一种滤波器及滤波器的传输零点调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及滤波器件技术领域，具体涉及一种无交叉耦合但具有传输零点的滤波 器设计以及此类滤波器的传输零点调节方法。
【背景技术】
[0002] 强抗干扰能力已经成为当代通信系统极为重要的性能之一。无线通信系统中，干 扰主要来源于各种频率与通带频率相近的电磁波，尤其是邻频信号。干扰会导致通信基站 的覆盖范围缩小，通信容量急剧下降，信号质量大幅下降，干扰严重时甚至会致使通信系统 陷于瘫痪。对于新一代数字通信系统，各种干扰带来的负面影响将更为严重，主要是因为高 速宽带数据传输更容易受到干扰的破坏，例如和语音传送相比，图像数据传送能够承受的 误码率至少应小4个数量级。为了尽可能地提高频率资源的利用率和更有效地抑制邻频信 号的干扰，现代通信接收前端常采用具有椭圆函数(或准椭圆函数)特性的滤波器。
[0003]椭圆函数滤波器可以获得优异的带外抑制特性，有效避免邻频信号的干扰。为了 尽可能减小器件体积，大多工程师已经放弃传统的双列滤波器拓扑结构，而采用耦合交叉 线来实现非相邻谐振器之间的耦合，并以此实现具有陡峭带边截止特性的椭圆函数滤波器 设计。但利用交叉线来实现非相邻谐振器之间的交叉耦合面临几个问题：
[0004] (1)利用交叉线实现的耦合大多属于电场耦合，为了实现滤波器的准椭圆函数特 性，就要求主通路中与之配对的耦合必定为磁场耦合，这就使谐振器的结构选取会受到一 定限制。
[0005] (2)为了避免交叉线在实现期望的交叉耦合的同时不与不相关的谐振器间产生不 必要的附加耦合，往往需要对滤波器的拓扑进行优化调整，并采用一些结构非常特殊的谐 振器和特殊的耦合结构，有时还不得不对谐振器进行错位排列，这就不利于滤波器的小型 化设计。有时即便采用了一些特殊的结构，也很难完全避免这些寄生的附加耦合，使得滤波 器的设计变得比较困难。
[0006] (3)对于作为滤波器优选特例的高温超导滤波器而言，电路整体平面尺寸规模也 是影响电路性能及成本的关键因素，并且由于超导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艺，也要求电路线宽和线间缝隙宽度都不能太小，以尽可能减小加 工误差对器件性能的影响。因此利用交叉线比较难以实现谐振器之间的强耦合，也就难于 实现相对带宽较大的滤波器设计。尤其是工作频率比较低且要求器件小型化时，难度就更 大。即使是设计窄带滤波器，由于加工工艺条件的限制，也使得带有耦合交叉线的滤波器加 工成品率比较低，加工重复性也不理想。
【发明内容】
[0007] 为解决上述技术问题，本发明将提供一种无交叉耦合但具有传输零点的滤波器设 计方案，以及所述滤波器的传输零点调节方法。
[0008] 本发明的技术方案是这样实现的，一种滤波器，包括滤波器主通路，其特征在于， 所述滤波器还包括以附加耦合方式接入主通路输入、输出端的能量吸收耦合单元，所述能 量吸收耦合单元由两个频率相同或相近且具有能量耦合的谐振器组成。
[0009] 优选方案，能量吸收耦合单元两个谐振器的谐振频率均等于滤波器的中心频率。
[0010] 优选方案，能量吸收耦合单元两个谐振器的谐振频率为不同值。
[0011] 优选方案，外部输入、输出端采用直接耦合的方式与滤波器主通路的谐振器进行 能量耦合于直接耦合点，再利用离直接耦合点相距90°电长度的耦合点与能量吸收耦合单 元以间接耦合的方式进行非接触式能量耦合。
[0012] 优选方案，所述滤波器包含多组能量吸收耦合单元。
[0013] 优选方案，所述滤波器的输入和输出端口分别附加耦合一组能量吸收耦合单元。
[0014] 优选方案，所述滤波器为高温超导滤波器。
[0015] 滤波器的传输零点调节方法，其特征在于，增强或减弱所述能量吸收耦合单元两 个谐振器之间的耦合强度以增大或缩小两个传输零点的距离。
[0016] 本发明的有益效果体现在:本发明的滤波器可以一次附加耦合直接产生一对(两 个)传输零点，甚至产生多对传输零点，由此可以大大减小滤波器的物理尺寸，同时也就解 决了无交叉耦合但可以实现传输零点的关键问题。通过调整各附加耦合所产生零点的位置 以及附加谐振单元与输入、输出端之间的耦合强度，既可以实现标准的椭圆函数滤波器，也 可以实现广义切比雪夫滤波器。适当调整附加单元中各谐振器的频率，还可以实现传输零 点的非对称分布，甚至可以使所产生的两个传输零点同时分布在滤波器带外同一侧，以满 足单边高抑制的特殊需求。也就是说，解决了传输零点任意分布的问题。同时，本发明的滤 波器对谐振器结构已经没有了限制，因此所有谐振器均可采用同一种形状，也无需引入耦 合交叉线，整个设计过程犹如传统的切比雪夫滤波器的设计过程一样，变得比较简单。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明优选实施例的一种输入、输出端与主通路的谐振器和附加能量吸收 耦合单元的谐振器同时发生能量耦合的双耦合结构；
[0018] 图2为本发明的优选实施例:一种6阶单对传输零点椭圆函数滤波器耦合结构；
[0019] 图3为本发明优选实施例：中心频率为2500MHz，带宽为16MHz的6阶滤波器理论响 应；
[0020] 图4为本发明优选实施例：中心频率为2000MHz，带宽为5MHz的6阶滤波器理论响 应；
[0021 ]图5为本发明优选实施例：12阶两对传输零点椭圆函数滤波器耦合结构；
[0022]图6为本发明优选实施例：中心频率为3000MHz，带宽为40MHz的12阶滤波器理论响 应；
[0023] 图7为本发明优选实施例：具有2对传输零点的8阶广义切比雪夫微带线滤波器平 面电路；
[0024] 图8为图7所述广义切比雪夫滤波器的全波分析频率响应；
[0025]图9为本发明优选实施例：中心频率为2500MHz，带宽为40MHz的8阶滤波器频响理 论值与平面电路仿真值对比。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。
[0027] 如图1-图9所示为本发明的不同形式的优选实施方式及其频率响应。
[0028] 优选实施例：本实施例的滤波器，包括由谐振器3、4、5及谐振器6组成的滤波器主 通路，所述滤波器还包括以附加耦合方式接入输入、输出端的能量吸收耦合单元，所述能量 吸收耦合单元由两个频率相同或相近且具有能量耦合的谐振器1和谐振器2组成。作为进一 步的优选方案，能量吸收耦合单元中两个谐振器的谐振频率可以等于滤波器的中心频率， 也可以是不同值。使能量吸收耦合单元两个谐振器的谐振频率等于滤波器中心频率可以使 获得的两个传输零点对称分布于滤波器通带的两侧，就构建出了椭圆函数滤波器;而将其 设为不同值，则可以实现传输零点的非对称分布。如果进一步将两个谐振器的谐振频率都 调节至带外同一侧(高频端或者低频端），则可以实现将两个传输零点同时设置在带外的同 一侧，以满足单边高抑制的特殊需求。
[0029] 在图2所示的优选实施例中，每一个小黑圆点代表一个谐振器，数字代表谐振器编 号，S和L分别代表输入和输出端口。与之对应的某自拟的归一化親合矩阵参数见表1。
[0030] 表1自拟6阶单对传输零点准椭圆函数滤波器归一化耦合矩阵参数表
[0033] 本发明实施例还以两个不同中心频率，不同相对带宽的滤波器为例来做归一化耦 合矩阵的可行性验证。分别列举中心频率为2500MHz，带宽为16MHz(相对带宽0.64%)和中 心频率为2000MHz，带宽为5MHz(相对带宽0.25%)的滤波器理想频率响应，如图3和图4所 不。
[0034] 优选实施例：如图1所示，外部输入、输出端采用直接耦合的方式与滤波器主通路 的②号谐振器进行能量耦合于直接耦合点A，再利用离直接耦合点A相距90°电长度的耦合 点B与能量吸收耦合单元的①号谐振器以间接耦合的方式进行非接触式能量耦合。这种双 耦合结构的优势在于:a)采用一个直接耦合，一个间接耦合的方式，无需在外部传输线与各 谐振器之间增加任何匹配网络。其中①号谐振器与外部传输线之间采用的是非接触式的间 接能量耦合，巧妙地满足了90°相移的要求。b)直接耦合端和间接耦合端的耦合量和相位可 以单独调节，互不干扰，使得外部耦合调节非常灵活。c)①号谐振器和②号谐振器之