带阻滤波器与多频带阻滤波器

摘要

本发明实施例公开了一种带阻滤波器与多频带阻滤波器。其包括至少一个带阻滤波单元；带阻滤波单元包括输入端口、输出端口、至少两个谐振器和至少一个感性元件；其中，至少两个谐振器包括至少一个第一谐振器和至少一个第二谐振器；第一谐振器的第一端连接在输入端口和感性元件之间，第一谐振器的第二端与第一固定电位端连接，第二谐振器的第一端连接在输出端口和感性元件之间，第二谐振器的第二端与第二固定电位端连接。本发明不仅可以根据谐振器的谐振频率在感性元件的工作范围内设计适宜的阻带频宽，还可以减小带阻滤波器的电路尺寸，提高对阻带范围内信号的抑制效果，减小对感性元件工作频率范围内且阻带范围外的传输信号的损耗。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种带阻滤波器与多频带阻滤波器。

背景技术

随着通信技术的发展，对频谱利用率的要求越来越高，进而信息传输的过程中不同信息之间的传输频段间距越来越小。因此要求带阻滤波器通过特定频率范围内的传输信号，将噪音频谱或没有传输信号的频谱滤除，以满足信息传输的需求。

目前设计人员通常采用电容与电感等集总元件形成带阻滤波器或者采用微带线电路形成带阻滤波器，但是这两种带阻滤波器的电路设计尺寸过大不能满足小型便携设备的应用要求。此外，电容与电感等集总元件形成的带阻滤波器或者微带线电路形成的带阻滤波器的品质因数较低，对阻带范围内的频谱抑制效果差。

发明内容

本发明实施例提供一种带阻滤波器与多频带阻滤波器，以解决现有技术中带阻滤波器电路尺寸大的缺陷，使其可以满足小型便携设备的应用需求，提高对阻带范围内信号的抑制效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种带阻滤波器，包括至少一个带阻滤波单元；带阻滤波单元包括输入端口、输出端口、至少两个谐振器和至少一个感性元件；其中，至少两个谐振器包括至少一个第一谐振器和至少一个第二谐振器；第一谐振器的第一端连接在输入端口和感性元件之间，第一谐振器的第二端与第一固定电位端连接，第二谐振器的第一端连接在输出端口和感性元件之间，第二谐振器的第二端与第二固定电位端连接。

进一步地，带阻滤波单元包括一个第一谐振器、一个第二谐振器和一个感性元件；第一谐振器的第一端连接在输入端口和感性元件的第一端之间，第一谐振器的第二端与第一固定电位端连接，第二谐振器的第一端连接在输出端口和感性元件的第二端之间，第二谐振器的第二端与第二固定电位端连接。

进一步地，第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率之差大于零且小于或等于第二谐振器或第一谐振器的阻带频宽。

进一步地，感性元件的最大工作频率大于第一谐振器和第二谐振器的阻带频率。

进一步地，带阻滤波器包括至少两个带阻滤波单元；相邻带阻滤波单元的谐振频率之差大于零且小于或等于其中一个带阻滤波单元的阻带频宽。

进一步地，感性元件包括电感元件；电感元件的第一端作为感性元件的第一端，电感元件的第二端作为感性元件的第二端。

进一步地，谐振器包括声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器中的一种或多种。

第二方面，本发明实施例还提供了一种多频带阻滤波器，包括实现如第一方面中任一项带阻滤波器，至少两个带阻滤波器串联连接；至少两个带阻滤波器的谐振频率之差大于其中一个带阻滤波单元的阻带频宽。

进一步地，不同的带阻滤波器中的带阻滤波单元的数量相同或不同。

本发明实施例的技术方案，带阻滤波器包括至少一个带阻滤波单元。其中，带阻滤波单元包括具有不同谐振频率特性的至少一个第一谐振器、至少一个感性元件和至少一个第二谐振器。根据感性元件通低阻高的特性，可以限制带阻滤波器的工作频率范围，也就是在感性元件的工作频率范围内通过的传输信号的差值损耗小。在感性元件两端分别连接第一声波谐振器和第二声波谐振器，可以使感性元件在工作范围内产生阻带，进而实现对阻带范围内的频率进行滤波。另外，至少一个第一谐振器和至少一个第二谐振器可以根据带阻滤波单元阻带频宽的需求调节至少一个第一谐振器和至少一个第二谐振器的谐振频率的交叠范围，从而可以提高带阻滤波单元的阻带频宽。综上，本发明通过采用第一谐振器和第二谐振器，并且将第一谐振器和第二谐振器的第一端分别连接在感性元件的两端，不仅可以根据谐振器的谐振频率在感性元件的工作范围内设计适宜的阻带频宽，还可以减小带阻滤波器的电路尺寸，提高对阻带范围内信号的抑制效果，减小对感性元件工作频率范围内且阻带范围外的传输信号的损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图虽然是本发明的一些具体的实施例，对于本领域的技术人员来说，可以根据本发明的各种实施例所揭示和提示的器件结构，驱动方法和制造方法的基本概念，拓展和延伸到其它的结构和附图，毋庸置疑这些都应该是在本发明的权利要求范围之内。

图1为本发明实施例提供的一种带阻滤波器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种单一谐振器的性能示意图；

图3为本发明实施例提供的一种带阻滤波器的性能示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种带阻滤波器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的图4带阻滤波器的性能示意图；

图6为本发明实施例提供的一种多频带阻滤波器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种多频带阻滤波器的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的图7多频带阻滤波器的性能示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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，对本发明实施例中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作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。

本发明实施例提供了一种带阻滤波器的结构示意图，图1为本发明实施例提供的一种带阻滤波器的结构示意图。如图1所示，该带阻滤波器包括至少一个带阻滤波单元；带阻滤波单元包括输入端口A、输出端口B、至少两个谐振器和至少一个感性元件110；其中，至少两个谐振器包括至少一个第一谐振器120和至少一个第二谐振器130；第一谐振器120的第一端连接在输入端口A和感性元件110之间，第一谐振器120的第二端与第一固定电位端连接，第二谐振器130的第一端连接在输出端口B和感性元件110之间，第二谐振器130的第二端与第二固定电位端连接。

具体的，带阻滤波单元是指能通过大多数频率分量，但将某一频率段的频率分量衰减到极低水平，达到阻碍此段频率分量通过的带阻滤波器。其中，谐振器品质因数高，可以产生谐振频率，并且产生的谐振频率具有稳定性强，抗干扰性强的特点。感性元件110具有通低阻高的特性，可以限制带阻滤波器的工作频率范围，也就是感性元件110的工作频率范围内通过的传输信号的差值损耗小。在感性元件110两端分别连接第一声波谐振器120和第二声波谐振器130，可以使感性元件110在工作范围内产生阻带，进而实现对阻带范围内的频率进行滤波。图2为本发明实施例提供的一种单一谐振器的性能示意图，其中，横坐标为谐振器的频率，纵坐标为信号的插值损耗。曲线200为单一谐振器的性能曲线。由图2可得，单一谐振器对其本身的响应就有滤波特性。图3为本发明实施例提供的一种带阻滤波器的性能示意图，其中，该带阻滤波器包括一个带阻滤波单元，该滤波单元包括一个第一谐振器120，一个第二谐振器130以及一个感性元件110。如图3所示，横坐标为带阻滤波器的频率，纵坐标为信号的插值损耗。曲线300为带阻滤波器的性能曲线。由图3可知，感性元件110可以使得带阻滤波器具有低频差值损耗很低的滤波特性。例如，如图3所示，感性元件110可以使得带阻滤波器在0-4GHz内具有差值损耗很低的滤波特性。在此基础上，本发明基于谐振器对其本身响应具有的滤波特性，设计带阻滤波单元包括至少两个谐振器。其中，第一谐振器120至少包括一个谐振器，第一谐振器120的第一端连接在输入端口A和感性元件110之间，第一谐振器120的第二端与第一固定电位端连接。第二谐振器130至少包括一个具有与第一谐振器120不同谐振频率特性的谐振器，第二谐振器130的第一端连接在输出端口B和感性元件110之间，第二谐振器130的第二端与第二固定电位端连接。其中，可以根据带阻滤波器的阻带频宽需求调节至少一个第一谐振器120和至少一个第二谐振器130的谐振频率的交叠范围，从而可以提高带阻滤波单元的阻带频宽。第一固定电位端可以和第二固定电位端电位相等，例如第一固定电位端和第二固定电位端共同接地。对比图2和图3，图2单一谐振器的阻带频率范围小于图3带阻滤波器的阻带频率范围。图2单一谐振器的差值损耗小于图3带阻滤波器的差值损耗。由此，通过采用第一谐振器120和第二谐振器130，并且将第一谐振器120和第二谐振器130的第一端分别连接在感性元件110的两端，可以改善单一谐振器阻带频宽窄以及对阻带范围内的信号抑制特性差的特点。继续对比图2和图3，图2单一谐振器对于低频信号产生的差值损耗比图3带阻滤波器对于低频信号产生的差值损耗大。图3中感性元件110限制的工作频率范围为0-4GHZ，也就是感性元件110允许0-4GHZ范围内的频率通过，感性元件110会阻碍大于4GHZ的频段通过。感性元件110两端分别连接第一声波谐振器120和第二声波谐振器130，使感性元件110在工作范围内产生阻带，第一声波谐振器120和第二声波谐振器130对阻带范围内的频率进行滤波。这里需要注意的是，第一谐振器120和第二谐振器130的谐振频率需要设置在感性元件110的工作频率范围内。综上，本发明基于至少两个谐振器和至少一个感性元件110构成的带阻滤波单元不仅可以根据谐振器的谐振频率在感性元件110的工作范围内设计适宜的阻带频宽，还可以减小带阻滤波器的电路尺寸，提高对阻带范围内信号的抑制效果，减小对感性元件110工作频率范围内且阻带范围外的传输信号的损耗。

示例性的，继续参考图1，带阻滤波单元包括一个第一谐振器120、一个第二谐振器130和一个感性元件110；第一谐振器120的第一端连接在输入端口A和感性元件110的第一端之间，第一谐振器120的第二端与第一固定电位端连接，第二谐振器130的第一端连接在输出端口B和感性元件110的第二端之间，第二谐振器130的第二端与第二固定电位端连接。

具体地，带阻滤波单元包括一个第一谐振器120、一个第二谐振器130和一个感性元件110。第一谐振器120的第一端连接在输入端口A和感性元件110的第一端之间，也就是第一谐振器120的第一端与输入端口A连接，也就是输入端口A作为带阻滤波单元的输入端口；第二谐振器130的第一端连接在输出端口B和感性元件110的第二端之间，也就是第二谐振器130的第一端与输出端口B连接，也就是输出端口B作为带阻滤波单元的输出端口。第一谐振器120的第二端与第一固定电位端连接，第二谐振器130的第二端与第二固定电位端连接。第一固定电位端和第二固定点电位端的电位可以相等，例如可以是同时接地。其中，带阻滤波单元包括的一个感性元件110，可以限制带阻滤波单元的工作频率范围。在感性元件110两端分别连接第一声波谐振器120和第二声波谐振器130，可以使感性元件110在工作范围内产生阻带，进而实现对阻带范围内的频率进行滤波。带阻滤波单元包括的第一谐振器120和第二谐振器130具有不同的谐振频率，可以根据带阻滤波器的阻带频宽需求调节第一谐振器120和第二谐振器130的谐振频率交叠范围，从而可以提高带阻滤波单元的阻带频宽。需要注意的是，第一谐振器120和第二谐振器130的谐振频率交叠范围需要设置在感性元件110的工作频率范围内。综上，通过将第一谐振器120和第二谐振器130的第一端分别连接在感性元件110的两端，组成π型电路结构的带阻滤波器，充分利用了谐振器的谐振频率特性在感性元件110的工作范围内设计适宜的阻带，构成了具有良好滤波特性的带阻滤波器，可以改善单一谐振器滤波频宽窄以及对阻带范围内的信号抑制特性差的特点，实现在阻带频率段内迅速衰减输入信号，提高对阻带范围内信号的抑制效果，减小对感性元件110工作频率范围内且阻带范围外的传输信号的损耗。

可选地，第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率之差大于零且小于或等于第二谐振器或第一谐振器的阻带频宽。

其中，带阻滤波单元需要选取谐振频率接近但不相等的第一谐振器和第二谐振器，并且第一谐振器和第二谐振频率的谐振频率之差需要大于零且小于或等于第二谐振器或第一谐振器的阻带频宽。由此，可以使第一谐振器和第二谐振器的谐振频率产生部分交叠，当第一谐振器和第二谐振器的谐振频率部分发生交叠，则第一谐振器和第二谐振器的谐振频率会并在一起，从而可以加宽带阻滤波单元的阻带频宽。

可选地，感性元件的最大工作频率大于第一谐振器和第二谐振器的阻带频率。

具体地，感性元件具有通低频阻高频的特性，不同属性的感性元件的导通频段和抑制频段不同，需要根据带阻滤波器的工作频率范围选取适宜属性的感性元件。也就是感性元件可以限制带阻滤波器的工作频率范围。继续参考图3，由图可知，感性元件限制的工作频率范围为0-4GHZ，也就是感性元件允许0-4GHZ范围内的频率通过，感性元件会阻碍大于4GHZ的频段通过。由此，第一谐振器和第二谐振器的阻带频率范围需要设置在感性元件允许频率通过的工作范围内，保证在感性元件的通频范围内筛除某一频率段，进而实现带阻滤波单元是实现通过大多数频率，只抑制某一频率段的频率通过的功能。感性元件的最大工作频率是感性元件最大可通过频率值，进而只需设置感性元件的最大工作频率大于第一谐振器和第二谐振器的阻带频率即可。

图4为本发明实施例提供的另一种带阻滤波器的结构示意图，如图4所示，带阻滤波器包括至少两个带阻滤波单元；相邻带阻滤波单元的谐振频率之差大于零且小于或等于其中一个带阻滤波单元的阻带频宽。

示例性的，带阻滤波器包括两个带阻滤波单元。其中，带阻滤波器包括两个第一谐振器120、两个第二谐振器130和两个感性元件110。第一谐振器121的第一端连接在输入端口A和感性元件111的第一端之间，第一谐振器121的第二端与第一固定电位端连接。第二谐振器131和第一谐振器122的第一端同时连接在感性元件111和感性元件112之间，第二谐振器131的第二端与第二固定电位端连接，第一谐振器122的第二端与第一固定电位端连接。第二谐振器132的第一端连接在输出端口B和感性元件112之间，第二谐振器132的第二端与第二固定电位端连接。其中，需要选取谐振频率接近但不相等的两个带阻滤波单元，并且两个带阻滤波单元的谐振频率之差大于零且小于或等于其中一个带阻滤波单元的阻带频宽。由此，可以根据带阻滤波器的阻带频宽需求调节两个带阻滤波单元的谐振频率的交叠范围，并将两个带阻滤波单元通过串联连接，使两个带阻滤波单元的谐振频率并在一起，从而可以进一步提高带阻滤波器的阻带频宽。示例性地，图5为本发明实施例提供的图4带阻滤波器的性能示意图。如图5所示，横坐标为带阻滤波器的频率，纵坐标为信号的插值损耗。曲线400为图4带阻滤波器的性能曲线。对比图3和图5，图3带阻滤波器的阻带频率范围小于图5带阻滤波器的阻带频率范围。此外，带阻滤波单元包括的两个感性元件，可以限制带阻滤波单元的工作频率范围，继续对比图3和图5，图3带阻滤波器的工作频率范围小于图5带阻滤波器的工作频率范围。需要注意的是，图4中第一谐振器121和第二谐振器131的谐振频率交叠范围需要设置在感性元件111的工作频率范围内；第一谐振器122和第二谐振器132的谐振频率交叠范围需要设置在感性元件112的工作频率范围内；带阻滤波器的工作范围为两个感性元件110的工作频率并在一起，从而可以进一步提高带阻滤波器的工作频率范围。

需要说明的是，带阻滤波器的阻带频宽范围是根据输入信号需要抑制的频宽来进行设定的，在其他实施例中，带阻滤波器可通过调节带阻滤波单元个数来调节陷波频宽。

可选地，感性元件包括电感元件；电感元件的第一端作为感性元件的第一端，电感元件的第二端作为感性元件的第二端。

其中，电感元件采用基于低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)和表面贴装器件技术制造的贴片电感元件组成陷波滤波器，可以减小带阻滤波器尺寸，满足手持式移动应用设备的需求。电感元件的第一端作为感性元件的第一端，即与第一谐振器的第一端和输入端口连接。电感元件的第二端作为感性元件的第二端，即与第二谐振器的第一端和输出端口连接。根据电感元件通低阻高的特性，可以限制带阻滤波器的工作频率范围。

可选地，谐振器包括声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器中的一种或多种。

其中，声表面波谐振器(surface acoustic wave，SAW)主要是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器将电波的输入讯号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的讯号，以达到过滤不必要的讯号及杂讯，提升收讯品质的目标。声表面波谐振器，比传统的LC滤波器安装更简单、体积更小。体声波谐振器中的声波以垂直方式传播，通过将声波能量存储在压电材料中，可以实现非常高的品质，从而转换成带外衰减大且极具竞争性的器件。薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)，具有较高Q值和易实现微型化等特点。声表面波谐振器、体声波谐振器和薄膜腔声谐振器均具有体积小、成本低且Q因子高的特点，并且能够满足高度特定和高性能的滤波要求。声表面波谐振器适用于较低频率(最高2.7GHz)，体声波谐振器和薄膜腔声谐振器则适用于较高频率(2.7GHz-6GHz)。

图6为本发明实施例提供的一种多频带阻滤波器的结构示意图，如图6所示，包括实现上述实施例中任一项带阻滤波器100，至少两个带阻滤波器100串联连接；至少两个带阻滤波器100的谐振频率之差大于其中一个带阻滤波单元的阻带频宽。

其中需要选取至少两个谐振频率相差较大的带阻滤波器100，并且至少两个带阻滤波器100的谐振频率之差大于其中一个带阻滤波单元的阻带频宽。由此，可以保证每个阻带频段都是互不交叠的。将至少两个带阻滤波器100串联连接，可以根据多频带阻滤波器100的滤波要求将至少两个不同频段的信号滤除。需要说明的是，每一带阻滤波器100对应滤除一段频率的信号。

多频带阻滤波器包括本发明任意实施例提供的带阻滤波器，因此具有本发明实施例提供的带阻滤波器的有益效果，此处不再赘述。

可选地，不同的带阻滤波器中的带阻滤波单元的数量相同或不同。

示例性的，图7为本发明实施例提供的另一种多频带阻滤波器的结构示意图；其中多频带阻滤波器是由两个包括单个带阻滤波单元的带阻滤波器100串联连接构成，需要注意的是多频带阻滤波器包括的四个谐振器的谐振频率不同，两个感性元件110的最大工作频率不同。图8为本发明实施例提供的图7多频带阻滤波器的性能示意图；其中，横坐标为多频带阻滤波器的频率，纵坐标为信号的插值损耗，曲线500为图7多频带阻滤波器的性能曲线，由图可得，多频带阻滤波器有两个阻带频率。

最后应说明的是：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。