一种开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器

技术领域

本发明属于滤波器领域，特别涉及一种开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器。

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。

发明内容

本发明目的：为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，本发明提出了一种开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器。

技术方案：本发明公开了一种开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器，包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、四个第一四分之一波长传输线、四个四分之一波长终端短路传输线节、四个第二四分之一波长传输线、两个四分之一波长终端开路串联枝节线和反相器；四个第一四分之一波长传输线中，每两个第一四分之一波长传输线级联，构成两组第一四分之一波长传输线对，在每组第一四分之一波长传输线对的两侧均各串联一个四分之一波长终端短路传输线节，构成第一带阻支路和第二带阻支路；；在两个四分之一波长终端开路串联枝节线的两侧均各级联一个第二四分之一波长传输线，构成第一带通支路和第二带通支路；第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，构成闭环结构环路；反相器串联至闭环结构环路上的任意位置；第一端口、第二端口、第三端口、第四端口依次与闭环结构环路的四个公共点连接。

进一步的，为了使得各个支路结构对称，从而可以进行双向滤波，四个第一四分之一波长传输线的阻抗值相同，四个四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值相同，四个第二四分之一波长传输线的阻抗值相同，两个四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值相同。

进一步的，为了将阻带反射信号完全消耗掉，带阻支路的滤波特性与带通支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。

进一步的，第一四分之一波长传输线、四分之一波长终端短路传输线节、第二四分之一波长传输线和四分之一波长终端开路串联枝节线的电长度的值为在构成的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长。

进一步的，四分之一波长终端短路传输线节和四分之一波长终端开路串联枝节线的电长度的值包括用于补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。

进一步的，为了提高滤波器无反射滤波特性，使滤波器得到近似的无反射滤波的效果，第一端口、第二端口、第三端口、第四端口的阻抗值均为1Ohm。

进一步的，通过调整第一四分之一波长传输线的阻抗值、四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值、第二四分之一波长传输线的阻抗值和四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值，可得到不同的通带带宽。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明通过搭建滤波特性完全互补的带阻支路与带通支路，任一端口对其相邻两端口的传输响应分别互补，可以有效降低阻带反射信号带来的影响；

(2)本发明的滤波器适用于频率变换及阻抗变换功能，以适合其他频率和传输响应的实现；

(3)本发明的滤波器工作频率较高、适用于射频微波频段，具有较好的带阻(低通)和带通(高通)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；

(5)通过调整第一四分之一波长传输线的阻抗值、四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值、第二四分之一波长传输线的阻抗值和四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值，能够得到不同的通带带宽；

(6)本发明的滤波器拓扑结构具有高阶拓展性，通过增加级数提高滤波器抑制水平。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为在第一四分之一波长传输线的阻抗值0.5394Ohm、四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值为2.4603Ohm、第二四分之一波长传输线的阻抗值为1.5Ohm、四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值为2.08578Ohm时，利用ADS软件计算的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图3为在第一四分之一波长传输线的阻抗值0.7388Ohm、四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值为1.2612Ohm、第二四分之一波长传输线的阻抗值为2Ohm、四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值为6.82842Ohm时，利用ADS软件计算的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图；

图4为在第一四分之一波长传输线的阻抗值0.8848Ohm、四分之一波长终端短路传输线节的阻抗值为0.6151Ohm、第二四分之一波长传输线的阻抗值为3Ohm、四分之一波长终端开路串联枝节线的阻抗值为27.3694Ohm时，利用ADS软件计算的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的传输系数和反射系数的特性曲线图。

具体实施方式

现结合附图和实施例进一步阐述本发明的技术方案。

实施例1：

本实施例将图1所示的本发明的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率设为1GHz，各元件的元件值分别为：第一四分之一波长传输线5的阻抗值为0.5394Ohm，四分之一波长终端短路传输线节6的阻抗值为2.4603Ohm，第二四分之一波长传输线7的阻抗值为1.5Ohm，四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值为2.08578Ohm，第一四分之一波长传输线5、四分之一波长终端短路传输线节6、第二四分之一波长传输线7、四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值为在开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长，其中，四分之一波长终端短路传输线节6和四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。

本实施例将第一端口1作为输入端口，其余三个端口作为输出端口，图1中上部为第一带阻支路，下部为第二带阻支路，左侧为第一带通支路，右侧为第二带通支路，带通支路和带阻支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构，第二带通支路上部的第二四分之一波长传输线7的上端串联一个反相器9，反相器9上端与第二端口2相连。

现利用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呈现出带阻特性，曲线S13呈现出带通特性，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-84dB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：

本实施例将图1所示的本发明的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率设为1GHz，各元件的元件值分别为：第一四分之一波长传输线5的阻抗值为0.7388Ohm，四分之一波长终端短路传输线节6的阻抗值为1.2612Ohm，第二四分之一波长传输线7的阻抗值为2Ohm，四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值为6.82842Ohm，第一四分之一波长传输线5、四分之一波长终端短路传输线节6、第二四分之一波长传输线7、四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值为在开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长，其中，四分之一波长终端短路传输线节6和四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。

本实施例将第一端口1作为输入端口，其余三个端口作为输出端口，图1中上部为第一带阻支路，下部为第二带阻支路，左侧为第一带通支路，右侧为第二带通支路，带通支路和带阻支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构，第二带通支路上部的第一四分之一波长传输线7的上端串联一个反相器9，反相器9上端与第二端口2相连。

现利用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3所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。反射系数已经下降到-99dB左右，可以近似看作不存在反射。

实施例3：

本实施例将如图1所示的开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率设为1GHz，各元件的元件值分别为：第一四分之一波长传输线5的阻抗值为0.8848Ohm，四分之一波长终端短路传输线节6的阻抗值为0.6151Ohm，第二四分之一波长传输线7的阻抗值为3Ohm，四分之一波长终端开路串联枝节线8的阻抗值为27.3694Ohm，第一四分之一波长传输线5、四分之一波长终端短路传输线节6、第二四分之一波长传输线7、四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值为在开路短路混合枝节传输线带宽可调无反射滤波器的中心频率下的四分之一波长，其中，四分之一波长终端短路传输线节6和四分之一波长终端开路串联枝节线8的电长度的值包括了为补偿末端开路的不连续性效应引起的附加长度。

本实施例将第一端口1作为输入端口，其余三个端口作为输出端口，图1中上部为第一带阻支路，下部为第二带阻支路，左侧为第一带通支路，右侧为第二带通支路，带通支路和带阻支路的滤波特性完全互补，具有相同的中心频率。第一带阻支路、第一带通支路、第二带阻支路、第二带通支路依次首尾连接，组成一个闭环结构，第二带通支路上部的第二四分之一波长传输线7的上端串联一个反相器9，反相器9上端与第二端口2相连。

现利用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4所示，图中S11为信号反射系数，S12和S13为信号传输系数。反射系数已经下降到-83dB左右，可以近似看作不存在反射。