一种传输线四端口无反射滤波器的制作方法

本发明涉及一种滤波器，特别是涉及一种传输线四端口无反射滤波器。

背景技术：

滤波器是一种电子器件，广泛应用于各种电子系统中。该器件一般有两个端口，允许位于通频带内的电信号无损或低损通过，而禁止阻频带内的电信号在两个端口之间进行传输。

现有的滤波器一般为反射式的。根据能量守恒定律，输入端的输入电信号如位于通带内，则传输至输出端；当输入信号位于阻带内，则全反射至输入端，此时输出端无信号输出。如果反射信号功率较大，反射至输入端之后，会对之后的电路造成不确定的影响。无反射滤波器，顾名思义，无论在通带或是阻带，其输入端均无反射信号或很小，且不影响通带内的传输响应。传统的无反射滤波器一般利用电感、电容和电阻实现，在微波频段，器件的分布式效应较为严重，电感和电容的实现非常困难，相应的无反射滤波器难以实现，是一个技术难题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种传输线四端口无反射滤波器，解决现有无反射滤波器工作频率较低、不适用于射频微波频段的问题。

技术方案：本发明所述的传输线四端口无反射滤波器包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、四个四分之一波长终端开路传输枝节线、四个四分之一波长终端短路传输枝节线、四个二分之一波长传输枝节线、四个四分之一波长终端开路枝节线、四个四分之一波长终端短路传输线节、反相器；所述两个二分之一波长传输枝节线的两侧均各并联一个四分之一波长终端短路传输枝节线，在四分之一波长终端短路传输枝节线外侧分别串联一个四分之一波长的终端开路传输枝节线，构成第一带通支路、第二带通支路；所述另两个二分之一波长传输枝节线的两侧均各并联一个四分之一波长终端开路传输枝节线，在四分之一波长终端开路传输枝节线外侧分别串联一个四分之一波长的终端短路传输线节，构成第一带阻支路、第二带阻支路；所述第一带通支路、第一带阻支路、第二带通支路、第二带阻支路依次首尾连接，组成一个闭环结构，闭环结构环路主线上任意一点级联加入反相器；所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口各连接一个闭环结构的公共点，每个端口的两侧均分别为一个带通支路和一个带阻支路。反相器串联地加入到闭环结构环路主线上任意一点。

优化地，为了使得各个支路结构对称，从而可以进行双向滤波。所述四个四分之一波长终端开路传输枝节线的阻抗值相同，四个四分之一波长终端短路传输枝节线的阻抗值相同，所述四个二分之一波长传输枝节线的阻抗值相同，所述四个四分之一波长终端开路枝节线的阻抗值相同，所述四个四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值相同。

为了将阻带反射信号完全消耗掉，所述带通支路和带阻支路的滤波特性是完全互补的，具有相同的中心频率。

所述四分之一波长终端开路传输枝节线、四分之一波长终端短路传输枝节线、四分之一波长终端开路枝节线、四分之一波长终端短路传输线节的电长度在所述传输线四端口无反射滤波器的中心频率处为四分之一波长，所述传输枝节线的电长度在所述传输线四端口无反射滤波器的中心频率处为二分之一波长。

所述四分之一波长终端开路传输枝节线、四分之一波长终端开路枝节线的电长度包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度，所述四分之一波长终端短路传输枝节线、四分之一波长终端短路传输线节的电长度包括了为补偿末端短路的不连续性效应引起的附加长度。这两处的附加长度根据实现时所选取的具体传输线形式而不同。

所述第一端口、第二端口、第三端口、第四端口均既可作为输出端口，也可作为输入端口。

所述带通支路可以进行高通滤波，所述带阻支路可以进行低通滤波。

为了提高滤波器无反射滤波特性，并且由于结构对于元件值的精度要求很高，因此通过软件计算得到元件值，与结构相结合，使滤波器得到近似的无反射滤波的效果。所述输入端口(1)、输出端口(2)、输出端口(3)和输出端口(4)的阻抗值均为1ohm；所述四分之一波长终端开路传输枝节线的阻抗值均为1.5693ohm，四分之一波长终端短路传输枝节线的阻抗值均为0.6242ohm，二分之一波长传输枝节线的阻抗值为1.3899ohm，四分之一波长终端开路枝节线的阻抗值为0.6242ohm，四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值为1.5693ohm。

基于四端口的对称无源传输线网络，经过特殊的拓扑设计和元件赋值之后，可以实现在全频段内的反射系数均为0，且任一端口对其相邻两端口的传输响应分别互补，如：低通和高通，带通和带阻。

有益效果：(1)本发明可以有效降低阻带反射信号带来的影响；(2)工作频率较高、适用于射频微波频段；(3)同时具有较好的带通(高通)和带阻(低通)的滤波特性。(4)经过阻抗变换之后，滤波器可以适用于其他端口阻抗的场合。

附图说明

图1为本发明的传输线四端口无反射滤波器的电路原理图；

图2为本发明利用ads软件计算的传输线四端口无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图3为反相器设在其他位置的电路原理图；

图4位反相器设在另一位置的电路原理图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例将传输线四端口无反射滤波器的中心频率设为1ghz。

如图1所示，本实施例的传输线四端口无反射滤波器具有四个端口，分别是第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4，其中第一端口作为输入端口、其余三个端口作为输出端口。还包括四个四分之一波长终端开路传输枝节线5、四个四分之一波长终端短路传输枝节线6、四个二分之一波长传输枝节线7、四个四分之一波长终端开路枝节线8、四个四分之一波长终端短路传输线节9、反相器10。

其中，两个二分之一波长传输枝节线7的两侧均各并联一个四分之一波长终端短路传输枝节线6，在四分之一波长终端短路传输枝节线6外侧分别串联一个四分之一波长的终端开路传输枝节线5，构成第一带通支路、第二带通支路；图1中上部的为第一带通支路，下部的为第二带通支路。另两个二分之一波长传输枝节线7的两侧均各并联一个四分之一波长终端开路传输枝节线8，在四分之一波长终端开路传输枝节线8外侧分别串联一个四分之一波长的终端短路传输线节9，构成第一带阻支路、第二带阻支路；图1中左侧的为第一带阻支路，右侧的为第二带阻支路。第一带通支路、第一带阻支路、第二带通支路、第二带阻支路依次首尾连接，组成一个闭环结构。第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4各连接一个闭环结构的公共点，每个端口的两侧均分别为一个带通支路和一个带阻支路。第一带通支路右侧的四分之一波长的终端开路传输枝节线5的右端串联一个反相器10，反相器10右端与第二端口2相连。

带通支路可以进行高通滤波，带阻支路可以进行低通滤波。

其中，四分之一波长终端开路传输枝节线5的阻抗值均为1.5693ohm，四分之一波长终端短路传输枝节线6的阻抗值均为0.6242ohm，二分之一波长传输枝节线7的阻抗值为1.3899ohm，四分之一波长终端开路枝节线8的阻抗值为0.6242ohm，四分之一波长终端短路传输线节9的阻抗值为1.5693ohm。

带通支路和带阻支路的滤波特性是完全互补的，具有相同的中心频率。

其中，四分之一波长终端开路传输枝节线5、四分之一波长终端短路传输枝节线6、四分之一波长终端开路枝节线8、四分之一波长终端短路传输线节9的电长度在所述传输线四端口无反射滤波器的中心频率处为四分之一波长，所述传输枝节线7的电长度在所述传输线四端口无反射滤波器的中心频率处为二分之一波长。

四分之一波长终端开路传输枝节线5、四分之一波长终端开路枝节线8的电长度包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度，所述四分之一波长终端短路传输枝节线6、四分之一波长终端短路传输线节9的电长度包括了为补偿末端短路的不连续性效应引起的附加长度。这两处的附加长度根据实现时所选取的具体传输线形式而不同。

利用ads仿真软件，对本实施例的电路原理图进行模拟仿真，得到的s参数曲线如图2所示，图中s11为信号反射系数，s12和s13为信号传输系数。从图2中可以看出，曲线s12呈现出带通特性，曲线s13呈现出带阻特性，即该滤波器同时具有带通和带阻两种滤波特性，且两种滤波特性效果较好。此外，可以看到s11所呈现的反射系数已经下降到-75db左右，已经能够近似看作不存在反射，能够有效减小阻带反射信号带来的影响。

实施例2：

本实施例将传输线四端口无反射滤波器的中心频率设为1ghz。

如图3所示，本实施例中，两个二分之一波长传输枝节线7的两侧均各并联一个四分之一波长终端短路传输枝节线6，在四分之一波长终端短路传输枝节线6外侧分别串联一个四分之一波长的终端开路传输枝节线5，构成第一带通支路、第二带通支路；图3中上部的为第一带通支路，下部的为第二带通支路。另两个二分之一波长传输枝节线7的两侧均各并联一个四分之一波长终端开路传输枝节线8，在四分之一波长终端开路传输枝节线8外侧分别串联一个四分之一波长的终端短路传输线节9，构成第一带阻支路、第二带阻支路；图3中左侧的为第一带阻支路，右侧的为第二带阻支路。第一带通支路、第一带阻支路、第二带通支路、第二带阻支路依次首尾连接，组成一个闭环结构。第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4各连接一个闭环结构的公共点，每个端口的两侧均分别为一个带通支路和一个带阻支路。第一带通支路中间的二分之一波长传输枝节线7的右端串联反相器10，反相器10右侧与四分之一波长终端短路传输枝节线6相连。带通支路可以进行高通滤波，带阻支路可以进行低通滤波。

本实施例中的元件值与实施例1相同。利用ads仿真软件，对本实施例的电路原理图进行模拟仿真，反射系数已经下降到-75db左右，可以近似看作不存在反射。

实施例3：

本实施例将传输线四端口无反射滤波器的中心频率设为1ghz。

如图4所示，本实施例中，两个二分之一波长传输枝节线7的两侧均各并联一个四分之一波长终端短路传输枝节线6，在四分之一波长终端短路传输枝节线6外侧分别串联一个四分之一波长的终端开路传输枝节线5，构成第一带通支路、第二带通支路；图4中上部的为第一带通支路，下部的为第二带通支路。另两个二分之一波长传输枝节线7的两侧均各并联一个四分之一波长终端开路传输枝节线8，在四分之一波长终端开路传输枝节线8外侧分别串联一个四分之一波长的终端短路传输线节9，构成第一带阻支路、第二带阻支路；图4中左侧的为第一带阻支路，右侧的为第二带阻支路。第一带通支路、第一带阻支路、第二带通支路、第二带阻支路依次首尾连接，组成一个闭环结构。第一端口1、第二端口2、第三端口3、第四端口4各连接一个闭环结构的公共点，每个端口的两侧均分别为一个带通支路和一个带阻支路。第二带阻支路中间的二分之一波长传输枝节线7的上端串联反相器10，反相器10另一侧与四分之一波长终端开路传输枝节线8相连。带通支路可以进行高通滤波，带阻支路可以进行低通滤波。

本实施例中的元件值与实施例1相同。利用ads仿真软件，对本实施例的电路原理图进行模拟仿真，反射系数已经下降到-75db左右，可以近似看作不存在反射。

同样地，保护电路环线主路上的元件结构和取值不变，并在闭环结构环路主线上其他位置加入反相器，反射系数也都下降到-75db左右，可以近似看作不存在反射。