专利名称：一种具有传输零点的带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及带通滤波器，具体涉及具有传输零点的带通滤波器。
背景技术：
带通滤波器的传输零点技术能够对其零点附近的阻带信号产生很高的抑制，从而使滤波器的性能得到很大的改善。带通滤波器的结构一般包括输入端口、输出端口；通过加载装置与端口连接的端口谐振器和通过耦合装置与端口谐振器耦合连接的内谐振器。目前具有传输零点的带通滤波器通常是采用交叉耦合的方式实现的。通常将组成带通滤波器的多个谐振器中，相邻谐振器之间的耦合称为直接耦合，而将不相邻的两个谐振器之间的耦合称为交叉耦合。耦合有两种类型磁耦合(电感耦合)和电耦合(电容耦合)。
目前对于具有传输零点的滤波器，最常见的是采用三谐振器交叉耦合的方式实现的。
图1为所述三谐振器磁交叉耦合的工作原理图。图中所示结构为带通滤波器中的一部分，如图所示，谐振器K与K+1以及K+1与K+2之间两两形成磁直接耦合；同时K与K+2之间形成磁交叉耦合。信号由滤波器的其它部分进入谐振器K后，分成两路，当高于谐振频率的信号进入谐振器K后分成两部分，分别进入两个支路，一路经磁交叉耦合后进入谐振器K+2，经过耦合作用后的信号传输相位将改变-90度；另一路经磁直接耦合后进入谐振器K+1，再经磁直接耦合后进入谐振器K+2，经过滤波和耦合作用后的信号传输相位将改变-270度；两路信号在谐振器K+2进行矢量叠加，由于两个支路的信号传输相位相差180度，反相叠加后等于零，因此将形成传输零点。传输零点位于通带的高端，传输零点的频率比通带频率高。
但是这种通过磁交叉耦合实现传输零点的方法存在的缺陷是当低于谐振频率的信号进入谐振器K后，一路信号经过谐振器K+1传入K+2，由于滤波和耦合作用，传输相位将改变-90度；另一路经耦合进入K+2的信号，传输相位也将改变-90度；由于两路信号的相位相同，因此在谐振器K+2中矢量叠加的结果是使原来的幅度增大，因此，降低了低端阻带的抑制性能。图2为没有传输零点的滤波器和上述高端有传输零点的滤波器的频率响应示意图。图中虚线为没有传输零点的带通滤波器的频率传输响应，实线为所述磁交叉耦合形成的传输零点的带通滤波器的频率传输响应。可见，这种滤波器对高端阻带的抑制性能的改善是以牺牲低端阻带的抑制性能为代价的。
所述三谐振器交叉耦合的另一种情况是采用电交叉耦合的方式。具体来说，谐振器K与K+1以及K+1与K+2之间两两形成电直接耦合；同时K与K+2之间形成电交叉耦合。其传输过程与上文所述相同，不同的是由于是电交叉耦合，因此当低于谐振频率的信号经过谐振器K+1进入K+2后，传输相位将改变-90度，而直接进入K+2的信号传输相位将改变+90度；在谐振器K+2矢量叠加的结果是在低端产生一个传输零点。
这种电交叉耦合的三谐振器存在与上述磁交叉耦合的三谐振器类似的问题，也就是说，当输入信号的频率高于谐振频率时，将降低滤波器低端的抑制性能。图2和图3分别为在带通滤波器的高端和低端产生传出零点的频率响应示意图。两图中虚线为没有传输零点的带通滤波器的频率传输响应，实线为所述电交叉耦合形成的传输零点的带通滤波器的频率传输响应。可见，这种滤波器虽然改善了低端阻带的抑制性能，但是降低了高端阻带的抑制性能。
现有技术中另一种具有传输零点的滤波器采用四谐振器交叉耦合的方式实现的。
图4为所述四谐振器磁交叉耦合的工作原理示意图。图中所示结构为带通滤波器中的一部分，如图所示，谐振器K与K+1以及K+2与K+3之间两两形成磁直接耦合；同时K与K+2之间形成磁交叉耦合；K+1与K+3之间形成电交叉耦合。输入谐振器K的信号一路经谐振器K+2进入谐振器K+3，另一路经谐振器K+1，进入K+3；两路信号经过耦合滤波作用后在谐振器K+3进行矢量叠加。通过调试谐振器的谐振频率，既可以实现位于通带高端的传输零点，也可以实现位于通带低端的传输零点。
但是，这种四谐振器的滤波器同样存在对滤波器一端抑制性能的改善是以另一端抑制性能的降低为代价的缺陷。具体来说，如果传输零点位于滤波器通带的低端，虽然改善了低端阻带的抑制性能，但是降低了高端阻带的抑制性能；类似地，如果传输零点位于滤波器通带的高端，虽然改善了高端阻带的抑制性能，但是降低了低端阻带的抑制性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种具有传输零点的带通滤波器，能够改善滤波器一端阻带的抑制性能，同时能够保证另一端阻带的抑制性能不降低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有传输零点的带通滤波器，包括加载装置；通过所述加载装置与端口连接的端口谐振器；耦合装置；通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的内谐振器；还包括通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的外接谐振器；所述外接谐振器将等于谐振频率的信号同相反射，将大于或小于谐振频率的信号反相反射；所述端口谐振器将输入信号分为第一支路信号和第二支路信号；所述耦合装置从所述端口谐振器获取第一支路信号，耦合后传输到所述外接谐振器；所述外接谐振器从所述耦合装置获取信号，进行反射；所述耦合装置从所述外接谐振器获取所述信号，进行耦合后返回到所述端口谐振器，所述端口谐振器将所述返回后的第一支路信号与第二支路信号进行矢量叠加后输出。
其中，所述端口谐振器为输入端口谐振器或输出端口谐振器。
其中，所述外接谐振器与端口谐振器的耦合方式可以是磁耦合，也可以是电耦合。
另外，所述内谐振器电或磁耦合到所述端口谐振器。
进一步，所述内谐振器可以是电或磁直接耦合到所述端口谐振器，也可以是电或磁交叉耦合到所述端口谐振器。
其中，所述外接谐振器包括同轴腔体谐振器、波导谐振器、介质谐振器、陶瓷梳状谐振器和微带谐振器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明通过在端口谐振器上附加外接谐振器，利用外接谐振器将等于谐振频率的信号同相全反射，将大于或小于谐振频率的信号反相全反射的相位特性，实现了在滤波器一端产生传输零点的同时，保证另一端阻带的抑制性能不降低的目的。
另外，所述端口谐振器既可以为输入端口谐振器，也可以为输出端口谐振器。
进一步，本发明提供的方案对于谐振器之间电耦合和磁耦合均可适用，由于电耦合的结构相对于磁耦合实现起来较复杂，调试也较为困难，而本发明可以不含电耦合，因此降低了滤波器的实现成本。
并且，本发明仅需要谐振器之间直接耦合就能够实现传输零点，从而避免了结构上难以实现的交叉耦合的制作，从而简化了制作工艺，进一步降低了成本。
除此之外，本发明也可以在现有技术带交叉耦合的滤波器的结构基础上附加外接谐振器，同样可以实现产生传输零点且对阻带另一端不造成性能恶化的效果，因此更便于满足用户的不同需要，从而实现更高的商业价值。
图1是现有技术中所述三谐振器的磁交叉耦合的结构原理图；图2是现有技术中所述三谐振器的磁交叉耦合的频率响应示意图；图3是现有技术中所述三谐振器的电交叉耦合的频率响应示意图；图4是现有技术中所述四谐振器的交叉耦合的结构原理图；图5是本发明所述的具有传输零点的滤波器的结构原理图；图6是第一实施例的结构原理图；图7是第一实施例的频率传输响应示意图；图8是第二实施例的频率响应示意图；图9是第三实施例的频率响应示意图。
具体实施例方式
带通滤波器的传输零点技术具有可以对零点附近的信号产生较高的抑制作用，从而改善滤波器的性能；以及可以使用更少的腔体数目，更小的体积，更低的损耗的优点，并且零点的位置在通带以外可以根据需要任意调节，因此得到了广泛的应用，特别是在通信领域，已经广泛的应用于GSM基站，直放站，塔放等设备，以及目前的WCDMA，CDMA2000等系统的射频前端。在设计带通滤波器时，控制好传输零点的位置可以使所设计的带通滤波器更经济，更有效。
本发明公开了一种具有传输零点的带通滤波器，具体包括加载装置；通过所述加载装置与端口连接的端口谐振器；耦合装置；通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的内谐振器；以及通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的全发射谐振器；所述外接谐振器将等于谐振频率的信号同相传输，将大于或小于谐振频率的信号反相传输。
以下详细介绍本发明的具体工作原理。为了便于理解本发明对传输零点的产生过程，首先来回顾与本发明相关的现有技术中周知的原理。
任意结构形式的耦合滤波器，都可用耦合谐振电路来分析，这种方法已普遍应用于同轴腔体滤波器、波导滤波器、介质滤波器、陶瓷梳状滤波器和微带滤波器的设计和分析。
对于所述滤波器中的每个谐振器，都可以等效为并联的LC谐振电路。以下是并联LC谐振电路的传输特性(1)幅度特性对于谐振器谐振频率点的信号是全部通过的，非谐振频率点的信号是部分通过的，并且信号的频率偏离谐振器谐振频率点越多，通过谐振器的能量越少。
(2)相位特性频率低于谐振器谐振频率点的信号，其传输相位为正，频率高于谐振器谐振频率点的信号，其传输相位为负。
单个并联LC谐振电路的全反射相位特性为信号频率为谐振器谐振频率点的反射相位等于零。所谓全反射是指进入谐振器的信号全部反射回来的一种情形。
另外，谐振器之间的电感耦合等效成一个感性的阻抗变换器，电容耦合等效成一个容性的阻抗变换器。具体来说，电感耦合是一个感性的阻抗变换器，其传输相位为-90度；电容耦合是一个容性的阻抗变换器，其传输相位为+90度。
上述信号通过谐振器和耦合结构(阻抗变换器)时的相位变化关系如下表所示
基于上述谐振器的相关传输特性，本发明的主要思想是在端口谐振器上附加外接谐振器，利用外接谐振器的的全发射相位特性，达到在滤波器一端产生传输零点的同时，保证另一端阻带的抑制性能不降低的目的。所述端口谐振器既可以为输入端口谐振器，也可以为输出端口谐振器，具体情况结合下文中加以说明。
另外，所述外接谐振器与所述端口谐振器的耦合方式既可以是电耦合，也可以是磁耦合，具体的实现过程也将在下文中进行详细说明。
图5是本发明所述的具有传输零点的滤波器的结构原理图。图中所示结构为带通滤波器的一部分，包括输入端口谐振器、内谐振器和外接谐振器。如图所示，内谐振器磁耦合到端口谐振器；同时端口谐振器磁直接耦合到外接谐振器。以输入端口为例，产生传输零点的具体过程如下所述如果输入信号的频率等于外接谐振器的谐振频率，信号从端口进入端口谐振器，部分信号被反射，剩余信号分成两路，第一支路信号经过磁直接耦合，进入外接谐振器。由于外接谐振器仅与端口谐振器耦合，同时由于输入信号的频率等于外接谐振器的谐振频率，因此依照上文中所示的信号通过谐振器和耦合结构时的相位变化关系表，可以得知，进入外接谐振器的信号将被全反射，回到端口谐振器的信号相位将改变-180度。具体的过程如下所述输入信号经过磁直接耦合，相位改变-90度后进入外接谐振器，由于输入信号的频率等于外接谐振器的振荡频率，因此在外接谐振器内未发生相位改变，然后再次经过磁直接耦合后的信号相位继续改变-90度后全部返回端口谐振器，信号的传输相位为-90+0-90＝-180度。该路信号与将要进入内谐振器的第二支路信号在端口谐振器进行矢量叠加，由于两个信号的相位相差180度，因此叠加后等于零，即产生了传输零点。
对于上述外接谐振器与端口谐振器之间的耦合方式同样可以选择电直接耦合的方式实现。当输入信号的频率等于外接谐振器的谐振频率时，信号从端口进入端口谐振器后，分成两路，其中，经过电直接耦合后进入外接谐振器的信号经过全反射后再次经过电直接耦合全部返回到端口谐振器，相位将改变+90+0+90＝180度，该路信号与将要沿进入内谐振器的第二支路信号在接口谐振器进行矢量叠加，由于两个信号的相位相差180度，因此叠加后等于零，即产生了传输零点。很容易得出，由于经过外接谐振器全反射后的信号传输相位将改变180度，因此，无论内谐振器与端口谐振器之间的耦合方式选用电耦合还是磁耦合，均能利用外接谐振器达到产生传输零点的目的。
由于电耦合的结构相对于磁耦合实现起来较复杂，调试也较为困难，而本发明提供的滤波器结构中可以不含电耦合，因此降低了滤波器的实现成本。
另外，本发明同样适用于所述外接谐振器与输出端口谐振器相连的情况。此时，信号经过内谐振器进入输出端口谐振器，其中一部分信号经过耦合进入外接谐振器，经过全发射后全部返回端口谐振器，相位将改变180度，与另一部分经过端口谐振器的信号进行矢量叠加，由于两路信号相位相差180度，因此同样能够产生传输零点。类似的，对于外接谐振器的耦合方式可以选择电耦合或磁耦合，对于内谐振器的耦合方式也可以任意选择耦合方式。
以上是利用本发明提供的外接谐振器产生传输零点的详细过程。由上所述，当外接谐振器的振荡频率低于通带频率时，可以在滤波器的低端产生传输零点，当外接谐振器的振荡频率高于通带频率时，可以在滤波器的高端产生传输零点，因此适当控制外接谐振器的谐振频率，可以调整滤波器产生零点的位置。
如上所述，利用本发明，可以在滤波器的高端或者低端产生传输零点。以下分析本发明在传输零点的对应端是否会对滤波器的滤波性能带来不良的影响。
仍以图5为例，如果信号的频率不等于外接谐振器的谐振频率，信号从端口进入端口谐振器，部分信号被反射，剩余信号也是分成两路，第一支路信号依次经过磁直接耦合后进入外接谐振器，经外接谐振器全反射后再经磁直接耦合，全部返回端口谐振器，信号的传输相位为-90+180-90＝0度，该信号与将要进入内谐振器的第二支路信号在端口谐振器进行矢量叠加，由于两个信号的相位相同，因此叠加后的信号相当于信号未发生变化，即未对滤波器的传输特性产生作用。
对于外接谐振器与端口谐振器磁耦合的情况和所述外接谐振器与输出端口谐振器耦合的情况可作类似分析，在此不再赘述。
从上文可以看出，本发明仅需要谐振器之间直接耦合就能够实现传输零点，从而避免了结构上难以实现的交叉耦合的制作，从而简化了制作工艺，进一步降低了成本。以下将所有谐振器“一”字排列，即不存在交叉耦合的情况作为本发明的一个优选实施例，进行介绍。
第一实施例在本实施例中各个谐振器一字形排列，不存在交叉耦合。无交叉耦合的滤波器原理示意图如图6所示，图中所有谐振器一字形排列，每个谐振器与相邻谐振器之间直接耦合，外接谐振器与端口谐振器直接耦合。其信号传输过程如前文所述，不再赘述。适当调整所述外接谐振器的谐振频率可以协调传输零点的位置。本实施例产生传输零点的的频率传输响应如图7所示，图中实线部分表示所述的具有传输零点的带通滤波器的传输响应，虚线部分表示没有传输零点的带通滤波器的传输响应。在没有产生传输零点的一端两条曲线重合。可以看出，无论是在高端还是低端产生传输零点，均不会对另一端的阻带的抑制作用产生影响。
目前使用的具有传输零点的带通滤波器通常是带有交叉耦合的滤波器，本发明的另一个优点就是可以在现有滤波器的基础上按照本发明提供的方案进行简单的改进，在现有滤波器的基础上利用外接谐振器产生另外一个传输零点。以下结合两个实施例进行具体说明。
在目前的移动网络中，经常会遇到系统对滤波器低端阻带的滤波性能要求很高的同时，要求在高端阻带也有一个较高的滤波效果的情形。以WCDMA系统为例，WCDMA系统的上行接收滤波器的通带范围为1920MHz至1980MHz，PHS(Personal access phone system无线接入电话系统)的信号发射频段为1900MHz至1915MHz。由于PHS系统的信号发射功率相对较大，会对WCDMA上行接收造成一定的影响，因此，为了抑制PHS系统的信号，需要WCDMA的上行滤波器在低端产生一个传输零点；同时由于WCDMA系统中的下行发射信号一般远高于接收机的接收信号功率，如果不对其进行滤波处理，将造成接收机的电路阻塞，因此，此时需要滤波器的高端阻带也具有很高的抑制作用。本发明通过在现有技术中带有交叉耦合的滤波器上附加外接谐振器的方法解决这一问题。具体如下所述第二实施例本实施例列举了对带有三谐振交叉耦合的滤波器的改进情况。
本实施例以三谐振交叉耦合为例进行说明。与上文中所述相同，本实施例中仍然是在滤波器的端口谐振器处耦合一个外接谐振器，其他谐振器之间存在三谐振器磁交叉耦合。其信号传输过程如前文所述，不再赘述。图8为外接谐振器后产生传输零点的一种频率响应示意图。如前文所述，三谐振器磁交叉耦合时将在高端阻带产生传输零点，图中高端阻带的零点为滤波器经过交叉耦合后产生的传输零点，低端阻带的零点为滤波器经过外接谐振器全反射作用后产生的传输零点，可见，在本实施例中，利用本发明对滤波器的低端阻带的抑制性能进行了改善，同时未对滤波器高端阻带产生的传输零点的滤波效果产生影响。
第三实施例本实施例列举了对带有四谐振交叉耦合的滤波器的改善情况。
本实施例以四交叉耦合滤波器在低端产生传输零点的情况为例进行说明。与上文中所述相同，本实施例中仍然是在滤波器的端口谐振器处耦合一个外接谐振器，其他谐振器之间存在四谐振器磁交叉耦合。其信号传输过程如前文所述，不再赘述。图9为外接谐振器后产生传输零点的一种频率响应示意图。如前文所述，适当调节谐振器的谐振频率，使其在低端阻带产生传输零点，图中低端阻带的零点为滤波器经过交叉耦合后产生的传输零点，高端阻带的零点为滤波器经过外接谐振器全反射作用后产生的传输零点，可见，在本实施例中，利用本发明对滤波器的高端阻带的抑制性能进行了改善，同时未对滤波器低端阻带产生的传输零点的滤波效果产生影向。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具有传输零点的带通滤波器，包括加载装置；通过所述加载装置与端口连接的端口谐振器；耦合装置；通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的内谐振器；其特征在于还包括通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的外接谐振器；所述外接谐振器将等于谐振频率的信号同相反射，将大于或小于谐振频率的信号反相反射；所述端口谐振器将输入信号分为第一支路信号和第二支路信号；所述耦合装置从所述端口谐振器获取第一支路信号，耦合后传输到所述外接谐振器；所述外接谐振器从所述耦合装置获取信号，进行反射；所述耦合装置从所述外接谐振器获取所述信号，进行耦合后返回到所述端口谐振器，所述端口谐振器将所述返回后的第一支路信号与第二支路信号进行矢量叠加后输出。
2.根据权利要求1所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于所述端口谐振器为输入端口谐振器或输出端口谐振器。
3.根据权利要求2所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于所述外接谐振器磁耦合到所述端口谐振器。
4.根据权利要求2所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于所述外接谐振器电耦合到所述端口谐振器。
5.根据权利要求1至4中任意一个所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于所述内谐振器电或磁耦合到所述端口谐振器。
6.根据权利要求5所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于所述内谐振器电或磁直接耦合到所述端口谐振器。
7.根据权利要求5所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于所述内谐振器电或磁交叉耦合到所述端口谐振器。
8.根据权利要求5所述的具有传输零点的带通滤波器，其特征在于，所述外接谐振器包括同轴腔体谐振器、波导谐振器、介质谐振器、陶瓷梳状谐振器和微带谐振器。
全文摘要
本发明公开了一种具有传输零点的带通滤波器，包括加载装置；通过所述加载装置与端口连接的端口谐振器；耦合装置；通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的内谐振器；还包括通过所述耦合装置与所述端口谐振器耦合的外接谐振器；所述外接谐振器将等于谐振频率的信号同相反射，将大于或小于谐振频率的信号反相反射；本发明通过在端口谐振器上附加外接谐振器，利用外接谐振器将等于谐振频率的信号同相全反射，将大于或小于谐振频率的信号反相全反射的相位特性，实现了在滤波器一端产生传输零点的同时，保证另一端阻带的抑制性能不降低的目的。
文档编号H03H1/00GK1797842SQ200410101528
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月21日 优先权日2004年12月21日
发明者袁本贵 申请人:华为技术有限公司