.一种通频带平坦度补偿电路，用于补偿在通频带传输特性中包含第一形状的第一波纹的主带通滤波器的通频带平坦度，其特征在于，包括：
互补型带通滤波器，具有对输入信号生成与上述第一波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性，用于使滤波器***的整体的通频带传输特性平坦化；以及
第一和第二衰减器电路，分别设在上述互补型带通滤波器的前级和后级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性，
由此来改善主带通滤波器的平坦度。
3.一种通频带平坦度补偿电路，用于补偿在通频带传输特性中包含第一形状的第一波纹的通信***的通频带平坦度，其特征在于，包括：
互补型带通滤波器，具有对输入信号生成与上述第一波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性，用于使***的整体的通频带传输特性平坦化；
放大器电路，设置在上述***与互补型带通滤波器之间，用于把输入信号放大为所希望的增益值；以及
第一衰减器电路，设在上述互补型带通滤波器的后级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性，
由此来改善通信***的平坦度。
4.根据权利要求1所述的通频带平坦度补偿电路，其特征在于，进一步包含第二衰减器电路，设在上述互补型带通滤波器与放大器电路中的任一个的前级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性。
5.根据权利要求2所述的通频带平坦度补偿电路，其特征在于，进一步包含放大器电路，设在上述互补型带通滤波器的前级，把输入信号放大为所希望的增益值。
6.根据权利要求1或2所述的通频带平坦度补偿电路，其特征在于，上述主带通滤波器在通频带传输特性中包含凸形的第一波纹，上述互补型带通滤波器在通频带传输特性中包含凹形的逆波纹。
7.根据权利要求6所述的通频带平坦度补偿电路，其特征在于，上述互补型带通滤波器由2n(n是正的常数)个谐振器所构成。
8.一种具有通频带平坦度补偿功能的通信***，其特征在于，包括：
通信装置，用于对输入信号执行在通频带传输特性中包含第一形状的第一波纹的通信；
放大器电路，设置在上述通信装置的后级，把带域内所通过的输入信号放大为所希望的增益值；
互补型带通滤波器，设在上述放大器电路的后级，具有对输入信号生成与上述第一波纹相反形状的逆波纹的通频带传输特性，用于使通信***的整体的通频带传输特性平坦化；
第一衰减器电路，设在上述互补型带通滤波器的后级，为了改善反射损失特性而具有对输入信号进行衰减的特性，
由此来改善上述***的平坦度。
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