一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器

1.本发明涉及一种平衡式滤波器，具体涉及一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器。


背景技术：

2.在现代无线通信系统中，平衡式电路发挥着重要作用。相对于非平衡的单端口输入输出电路，平衡式电路可以高效地抑制环境噪声和内部有源器件产生的噪声，因而具有优越的电磁兼容特性。各种各样的射频微波器件，如滤波器、混频器和功率放大器等都被广泛设计为平衡式的拓扑结构。随着集成电路的飞速发展，对平衡式器件的需求会更加迫切。平衡式滤波器在差模信号输入时具有滤波特性，同时能够有效抑制共模噪声。平衡式滤波器可以通过一个单端口滤波器和两个巴伦来简便构造，但其面积巨大。因此，不额外添加巴伦，把平衡式滤波器作为单一器件来设计是非常重要的，具有广阔的应用前景。
3.常规的滤波器是反射式滤波器，是通过把不需要的频率成分的能量反射回信号源而达到滤波的目的，实现频率的选择。在非线性系统中，反射回波信号与已有的信号混频将产生许多干扰信号，从而对系统的性能造成巨大的影响。为了解决常规滤波器带来的负面影响，一般会在常规滤波器前面级联衰减器，在其后再级联放大器，从而最大限度地消除常规滤波器反射波信号带来的影响。无反射滤波器能够解决常规滤波器所出现的问题，它可以将带外信号通过电阻有效地吸收掉，再以热量的形式散发掉，减少带外信号的反射波能量，从而提高了系统的整体性能。
4.陷波滤波器是一种可以在某一个较窄的频段内迅速衰减输入信号，以达到阻碍此频段信号通过的滤波器，通常应用于超宽带滤波器的设计中起到滤除通带内干扰频段信号的作用。但是目前已有的陷波滤波器的研究大多都是基于超宽带技术应用的前提，之后在超宽带滤波器结构的基础上引入带阻枝节从而达到陷波的效果。很少有将陷波滤波器作为一个独立的无源器件进行设计的研究，因此目前已有的陷波滤波器或多或少都存在着滤波器结构尺寸较大、选择性不好、通带内陷波频段附近过渡带不够陡峭以及整体滤波器的带外抑制较差等诸多问题，并且无法消除带外信号反射回输入端的能量对前端系统性能所造成的影响，因此研究差模具有高性能同时能够实现共模抑制的平衡式陷波滤波器并且实现无反射特性的性能拓展具有重要的意义。有鉴于此，确有必要提出一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器。


技术实现要素：

5.基于此，为解决现有技术存在的不足，特提出了一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器。包括：平衡式差分输入端口a、平衡式差分输出端口b、四组无反射吸收枝节、四段四分之一波长信号传输线、四段四分之一波长反相连接线、四段四分之一波长滤波耦合线、两段四分之一波长零点短路线、两个共模吸收电阻、两段四分之一波长陷波耦合线和四个陷波吸收电阻；
6.所述平衡式差分输入端口a包括输入端口a+和输入端口a-；
7.所述平衡式差分输出端口b包括输出端口b+和输出端口b-；
8.所述四组无反射吸收枝节包括第一无反射吸收枝节、第二无反射吸收枝节、第三无反射吸收枝节和第四无反射吸收枝节；
9.所述四段四分之一波长信号传输线包括第一信号传输线、第二信号传输线、第三信号传输线和第四信号传输线；其中所述第一信号传输线的一端与输入端口a+连接、另一端接于第一反相连接线与第一滤波耦合线连接处；所述第二信号传输线的一端与输入端口a-连接、另一端接于第二反相连接线与第二滤波耦合线连接处；所述第三信号传输线的一端与输出端口b+相连接、另一端接于第三反相连接线与第三滤波耦合线连接处；所述第四信号传输线的一端与输出端口b-相连接、另一端接于第四反相连接线与第四滤波耦合线连接处；
10.所述四段四分之一波长反相连接线包括第一反相连接线、第二反相连接线、第三反相连接线和第四反相连接线；其中所述第一反相连接线的一端接于第一信号传输线与第一滤波耦合线连接处、另一端与第二反相连接线相连接；所述第二反相连接线的一端接于第二信号传输线与第二滤波耦合线连接处、另一端与第一反相连接线连接；所述第三反相连接线的一端接于第三信号传输线与第三滤波耦合线连接处、另一端与第四反相连接线相连接；所述第四反相连接线的一端接于第四信号传输线与第四滤波耦合线连接处、另一端与第三反相连接线相连接；
11.所述四段四分之一波长滤波耦合线包括第一滤波耦合线、第二滤波耦合线、第三滤波耦合线和第四滤波耦合线；第一滤波耦合线的a端口接于第一信号传输线与第一反相连接线连接处；第二滤波耦合线的a端口接于第二信号传输线与第二反相连接线连接处；第三滤波耦合线的a端口接于第三信号传输线与第三反相连接线连接处；第四滤波耦合线的a端口接于第四信号传输线与第四反相连接线连接处；第一滤波耦合线的d端口与第三滤波耦合线的d端口相连接；第二滤波耦合线的d端口与第四滤波耦合线的d端口相连接；
12.所述两段四分之一波长零点短路线包括第一零点短路线和第二零点短路线；其中所述第一零点短路线的一端接于第一滤波耦合线与第三滤波耦合线连接处、另一端接地；所述第二零点短路线一端接于第二滤波耦合线与第四滤波耦合线连接处、另一端接地；
13.所述两个共模吸收电阻包括第一共模吸收电阻和第二共模吸收电阻；其中所述第一共模吸收电阻的一端接于第一反相连接线与第二反相连接线连接处、另一端接地；所述第二共模吸收电阻的一端接于第三反相连接线与第四反相连接线连接处、另一端接地；
14.所述两段四分之一波长陷波耦合线包括第一陷波耦合线和第二陷波耦合线；第一陷波耦合线的a端口与第一陷波吸收电阻相连接；第一陷波耦合线的b端口与第三陷波吸收电阻相连接；第一陷波耦合线的c端口和d端口都接地；第二陷波耦合线的a端口与第二陷波吸收电阻相连接；第二陷波耦合线的b端口与第四陷波吸收电阻相连接；第二陷波耦合线的c端口和d端口都接地；
15.所述四个陷波吸收电阻包括第一陷波吸收电阻、第二陷波吸收电阻、第三陷波吸收电阻和第四陷波吸收电阻；所述第一陷波吸收电阻的一端与第一滤波耦合线的c端口连接、另一端与第一陷波耦合线的a端口连接；所述第二陷波吸收电阻的一端与第二滤波耦合线的c端口连接、另一端与第二陷波耦合线的a端口连接；所述第三陷波吸收电阻的一端与
第三滤波耦合线的c端口连接、另一端与第一陷波耦合线的b端口连接；所述第四陷波吸收电阻的一端与第四滤波耦合线的c端口连接、另一端与第二陷波耦合线的b端口连接；
16.所述第一无反射吸收枝节、第二无反射吸收枝节、第三无反射吸收枝节和第四无反射吸收枝节具有相同的结构；所述第一无反射吸收枝节包括无反射吸收传输线、无反射吸收终端开路线和无反射吸收电阻；所述无反射吸收传输线的一端接于输入端口a+与第一信号传输线连接处、另一端与第一滤波耦合线的b端口连接；所述无反射吸收终端开路线的一端接于无反射吸收传输线与第一滤波耦合线连接处、另一端开路；所述无反射吸收电阻的一端接于无反射吸收传输线与第一滤波耦合线连接处、另一端短路。
17.通过调整第一无反射吸收枝节、第二无反射吸收枝节、第三无反射吸收枝节和第四无反射吸收枝节从而调节带外差模信号的无反射特性。
18.通过调整第一滤波耦合线、第二滤波耦合线、第三滤波耦合和第四滤波耦合线从而调节差模信号的滤波特性。
19.通过调整第一零点短路线和第二零点短路线从而调节差模信号的带外传输零点。
20.通过调整第一共模吸收电阻和第二共模吸收电阻从而调节共模信号的带内抑制特性。
21.通过调整第一陷波吸收电阻、第二陷波吸收电阻、第三陷波吸收电阻和第四陷波吸收电阻从而调节中心频率处差模信号的陷波特性。
22.为了将平衡式滤波器作为单一器件进行设计，并且提升平衡式陷波滤波器的差模滤波性能和实现差模信号激励下的无反射特性，本发明提供了一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器。该平衡式滤波器除了能够有效地抑制共模噪声外，在滤波器的中心频率处引入了一阶深陷波，实现了对滤波器带内干扰信号的抑制效果，并且在滤波器的阻带内引入了两个传输零点，从而增强了差分平衡式滤波器过渡带的陡峭性和滤波选择性，同时实现了差模信号激励下带外信号的无反射特性，进而提升了平衡式滤波器的整体性能。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器的结构示意图；
25.图2是本发明一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器在差模信号激励下的混合s参数幅度曲线图；
26.图3是本发明一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器在共模信号激励下的混合s参数幅度曲线图。
具体实施方式
27.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
28.本发明一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器，包括：平衡式差分输入端口a、平衡式差分输出端口b、四组无反射吸收枝节、四段四分之一波长信号传输线、四段四分之一波长反相连接线、四段四分之一波长滤波耦合线、两段四分之一波长零点短路线、两个共模吸收电阻、两段四分之一波长陷波耦合线和四个陷波吸收电阻；
29.所述平衡式差分输入端口a包括输入端口a+1和输入端口a-2；
30.所述平衡式差分输出端口b包括输出端口b+3和输出端口b-4；
31.所述四组无反射吸收枝节包括第一无反射吸收枝节5、第二无反射吸收枝节6、第三无反射吸收枝节7和第四无反射吸收枝节8；
32.所述四段四分之一波长信号传输线包括第一信号传输线9、第二信号传输线10、第三信号传输线11和第四信号传输线12；其中所述第一信号传输线9的一端与输入端口a+1连接、另一端接于第一反相连接线13与第一滤波耦合线17连接处；所述第二信号传输线10的一端与输入端口a-2连接、另一端接于第二反相连接线14与第二滤波耦合线18连接处；所述第三信号传输线11的一端与输出端口b+3相连接、另一端接于第三反相连接线15与第三滤波耦合线19连接处；所述第四信号传输线12的一端与输出端口b-4相连接、另一端接于第四反相连接线16与第四滤波耦合线20连接处；
33.所述四段四分之一波长反相连接线包括第一反相连接线13、第二反相连接线14、第三反相连接线15和第四反相连接线16；其中所述第一反相连接线13的一端接于第一信号传输线9与第一滤波耦合线17连接处、另一端与第二反相连接线14相连接；所述第二反相连接线14的一端接于第二信号传输线10与第二滤波耦合线18连接处、另一端与第一反相连接线13连接；所述第三反相连接线15的一端接于第三信号传输线11与第三滤波耦合线19连接处、另一端与第四反相连接线16相连接；所述第四反相连接线16的一端接于第四信号传输线12与第四滤波耦合线20连接处、另一端与第三反相连接线15相连接；
34.所述四段四分之一波长滤波耦合线包括第一滤波耦合线17、第二滤波耦合线18、第三滤波耦合线19和第四滤波耦合线20；第一滤波耦合线17的a端口1a接于第一信号传输线9与第一反相连接线13连接处；第二滤波耦合线18的a端口2a接于第二信号传输线10与第二反相连接线14连接处；第三滤波耦合线19的a端口3a接于第三信号传输线11与第三反相连接线15连接处；第四滤波耦合线20的a端口4a接于第四信号传输线12与第四反相连接线16连接处；第一滤波耦合线17的d端口1d与第三滤波耦合线19的d端口3d相连接；第二滤波耦合线18的d端口2d与第四滤波耦合线20的d端口4d相连接；
35.所述两段四分之一波长零点短路线包括第一零点短路线21和第二零点短路线22；其中所述第一零点短路线21的一端接于第一滤波耦合线17与第三滤波耦合线19连接处、另一端接地；所述第二零点短路线22一端接于第二滤波耦合线18与第四滤波耦合线20连接处、另一端接地；
36.所述两个共模吸收电阻包括第一共模吸收电阻23和第二共模吸收电阻24；其中所述第一共模吸收电阻23的一端接于第一反相连接线13与第二反相连接线14连接处、另一端接地；所述第二共模吸收电阻24的一端接于第三反相连接线15与第四反相连接线16连接处、另一端接地；
37.所述两段四分之一波长陷波耦合线包括第一陷波耦合线25和第二陷波耦合线26；第一陷波耦合线25的a端口5a与第一陷波吸收电阻27相连接；第一陷波耦合线25的b端口5b
与第三陷波吸收电阻29相连接；第一陷波耦合线25的c端口5c和d端口5d都接地；第二陷波耦合线26的a端口6a与第二陷波吸收电阻28相连接；第二陷波耦合线26的b端口6b与第四陷波吸收电阻30相连接；第二陷波耦合线26的c端口6c和d端口6d都接地；
38.所述四个陷波吸收电阻包括第一陷波吸收电阻27、第二陷波吸收电阻28、第三陷波吸收电阻29和第四陷波吸收电阻30；所述第一陷波吸收电阻27的一端与第一滤波耦合线17的c端口1c连接、另一端与第一陷波耦合线25的a端口5a连接；所述第二陷波吸收电阻28的一端与第二滤波耦合线18的c端口2c连接、另一端与第二陷波耦合线26的a端口6a连接；所述第三陷波吸收电阻29的一端与第三滤波耦合线19的c端口3c连接、另一端与第一陷波耦合线25的b端口5b连接；所述第四陷波吸收电阻30的一端与第四滤波耦合线20的c端口4c连接、另一端与第二陷波耦合线26的b端口6b连接；
39.所述第一无反射吸收枝节5、第二无反射吸收枝节6、第三无反射吸收枝节7和第四无反射吸收枝节8具有相同的结构；所述第一无反射吸收枝节5包括无反射吸收传输线51、无反射吸收终端开路线52和无反射吸收电阻53；所述无反射吸收传输线51的一端接于输入端口a+1与第一信号传输线9连接处、另一端与第一滤波耦合线17的b端口1b连接；所述无反射吸收终端开路线52的一端接于无反射吸收传输线51与第一滤波耦合线17连接处、另一端开路；所述无反射吸收电阻53的一端接于无反射吸收传输线51与第一滤波耦合线17连接处、另一端短路。
40.通过调整第一无反射吸收枝节5、第二无反射吸收枝节6、第三无反射吸收枝节7和第四无反射吸收枝节8从而调节带外差模信号的无反射特性。
41.通过调整第一滤波耦合线17、第二滤波耦合线18、第三滤波耦合线19和第四滤波耦合线20从而调节差模信号的滤波特性。
42.通过调整第一零点短路线21和第二零点短路线22从而调节差模信号的带外传输零点。
43.通过调整第一共模吸收电阻23和第二共模吸收电阻24从而调节共模信号的带内抑制特性。
44.通过调整第一陷波吸收电阻27、第二陷波吸收电阻28、第三陷波吸收电阻29和第四陷波吸收电阻30从而调节中心频率处差模信号的陷波特性。
45.具体实例：
46.本实例列举了一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器。如图2所示，本发明所述的一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器在差模信号激励下中心频率1ghz处引入了一阶抑制效果优于-50db的深陷波，用于消除带内干扰信号的影响；滤波器带内最小差模传输损耗|s
ddba
|为-0.42db，3db相对带宽为63％，在滤波器带外0ghz、0.54ghz、1.45ghz以及2ghz处引入了四个传输零点，使得滤波器在0～0.6ghz的下阻带和1.4～2ghz的上阻带范围内带外抑制能力均优于-20db，滤波器矩形系数(30db阻带带宽/3db通带带宽)为1.36。滤波器差模反射系数|s
ddaa
|具有6个反射零点，分别位于0.44ghz、0.65ghz、0.80ghz、1.20ghz、1.34ghz和1.56ghz频率处；除陷波频率点附近，差模反射系数|s
ddaa
|在0.34ghz～1.66ghz频率范围内均小于-10db，差模无反射吸收带宽为1.32倍中心频率。如图3所示，本发明所述的一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器在共模信号激励情况下，共模传输抑制|s
ccba
|在0.55ghz～1.44ghz频率范围内均小于-20db。说明了
本发明所述的一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器不仅抑制了共模噪声并且对差模信号实现了高选择性滤波特性、良好的带外抑制特性以及带外反射信号的吸收特性。
47.综上所述，本发明所述的一种具有差模无反射特性的宽带平衡式陷波滤波器可以有效地抑制共模噪声，并且在差模信号激励下实现了平衡式滤波器中心频率处的一阶深陷波、良好的频率选择性以及带外抑制特性，同时还完成了对于差模带外反射信号的有效吸收，实现了平衡式滤波器差模无反射的性能拓展，因此非常适合应用于各类平衡式微波系统来提高系统的整体性能。
48.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。