CN221961807U - 一种滤波器及包括其的射频模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种滤波器及包括其的射频模组，所述滤波器包括：第一输入输出端、第二输入输出端、阻抗变换电路和滤波网络；阻抗变化电路和滤波网络连接在第一输入输出端和第二输入输出端之间；所述阻抗变换电路的第一端连接于所述第一输入输出端，所述阻抗变换电路的第二端与接地端连接；所述阻抗变换电路与所述滤波网络并联连接；所述阻抗变换电路等效为λ/4传输线阻抗变化器，其中λ表示波长。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频技术领域，更具体而言，涉及一种滤波器及包括其的射频模组。
背景技术
便携式通信设备，例如手机、笔记本、个人数字助理(personal digitalassistant，PDA)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)和北斗等，需通过各种通信网络进行通信。便携式通信设备通常包括射频前端模块，在射频前端模块，滤波器是射频前端模块的主要器件，随着5G商用的增加，对滤波器的需求量也越来越大。
目前，为了增加滤波器的带外抑制，一般是采用在串联支路中并联串联谐振器或者在串联支路中并联电感的方式。采用第一种方式，即在串联支路中并联串联谐振器的方式，能够通过调整谐振器的电容比例，在滤波器的特定频率范围内引入附加的零点，附加的零点可以增加对不需要的频率的衰减，从而提高带外抑制。采用第二种方式，即在串联支路中并联电感的方式，能够改变电感和串联支路中谐振器的相互作用，引入附加的阻抗谐振效应，在特定频率范围内提高阻抗，从而增加带外抑制。
虽然采用上述两种方式均能够实现滤波器带外抑制的增强，但是，采用第一种方式，由于需要引入额外的零点，可能导致滤波器的频率响应变得更为复杂，继而可能导致通带内的频率响应发生变化而引入额外的插损；采用第二种方式，通常需要在频率响应中引入更多的特征，从而导致通带插损的退化。
实用新型内容
本实用新型针对上述技术问题，针对滤波器的电路进行了精心设计，设计出一种滤波器，该滤波器能够有效增强带外抑制的同时，还能够避免滤波器通带的插损退化。
在下文中将给出关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
根据本实用新型的第一方面提供的一种滤波器，滤波器，包括：第一输入输出端、第二输入输出端、阻抗变换电路和滤波网络；阻抗变化电路和滤波网络连接在第一输入输出端和第二输入输出端之间；所述阻抗变换电路的第一端连接于所述第一输入输出端，所述阻抗变换电路的第二端与接地端连接；所述阻抗变换电路与所述滤波网络并联连接；所述阻抗变换电路等效为λ/4传输线阻抗变化器，其中λ表示波长。
进一步地，所述阻抗变换电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，并且所述第一支路的第一端和所述第二支路的第一端均通过所述第一输入输出端与所述滤波网络并联连接；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端汇合连接并接地；所述第一支路设有第一电容，所述第二支路设有第一电感以及第二电容，所述第二电容与所述第一电感串联连接。
进一步地，所述阻抗变换电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，并且所述第一支路的第一端和所述第二支路的第一端均通过所述第一输入输出端与所述滤波网络并联连接；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端汇合连接并接地；所述第一支路设有第一电感，所述第二支路设有第一电容以及第二电感，所述第一电容与所述第二电感串联连接。
进一步地，所述阻抗变换电路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路的第一端与第一输入输出端连接、所述第一支路的第二端与所述第二支路的第一端连接，所述第二支路的第二端悬空，所述第三支路的第一端与所述第一支路的第二端以及所述第二支路的第一端连接，所述第三支路的第二端接地，所述第一支路设有第一电容，所述第二支路设有第二电容，所述第三支路设有第一电感。
进一步地，所述阻抗变换电路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路的第一端与第一输入输出端连接、所述第一支路的第二端与所述第二支路的第一端连接，所述第二支路的第二端悬空，所述第三支路的第一端与所述第一支路的第二端以及所述第二支路的第一端连接，所述第三支路的第二端接地，所述第一支路设有第一电感，所述第二支路设有第二电感，所述第三支路设有第一电容。
进一步地，所述阻抗变换电路中电感的感值为L＝(Z0sinβl)/ω，电容的容值为其中，Z0是传输线的特征阻抗，β是传播常数，l是传输线的长度，ω是角频率。
进一步地，所述滤波网络还包括多条串联支路以及多条并联支路，每条串联支路上设有至少一个串联谐振单元，每条并联支路上设有至少一个并联谐振单元。
进一步地，所述滤波网络还包括匹配电路，所述匹配电路设置在所述第二输入输出端和接地端之间。
进一步地，所述滤波器的通带频率范围为1710MHz～1788MHz。
根据本实用新型的第二方面提供的一种射频模组，所述射频模组包括如第一方面中所述的滤波器。
本实用新型提供了一种滤波器及射频模组，该滤波器主要通过引入一阻抗变换电路，利用阻抗变换电路为滤波器创建通带左侧零点，增加带外抑制，且因为无需在滤波器的滤波网络中引入额外的零点，即不会使滤波器的频率响应变得更为复杂，也就不会引入额外的插损。详细地说，主要是通过在滤波器的第一输入输出端与接地端之间连接阻抗变换电路，该电路能够根据发射滤波器的特定频率进行电路内电容和电感的设定选择，通过调整电容和电感的数值，使阻抗变换电路在特定频率上形成零点，有效地引入阻抗变换，从而在特定频率范围内提高滤波器的左侧带外抑制性能。
附图说明
参照附图下面说明本实用新型的具体内容，这将有助于更加容易地理解本实用新型的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本实用新型的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。
图1示出了本实用新型的滤波器电路结构框图；
图2a-图2d示出了本实用新型阻抗变换电路的四种类型图；
图3示出了本实用新型滤波器的具体电路结构图。
图4示出了图3中滤波器电路结构的频率响应对比图。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本实用新型的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本实用新型的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本实用新型的过程中可以做出很多特定于本实用新型的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本实用新型的不同而有所改变。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的器件结构，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
应理解的是，本实用新型并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本文中，在可行的情况下，不同实施方案之间的特征可替换或借用、以及在一个实施方案中可省略一个或多个特征。
请参见图1，图1示出了本实用新型的滤波器电路结构框图。所述滤波器包括第一输入输出端A、第二输入输出端B、阻抗变换电路CL和滤波网络；阻抗变化电路CL和滤波网络连接在第一输入输出端A和第二输入输出端B之间。
具体的，所述阻抗变换电路CL的第一端连接于所述第一输入输出端A，所述阻抗变换电路CL的第二端与接地端连接；所述阻抗变换电路CL与所述滤波网络并联连接。
其中，所述阻抗变换电路CL包括至少一个电容和至少一个电感，所述电容与所述电感电性连接。
本实用新型所提供的技术方案主要是通过在滤波器的第一输入输出端A与接地端之间连接一阻抗变换电路CL，利用阻抗变换电路CL为滤波器创建通带左侧的零点，增加带外抑制，且因为无需在滤波网络中引入额外的零点，从而不会使滤波器的频率响应变得更为复杂，也就不会引入额外的插损。详细地说，主要是通过在滤波器的第一输入输出端A与接地端之间连接一阻抗变换电路CL，该阻抗变换电路CL根据滤波器的特定频率进行具体的电容和电感的设定选择，通过调整电容和电感的数值，使阻抗变换电路CL在特定频率上输入阻抗由开路(高阻抗)变为短路(低阻抗)，从而在特定频率范围内提高多工器的带外抑制性能。
本实用新型提供的滤波器的滤波网络可以包括多条串联支路SL1-SLM以及多条并联支路PL1-PLP。其中，M、P为自然数，M的数值等于串联支路的个数，P的数值等于并联支路PL1-PLP的个数。所述第一输入输出端A、所述多条串联支路SL1-SLM以及所述第二输入输出端B依次串联连接，所述多条串联支路上设有至少一个串联谐振单元。所述多条并联支路PL1-PLP中的一并联支路的一端与所述多条串联支路之间的一节点连接，该并联支路的另一端与接地端连接；其中，所述并联支路PL1-PLP包括至少一个并联谐振单元PZ1-PZP。
详细地说，如图1所示，多条串联支路包括M条串联支路SL1-SLM，P条并联支路PL1-PLP，其中，P与M相同或不同。
具体的，M个串联支路SL1-SLM依次设置在第一输入输出端A和第二输入输出端B之间，第一输入输出端A与串联支路SL1之间、相邻的串联支路之间以及第M个串联支路SLM与第二输入输出端B之间都具有连接节点，即共有M+1个连接节点N1-NM+1。
具体的，第I条并联支路PLI的一端连接到连接节点NI+1，另一端连接到可变模块MU，可变模块MU选自地电位、共用电感、或上述选项的组合，1≤I≤P。当第I条并联支路PLI的另一端连接的可变模块MU包括共用电感时，第I条并联支路PLI至少与另一条并联支路并联后连接到共用电感的一端。
进一步的，在串联支路SL1-SLM上分别设置有串联谐振单元SZ1-SZM，在并联支路PL1-PLP上分别设置有并联谐振单元PZ1-PZP。
进一步的，对于串联谐振单元SZ1-SZM和并联谐振单元PZ1-PZP来说，可以选自单独的谐振器单元、谐振器单元与电感元件的串联连接、谐振器单元与电容元件的并联连接中的一种形式。
更进一步地，谐振器单元包括至少一个谐振器或多个谐振器，当谐振器单元包括多个谐振器时，多个谐振器采用串联和/或并联的方式连接。当串联谐振单元SZ1-SZM和并联谐振单元PZ1-PZP选自谐振器单元与至少一个电感元件的串联连接，或者谐振器单元与电容元件的并联连接的形式时，不同谐振单元之间的电感元件的感值大小或者电容元件的容值大小可以相等或不等。
在一些实施例中，滤波器网络中设置有匹配电路MC，匹配电路MC可以设置在第一输入输出端A和地电位之间和/或第二输入输出端B和地电位之间。匹配电路MC用于阻抗匹配，避免产生信号反射而使信号耗损。匹配电路MC可以为电容和/或电感的各种串并联组合。
在一些实施例中，滤波器的通带频率范围为1710MHz～1788MHz。
以上为滤波网络的详细结构介绍。下面对阻抗变换电路CL的结构进行具体介绍，以及需要说明的是，以下四种阻抗变换电路CL均适用于本实用新型提供的滤波器。
请参阅图2a-图2d，图2a-图2d示出了本实用新型阻抗变换电路的类型图。示例性的，第一种为图2a所示的π型CLC，第二种为图2b所示的π型LCL、第三种为图2c所示的T型CLC、第四种为图2d所示的T型LCL。为使得本领域技术人员更好理解阻抗变换电路CL与滤波器之间的配合关系，下面将结合图1和图2a-图2d分别对四种形式的阻抗变换电路CL及其连接方式进行详细介绍：
第一种，π型CLC。该阻抗变换电路CL包括第一支路和第二支路，所述第一支路的第一端和所述第二支路的第一端均与第一输入输出端A连接；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端汇合连接并接地；所述第一支路设有第一电容C1，所述第二支路设有第一电感L1以及第二电容C2，所述第一电感L1与所述第二电容C2串联连接。
第二种，π型LCL。所述阻抗变换电路CL包括第一支路的第一端和所述第二支路的第一端均与第一输入输出端A连接；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端汇合连接并接地；所述第一支路设有第一电感L1，所述第二支路设有第一电容C1以及第二电感L2，所述第一电容C1与所述第二电感L2串联连接。
第三种，T型CLC。所述阻抗变换电路CL包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路的第一端与第一输入输出端A连接、所述第一支路的第二端与所述第二支路的第一端连接，所述第二支路的第二端悬空，所述第三支路的第一端与所述第一支路的第二端以及所述第二支路的第一端连接，所述第三支路的第二端接地。所述第一支路设有第一电容C1，所述第二支路设有第二电容C2，所述第三支路设有第一电感L1。
第四种，T型LCL。所述阻抗变换电路CL包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路的第一端与第一输入输出端A连接、所述第一支路的第二端与所述第二支路的第一端连接，所述第二支路的第二端悬空，所述第三支路的第一端与所述第一支路的第二端以及所述第二支路的第一端连接，所述第三支路的第二端接地。所述第一支路设有第一电感L1，所述第二支路设有第二电感L2，所述第三支路设有第一电容C1。
本实用新型中提供阻抗变换电路CL电路结构相对较简单，使得设计和调整相对容易且提升了滤波器的产品性能。从阻抗变换性能上看：本实用新型提供的阻抗变换电路CL电路结构在特定频率上可以提供比较明显的阻抗变换，可用于等效λ/4传输线的效果。这种阻抗变换有助于在特定频率上引入零点，增强带外抑制。本实用新型提供的阻抗变换电路CL电路结构没有引入复杂的元件或电路结构，在滤波器设计中更容易实现较小的插损。通带内的相位变化相对较小：本实用新型提供的阻抗变换电路CL电路结构在通带内的相位变化相对较小，有助于保持滤波器通带内的相位平稳性。
下面对本实用新型中提供阻抗变换电路CL电路结构中电感和电容元件的参数选择进行说明：
其组成元件中电感和电容的参数取值具体如下：
电感的感值：L＝(Z0sinβl)/ω；
电容的容值：
通过根据滤波器的频率选择电容和电感的参数值，即可实现带外抑制。
其中，Z0是传输线的特征阻抗，β是传播常数，l是传输线的长度，ω是角频率。在滤波器电路中引入一个阻抗变换电路CL，可以改善带外抑制效果。通过调整该阻抗变换电路CL的参数，可以在特定频率范围内将输入阻抗从开路变为对地的短路，从而在滤波器的通带左侧创建一个零点，提高带外抑制性能。
从设计思路来看：本实用新型将该阻抗变换电路CL等效为λ/4传输线阻抗变换器。具体来说，传输线作为一种电路元件，其电流和电压沿着其长度传播。传输线的关键参数是传输线的长度(通常以波长λ的倍数来表示)和特征阻抗(Z0)。在特定长度下，传输线的输入阻抗会有特殊的变化。当传输线长度为λ/4时，输入阻抗将由开路(高阻抗)变为短路(低阻抗)，或反之，具体取决于传输线末端的负载阻抗。
a.本实用新型首先选择等效传输线类型：如前所述，示例性的可选择π型CLC、π型LCL、T型CLC和T型LCL等类型的阻抗变换电路CL。将这些类型的阻抗变化网络在特定频率下等效为λ/4传输线。
b.其次进行阻抗变换器设计：根据传输线理论，阻抗变换电路CL在特定频率(通过调整β*l的值)会将输入阻抗由开路变为短路。结合阻抗变换电路CL的具体类型阻抗，计算阻抗变换电路CL中电感和电容元件的理论数值。
c.创建零点：在实际滤波器电路中引入前述的阻抗变换电路CL，调整阻抗变换电路CL中的元件参数来实现特定频率下输入阻抗由开路变为短路。从而可在滤波器通带左侧产生一个零点，增加了带外抑制。
图3示出本实用新型滤波器的具体电路结构图。本领域技术人员进一步可以理解的是，图3的滤波器的具体电路结构仅为示例性的，不应认为是对本实用新型双工器中滤波器具体电路结构的限制，滤波器的具体电路结构在不违背对前述框图描述限定的情况下，可以有各种的变形方式。
具体的，如图3中所示，阻抗变换电路CL为π型CLC电路，第一输入输出端A和阻抗变换电路CL的第一端连接到节点N1，阻抗变换电路CL的第二端连接到接地端。图3的滤波网络中，具有4条串联支路和4条并联支路。4条串联支路SL1-串联支路SL4串联连接在第一输入输出端A和第二输入输出端B之间。每条串联支路上均具有一个谐振器。并联支路PL1和并联支路PL2中都具有串联的一个谐振器和一个电感元件。并联支路PL1的第一端与节点N2连接，并联支路PL1的第二端与接地端连接。并联支路PL2的第一端与节点N3连接，并联支路PL2的第二端与接地端连接。并联支路PL3和并联支路PL4中均具有一个谐振器，并联支路PL3的第一端与节点N4连接，并联支路PL4的第一端与节点N5连接，并联支路PL3的第二端与并联支路PL4的第二端连接到共用电感L2的第一端，共用电感LMU的第二端连接接地端。在第二输入输出端B与接地端之间连接有匹配电感LMC。虽然本实施方案中滤波器采用了4串4并结构，但滤波器的电路结构可以是具有任意阶数和拓扑结构的滤波器，例如可以是5串4并、4串3并、3串2并、3串4并或4串4并等包括任意数目的串联谐振单元和并联谐振单元。所有这些变型、组合方案均在本公开涵盖的范围内。
请参阅图4，图4示出了滤波器电路结构的频率响应对比。如图4中所示，L1为图3中的滤波网络没有引入阻抗变换电路CL时滤波器的频率响应，L2为图3中滤波器的频率响应。由图4中可明确发现，引入前述的阻抗变换电路CL后，在滤波器通带左侧产生一个零点，增加了带外抑制。
本实用新型进一步提供一种多工器，该多工器是能够处理第四代通信标准(4G)、第五代通信标准(5G)的模块或者能够处理载波聚合和双连接的器件。该多工器包括前述的滤波器以及阻抗变换电路CL，本实用新型能够实现带外抑制的同时，避免增加滤波器的插入损耗。本领域技术人员应该理解的是本实用新型的多工器可以是指代双工器、三工器、四工器等等多种类型的多工器。
本申请的实施例还提供了一种射频模组，该射频模组可包括如前述任一实施例中所述的滤波器或多工器。该射频模组进一步可包括射频收发器、天线、射频芯片、功率放大器、集成电路等组件用于实现无线通信和数据传输。
以上结合具体的实施方案对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本实用新型的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本实用新型的精神和原理对本实用新型做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本实用新型的范围内。
Claims (10)
1.一种滤波器，其特征在于，包括：
第一输入输出端、第二输入输出端、阻抗变换电路和滤波网络；
阻抗变化电路和滤波网络连接在第一输入输出端和第二输入输出端之间；
所述阻抗变换电路的第一端连接于所述第一输入输出端，所述阻抗变换电路的第二端与接地端连接；所述阻抗变换电路与所述滤波网络并联连接；
所述阻抗变换电路等效为λ/4传输线阻抗变化器，其中λ表示波长。
2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述阻抗变换电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，并且所述第一支路的第一端和所述第二支路的第一端均通过所述第一输入输出端与所述滤波网络并联连接；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端汇合连接并接地；所述第一支路设有第一电容，所述第二支路设有第一电感以及第二电容，所述第二电容与所述第一电感串联连接。
3.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述阻抗变换电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第二支路并联，并且所述第一支路的第一端和所述第二支路的第一端均通过所述第一输入输出端与所述滤波网络并联连接；所述第一支路的第二端和所述第二支路的第二端汇合连接并接地；所述第一支路设有第一电感，所述第二支路设有第一电容以及第二电感，所述第一电容与所述第二电感串联连接。
4.如权利要求1中所述的滤波器，其特征在于：所述阻抗变换电路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路的第一端与第一输入输出端连接、所述第一支路的第二端与所述第二支路的第一端连接，所述第二支路的第二端悬空，所述第三支路的第一端与所述第一支路的第二端以及所述第二支路的第一端连接，所述第三支路的第二端接地，所述第一支路设有第一电容，所述第二支路设有第二电容，所述第三支路设有第一电感。
5.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述阻抗变换电路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述第一支路的第一端与第一输入输出端连接、所述第一支路的第二端与所述第二支路的第一端连接，所述第二支路的第二端悬空，所述第三支路的第一端与所述第一支路的第二端以及所述第二支路的第一端连接，所述第三支路的第二端接地，所述第一支路设有第一电感，所述第二支路设有第二电感，所述第三支路设有第一电容。
6.如权利要求2-5中任一项所述的滤波器，其特征在于：所述阻抗变换电路中电感的感值为L＝(Z0sinβl)/ω，电容的容值为其中，Z0是传输线的特征阻抗，β是传播常数，l是传输线的长度，ω是角频率。
7.如权利要求6所述的滤波器，其特征在于：所述滤波网络还包括多条串联支路以及多条并联支路，每条串联支路上设有至少一个串联谐振单元，每条并联支路上设有至少一个并联谐振单元。
8.如权利要求7所述的滤波器，其特征在于：所述滤波网络还包括匹配电路，所述匹配电路设置在所述第二输入输出端和接地端之间。
9.如权利要求7或8所述的滤波器，其特征在于：所述滤波器的通带频率范围为1710MHz～1788MHz。
10.一种射频模组，其特征在于：所述射频模组包括权利要求1-9中任一项所述的滤波器。
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2023
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