一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种平衡式带通滤波器，具体涉及一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器。

背景技术

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，但其尺寸巨大。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。

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，实现频率的选择性。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。

衡量一个传输系统性能的优劣时，通常要同时对系统的频域特性和时域特性进行分析，其中频域特性所要分析的对象包括幅频特性和相频特性。一个良好的传输系统，不仅要有平坦的幅频特性，并且应具有线性的相频特性，也就是具有平坦的群时延特性。随着负群时延技术的研究及应用不断完善，通过负群时延电路在特定频带内产生的负群时延，利用外部均衡设计方式，可以补偿滤波器群时延波动曲线的凸起部位，而不增加系统的整体时延，并实现线性相位带通滤波特性。

但是目前已有的平衡式滤波器大多仍停留在拓宽滤波带宽、增强滤波选择性、提升滤波器带外抑制和共模抑制能力等方面的研究，对于平衡式无反射滤波器或平衡式线性相位滤波器的研究则少之又少，因此研究平衡式带通滤波器在实现共模抑制特性的同时实现无反射滤波以及线性相位的功能拓展有着非常重要的意义。有鉴于此，确有必要提出一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器。

发明内容

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平衡式线性相位带通滤波器。

基于上述目的，本发明的技术方案是包括：平衡式差分输入端口A、平衡式差分输出端口B、四段四分之一波长阻抗变换线、四段四分之一波长微带传输线、四段四分之一波长谐振微带线、两段四分之一波长倒置变换线、四组无反射吸收枝节、两组低频负群时延枝节和两组高频负群时延枝节；

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-；

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-；

所述四段四分之一波长阻抗变换线包括第一阻抗变换线、第二阻抗变换线、第三阻抗变换线和第四阻抗变换线；其中所述第一阻抗变换线的一端与输入端口A+相连接、另一端与第一微带传输线相连接；所述第二阻抗变换线的一端与输入端口A-相连接、另一端与第二微带传输线相连接；所述第三阻抗变换线的一端与输出端口B+相连接、另一端与第三微带传输线相连接；所述第四阻抗变换线的一端与输出端口B-相连接、另一端与第四微带传输线相连接；

所述四段四分之一波长微带传输线包括第一微带传输线、第二微带传输线、第三微带传输线和第四微带传输线；其中所述第一微带传输线的一端与第一阻抗变换线相连接、另一端接于第一谐振微带线与第一倒置变换线的连接处；所述第二微带传输线的一端与第二阻抗变换线相连接、另一端接于第二谐振微带线与第二倒置变换线的连接处；所述第三微带传输线的一端与第三阻抗变换线相连接、另一端接于第三谐振微带线与第一倒置变换线的连接处；所述第四微带传输线的一端与第四阻抗变换线相连接、另一端接于第四谐振微带线与第二倒置变换线的连接处；

所述四段四分之一波长谐振微带线包括第一谐振微带线、第二谐振微带线、第三谐振微带线和第四谐振微带线；其中所述第一谐振微带线的一端与第二谐振微带线相连接、另一端接于第一微带传输线与第一倒置变换线的连接处；所述第二谐振微带线的一端与第一谐振微带线相连接、另一端接于第二微带传输线与第二倒置变换线的连接处；所述第三谐振微带线的一端与第四谐振微带线相连接、另一端接于第三微带传输线与第一倒置变换线的连接处；所述第四谐振微带线的一端与第三谐振微带线相连接、另一端接于第四微带传输线与第二倒置变换线的连接处；

所述两段四分之一波长倒置变换线包括第一倒置变换线和第二倒置变换线；其中所述第一倒置变换线的一端接于第一微带传输线与第一谐振微带线的连接处、另一端接于第三微带传输线与第三谐振微带线的连接处；所述第二倒置变换线的一端接于第二微带传输线与第二谐振微带线的连接处、另一端接于第四微带传输线与第四谐振微带线的连接处；

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；其中所述第一无反射吸收枝节接于第一阻抗变换线与第一微带传输线的连接处；所述第二无反射吸收枝节接于第二阻抗变换线与第二微带传输线的连接处；所述第三无反射吸收枝节接于第三阻抗变换线与第一微带传输线的连接处；所述第四无反射吸收枝节接于第四阻抗变换线与第四微带传输线的连接处；

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、无反射吸收开路枝节和无反射吸收电阻；其中所述无反射吸收传输线的一端接于第一阻抗变换线与第一微带传输线的连接处、另一端接于无反射吸收开路枝节与无反射吸收电阻的连接处；所述无反射吸收开路枝节的一端接于无反射吸收传输线与无反射吸收电阻的连接处、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无反射吸收开路枝节的连接处、另一端接地；

所述两组低频负群时延枝节包括第一低频负群时延枝节和第二低频负群时延枝节；其中所述第一低频负群时延枝节接于第一阻抗变换线与第一微带传输线的连接处；所述第二低频负群时延枝节接于第二阻抗变换线与第二微带传输线的连接处；

所述第一低频负群时延枝节和第二低频负群时延枝节具有相同的结构；所述第一低频负群时延枝节包括低频负群时延传输线、低频负群时延短路枝节和低频负群时延吸收电阻；其中所述低频负群时延传输线的一端接于第一阻抗变换线与第一微带传输线的连接处、另一端接于低频负群时延短路枝节与低频负群时延吸收电阻的连接处；所述低频负群时延短路枝节的一端接于低频负群时延传输线与低频负群时延吸收电阻的连接处、另一端接地；所述低频负群时延吸收电阻的一端接于低频负群时延传输线与低频负群时延短路枝节的连接处、另一端接地；

所述两组高频负群时延枝节包括第一高频负群时延枝节和第二高频负群时延枝节；其中所述第一高频负群时延枝节接于第三阻抗变换线与第三微带传输线的连接处；所述第二高频负群时延枝节接于第四阻抗变换线与第四微带传输线的连接处；

所述第一高频负群时延枝节和第二高频负群时延枝节具有相同的结构；所述第一高频负群时延枝节包括高频负群时延传输线、高频负群时延短路枝节和高频负群时延吸收电阻；其中所述高频负群时延传输线的一端接于第三阻抗变换线与第三微带传输线的连接处、另一端接于高频负群时延短路枝节与高频负群时延吸收电阻的连接处；所述高频负群时延短路枝节的一端接于高频负群时延传输线与高频负群时延吸收电阻的连接处、另一端接地；所述高频负群时延吸收电阻的一端接于高频负群时延传输线与高频负群时延短路枝节的连接处、另一端接地。

进一步的，通过调整第一阻抗变换线、第二阻抗变换线、第三阻抗变换线和第四阻抗变换线从而调节带通滤波器在差模信号激励下的匹配特性。

进一步的，通过调整第一谐振微带线、第二谐振微带线、第三谐振微带线和第四谐振微带线从而调节带通滤波器在差模信号激励下的滤波特性。

进一步的，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通滤波器的无反射吸收特性。

进一步的，通过调整第一低频负群时延枝节和第二低频负群时延枝节从而降低带通滤波器通带内低频段处的群时延波动值。

进一步的，通过调整第一高频负群时延枝节和第二高频负群时延枝节从而降低带通滤波器通带内高频段处的群时延波动值。

与现有技术相比，本申请公开的一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器具有如下有益效果：为了将平衡式滤波器作为单一器件进行设计，并且弥补目前对于平衡式滤波器无反射特性以及线性相位特性等功能拓展方面研究的不足，本发明提供了一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器。该平衡式带通滤波器可在单片PCB板上实现，结构简单，有利于加工集成。除此之外，该滤波器不仅能够有效抑制共模噪声，提升通信系统的电磁兼容特性，并且可以将带外信号通过电阻有效地吸收掉，减少带外信号的反射波能量，实现差模无反射特性，同时通过加载负群时延枝节，以减小滤波器群时延波动，实现线性相位带通滤波特性，进而提升了平衡式带通滤波器的整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请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。

图1是本发明一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器的结构示意图；

图2是本发明一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器在差模信号激励下的混合S参数幅度曲线图；

图3是本发明一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器在共模信号激励下的混合S参数幅度曲线图；

图4是本发明一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器加载负群时延枝节与未加载负群时延枝节的群时延曲线对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器，其特征在于，包括：平衡式差分输入端口A、平衡式差分输出端口B、四段四分之一波长阻抗变换线、四段四分之一波长微带传输线、四段四分之一波长谐振微带线、两段四分之一波长倒置变换线、四组无反射吸收枝节、两组低频负群时延枝节和两组高频负群时延枝节；

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；

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；

所述四段四分之一波长阻抗变换线包括第一阻抗变换线5、第二阻抗变换线6、第三阻抗变换线7和第四阻抗变换线8；其中所述第一阻抗变换线5的一端与输入端口A+1相连接、另一端与第一微带传输线9相连接；所述第二阻抗变换线6的一端与输入端口A-2相连接、另一端与第二微带传输线10相连接；所述第三阻抗变换线7的一端与输出端口B+3相连接、另一端与第三微带传输线11相连接；所述第四阻抗变换线8的一端与输出端口B-4相连接、另一端与第四微带传输线12相连接；

所述四段四分之一波长微带传输线包括第一微带传输线9、第二微带传输线10、第三微带传输线11和第四微带传输线12；其中所述第一微带传输线9的一端与第一阻抗变换线5相连接、另一端接于第一谐振微带线13与第一倒置变换线17的连接处；所述第二微带传输线10的一端与第二阻抗变换线6相连接、另一端接于第二谐振微带线14与第二倒置变换线18的连接处；所述第三微带传输线11的一端与第三阻抗变换线7相连接、另一端接于第三谐振微带线15与第一倒置变换线17的连接处；所述第四微带传输线12的一端与第四阻抗变换线8相连接、另一端接于第四谐振微带线16与第二倒置变换线18的连接处；

所述四段四分之一波长谐振微带线包括第一谐振微带线13、第二谐振微带线14、第三谐振微带线15和第四谐振微带线16；其中所述第一谐振微带线13的一端与第二谐振微带线14相连接、另一端接于第一微带传输线9与第一倒置变换线17的连接处；所述第二谐振微带线14的一端与第一谐振微带线13相连接、另一端接于第二微带传输线10与第二倒置变换线18的连接处；所述第三谐振微带线15的一端与第四谐振微带线16相连接、另一端接于第三微带传输线11与第一倒置变换线17的连接处；所述第四谐振微带线16的一端与第三谐振微带线15相连接、另一端接于第四微带传输线12与第二倒置变换线18的连接处；

所述两段四分之一波长倒置变换线包括第一倒置变换线17和第二倒置变换线18；其中所述第一倒置变换线17的一端接于第一微带传输线9与第一谐振微带线13的连接处、另一端接于第三微带传输线11与第三谐振微带线15的连接处；所述第二倒置变换线18的一端接于第二微带传输线10与第二谐振微带线14的连接处、另一端接于第四微带传输线12与第四谐振微带线16的连接处；

所述四组无反射吸收枝节包括第一无反射吸收枝节19、第二无反射吸收枝节20、第三无反射吸收枝节21和第四无反射吸收枝节22；其中所述第一无反射吸收枝节19接于第一阻抗变换线5与第一微带传输线9的连接处；所述第二无反射吸收枝节20接于第二阻抗变换线6与第二微带传输线10的连接处；所述第三无反射吸收枝节21接于第三阻抗变换线7与第一微带传输线11的连接处；所述第四无反射吸收枝节22接于第四阻抗变换线8与第四微带传输线12的连接处；

所述第一无反射吸收枝节19、第二无反射吸收枝节20、第三无反射吸收枝节21和第四无反射吸收枝节22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191、无反射吸收开路枝节192和无反射吸收电阻193；其中所述无反射吸收传输线191的一端接于第一阻抗变换线5与第一微带传输线9的连接处、另一端接于无反射吸收开路枝节192与无反射吸收电阻193的连接处；所述无反射吸收开路枝节192的一端接于无反射吸收传输线191与无反射吸收电阻193的连接处、另一端开路；所述无反射吸收电阻193的一端接于无反射吸收传输线191与无反射吸收开路枝节192的连接处、另一端接地；

所述两组低频负群时延枝节包括第一低频负群时延枝节23和第二低频负群时延枝节24；其中所述第一低频负群时延枝节23接于第一阻抗变换线5与第一微带传输线9的连接处；所述第二低频负群时延枝节24接于第二阻抗变换线6与第二微带传输线10的连接处；

所述第一低频负群时延枝节23和第二低频负群时延枝节24具有相同的结构；所述第一低频负群时延枝节23包括低频负群时延传输线231、低频负群时延短路枝节232和低频负群时延吸收电阻233；其中所述低频负群时延传输线231的一端接于第一阻抗变换线5与第一微带传输线9的连接处、另一端接于低频负群时延短路枝节232与低频负群时延吸收电阻233的连接处；所述低频负群时延短路枝节232的一端接于低频负群时延传输线231与低频负群时延吸收电阻233的连接处、另一端接地；所述低频负群时延吸收电阻233的一端接于低频负群时延传输线231与低频负群时延短路枝节232的连接处、另一端接地；

所述两组高频负群时延枝节包括第一高频负群时延枝节25和第二高频负群时延枝节26；其中所述第一高频负群时延枝节25接于第三阻抗变换线7与第三微带传输线11的连接处；所述第二高频负群时延枝节26接于第四阻抗变换线8与第四微带传输线12的连接处；

所述第一高频负群时延枝节25和第二高频负群时延枝节26具有相同的结构；所述第一高频负群时延枝节25包括高频负群时延传输线251、高频负群时延短路枝节252和高频负群时延吸收电阻253；其中所述高频负群时延传输线251的一端接于第三阻抗变换线7与第三微带传输线11的连接处、另一端接于高频负群时延短路枝节252与高频负群时延吸收电阻253的连接处；所述高频负群时延短路枝节252的一端接于高频负群时延传输线251与高频负群时延吸收电阻253的连接处、另一端接地；所述高频负群时延吸收电阻253的一端接于高频负群时延传输线251与高频负群时延短路枝节252的连接处、另一端接地。

进一步的，通过调整第一阻抗变换线5、第二阻抗变换线6、第三阻抗变换线7和第四阻抗变换线8从而调节带通滤波器在差模信号激励下的匹配特性。

进一步的，通过调整第一谐振微带线13、第二谐振微带线14、第三谐振微带线15和第四谐振微带线16从而调节带通滤波器在差模信号激励下的滤波特性。

进一步的，通过调整第一无反射吸收枝节19、第二无反射吸收枝节20、第三无反射吸收枝节21和第四无反射吸收枝节22从而调节带通滤波器的无反射吸收特性。

进一步的，通过调整第一低频负群时延枝节23和第二低频负群时延枝节24从而降低带通滤波器通带内低频段处的群时延波动值。

进一步的，通过调整第一高频负群时延枝节25和第二高频负群时延枝节26从而降低带通滤波器通带内高频段处的群时延波动值。

为了对本发明所提供的一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器做进一步说明，下面以本发明技术方案为前提下进行实施的具体实例进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

具体实例：本实例列举了一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器。如图2所示，本发明所述的一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器在差模信号激励情况下中心频率2.45GHz处的输入端口反射系数|S

综上所述，本发明所述的一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器不仅可以有效地抑制共模噪声，具有优越的电磁兼容特性，并且可以将带外信号通过电阻有效地吸收掉，减少带外信号的反射波能量，实现宽带差模无反射特性，同时通过加载负群时延枝节，减小了滤波器群时延波动，实现了线性相位带通滤波特性。此外，本发明所述的一种具有差模无反射特性的平衡式线性相位带通滤波器可在单片PCB板上实现，结构简单，有利于加工集成，因此非常适合应用于各类平衡式微波系统以提高系统的整体性能。

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。