滤波器及其设计方法、多工器

1.本发明涉及滤波通信技术领域，尤其涉及一种滤波器及其设计方法、多工器。


背景技术：

2.滤波器作为射频前端的一种很重要器件，可以滤除带外噪声，提高电路系统的灵敏度。传统的滤波器件是基于巴特沃斯或切比雪夫函数合成的。统一的谐振器和j变换器级联。
3.而随着技术的不断发展，通信系统的对于信号的处理需求也在变化，如通信频段的多样性，现有技术的带通滤波器的电路结构中带通和带阻并不兼容设计，不能满足通信的需求，影响了整个通信系统的性能。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供了一种滤波器及其设计方法、多工器，以解决现有的滤波器的电路只能实现带通或者带阻，且无法基于不同的系统需求调整参数的问题。
5.本发明第一方面提供了一种滤波器，所述滤波器包括：输入端口、第一变换器、谐振器电路、第二变换器和输出端口，所述谐振器电路包括n 个依次级联的带通带阻谐振器，用于提供反射零点和/或传输零点，n为大于0的自然数；
6.所述输入端口与所述第一变换器的输入端连接，所述输出端口与所述第二变换器的输出端连接，所述第一变换器的输出端与所述第二变换器的输入端之间通过n个所述带通带阻谐振器连接。
7.可选的，所述谐振器电路还包括设置于两个所述带通带阻谐振器之间的第三变换器，用于控制两个所述带通带阻谐振器之间的耦合。
8.可选的，所述带通带阻谐振器包括至少一个带通谐振器和至少一个带阻谐振器，所述带通谐振器的输出端与所述带阻谐振器的输入端之间通过所述第三变换器直接连接。
9.可选的，所述带通谐振器和所述带阻谐振器均设有m个阻带，m为自然数；所述阻带包括至少一个与频率无关的单位电容器与频率无关的电抗，所述单位电容器与所述电抗并联连接。
10.本发明第二方面提供了一种多工器，所述多工器包括并联连接的多个如上任一项所述的滤波器。
11.本发明第三方面提供了一种滤波器的设计方法，所述滤波器包括：输入端口、第一变换器、谐振器电路、第二变换器和输出端口，所述方法包括：
12.在所述谐振器电路上设置n个依次级联的带通带阻谐振器，用于提供反射零点和/或传输零点，n为大于0的自然数；
13.将所述输入端口与所述第一变换器的输入端连接，所述输出端口与所述第二变换器的输出端连接，所述第一变换器的输出端与所述第二变换器的输入端分别与所述谐振器电路连接，并控制各所述带通带阻谐振器是否与所述第一变换器和所述第二变换器接通。
14.可选的，所述控制各所述带通带阻谐振器是否与所述第一变换器和所述第二变换器接通，包括：
15.在各所述带通带阻谐振器上设置至少一个带通谐振器和至少一个带阻谐振器，其中，所述带通谐振器和所述带阻谐振器均设有m个阻带，m为自然数；
16.基于所述滤波器的设计参数，确定滤波器的类型、阶数和频道数；
17.基于所述滤波器的频道数，对各所述带通谐振器和各所述带阻谐振器的阻带进行调整；
18.从调整后的至少一个所述带通谐振器和/或调整后的至少一个所述带阻谐振器选择满足所述滤波器的类型和所述滤波器的阶数的谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接。
19.可选的，所述滤波器的类型包括有多零点的高选择性的带通滤波器、宽阻带抑制范围的带通滤波器和多频道带通滤波器。
20.可选的，若所述滤波器的类型为有多零点的高选择性的带通滤波器时，所述从调整后的至少一个所述带通谐振器和/或调整后的至少一个所述带阻谐振器选择满足所述滤波器的类型和所述滤波器的阶数的谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接，包括：
21.从所述至少一个所述带通谐振器或至少一个所述带阻谐振器中选择与所述多零点相等的谐振器，并依次级联形成多阶谐振器；
22.将所述多阶谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接。
23.可选的，若所述滤波器的类型为宽阻带抑制范围的带通滤波器时，所述从调整后的至少一个所述带通谐振器和/或调整后的至少一个所述带阻谐振器选择满足所述滤波器的类型和所述滤波器的阶数的谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接，包括：
24.基于所述滤波器的类型确定所述带通谐振器和所述带阻谐振器的占比，并基于所述占比和所述多零点计算出所述带通谐振器和所述带阻谐振器的数量；
25.从所述至少一个所述带通谐振器和至少一个所述带阻谐振器中选择对应的数量谐振器，并选择的谐振器依次级联，形成多阶谐振器；
26.将所述多阶谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接。
27.有益效果：
28.本发明提供的技术方案中，该滤波器包括：输入端口、第一变换器、谐振器电路、第二变换器和输出端口，谐振器电路包括n个依次级联的带通带阻谐振器，用于提供反射零点和/或传输零点，n为大于0的自然数；输入端口与第一变换器的输入端连接，输出端口与第二变换器的输出端连接，第一变换器的输出端与第二变换器的输入端之间通过n个带通带阻谐振器连接。通过在电路的谐振器部分同时设置带通谐振器和带阻谐振器，通过选择带通带阻谐振器在电路中的输入数量来调整滤波器的实际电路参数，从而解决现有的滤波器的电路只能实现带通或者带阻，且无法基于不同的系统需求调整参数的问题。
附图说明
29.图1为本发明提供的滤波器的第一种结构示意图；
30.图2为本发明提供的滤波器的第二种结构示意图；
31.图3为本发明提供的滤波器的第三种结构示意图；
32.图4为本发明提供的滤波器的设计方法的流程图；
33.图5为本发明提供的滤波器的第四种结构示意图；
34.图6为本发明提供的滤波器的第五种结构示意图；
35.图7为本发明提供的谐振器电路的结构示意图；
36.图8为本发明提供的滤波器的第六种结构示意图；
37.图9为本发明提供的滤波器的第七种结构示意图；
38.图10为本发明提供的多工器的一种结构示意图。
具体实施方式
39.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.针对于现有的滤波器电路结构只能实现带通或者带阻，且无法调整谐振器以适用不同的系统通信要求的问题，本发明提供了一种滤波器，通过将该滤波器的电路结构设计为同时包含带通谐振器和带阻谐振器，然后在使用时，根据不同的通信系统的要求来调整带通谐振器和带阻谐振器的接通，以实现不同的滤波器的设计，从而解决了现有技术的缺陷，提高了滤波器电路的兼容性。
41.下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。
42.参见图1-3，图1为本发明实施提供的滤波器的一种结构示意图，该滤波器包括输入端口110、第一变换器120、谐振器电路130、第二变换器140 和输出端口150，其中所述谐振器电路bpbsr130包括n个依次级联的带通带阻谐振器131，用于提供反射零点和/或传输零点，n为大于0的自然数。
43.所述输入端口110与所述第一变换器120的输入端连接，所述输出端口与所述第二变换器140的输出端连接，所述第一变换器120的输出端与所述第二变换器140的输入端之间通过n个所述带通带阻谐振器131连接。
44.在本实施例中，对于n的设计具体基于滤波器所在的通信系统对信号的处理需求来选择，例如可以是一个，五个等，通过选择不同的数值来构建多阶谐振器，从而得到多阶的滤波器。
45.如图2所示，该谐振器电路130还包括设置于两个所述带通带阻谐振器131之间的第三变换器132，用于控制两个所述带通带阻谐振器131之间的耦合。
46.在本实施例中，所述带通带阻谐振器131为基于不同的参数设置可以调整为带通谐振器bsr或者带阻谐振器bpr，即是，所述带通带阻谐振器 131包括至少一个带通谐振器1311和至少一个带阻谐振器1312，所述带通谐振器1311的输出端与所述带阻谐振器1312的输入端之间通过所述第三变换器132直接连接。
47.在实际应用中，若所述谐振器电路130中设有一个带通带阻谐振器131 时，如图3所示，其具体为一阶的滤波器的电路原理图，该滤波器包括输入端suorce、多个j变换器(j1，
…
，jn)、谐振器电路130和输出端load，其中在输入端suorce与谐振器电路130和输出端load与谐振器电路130 之间均通过多个j变换器连接。
48.图中的谐振器电路130中包括多个带通谐振器bsr、多个j变换器和多个带阻谐振器bpr，通过选择带通谐振器bsr和带阻谐振器bpr的数量来确定传输零点和反射零点，从而得到符合通信要求的滤波器。
49.在本实施例中，所述带通谐振器1311和所述带阻谐振器1312均设有m 个阻带133，m为自然数；所述阻带133包括至少一个与频率无关的单位电容器与频率无关的电抗，所述单位电容器与所述电抗并联连接。
50.综上，通过对上述提供的滤波器的实施，由于设置有同时包含带通谐振器和带阻谐振器，通过控制两者与变换器的连接实现滤波器参数的调整，实现了滤波器在多场景下的兼容。
51.请参考图4所示，为本技术实施例提供的一种滤波器的设计方法的流程图，该滤波器包括输入端口、第一变换器、谐振器电路、第二变换器和输出端口，其中谐振器电路设有多个依次级联的带通带阻谐振器，通过以下步骤设计出满足条件的滤波器，该设计方法包括：
52.s401，在谐振器电路上设置n个依次级联的带通带阻谐振器；
53.其中，该带通带阻谐振器用于提供反射零点和/或传输零点，n为大于0的自然数。该带通带阻谐振器上设有至少一个带通谐振器和至少一个带阻谐振器，所述带通谐振器的输出端与所述带阻谐振器的输入端之间通过第三变换器直接连接。
54.在实际应用中，在设置n个依次级联的带通带阻谐振器时，具体是基于通信的需求，即是滤波器的带外和带内的条件要求，设置n，如需要单频、一阶的带通滤波时，可以将n各依次级联的带通带阻谐振器中设置为带通谐振器bsr＝2，带阻谐振器bpr＝0，如图5所示的等效电路图，其只有输入、输出、变换器和一个bsr，其中bsr上设有两个阻带，该阻带由与频率无关的单位电容器s＝jω与频率无关的电抗jb并联表示，即是图中的s+jω对应的单元，其中，jb
nrn
是带通谐振器的等效符号。
55.s402，将输入端口与第一变换器的输入端连接，输出端口与所述第二变换器的输出端连接，第一变换器的输出端与第二变换器的输入端分别与谐振器电路连接，并控制各带通带阻谐振器是否与第一变换器和第二变换器接通。
56.在本实施例中，在控制各所述带通带阻谐振器是否与第一变换器和第二变换器接通时，具体是通过控制谐振器电路实现是带通还是带阻谐振器，即在各所述带通带阻谐振器上设置至少一个带通谐振器和至少一个带阻谐振器，其中，所述带通谐振器和所述带阻谐振器均设有m个阻带，m为自然数；基于所述滤波器的设计参数，确定滤波器的类型、阶数和频道数；基于所述滤波器的频道数，对各所述带通谐振器和各所述带阻谐振器的阻带进行调整；从调整后的至少一个所述带通谐振器和/或调整后的至少一个所述带阻谐振器选择满足所述滤波器的类型和所述滤波器的阶数的谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接。
57.在本实施例中，所述滤波器的类型包括有多零点的高选择性的带通滤波器、宽阻
带抑制范围的带通滤波器和多频道带通滤波器。
58.具体的，若所述滤波器的类型为：有多零点的高选择性的带通滤波器时，所述从调整后的至少一个所述带通谐振器和/或调整后的至少一个所述带阻谐振器选择满足所述滤波器的类型和所述滤波器的阶数的谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接，包括：
59.从所述至少一个所述带通谐振器或至少一个所述带阻谐振器中选择与所述多零点相等的谐振器，并依次级联形成多阶谐振器；
60.将所述多阶谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接。
61.在实际应用中，如图6所示，所述滤波器的类型为有多零点的高选择性的带通滤波器时的滤波器的等效电路图。在该电路中将谐振器电路中的至少一个带通谐振器bsr和至少一个带阻谐振器bpr分别设置为bsr＝2和 bpr＝0得到一阶的谐振器，然后选择多个这样的谐振器构成多阶的滤波器，优选的，这里选择5阶为例说明如图6所示。
62.当然，对于设置bsr和bpr的数值，具体可根据实际需求来确定，如图7所示，以一阶的滤波器，基于设置bsr和bpr的不同数值实现不同的一阶的滤波器，图7(a)和图7(b)中是分别设置bsr＝1和bpr＝0，bsr＝2 和bpr＝0实现谐振器设置为带通谐振器的一阶的滤波器，图7(c)中是设置bsr＝3和bpr＝0实现谐振器设置为带通谐振器的双频一阶的滤波器，图7 (d)中是设置bsr＝4和bpr＝0实现谐振器设置为带通谐振器的三频一阶的滤波器，图7(e)、图7(f)、图7(h)和图7(g)中是分别设置bsr＝1 和bpr＝1、bsr＝2和bpr＝1、bsr＝1和bpr＝2、bsr＝2和bpr＝2实现谐振器设置为带通谐振器和带阻谐振器混合的一阶的滤波器。
63.在本实施例中，若所述滤波器的类型为宽阻带抑制范围的带通滤波器时，所述从调整后的至少一个所述带通谐振器和/或调整后的至少一个所述带阻谐振器选择满足所述滤波器的类型和所述滤波器的阶数的谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接，包括：
64.基于所述滤波器的类型确定所述带通谐振器和所述带阻谐振器的占比，并基于所述占比和所述多零点计算出所述带通谐振器和所述带阻谐振器的数量；
65.从所述至少一个所述带通谐振器和至少一个所述带阻谐振器中选择对应的数量谐振器，并选择的谐振器依次级联，形成多阶谐振器；
66.将所述多阶谐振器与所述第一变换器和所述第二变换器连接。
67.在实际应用中，如图8所示，分别为1阶和5阶的滤波器的等效电路图，其中图8(a)和图8(b)为bsr＝0和bpr＝1时，选择一个带通带阻谐振器设计，得到一阶的滤波器；如图8(c)和(b)为3阶的滤波器，分别是由两个bsr＝2和bpr＝0的带通谐振器和3个bsr＝0和bpr＝1的带阻谐振器组成。
68.在本实施例中，对于所述滤波器的类型为多频道带通滤波器时，则控制带通谐振器或者带阻谐振器中的阻带数量来实现多频设计。
69.如图9所示，其中图9(a)中的双频的设计，则控制bsr＝3和bpr＝0，实现双频一阶的滤波器；图9(b)为三频一阶的滤波器，其中bsr＝4和bpr＝0。
70.进一步的，对于多阶的设置，则设计谐振器的数量，如图9(c)所示，由三个bsr＝3和bpr＝0的谐振器串联得到三阶双频的滤波器。如图9(d) 所示，由三个bsr＝4和bpr＝0的
谐振器串联得到三阶三频的滤波器。
71.综上，通过上述提供的滤波器的电路结构设计滤波器，不仅实现了带通和带阻的结合，还提高了滤波器的兼容性，在电路的谐振器部分同时设置带通谐振器和带阻谐振器，通过选择带通带阻谐振器在电路中的输入数量来调整滤波器的实际电路参数，从而解决现有的滤波器的电路只能实现带通或者带阻，且无法基于不同的系统需求调整参数的问题。
72.参见图10所示，为本发明实施例提供的多工器，所述多工器包括并联连接的多个如上任一项实施例提供的滤波器1100。
73.在本实施例中，所述滤波器1100包括：输入端口、第一变换器、谐振器电路、第二变换器和输出端口，所述谐振器电路包括n个依次级联的带通带阻谐振器，用于提供反射零点和/或传输零点，n为大于0的自然数；
74.所述输入端口与所述第一变换器的输入端连接，所述输出端口与所述第二变换器的输出端连接，所述第一变换器的输出端与所述第二变换器的输入端之间通过n个所述带通带阻谐振器连接。
75.可选的，所述谐振器电路还包括设置于两个所述带通带阻谐振器之间的第三变换器，用于控制两个所述带通带阻谐振器之间的耦合。
76.可选的，所述带通带阻谐振器包括至少一个带通谐振器和至少一个带阻谐振器，所述带通谐振器的输出端与所述带阻谐振器的输入端之间通过所述第三变换器直接连接。
77.可选的，所述带通谐振器和所述带阻谐振器均设有m个阻带，m为自然数；所述阻带包括至少一个与频率无关的单位电容器与频率无关的电抗，所述单位电容器与所述电抗并联连接。
78.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
79.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。