专利名称：可调带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可调带通滤波器。具体而非排他地，本发明涉及可调带通滤波器，其包 括多个耦合的谐振器，所述谐振器被布置在第一和第二回路中，所述第一和第二回路的每 个连接到公共的结构，所述谐振器被布置使得所述滤波器可以被分解为低通和高通子滤波 器，一个子滤波器被布置来接收另一个子滤波器的输出。
背景技术：
存在下述许多需求，要求在保留相对于频带边缘的固定绝对抑制要求的同时，使 用在操作带宽和频率上的控制来调谐根据耦合的谐振器构造的滤波器。使用已知的综合和 实现方法，调谐具有可变频率和带宽的带通滤波器将要求调谐谐振器的谐振频率和在各谐 振器之间的耦联(coupling)，并且将仅仅满足相对抑制要求。这导致实现起来复杂的滤波器。
发明内容
根据本发明的可调带通滤波器寻求克服这个问题。因此，本发明提供了一种可调带通滤波器，其包括多个耦合的谐振器，所述滤波器 包括公共结构，其包括至少一个公共耦联或者一个公共谐振器；上回路，其包括通过信号路径而耦合在一起的第一和第二终端谐振器，所述回路 还包括在终端谐振器之间延伸的至少一个另外的信号路径，所述另外的信号路径包括至少 一个另外的谐振器，所述终端谐振器耦合到所述公共结构；下回路，其包括通过信号路径而耦合在一起的第一和第二终端谐振器，所述回路 还包括在终端谐振器之间延伸的至少一个另外的信号路径，所述另外的信号路径包括至少 一个另外的谐振器，所述终端谐振器耦合到所述公共结构；所述各谐振器耦合在一起，以便所述带通滤波器可以被划分为低通子滤波器和高 通子滤波器，所述子滤波器之一被布置为接收另一个子滤波器的输出。根据本发明的可调带通滤波器具有带通响应的带宽和中心频率，可以仅仅通过调 谐所述各谐振器来调谐所述带通响应，而不必调整在各谐振器之间的耦联。所述公共结构可以包括单个公共谐振器，所述上回路和下回路的所述终端谐振器 连接到所述公共谐振器。所述低通子滤波器可以包括所述公共谐振器和所述下回路的谐振器。所述高通子滤波器可以包括所述公共谐振器和所述上回路的谐振器。可选地，所述公共结构可以包括在所述上回路和下回路之间耦合的多个公共耦联。所述公共耦联可以被布置为使得一个回路的每个终端谐振器都耦合到另一个回 路的两个终端谐振器。
所述上回路可以包括偶数数量的谐振器。可选地，所述上回路可以包括奇数数量的谐振器。所述下回路可以包括偶数数量的谐振器。可选地，所述下回路可以包括奇数数量的谐振器。所述上回路和下回路的至少一个可以包括耦合在一起的多个谐振器。所述回路的至少一个可以包括以级联方式耦合在一起的多个谐振器，以便在终端 谐振器之间有多条信号路径。所述至少一个回路的至少一些所述谐振器可以以交叉耦合的阶梯配置方式耦合
在一起。以交叉耦合阶梯配置的至少一些谐振器可以还包括到相邻的交叉耦合的阶梯梯 级上的谐振器的至少一个对角的交叉耦联。所述滤波器可以还包括非谐振输入电路节点，该节点耦合到所述回路之一的终端 谐振器。所述滤波器可以还包括群延迟均衡网络，所述群延迟均衡网络也耦合在输入电路 节点和与该节点连接的终端谐振器之间。所述滤波器可以还包括输出电路节点，所述输出电路节点耦合到另一个回路的终 端谐振器。所述滤波器可以还包括群延迟均衡网络，所述群延迟均衡网络连接在所述输出电 路节点和与该节点连接的终端谐振器之间。
现在参考附图仅仅通过示例，而不是以任何限制意义来说明本发明，其中图1(a)和1(b)分别示出了具有偶数和奇数数量的耦合的谐振器的已知的耦合谐 振器带通滤波器；图2示出了根据本发明的可调带通滤波器的第一实施例；图3示出了图2的滤波器的等效电路；图4示出了图2的滤波器的相对于频率的插入损耗的图示；图5示出了根据本发明的可调带通滤波器的第二实施例；图6示出了图5的滤波器的等效电路；图7示出了根据本发明的滤波器的另一个实施例的等效电路；图8示出了根据具有图7的等效电路的本发明的滤波器；并且图9示出了根据本发明的滤波器的又一个实施例。
具体实施例方式处于射频RF和微波频率的带通滤波器通常被实现为通过谐振电路相互之间耦合的谐振电路的网络。在图1(a)和1(b)中示出了这样的已知带通滤波器1。滤波器1各自 包括多个谐振器2。谐振器2以所示的交叉耦合阶梯配置耦合在一起。至带通滤波器1的 输入和输出连接是通过非谐振电路节点3、4。综合这些网络以产生任意不对称响应是已知的。可以在任一方向上产生被示出为对角线的耦联原件。通过谐振器2的谐振频率来确定滤波器1的通带的中心，并且通过耦联的比率和 拓扑来确定所述响应的一般形式。可以通过仅仅改变谐振器2的谐振器频率来实现改变滤 波器1的中心频率。改变滤波器1的相对带宽要求修改在谐振器2之间的耦联和谐振器2 的频率。这样的滤波器1趋向于制造和使用起来太复杂，并且如果未修改耦联则一般将仅 仅保留相对选择性要求。
可以通过在滤波器1的耦联矩阵上应用旋转变换来实现在图1中的结构的无限数 量的变化形式。在图2中示出了根据本发明的可调带通滤波器5。滤波器5包括公共结构6，公共 结构6包括单个公共谐振器7。滤波器5包括上回路8，上回路8包括通过信号路径11耦合 在一起的第一和第二终端谐振器9、10。终端谐振器9、10各自还耦合到公共谐振器7。上 回路8还包括多个另外的谐振器12-15，所述多个另外的谐振器12-15沿着在终端谐振器 9、10之间的多个信号路径16而耦合。上回路8的谐振器9、10、12-15以交叉耦合的阶梯 配置方式来耦合。可以在任一方向上产生在不同的梯级上的谐振器之间的对角线耦联16。 虚线示出了重复的单元。在这个实施例中，上回路8包括6个谐振器，然而具有8、10、12个 等的谐振器的其他实施例也是可能的。非谐振输出信号节点17耦合到上回路8的一个终 端谐振器10。滤波器5还包括下回路18，下回路18包括通过信号路径21耦合在一起的第一和 第二终端谐振器19、20。终端谐振器19、20各自耦合到公共谐振器7。下回路18还包括多 个另外的谐振器22-25，所述多个另外的谐振器22-25沿着在终端谐振器19、20之间的多个 信号路径26而耦合。在这个实施例中，下回路18的拓扑使得滤波器5具有相对于公共谐 振器7的复共轭对称。非谐振输入信号节点27耦合到下回路18的一个终端谐振器20。在图3中示出了图2的可调带通滤波器5的等效电路28。在等效电路28中，可调 带通滤波器5被划分为在非谐振节点31处连接在一起的两个子滤波器29、30。相似的附图 标记指示可调带通滤波器5及其等效电路28中的相似的谐振器。子滤波器29之一包括低 通子滤波器29，其具有在频率wl的低通频带边缘。另一个子滤波器30包括高通子滤波器 30，其具有在频率W2的高通带边缘。等效电路28比可调带通滤波器5多包括一个谐振节 点。这是因为通过将低通子滤波器29的第一谐振器7与高通子滤波器30的第一谐振器7 合并来形成了公共谐振器7。可调带通滤波器5的插入损耗是等效电路28的低通和高通子滤波器29、30的插 入损耗的组合。图4示出了可调带通滤波器5的插入损耗和其等效电路28的子滤波器29、 30的插入损耗，这考虑了两者的相互作用。当低通子滤波器29的频带边缘处在比高通子 滤波器30的频带边缘更高的频率时，组合的插入损耗包括以W0为中心的带通区域，所述Wtl 分别具有在W1和W2的边缘。可以实质上独立于彼此而改变低通和高通子滤波器29、30。因此，为了改变下频 带边缘，调整可调带通滤波器5的谐振器7、9、10、12、13、14、15的谐振频率，该可调带通滤 波器5包括等效电路28的高通子滤波器30。为了改变上频带边缘，调整可调带通滤波器5 的谐振器的谐振频率，该可调带通滤波器5包括等效电路28的低通子滤波器29。通过调整 上下频带边缘，可以仅仅通过调整谐振器的谐振频率来调整可调带通滤波器5的带通区域的中心和宽度，而不必调整在谐振器之间的耦联。这与已知的带通滤波器相比较大大地降 低了可调带通滤波器5的复杂性并且提高了其使用的容易性，而且保留了相同的绝对选择 性。这个实施例的可调带通滤波器5通常具有高的对称度。因为滤波器5的对称，公 共谐振器7通常被调整到滤波器通带的中心。为了改变带宽(恒定中心频率)，调整除了公 共谐振器7之外的所有谐振器。在本发明的一个替代实施例(未示出)中，可调带通滤波器5是不对称的，并且可 以被分解为 级的低通子滤波器29和nH级的高通子滤波器30。对于这样的滤波器5，必 须调整 个谐振器以移动下边缘，并且调整nH个谐振器以移动上边缘(包括公共谐振器 7)。为了移动响应的中心频率，必须改变所有的谐振器。在图5中示出了根据本发明的可调带通滤波器5的另一个实施例。在这个实施例 中，上回路和下回路8、18包括奇数数量的谐振器。在图6中所示的等效电路28中，两个子 滤波器29、30具有偶数数量的谐振器。而且，两个子滤波器29、30分别是低通29和高通30 子滤波器。在本发明的所有上述实施例中，等效电路28的低通和高通子滤波器29、30具有在 无穷处的两个传输零点。但是，这不是必要的。在图7中示出了可调滤波器5的等效电路 28，其中，低通和高通子滤波器29、30仅仅具有在无穷处的一个传输零点。当满足设计规范 时，从无穷移动传输零点之一产生另外的灵活性。低通和高通子滤波器29、30现在通过两 个非谐振节点42、43而连接在一起。在图8中示出了可调带通滤波器5的拓扑。如在前的实施例，滤波器5包括各自 包括多个谐振器上回路和下回路8、18。但是，公共结构6更复杂。在这个实施例中，公共结 构6包括多个公共耦联44，所述多个公共耦联44被布置用于完全地耦合上回路和下回路 8、18的终端谐振器45、46、51、52。一个回路8、18的每个终端谐振器45、46、51、52耦合到 另一个回路8、18的两个终端谐振器45、46、51、52。图8的可调带通滤波器5保留了根据本发明的另一个可调带通滤波器5的相同的 基本属性。具体地，通过调整相关的谐振器能够实现带通滤波器带宽和中心频率的独立调 整。不需要调整在谐振器之间的耦联来调整中心频率或者带宽。在图9中示出了根据本发明的可调带通滤波器5的另一个实施例。理想的滤波器 将在衰减所有不想要的信号的同时传递期望的频带中的信号，而对于期望的信号仅仅带有 在幅度上的恒定改变和恒定的时延。如果复合信号的不同频率分量在不同的时间到达，则 所述信号将失真。恒定时延的要求等同于对于不变的群延迟的需要。延迟的绝对电平通常 是不重要的，重要的是，在信号带宽上的延迟的变化。图9的滤波器5的实施例还包括补偿群延迟均衡网络57，除了在输入非谐振电极 27和与输入节点27连接的谐振器37之间的直接耦联之外，还在两者之间耦合了补偿群延 迟均衡网络57。补偿群延迟均衡网络57包括串联在一起的多个谐振器58、59。另一个补偿 群延迟均衡网络60耦合在输出非谐振节点17和与输出节点17耦合的谐振器32之间。而 且，其包括串联的多个谐振器61、62。而且，其与在输出节点17和谐振器32之间的直接耦 联并联。补偿群延迟均衡网络57、60的响应是相对于期望的带通响应的中心频率偏移的， 以便每个补偿网络57、60对于带宽的一半的影响大于对于另一半的影响。补偿群延迟均衡网络57、60的群延迟峰值出现在补偿设计的标称中心频率。为了补偿在带通响应中心的群 延迟倾斜，补偿器的标称中心频率出现在带通响应的通带中。为了向所述响应应用正确的 补偿，它们必须围绕带通响应的中心频率对称地排布，以满足对称幅度选择要求。可以调谐补偿群延迟均衡网络57、60。补偿群延迟均衡网络57、60适于通过下述方式来跟踪滤波器5的调谐相对于可调带通滤波器5的低通和高通子滤波器29、30的重 叠，将补偿群延迟均衡网络57、60的频率与正确地偏移的中心频率同步。如果相对于低通和高通子滤波器29、30的重叠改变了补偿群延迟均衡网络57、60 的中心频率，则可以改变补偿量和群延迟涟波的相对位置。补偿群延迟均衡网络57、60可以用于减少所有的可调整带宽的群延迟变化。除了 减少群延迟变化之外，在补偿网络57、60中的插入损耗上的变化也减少了在通带上的插入 损耗的变化，虽然其代价是提高了最小插入损耗。以上等效电路28的低通子滤波器29必须是下述带通滤波器，其性能被定制以有 利于在可调带通滤波器5的通带之上的阻带抑制，而几乎不考虑在可调带通滤波器5的通 带之下的性能。这样的滤波器29经常被称为“准”低通滤波器。类似地，等效电路28的高通子滤波器30必须是下述带通滤波器，其性能被定制以 有利于在可调带通滤波器5的通带之下的阻带抑制，而几乎不考虑在可调带通滤波器5的 通带之上的性能。这样的滤波器30经常被称为“准”高通滤波器。根据本发明的可调带通滤波器5通常带有谐振器，所述谐振器在微波频率谐振， 产生在微波区域中的通带。通常，所述谐振器包括空腔谐振器(未示出)，其通过替换空腔 中的调谐构件来调谐。通常通过延伸通过两个空腔的公共壁的孔来耦合两个可调空腔谐振
ο在所有上述实施例中，可调带通滤波器的谐振器以下述布置连接在一起所述布 置使得将所述滤波器可以当作连接在一起的准高通子滤波器和准低通子滤波器，其中一个 接收另一个的输出。在这些实施例中，一个子滤波器的输出通过多个非谐振节点而连接到 另一个的输入，节点的数量取决于子滤波器的阶数。
权利要求
一种可调带通滤波器，其包括多个耦合的谐振器，所述滤波器包括公共结构，其包括至少一个公共耦联或者一个公共谐振器；上回路，其包括通过信号路径而耦合在一起的第一和第二终端谐振器，所述回路还包括在终端谐振器之间延伸的至少一个另外的信号路径，所述另外的信号路径包括至少一个另外的谐振器，所述终端谐振器耦合到所述公共结构；下回路，其包括通过信号路径而耦合在一起的第一和第二终端谐振器，所述回路还包括在终端谐振器之间延伸的至少一个另外的信号路径，所述另外的信号路径包括至少一个另外的谐振器，所述终端谐振器耦合到所述公共结构；所述各谐振器耦合在一起，以便所述带通滤波器可以被划分为低通子滤波器和高通子滤波器，所述子滤波器之一被布置为接收另一个子滤波器的输出。
2.根据权利要求1的可调带通滤波器，其中，所述公共结构包括单个公共谐振器，所述 上回路和下回路的所述终端谐振器连接到所述公共谐振器。
3.根据权利要求2的可调带通滤波器，其中，所述低通子滤波器包括所述公共谐振器 和所述下回路的各谐振器。
4.根据权利要求2或者3的可调带通滤波器，其中，所述高通子滤波器包括所述公共谐 振器和所述上回路的各谐振器。
5.根据权利要求1的可调带通滤波器，其中，所述公共结构包括在所述上回路和下回 路之间耦合的多个公共耦联。
6.根据权利要求5的可调带通滤波器，其中，所述各公共耦联被布置为使得回路的每 个终端谐振器都耦合到另一个回路的两个终端谐振器。
7.根据权利要求1-6的任何一个的可调带通滤波器，其中，所述上回路包括偶数数量 的谐振器。
8.根据权利要求1-6的任何一个的可调带通滤波器，其中，所述上回路包括奇数数量 的谐振器。
9.根据权利要求1-8的任何一个的可调带通滤波器，其中，所述下回路包括偶数数量 的谐振器。
10.根据权利要求1-8的任何一个的可调带通滤波器，其中，所述下回路包括奇数数量 的谐振器。
11.根据权利要求1-10的任何一个的可调带通滤波器，其中，所述上回路和下回路的 至少一个包括耦合在一起的多个谐振器。
12.根据权利要求11的可调带通滤波器，其中，所述各回路的至少一个包括以级联方 式耦合在一起的多个谐振器，以便在终端谐振器之间有多条信号路径。
13.根据权利要求12的可调带通滤波器，其中，所述至少一个回路的至少一些所述谐 振器以交叉耦合的阶梯配置方式耦合在一起。
14.根据权利要求13的可调带通滤波器，其中，以交叉耦合阶梯配置的至少一些谐振 器还包括到相邻的交叉耦合的阶梯梯级上的谐振器的至少一个对角的交叉耦联。
15.根据权利要求1-14的任何一个的可调带通滤波器，还包括非谐振输入电路节点， 该节点耦合到所述回路之一的终端谐振器。
16.根据权利要求15的可调带通滤波器，还包括群延迟均衡网络，所述群延迟均衡网络也耦合在输入电路节点和与该节点连接的终端谐振器之间。
17.根据权利要求15或者16的可调带通滤波器，还包括输出电路节点，所述输出电路 节点耦合到另一个回路的终端谐振器。
18.根据权利要求17的可调带通滤波器，还包括群延迟均衡网络，所述群延迟均衡网 络连接在所述输出电路节点和与该节点连接的终端谐振器之间。
19.一种实质上如上所述的可调带通滤波器。
20.一种实质上如上参考附图所述的可调带通滤波器。
全文摘要
一种可调带通滤波器，其包括多个耦合的谐振器，所述滤波器包括公共结构，其包括至少一个公共耦联(44)或者一个公共谐振器(7)；上回路(8)，其包括通过信号路径而耦合在一起的第一和第二终端谐振器，所述回路还包括在终端谐振器之间延伸的至少一个另外的信号路径，所述另外的信号路径包括至少一个另外的谐振器，所述终端谐振器耦合到所述公共结构；下回路(18)，其包括通过信号路径而耦合在一起的第一和第二终端谐振器，所述下回路还包括在终端谐振器之间延伸的至少一个另外的信号路径，所述另外的信号路径包括至少一个另外的谐振器，所述终端谐振器耦合到所述公共结构；所述各谐振器耦合在一起，以便所述带通滤波器可以被划分为低通子滤波器和高通子滤波器，所述子滤波器之一被布置为接收另一个子滤波器的输出。
文档编号H01P1/20GK101803108SQ200880108005
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月11日 优先权日2007年9月19日
发明者克利斯托弗·伊恩·莫布斯, 戴维·伊贝森, 约翰·戴维·罗兹 申请人:埃瑟泰克电子有限公司