子网络增强型无反射滤波器拓扑制造技术

公开了无反射低通、高通、带通、带阻、全通和全阻滤波器以及用于设计这种滤波器的方法，连同通过使用子网络进一步修改和改善频率响应来增强这种滤波器的性能的方法。这些滤波器优选地通过吸收频谱的阻带部分而不是将其反射回源来起作用，这在许多不同的应用中具有显著优点。子网络优选地提供附加的自由度，通过该附加的自由度，通过父滤波器的泄漏可以被抵消或加强，以改变截止锐度、阻止抑制或其他性能度量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】子网络增强型无反射滤波器拓扑本专利技术的权利本专利技术是在国家科学基金和联合大学公司之间的合作协议AST-0223851下以政府支持进行的，并且相应地美国政府享有本专利技术的某些权利。相关申请的参考本申请要求2014年6月25日提交的美国临时申请号62/016,715、2014年7月29日提交的申请号62/030171、2014年8月26日提交的申请号62/041,965和2014年11月3日提交的申请号62/074,142的优先权，这些申请的标题全部为“Sub-NetworkEnhancedReflectionlessFilterTopology（子网络增强型无反射滤波器拓扑）”，并且这些申请具体地和整体地通过引用合并于此。
本专利技术涉及电子滤波器及其使用方法。具体地，本专利技术涉及无反射电子滤波器及其使用方法。
技术介绍
实际上，所有电子系统都使用某种滤波来抑制不需要的频率分量。在大多数常规滤波器中，被抑制的信号被反射回到源，从而最终耗散在生成器本身中或者在互连线/传输线中，或者通过被辐射到仪器外壳被耗散。这种抑制不需要的信号的方式有时可能由于非线性器件中的杂散混合、敏感有源组件的无意重新偏置或各种信号路径之间的串扰而导致与系统中的其他组件的有害交互。寻求一种滤波器的解决方案，该滤波器将在其可能损害性能之前吸收这些不需要的信号。这导致一种新颖的吸收式滤波器拓扑，该滤波器拓扑被描述在Morgan的美国专利号8,392,495中，该专利的全部内容通过引用合并于此。图1描绘了现有技术的低通无反射滤波器的示例。吸收式滤波器解决了常规滤波器遇到的许多问题，诸如混合器对不良带外终止的敏感性，有害的和难以预测的来自无功谐波负载的非线性效应，由于在滤波器和其他不良匹配的组件之间的俘获能而导致的泄漏或串扰，以及与带外阻抗匹配相关联的许多其他问题。与用于吸收式滤波器的其他方法（诸如，端接的双工器和采用正交混合器的定向滤波器结构）相比时，吸收式滤波器还实现了卓越的性能和可制造性。然而，不论这些益处如何，一些应用需要比先前展示的无反射滤波器可以提供的响应更尖锐的截止响应。最近为解决这个问题所作的努力已经产生了增强版本的结构，其可以具有更尖锐得多的截止响应，并且因此在需要时在那些应用中产生更大的选择性，同时保持原始无反射滤波器拓扑的所有益处。
技术实现思路
本专利技术解决了与常规滤波器以及与现有技术的无反射滤波器相关联的若干问题和缺点，从而提供用于电子系统中的频带选择和定义的新的资源。本专利技术的实施例涉及一种无反射电子滤波器。该滤波器包括对称双端口电路，其中，对称性定义分别在端口被同相驱动和180°异相驱动时的偶模式等效电路和奇模式等效电路；至少一个无损元件和至少一个匹配的内部子网络，其被布置在对称双端口电路内，使得：偶模式等效电路的归一化输入阻抗基本上等于奇模式等效电路的归一化输入导纳，并且奇数模式等效电路的归一化输入阻抗基本上等于偶模式等效电路的归一化输入导纳。以该方式，偶模式和奇模式等效电路被称为彼此的对偶。每个匹配的内部子网络提供到无反射电子滤波器的阻带信号路径的匹配端接。优选地，每个子网络是对称的或不对称的。无反射滤波器优选地还包括泄漏路径，该路径在不穿过子网络的情况下将阻带信号的一部分从输入传递到输出，并且每个子网络被适配为使具有下述幅度和相位的阻带信号通过：该幅度和相位部分地抵消通过泄漏路径的阻带信号的一部分的幅度和相位。在优选实施例中，每个子网络是衰减器、直通连接（thru-connection）、延迟线和无反射滤波器中的一个。优选地，子网络包含至少一个附加子网络。优选地，子网络包括子网络的级联。在优选实施例中，每个子网络是低通、高通、带通、带阻、全通和全阻滤波器之一。每个子网络优选地是有源或无源的。每个子网络优选地是可调谐的。第一子网络优选地包括包含第二子网络的无反射滤波器，并且嵌套的无反射滤波器的总数提供滤波器阶数。优选地，子网络滤波器被调谐到与无反射滤波器相同或不同的频率。优选地，滤波器是三阶的。在优选实施例中，三阶滤波器是抗混叠滤波器。优选地，滤波器被实现为单片微波集成电路、薄膜印刷电路、厚膜印刷电路、低温共烧陶瓷（LTCC）印刷电路和集成电路中的一个。优选地，每个基本上无损耗元件是电感器、电容器、传输线和波导中的一个或多个。优选地使用与无反射滤波器相同或不同的技术来实现每个子网络。在另一实施例中，可以通过构造前一个无反射滤波器的对偶来获得无反射滤波器。当滤波器由集总元件构成时，通过用分流连接代替所有串联连接，用串联连接代替分流连接，用电容器代替电感器和用电感器代替电容器来获得对偶。优选地，所得到的对偶网络在拓扑上与原型不同，但是保持无反射并且具有相同的频率响应。还可以通过使内部子网络端口与外部端口交换来构造对偶。在优选实施例中，通过使无反射滤波器与其对偶交替嵌套来构造高阶滤波器，从而产生一些元件的有效抵消（通过相同元件的后续串联和并联连接）。所得到的网络优选地具有比通过嵌套相同的无反射滤波器所获得的网络更少的元件，但是表现出相同的性能。先前（Morgan，#8,392,495）教导了，可以通过以下述方式在电路节点之间添加对偶元件来改变无反射滤波器：该方式使得保持对称性，并且允许满足无反射性能所需要的对偶性约束。当与上述子网络增强组合时，这些附加元件可以用于积极效果。在优选实施例中，无反射滤波器是二阶的，其中已经用至少一个附加电感器和一个附加电容器修改两个嵌套滤波器中的一个。优选地，添加的电感器具有近似九分之一的电感作为滤波器中的电感器的其余部分，并且所添加的电容器具有是其余电容器的近似九分之一的电容。优选地，该修改的二阶滤波器具有更尖锐的截止响应和更深、延长的阻带抑制。在另一实施例中，无反射滤波器可以与一个或多个附加的无反射滤波器级联，该附加的无反射滤波器具有类似或不同的设计（例如，低通、高通、带通、带阻、全通、全阻、或多频带）。级联的滤波器还可以被调谐到相同或不同的频率。将各个级联的无反射滤波器称为“单元”，可以将两个或更多个单元的子网络端口与单元间子网络交叉连接。单元间子网络可以连接级联中的相邻单元或非相邻单元。本专利技术的其他实施例和优点部分地被阐述在下面的描述中，并且部分地根据该描述中可以是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中获悉。附图说明仅通过示例的方式并且参考附图来更详细地描述本专利技术，在附图中：图1是现有技术中已知的低通无反射滤波器的示例。图2是重新绘制以强调端接主要阻带信号路径的子网络的位置和内部端口的图1的电路。图3是对称双端口网络的框图。图4是与现有技术的无反射滤波器的拓扑（虚线）相比的具有衰减器子网络（实线）的低通无反射滤波器的仿真性能和拓扑（插图）的示例。阻带的泄漏的抵消产生改善的阻带抑制。图5是具有另一无反射滤波器作为子网络的低通无反射滤波器的仿真性能和拓扑（插图）的示例，其中子网络滤波器包含作为其子网络（实线）的衰减器。为了比较而示出现有技术的一阶无反射滤波器的性能（虚线）。与过渡带泄漏的建设性干涉改善了过渡角的锐度。图6是三阶低通无反射滤波器拓扑的示例。图7是三阶低通无反射滤波器拓扑的仿真性能。图8是用于构造对偶无反射滤波器的方法的图示。图9A-B示出了用嵌套的对偶构造的三阶无反射滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无反射电子滤波器，包括：对称双端口电路，其中，对称性定义分别在端口以同相和180°异相被驱动时的偶模式等效电路和奇模式等效电路；至少一个无损元件和至少一个匹配的内部子网络，被布置在所述对称双端口电路内，使得：所述偶模式等效电路的归一化输入阻抗基本上等于所述奇模式等效电路的归一化输入导纳；以及所述奇模式等效电路的归一化输入阻抗基本上等于所述偶模式等效电路的归一化输入导纳；其中，每个匹配的内部子网络提供到所述无反射电子滤波器的阻带信号路径的匹配端接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.25 US 62/016715;2014.07.29 US 62/030171;201.一种无反射电子滤波器，包括：对称双端口电路，其中，对称性定义分别在端口以同相和180°异相被驱动时的偶模式等效电路和奇模式等效电路；至少一个无损元件和至少一个匹配的内部子网络，被布置在所述对称双端口电路内，使得：所述偶模式等效电路的归一化输入阻抗基本上等于所述奇模式等效电路的归一化输入导纳；以及所述奇模式等效电路的归一化输入阻抗基本上等于所述偶模式等效电路的归一化输入导纳；其中，每个匹配的内部子网络提供到所述无反射电子滤波器的阻带信号路径的匹配端接。2.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，每个子网络是对称的或不对称的。3.根据权利要求1所述的无反射滤波器，进一步包括：泄漏路径，所述泄漏路径在不穿过子网络的情况下将阻带信号的一部分从输入传递到输出；以及其中，每个子网络被适配为使具有下述幅度和相位的阻带信号通过：该幅度和相位部分地抵消通过所述泄漏路径的阻带信号的一部分的幅度和相位。4.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，每个子网络包括衰减器、直通连接、延迟线和无反射滤波器中的一个。5.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，子网络包含至少一个附加子网络。6.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，子网络包括子网络的级联。7.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，每个子网络包括低通、高通、带通、带阻、全通和全阻滤波器中的一个。8.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，每个子网络是有源或无源的。9.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，每个子网络是可调谐的。10.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，所述无反射滤波器是另一无反射滤波器的对偶。11.根据权利要求10所述的无反射滤波器，其中，所述无反射滤波器包括集总元件网络，并且其中，通过用并联连接代替串联连接，用串联连接代替并联连接，用电容器代替电感器和用电感器代替电容器来获得对偶。12.根据权利要求1所述的无反射滤波器，其中，第一子网络包括包含第二子网络的无反射滤波器，并且其中，嵌套的无反射滤波器的总数提供滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA摩根，
申请(专利权)人：联合大学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US