[发明专利]基于耦合传输线的带通滤波器

说明书

一种带通滤波器(BPF)。该BPF包括：实现为第一传输线的第一谐振器；实现为第二传输线的第二谐振器；以及位于第一谐振器线和第二谐振器之间的耦合器，其中，所述耦合器被设计成产生通带，使得输入传输信号内的特定频率被滤除。在一个实施方式中，所述耦合器是3分贝混合耦合器。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2017年5月11日提交的美国临时申请No.62/504,907的权益，其内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及带通滤波器，并且更具体地涉及基于适合于高频的耦合传输线的带通滤波器。

背景技术

带通滤波器(BPF)是用于对所连接的设备的不想要的频率信号进行滤波的电子部件。也就是说，带通滤波器允许特定范围内的频率，并且抑制或衰减该范围外的频率。

在图1中示出了BPF的典型传输函数，其显示了被允许通过BPF的带宽(即通带130)的曲线图100。如曲线图100所示，通带130是从最小频率f₁ 100到最大频率f₂ 120的允许频率的范围。

如图1的曲线图100的垂直轴上所示，通带130的振幅140以分贝(dB)为单位测量，并且指示所传输的通带的功率。所指示的振幅的值与所传输的频率的插入损耗或信号损耗的量有关。

另外，曲线图100指示相对陡峭的抑制曲线150，即，从衰减信号过渡到通带中的信号曲线的斜率。陡峭的抑制曲线允许BPF的最佳应用，因为越陡峭的抑制曲线允许更多的期望频率成功地通过滤波器，同时防止更多的不期望频率通过滤波器。

期望的BPF的要求包括通带中的低信号损耗，以及当BPF安装在传输线内时的低插入损耗，即信号功率的损耗。另外，优选陡峭的抑制曲线以使被允许通过BPF的不想要的频率(包括接近通带的频率)的量最小化。

许多当前可用的BPF采用具有特定频率的谐振的一个或多个谐振器。频率接近谐振频率的信号通过滤波器，而远离滤波器的信号被阻挡。在现有技术中，当前谐振器的三种主要设计包括：(a)基于电容器和电感器的谐振器；(b)基于表面和体声波滤波器(称为SAW和BAW滤波器)的谐振器；以及(c)基于介电材料中的腔的谐振器。

图2示出了具有四个LC谐振器的BPF 200的电路图，每个LC谐振器包括并联配置并耦合在一起的电感器(由L指示)和电容器(由C指示)。每个谐振器为衰减信号和通带之间的过渡提供附加精度。仅一个谐振器通常不足以提供期望的抑制曲线陡度。因此，几个连续且连接的谐振器经常一起使用。

SAW类型和BAW类型的BPF(未示出)在现代无线通信设备中是流行的设计，因为它们除了具有～0.5-3.0dB的合理可接受的插入损耗之外，还具有对于不想要的频率(在接近通带～50MHz处～30-50dB)的高抑制率。

然而，这种类型的BPF具有主要限制。具体地，SAW型滤波器仅对高达～3.5GHz的频率有效，但不能对目前正在开发并用于许多设备的较高频带(例如，6GHz、28GHz等)进行滤波。此外，BAW型滤波器制造起来可以非常昂贵，并且同样对28GHz频带无效。另外，SAW类型和BAW类型的BPF产生的通带相对较窄(大约在70MHz-100MHz之间)并且不能被调整。另外，SAW型和BAW型滤波器通常受限于通带的单个固定宽度，而现代电信技术需要可调整通带。

标准BPF的其他限制来自于其结构。作为示例，可以使用传输线来构建简单的微波谐振器，其中传输线必须具有等于通带中心处的电磁波的波长的四分之一的特定长度。在这种情况下，设计以特定频率(即通带中心的频率)谐振。然而，这种单谐振器BPF虽然设计简单，但常常不能提供足够陡的抑制曲线。