一種濾波器及濾波器的傳輸零點調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及濾波器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無交叉耦合但具有傳輸零點的濾波 器設(shè)計以及此類濾波器的傳輸零點調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 強抗干擾能力已經(jīng)成為當(dāng)代通信系統(tǒng)極為重要的性能之一。無線通信系統(tǒng)中，干 擾主要來源于各種頻率與通帶頻率相近的電磁波，尤其是鄰頻信號。干擾會導(dǎo)致通信基站 的覆蓋范圍縮小，通信容量急劇下降，信號質(zhì)量大幅下降，干擾嚴(yán)重時甚至?xí)率雇ㄐ畔到y(tǒng) 陷于癱瘓。對于新一代數(shù)字通信系統(tǒng)，各種干擾帶來的負(fù)面影響將更為嚴(yán)重，主要是因為高 速寬帶數(shù)據(jù)傳輸更容易受到干擾的破壞，例如和語音傳送相比，圖像數(shù)據(jù)傳送能夠承受的 誤碼率至少應(yīng)小4個數(shù)量級。為了盡可能地提高頻率資源的利用率和更有效地抑制鄰頻信 號的干擾，現(xiàn)代通信接收前端常采用具有橢圓函數(shù)(或準(zhǔn)橢圓函數(shù))特性的濾波器。
[0003]橢圓函數(shù)濾波器可以獲得優(yōu)異的帶外抑制特性，有效避免鄰頻信號的干擾。為了 盡可能減小器件體積，大多工程師已經(jīng)放棄傳統(tǒng)的雙列濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而采用耦合交叉 線來實現(xiàn)非相鄰諧振器之間的耦合，并以此實現(xiàn)具有陡峭帶邊截止特性的橢圓函數(shù)濾波器 設(shè)計。但利用交叉線來實現(xiàn)非相鄰諧振器之間的交叉耦合面臨幾個問題：
[0004] (1)利用交叉線實現(xiàn)的耦合大多屬于電場耦合，為了實現(xiàn)濾波器的準(zhǔn)橢圓函數(shù)特 性，就要求主通路中與之配對的耦合必定為磁場耦合，這就使諧振器的結(jié)構(gòu)選取會受到一 定限制。
[0005] (2)為了避免交叉線在實現(xiàn)期望的交叉耦合的同時不與不相關(guān)的諧振器間產(chǎn)生不 必要的附加耦合，往往需要對濾波器的拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并采用一些結(jié)構(gòu)非常特殊的諧 振器和特殊的耦合結(jié)構(gòu)，有時還不得不對諧振器進(jìn)行錯位排列，這就不利于濾波器的小型 化設(shè)計。有時即便采用了一些特殊的結(jié)構(gòu)，也很難完全避免這些寄生的附加耦合，使得濾波 器的設(shè)計變得比較困難。
[0006] (3)對于作為濾波器優(yōu)選特例的高溫超導(dǎo)濾波器而言，電路整體平面尺寸規(guī)模也 是影響電路性能及成本的關(guān)鍵因素，并且由于超導(dǎo)材料存在特殊的晶格特性，即便采用特 殊的高精度光刻加工工藝，也要求電路線寬和線間縫隙寬度都不能太小，以盡可能減小加 工誤差對器件性能的影響。因此利用交叉線比較難以實現(xiàn)諧振器之間的強耦合，也就難于 實現(xiàn)相對帶寬較大的濾波器設(shè)計。尤其是工作頻率比較低且要求器件小型化時，難度就更 大。即使是設(shè)計窄帶濾波器，由于加工工藝條件的限制，也使得帶有耦合交叉線的濾波器加 工成品率比較低，加工重復(fù)性也不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明將提供一種無交叉耦合但具有傳輸零點的濾波器設(shè) 計方案，以及所述濾波器的傳輸零點調(diào)節(jié)方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的，一種濾波器，包括濾波器主通路，其特征在于， 所述濾波器還包括以附加耦合方式接入主通路輸入、輸出端的能量吸收耦合單元，所述能 量吸收耦合單元由兩個頻率相同或相近且具有能量耦合的諧振器組成。
[0009] 優(yōu)選方案，能量吸收耦合單元兩個諧振器的諧振頻率均等于濾波器的中心頻率。
[0010] 優(yōu)選方案，能量吸收耦合單元兩個諧振器的諧振頻率為不同值。
[0011] 優(yōu)選方案，外部輸入、輸出端采用直接耦合的方式與濾波器主通路的諧振器進(jìn)行 能量耦合于直接耦合點，再利用離直接耦合點相距90°電長度的耦合點與能量吸收耦合單 元以間接耦合的方式進(jìn)行非接觸式能量耦合。
[0012] 優(yōu)選方案，所述濾波器包含多組能量吸收耦合單元。
[0013] 優(yōu)選方案，所述濾波器的輸入和輸出端口分別附加耦合一組能量吸收耦合單元。
[0014] 優(yōu)選方案，所述濾波器為高溫超導(dǎo)濾波器。
[0015] 濾波器的傳輸零點調(diào)節(jié)方法，其特征在于，增強或減弱所述能量吸收耦合單元兩 個諧振器之間的耦合強度以增大或縮小兩個傳輸零點的距離。
[0016] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:本發(fā)明的濾波器可以一次附加耦合直接產(chǎn)生一對(兩 個)傳輸零點，甚至產(chǎn)生多對傳輸零點，由此可以大大減小濾波器的物理尺寸，同時也就解 決了無交叉耦合但可以實現(xiàn)傳輸零點的關(guān)鍵問題。通過調(diào)整各附加耦合所產(chǎn)生零點的位置 以及附加諧振單元與輸入、輸出端之間的耦合強度，既可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的橢圓函數(shù)濾波器，也 可以實現(xiàn)廣義切比雪夫濾波器。適當(dāng)調(diào)整附加單元中各諧振器的頻率，還可以實現(xiàn)傳輸零 點的非對稱分布，甚至可以使所產(chǎn)生的兩個傳輸零點同時分布在濾波器帶外同一側(cè)，以滿 足單邊高抑制的特殊需求。也就是說，解決了傳輸零點任意分布的問題。同時，本發(fā)明的濾 波器對諧振器結(jié)構(gòu)已經(jīng)沒有了限制，因此所有諧振器均可采用同一種形狀，也無需引入耦 合交叉線，整個設(shè)計過程猶如傳統(tǒng)的切比雪夫濾波器的設(shè)計過程一樣，變得比較簡單。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種輸入、輸出端與主通路的諧振器和附加能量吸收 耦合單元的諧振器同時發(fā)生能量耦合的雙耦合結(jié)構(gòu)；
[0018] 圖2為本發(fā)明的優(yōu)選實施例:一種6階單對傳輸零點橢圓函數(shù)濾波器耦合結(jié)構(gòu)；
[0019] 圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例：中心頻率為2500MHz，帶寬為16MHz的6階濾波器理論響 應(yīng)；
[0020] 圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例：中心頻率為2000MHz，帶寬為5MHz的6階濾波器理論響 應(yīng)；
[0021 ]圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例：12階兩對傳輸零點橢圓函數(shù)濾波器耦合結(jié)構(gòu)；
[0022]圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例：中心頻率為3000MHz，帶寬為40MHz的12階濾波器理論響 應(yīng)；
[0023] 圖7為本發(fā)明優(yōu)選實施例：具有2對傳輸零點的8階廣義切比雪夫微帶線濾波器平 面電路；
[0024] 圖8為圖7所述廣義切比雪夫濾波器的全波分析頻率響應(yīng)；
[0025]圖9為本發(fā)明優(yōu)選實施例：中心頻率為2500MHz，帶寬為40MHz的8階濾波器頻響理 論值與平面電路仿真值對比。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0027] 如圖1-圖9所示為本發(fā)明的不同形式的優(yōu)選實施方式及其頻率響應(yīng)。
[0028] 優(yōu)選實施例：本實施例的濾波器，包括由諧振器3、4、5及諧振器6組成的濾波器主 通路，所述濾波器還包括以附加耦合方式接入輸入、輸出端的能量吸收耦合單元，所述能量 吸收耦合單元由兩個頻率相同或相近且具有能量耦合的諧振器1和諧振器2組成。作為進(jìn)一 步的優(yōu)選方案，能量吸收耦合單元中兩個諧振器的諧振頻率可以等于濾波器的中心頻率， 也可以是不同值。使能量吸收耦合單元兩個諧振器的諧振頻率等于濾波器中心頻率可以使 獲得的兩個傳輸零點對稱分布于濾波器通帶的兩側(cè)，就構(gòu)建出了橢圓函數(shù)濾波器;而將其 設(shè)為不同值，則可以實現(xiàn)傳輸零點的非對稱分布。如果進(jìn)一步將兩個諧振器的諧振頻率都 調(diào)節(jié)至帶外同一側(cè)(高頻端或者低頻端），則可以實現(xiàn)將兩個傳輸零點同時設(shè)置在帶外的同 一側(cè)，以滿足單邊高抑制的特殊需求。
[0029] 在圖2所示的優(yōu)選實施例中，每一個小黑圓點代表一個諧振器，數(shù)字代表諧振器編 號，S和L分別代表輸入和輸出端口。與之對應(yīng)的某自擬的歸一化親合矩陣參數(shù)見表1。
[0030] 表1自擬6階單對傳輸零點準(zhǔn)橢圓函數(shù)濾波器歸一化耦合矩陣參數(shù)表
[0033] 本發(fā)明實施例還以兩個不同中心頻率，不同相對帶寬的濾波器為例來做歸一化耦 合矩陣的可行性驗證。分別列舉中心頻率為2500MHz，帶寬為16MHz(相對帶寬0.64%)和中 心頻率為2000MHz，帶寬為5MHz(相對帶寬0.25%)的濾波器理想頻率響應(yīng)，如圖3和圖4所 不。
[0034] 優(yōu)選實施例：如圖1所示，外部輸入、輸出端采用直接耦合的方式與濾波器主通路 的②號諧振器進(jìn)行能量耦合于直接耦合點A，再利用離直接耦合點A相距90°電長度的耦合 點B與能量吸收耦合單元的①號諧振器以間接耦合的方式進(jìn)行非接觸式能量耦合。這種雙 耦合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于:a)采用一個直接耦合，一個間接耦合的方式，無需在外部傳輸線與各 諧振器之間增加任何匹配網(wǎng)絡(luò)。其中①號諧振器與外部傳輸線之間采用的是非接觸式的間 接能量耦合，巧妙地滿足了90°相移的要求。b)直接耦合端和間接耦合端的耦合量和相位可 以單獨調(diào)節(jié)，互不干擾，使得外部耦合調(diào)節(jié)非常靈活。c)①號諧振器和②號諧振器之