CN213186061U - 数字调谐带通滤波电路和滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数字调谐带通电路及滤波器，其电路包括：第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路与所述第二谐振电路经第三电感进行耦合；所述第一谐振电路包括第一电感和第一电容，所述第一电感和第一电容相并联；所述第二谐振电路包括第二电感和第二电容，所述第二电感和第二电容相并联；所述第一电感、第二电感和第三电感的电感值固定不变，所述第一电容和所述第二电容的电容值可调。将电感定为一固定值，通过改变谐振电容，就可以改变谐振频率，只需要一个窄带带通滤波器就可实现某个频段的带通滤波功能；不仅减少了窄带带通滤波器的数量，而且还不需要射频开关，大大减少了整个带通滤波器的体积及成本。

Description

数字调谐带通滤波电路和滤波器

技术领域

本实用新型涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种数字调谐带通滤波电路和滤波器。

背景技术

滤波器是通信***中的重要组成部分，可利用它们来分开或组合不同的频率。在通信***中，发射信号时，滤波器可限定大功率发射机在规定的频带内辐射；反过来，接收信号时，滤波器又可抑制频带外的信号干扰。根据衰减特性不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻滤波器；低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置；高通滤波器：是让某一频率以上的信号分量通过，而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置；带通滤波器：是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器；带阻滤波器：是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。

对于带通滤波器，因为带宽和带外抑制的要求，目前常规的做法，需要分成多个窄带带通滤波器，再通过射频开关组合而成，从而实现某一频率范围内的带通滤波功能。目前比较普遍的射频开关开关组是一刀六掷，要控制选择多个带通滤波器，输入、输出端各需要多个射频开关；另考虑到滤波器***频开关的走线和窄带滤波器间还需要加挡片避免相互干扰，这就使得滤波器的体积会很大。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种数字调谐带通滤波电路和滤波器，其能大大减小滤波器的体积。

本实用新型提出一种数字调谐带通滤波电路，包括：第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路与所述第二谐振电路经第三电感进行耦合；所述第一谐振电路包括第一电感和第一电容，所述第一电感和第一电容相并联；所述第二谐振电路包括第二电感和第二电容，所述第二电感和第二电容相并联；所述第一电感、第二电感和第三电感的电感值固定不变，所述第一电容和所述第二电容的电容值可调。

本实用新型还提供一种数字调谐带通滤波器，包括如上所述的数字调谐带通滤波电路。

本实用新型还提供一种108-174MHz数字调谐带通滤波电路，包括如上所述的数字调谐带通滤波电路。

本实用新型还提供一种108-174MHz数字调谐带通滤波器，包括如上所述的 108-174MHz数字调谐带通滤波电路。

本实用新型的有益效果：将电感定为一固定值，通过改变谐振电容，就可以改变谐振频率，只需要一个窄带带通滤波器就可实现某个频段的带通滤波功能；不仅减少了窄带带通滤波器的数量，而且还不需要射频开关，大大减少了整个带通滤波器的体积及成本。

附图说明

图1为现有技术中实现108-174MHz带通滤波功能的滤波器的原理框图。

图2为现有技术中实现108-174MHz带通滤波功能的滤波器中窄带带通滤波器的电路图。

图3为本实用新型实施例中在仿真软件里构建的一个窄带带通滤波器电路图。

图4为本实用新型实施例中在仿真软件里构建的一个窄带带通滤波器电路的仿真结果。

图5为本实用新型实施例中带通滤波器电路图。

图6为本实用新型实施例中图5的谐振电容C进行等效转化的电路图。

图7为本实用新型实施例中图6中的开关电路的电路图。

图8为本实用新型实施中图5所示电路的中心频率随电容改变而改变的仿真结果图。

图9为本实用新型实施例中实现108-174MHz带通滤波功能的带通滤波器电路图。

图10为本实用新型实施例中图9中的每个谐振电容的开关电路的电路图。

图11为本实用新型实施例中图9所示的带通滤波器工作在中心频率 174MHz时的驻波比及仿真结果。

图12为本实用新型实施例中图9所示的带通滤波器工作中心频率在 108.2MHz时的驻波比及仿真结果。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

以频率范围为108-174MHz的带通滤波器为例，其指标包括：频率范围 108-174MHz，***损耗：≤4.5dB，3dB带宽：3％～5％，Fo*(1±10％)带外抑制：≥24dBc，远端抑制：2Fo≥50dB，匹配阻抗：50Ω，驻波比：≤1.6。

因为带宽和带外抑制的要求，现有技术中常规的做法，如图1所示的原理框图，需要将108-174MHz分成多个窄带带通滤波器，再通过射频开关组合而成，从而实现108-174MHz带通滤波功能。根据带宽3％要求计算，需要大约20个窄带滤波器进行频率分段，再通过射频开关切换至所需要的窄带带通滤波器中，选择需要的工作频率。目前比较普遍的射频开关开关组是一刀六掷，要控制选择20 个带通滤波器，输入、输出端各需要4个射频开关；另考虑到滤波器***频开关的走线和窄带滤波器间还需要加挡片避免相互干扰，这就使得滤波器的体积会很大。现有技术中，每个窄带带通滤波器采用的是两阶耦合式带通滤波器设计，其电路图如图2，其中L和Lk表示电感，C表示电容；每个窄带带通滤波器中电感和电容的值都是固定不变的；多个窄带带通滤波器中，根据频率的需要，通过射频开关进行切换来改变整个电路中的电感、电容值。

根据频率公式

可知，要改变频率，可以通过：a.同时改变电感和电容；b.电容不变，改变电感；c.电感不变，改变电容。现有技术中每个窄带带通滤波器的电感、电容都是固定值，所以需要多个窄带带通滤波器组合才能达到指标要求。

本申请的实施例中将电感定为一固定值，通过改变谐振电容，就可以改变谐振频率，只需要一个窄带带通滤波器就可实现108-174MHz的带通滤波功能。

如图3所示，在仿真软件里建一个窄带带通滤波器电路，其中L1为谐振电感， C1为谐振电容，L2为耦合电感；将谐振电容C1设为变量，多点扫描仿真。图4 为扫描20个点的仿真结果。由仿真结果可知，电感不变，通过改变谐振电容，就可以改变谐振频率，谐振电容每改变一次，就能得到一个不同频率的窄带带通滤波器，如果谐振电容每次改变的值足够小，相当于有很多个窄带带通滤波器，一个可改变电容值的带通滤波器可替换多个电感电容值固定的带通，不需要再用射频开关，也可实现108-174MHz整个频段带通滤波要求。

根据电容的并联原理，一个电容可以分成多个电容相并联；故将总的谐振电容分成多个电容相并联，再对每个电容加入开关，即可替换多个电感电容值固定的带通滤波器。

考虑到电感、电容得到更高的Q值，更容易生产或选型，同时将电路进行阻抗变换及电感T型等效转换，本实用新型的产品电路原理框图如图5所示，其中 La、Lb、Lc、Lp、Lq为电感，C为谐振电容。其中谐振电容通过图6的等效方式实现电容值可调。图6中的K1、K2、K3....Kn为控制C1、C2、C3....Cn谐振电容的开关电路。

开关电路K1、K2、K3....Kn根据PIN二极管的正反向功能特性进行设计，其电路图如图7所示。通过控制PIN二极管的正向导通、反向截止的特性实现开关功能。当Vcc>V1时，PIN二极管导通；当Vcc<V1时，PIN二极管截止。通过控制 V1的电压，即可控制谐振电容C1，图6中其它的并联电路也是一样的原理。通过控制每个开关组的PIN管通断，即可改变总的谐振电容容值。总谐振电容每改变一次，窄带带通滤波器的中心频率就会跟着改变。总谐振电容改变前后的窄带带通滤波器的中心频率相差≤0.8MHz，即可满足产品整个频段的带通滤波(见图8)。

比如产品要求频率范围是108-174MHz，共66MHz，按0.8MHz一个点计算，至少需要85个带通滤波器，即总的谐振电容C要有85个不同的数值。按照图6设计的滤波器，如果有n组电容并联，则总电容有2ⁿ个不同值，即2ⁿ个带通滤波器。产品需要85个带通滤波器以上，则n≥7。本实施例中取n＝8，以求更密集的频率覆盖。

总结如上的设计思路，产品设计电路如图9所示，Ca为一小电容，产品频率偏高太多时可适当增加Ca的容值。每个谐振电容的K开关电路见图10。PIN二极管选用的是恩智浦公司的BAP65-02。Vn是每组开关电路的控制电压，Vn＝20v或 0v。C1-C8的控制电压Vn都是独立的。

依照产品电路图在ADS仿真软件里建立模型进行仿真，电感Q值设保守值120，电容Q值设为1000。仿真优化后的电容、电感值见表1，表2。电容值是根据谐振电容改变时两个相近的谐振点距离而定，如果带宽大，谐振点的距离也可相应的设置大一些。

表1电容值(pF)

C1	C2	C3	C4	C5	C6	C7	C8	Ca
									0.38	0.58	0.94	1.55	2.5	4.8	9.5	19	0.7

表2电感值(nH)

La	Lb	Lc	Lp	Lq
					83	63	31	142.6	10.1

图11是产品工作中心频率在174MHz时的仿真结果。指标满足协议要求。

图12是产品工作中心频率在108.2MHz时的仿真结果。指标满足协议要求。

产品在108MHz时带外抑制时最低的，各频率点的指标也能满足协议要求。

本实施例滤波器通过控制V1-V8来改变谐振电容，控制端Vn为20v或0v两种状态。产品共有8组开关电路，因此相当于有2⁸个不同中心频率的窄带带通滤波器，通过控制V1-V8选择需要的谐振频率。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字调谐带通滤波电路，其特征在于，包括：

第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路与所述第二谐振电路经第三电感进行耦合；所述第一谐振电路包括第一电感和第一电容，所述第一电感和第一电容相并联；所述第二谐振电路包括第二电感和第二电容，所述第二电感和第二电容相并联；所述第一电感、第二电感和第三电感的电感值固定不变，所述第一电容和所述第二电容的电容值可调。

2.如权利要求1所述的数字调谐带通滤波电路，其特征在于，所述第一电感、第二电感和第三电感被进行T型等效变换，且所述电路进行阻抗变换。

3.如权利要求2所述的数字调谐带通滤波电路，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容分别由n个子电容相并联，且每个子电容与开关电路相串联。

4.如权利要求3所述的数字调谐带通滤波电路，其特征在于，所述开关电路由PIN二极管组成。

5.一种数字调谐带通滤波器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的数字调谐带通滤波电路。

6.一种108-174MHz数字调谐带通滤波电路，其特征在于，包括如权利要求4所述的数字调谐带通滤波电路。

7.如权利要求6所述的108-174MHz数字调谐带通滤波电路，其特征在于，所述子电容数量n≥7。

8.如权利要求6所述的108-174MHz数字调谐带通滤波电路，其特征在于，所述子电容数量n＝8。

9.如权利要求8所述的108-174MHz数字调谐带通滤波电路，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容包括8个子电容和一个补充电容。

10.一种108-174MHz数字调谐带通滤波器，其特征在于，包括如权利要求6-9任一项所述的108-174MHz数字调谐带通滤波电路。

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