專利名稱：寬帶模擬帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及模擬帶通濾波器。
背景技術：
存在許多其中需要具有高線性度的帶通濾波器的應用，以使得當經(jīng)過具有多頻段 的輸入光譜時產(chǎn)生最少量的額外假信號。在一些應用中，還需要中心頻率和帶寬可調(diào)諧的 帶通濾波器。帶通濾波器為現(xiàn)有技術中已知的。美國專利No. 3，110，004涉及現(xiàn)有的可調(diào)諧帶 通濾波器，如圖1所示，包括多調(diào)諧的諧振濾波器，其中每個調(diào)諧部分包括可變電抗裝置， 即，單個變抗器。該濾波器還包括電抗耦合網(wǎng)絡，它包括自身的可變電抗裝置以及在第一諧 振器的輸出端處的可變電抗分配器，該第一諧振器還結合了可變電抗裝置。圖1中濾波器 的一個缺點在于其線性度低于期望的線性度。美國專利No. 5，376，907涉及另一種濾波器，如圖2所示，其中施加到諧振變抗器 的調(diào)諧電壓等于施加到耦合變抗器的電壓。因而，該濾波器無法對頻率和帶寬提供獨立控 制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供具有高線性度的帶通濾波器。本發(fā)明的目的還在于提供中心頻率和帶寬均可調(diào)諧的帶通濾波器。本發(fā)明通過具有高線性度的改進的帶通濾波器來實現(xiàn)，其中該改進的帶通濾波器 可以通過在RF輸入和輸出端之間串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)耦合電容器以及在至少一個耦合 電容器之間串聯(lián)耦合至少一個電阻以提供濾波器的增強的帶外抑制來實現(xiàn)。該帶通濾波器 還包括多個諧振電路，其中每個諧振電路包括電可調(diào)諧振電容器，其耦合至其中一個耦合 電容器。在本發(fā)明的實施例中，帶通濾波器包括控制電路，用于對濾波器的中心頻率和帶寬 進行調(diào)諧。然而，在其它實施例中，本發(fā)明需要實現(xiàn)所有這些目標，其權利要求不應局限于能 夠?qū)崿F(xiàn)這些目標的結構或方法。本發(fā)明的特征在于一種帶通濾波器，包括RF輸入端；RF輸出端；在該RF輸入和 輸出端之間串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)耦合電容器；多個諧振電路，每個諧振電路包括電可調(diào) 諧振電容器，其耦合至其中一個耦合電容器；以及至少一個電阻，其在RF輸入和輸出端之 間、與其中至少一個耦合電容器串聯(lián)耦合，用于提供所述濾波器的提高的帶外抑制。
在一個實施例中，濾波器可以包括第一控制電路，其耦合至耦合電容器，用于調(diào)節(jié) 濾波系統(tǒng)的帶寬。第一控制電路可以包括帶寬控制端以及在該帶寬控制端和各個耦合電容 器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于對耦合電容器進行調(diào)諧。濾波器還可以包括第二控制電路，其耦合至諧振電路的諧振電容器，用于調(diào)節(jié)濾 波系統(tǒng)的中心頻率。濾波器內(nèi)的第二控制電路可以包括頻率控制端以及在該頻率控制端和 各個諧振電容器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于對諧振電路進行調(diào)諧。每個電容器包括變抗器。每個變抗器可以包括耦合在一起的兩個二極管。每個變 抗器可以僅包括一個二極管。濾波器可以在平面單片基板上實施。單片基板可以選自于 GaAs或SiGe的組。變抗器可以包括PN結。變抗器可以包括場效應晶體管(FET)，并在該 FET的棚極和源極之間使用電容。每個電容器包括基于鐵電的電容器。每個變抗器可以包 括基于MEMS的電容器。單片基板可以安裝為表面安裝封裝。濾波器內(nèi)至少一個電阻可以 是非寄生電阻。該至少一個電阻可以包括與其中一個諧振電路耦合在一起的兩個電阻，該 諧振電路耦合至這兩個電阻之間的節(jié)點。至少一個電阻的值在大于0至100歐姆之間的范圍內(nèi)。本發(fā)明的特征還在于一種帶通濾波器，包括RF輸入端；RF輸出端；在RF輸入和 輸出端之間以背對背的方式串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)諧變抗器對；多個諧振電路，每個諧振 電路包括電可調(diào)諧振電容器，其耦合至其中一對變抗器；以及在其中至少一對變抗器之間 串聯(lián)耦合的至少一個電阻，用于提供對濾波器增強的帶外抑制。在一個實施例中，濾波器可以包括第一控制電路，其耦合至至少一個變抗器對，用 于調(diào)節(jié)濾波系統(tǒng)的帶寬。第一控制電路可以包括頻率控制端以及在該頻率控制端和各個變 抗器對之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于對變抗器進行調(diào)諧。濾波器還可以包括第二控制 電路，其耦合至諧振電路的至少一個諧振電容器，用于調(diào)節(jié)濾波系統(tǒng)的中心頻率。第二控制 電路可以包括頻率控制端以及在該頻率控制端和每個諧振電容器之間串聯(lián)耦合的電感和 電阻，用于對諧振電路進行調(diào)諧。濾波器的配置包括Chebyshev濾波器。Chebyshev濾波器是三階濾波器。


根據(jù)以下對優(yōu)選實施例的描述和附圖，本領域技術人員將會想到其它目的、特征 和優(yōu)點，其中圖1是現(xiàn)有技術的一種帶通濾波器的電路圖；圖2是現(xiàn)有技術的另一種帶通濾波器的電路圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的寬帶帶通濾波器的一個實施例的電路圖；圖4是圖3中寬帶帶通濾波器的更具體的實施例的電路圖；圖fe和恥分別是表示在諧振器和帶寬控制發(fā)生改變時對圖4的寬帶帶通濾波器 的響應的曲線圖；圖6是圖4中寬帶帶通濾波器的管芯布局和接合圖；以及圖7是表示對于圖4中寬帶帶通濾波器的給定的頻率和帶寬的帶通濾波器的響應 的曲線圖。
具體實施例方式除優(yōu)選實施例或以下公開的實施例以外，本發(fā)明還可以以其他實施例實施，并能 以各種方式實施或?qū)崿F(xiàn)。因而，要理解，本發(fā)明在其實際應用上并不局限于在以下說明中闡 述或在附圖中表示的組件的具體結構和組件安排。雖然若本文僅僅描述了一個實施例，但 所在權利要求也將不局限于此實施例。此外，將不受限制地讀取此處權利要求，除非存在清 楚且令人信服的證據(jù)清楚表示了特定的排他性、約束性或放棄權項。在圖1中顯示了現(xiàn)有的可調(diào)諧帶通濾波器10，包括多調(diào)諧的諧振濾波器，每個調(diào) 諧部分12-14結合了可變電抗裝置16-18，即，單個變抗器。濾波器10還包括電抗耦合網(wǎng)絡 20，它包括自己的可變電抗裝置22、24以及在第一諧振器12的輸入端處的可變電抗分配器 沈，該第一諧振器12還結合了可變電抗裝置觀。圖1中濾波器的一個缺點在于其線性度低 于期望的線性度，這是因為該濾波器的變抗器的單端配置。圖2中另一個現(xiàn)有的可調(diào)諧帶通濾波器30在線路32上具有向諧振變抗器和耦合 變抗器施加的調(diào)諧電壓。如上所述，帶通濾波器30無法對頻率和帶寬提供獨立控制。根據(jù)本發(fā)明，圖3中提供了高線性度的寬帶模擬帶通濾波器40包括RF輸入端42 ； RF輸出端44 ；在該RF輸入和輸出端42、44之間串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)耦合電容器46a、 46b。多個諧振電路48a、48b中的每一個包括電可調(diào)諧振電容器，其耦合至其中一個耦合電 容器。為了提供濾波器的增強的帶外抑制，至少一個電阻50在RF輸入和輸出端42、44之 間、與耦合電容器46a和/或46b中的至少其中一個串聯(lián)耦合。圖4中寬帶模擬帶通濾波器40a的另一個實施例采用按照“Top C”耦合的三階 集總元件Chebyshev濾波器的配置，并包括背對背的變抗器46c_46f，用來提供電可調(diào)耦合 電容。諧振電路48c-48e中的每一個包括一對背對背的變抗器52c_52e，其分別與電感器 54c-54e并聯(lián)耦合。電感器5如_5如可以被實施為短傳輸線。諧振電路48c-48e中的每一 個耦合至耦合變抗器對46c-46f中的至少一個。電阻56c_d耦合在RF輸入和輸出端42a、Ma之間，耦合電容器46d和46e與RF 輸入和輸出端串聯(lián)耦合，以增強濾波器的帶外抑制。電感器56c-56d分別與電阻器58c-58d 串聯(lián)連接，該電阻器58c-58d分別依次耦合至耦合變抗器46c和46f。第一和第二控制電路60和62被用來對濾波器的帶寬和中心頻率提供獨立控制。 第一控制電路60耦合至耦合變抗器46c-46f，用于調(diào)節(jié)濾波系統(tǒng)的帶寬。第一控制電路60 包括帶寬控制端64以及在頻率控制端和每一對耦合變抗器46c-46f之間串聯(lián)耦合的電感 66c-66f和電阻68c-68f，用于對耦合變抗器進行調(diào)諧。第二控制電路62耦合至諧振電路48c-48e，用于調(diào)節(jié)濾波系統(tǒng)的中心頻率。第二 控制電路62包括頻率控制端72以及在該頻率控制端和每一對諧振變抗器52c-5&之間串 聯(lián)耦合的電感7^-7 和電阻76c-76e，用于對諧振電路進行調(diào)諧。通過在濾波器中結合背對背的變抗器對來提高濾波器40a的線性度，這大體上消 除了在給定的直流操作點附近在交流激勵下電容的不均勻變化。如圖4所示，背對背的變 抗器對被示出為按照陰極接陰極的方式耦合，但可選的，每個變抗器對還可以按照陽極接 陽極的方式耦合。其它電可調(diào)電容器可以用來代替背對背的變抗器對，例如單個變抗器、基 于鐵電的電容器、基于MEMS的電容器和/或場效應晶體管(FET)，該FET在其柵極和源極之 間使用電容。
電阻器50a和50b在頻率范圍內(nèi)提供了顯著的額外的帶外抑制，在該頻率范圍內(nèi)， 正如通帶頻率范圍內(nèi)的情況那樣，諧振電感器5如-5如不再提供集總元件等效電感。電阻 器50a和50b優(yōu)選為非寄生電阻，例如變抗器或連接線以寄生方式提供的那些電阻?？梢酝ㄟ^平衡通帶插入損耗和帶外抑制之間的折衷來選擇電阻器50a和50b的 值。電阻器50a和50b的值可以在大于0到100歐姆的范圍內(nèi)，或甚至更大。更優(yōu)選地，電 阻器50a和50b的值可以在大于0到50歐姆的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選地，電阻器50a和50b的 值可以在大于0到20歐姆的范圍內(nèi)。圖4所示的電阻器50a和50b中的每一個具有4歐 姆的可接受的值，其提供了最小插入損耗，但是提供了可接受的帶外抑制。優(yōu)選地，選擇電 阻器50a和50b的值，以使得通帶插入損耗的增加小于ldB。盡管該實施例示出了濾波器40a具有三個諧振部分48C_48e，但是相同的技術可 以用于不同數(shù)量的諧振部分。除此處作為示例給出的“Top CThebyshev拓撲之外，還可能 用許多其它的拓撲，包括Butterworth、Bessel、Cauer-Chebyshev、Eliptic等。優(yōu)選的特 征在于諧振部分以及各部分之間的耦合包括可調(diào)電容，其允許對中心頻率和帶寬的調(diào)諧。圖fe中的曲線圖顯示了在諧振器和帶寬控制發(fā)生改變時的帶通濾波器響應。圖 5b顯示了在保持諧振器調(diào)諧電壓為常量且僅僅改變耦合變抗器對46c-46f的調(diào)諧電壓時 的濾波器的帶寬如何變化。圖6中匪IC管芯80的一種可能的布局和接合圖顯示出怎樣可以將匪IC管芯裝 配為允許使用低成本裝配技術的表面安裝封裝。濾波器可以在平面單片基板上實施，例如， 平面單片基板可以是GaAs基板或SiGe基板。在圖7中，給定頻率和帶寬處的帶通濾波器的響應顯示出電阻器50a和50b顯著 提高帶外抑制的效果。點82顯示出未使用電阻器50a和50b時小于期望的帶外抑制。點 84顯示出在使用電阻器50a和50b與耦合變抗器對46c-46f串聯(lián)時顯著提高的帶外抑制。本發(fā)明的實施例提供了具有高線性度的帶通濾波器，該濾波器在中心頻率和帶寬 方面都是可調(diào)諧的。另外，帶外抑制可以保持為高，并擴展幾個倍頻或超出原始阻帶，以確 保遠離載波的假信號不會以某種方式重新進入系統(tǒng)。本發(fā)明的帶通濾波器可以以相對較低 且平坦的插入損耗來實現(xiàn)以上性能。本發(fā)明的帶通濾波器還可以具有以單片方式實現(xiàn)的電 路，從多個電抗元件的一致性、縮小的尺寸、低成本和在同一個管芯上集成其它有源或無源 電路功能方面受益。盡管在一些附圖中顯示了本發(fā)明的特定特征，而在其它附圖中沒有進行顯示，但 是這僅僅是為了方便起見，因為根據(jù)本發(fā)明可以將每個特征與其他特征中的任何一個或所 有其它的特征組合。本文使用的“包括”、“包含”、“具有”和“帶有”一詞將得到寬泛且廣泛 的解釋，而不局限于任何物理互連。此外，在本申請中公開的任何實施例都不必作為僅僅是 可能的實施例而被采用。另外，在對本專利的專利申請和審查期間提出的任何修改并不是對本申請?zhí)峤粫r 提出的任何權利要求要素放棄權項，即無法合理地預期本領域技術人員對照字面意義包含 所有可能的等效內(nèi)容的權利要求的起草，在修改時，許多等效內(nèi)容將是不可預料的，并超出 了對放棄什么內(nèi)容的公平解釋(如果是任何內(nèi)容)，以下修改的基本原理可以負擔僅僅是 與許多等效內(nèi)容略為相關，和/或存在其他原因，無法預期申請人對任何修改的權利要求 要素的某些非實質(zhì)性替換的描述。
本領域技術人員將想到在以下請求保護的權利要求中的其它實施例。
權利要求
1.一種帶通濾波器，包括 RF輸入端；RF輸出端；在所述RF輸入端和RF輸出端之間串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)耦合電容器；多個諧振電路，每個諧振電路包括電可調(diào)諧振電容器，其耦合至其中一個耦合電容器;以及至少一個電阻，在所述Rf輸入端和RF輸出端之間、與至少一個耦合電容器串聯(lián)耦合， 用于提供所述濾波器的提高的帶外抑制。
2.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，還包括第一控制電路，其耦合至至少一個耦合電容 器，用于調(diào)節(jié)所述濾波系統(tǒng)的帶寬。
3.根據(jù)權利要求2所述的濾波器，其中所述第一控制電路包括帶寬控制端以及在所述 帶寬控制端和每個耦合電容器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于調(diào)諧所述耦合電容器。
4.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，還包括第二控制電路，其耦合至所述諧振電路的至 少一個諧振電容器，用于調(diào)節(jié)所述濾波系統(tǒng)的中心頻率。
5.根據(jù)權利要求4所述的濾波器，其中所述第二控制電路包括頻率控制端以及在所述 頻率控制端和每個諧振電容器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于調(diào)諧所述諧振電路。
6.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中每個電容器包括變抗器。
7.根據(jù)權利要求6所述的濾波器，其中每個變抗器包括耦合在一起的兩個二極管。
8.根據(jù)權利要求6所述的濾波器，其中每個變抗器僅包括一個二極管。
9.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中所述濾波器在平面單片基板上實施。
10.根據(jù)權利要求9所述的濾波器，其中所述單片基板選自于GaAs或SiGe的集合。
11.根據(jù)權利要求6所述的濾波器，其中每個變抗器包括PN結。
12.根據(jù)權利要求6所述的濾波器，其中每個變抗器包括場效應晶體管FET，并在所述 FET的棚極和源極之間使用電容。
13.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中每個電容器包括基于鐵電的電容器。
14.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中每個變抗器包括基于MEMS的電容器。
15.根據(jù)權利要求9所述的濾波器，其中所述單片基板被安裝為表面安裝封裝。
16.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中至少一個電阻是非寄生電阻。
17.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中至少一個電阻包括第一和第二電阻，與其中一 個諧振電路耦合在一起，所述諧振電路耦合至所述第一和第二電阻之間的節(jié)點。
18.根據(jù)權利要求1所述的濾波器，其中所述至少一個電阻的值在大于0至100歐姆的 范圍內(nèi)。
19.一種帶通濾波器，包括 RF輸入端；RF輸出端；在所述RF輸入端和RF輸出端之間以背對背的方式串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)諧變抗器對；多個諧振電路，每個諧振電路包括電可調(diào)諧振電容器，其耦合至其中一對變抗器；以及 在至少一對變抗器之間串聯(lián)耦合的至少一個電阻，用于提供所述濾波器的增強的帶外抑制。
20.根據(jù)權利要求19所述的濾波器，還包括第一控制電路，其耦合至至少一對變抗器， 用于調(diào)節(jié)所述濾波系統(tǒng)的帶寬。
21.根據(jù)權利要求20所述的濾波器，其中所述第一控制電路包括帶寬控制端以及在所 述帶寬控制端和各對變抗器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于調(diào)諧所述變抗器。
22.根據(jù)權利要求19所述的濾波器，還包括第二控制電路，其耦合至所述諧振電路的 至少一個諧振電容器，用于調(diào)節(jié)所述濾波系統(tǒng)的中心頻率。
23.根據(jù)權利要求22所述的濾波器，其中所述第二控制電路包括頻率控制端以及在所 述頻率控制端和每個諧振電容器之間串聯(lián)耦合的電感和電阻，用于調(diào)諧所述諧振電路。
24.根據(jù)權利要求22所述的濾波器，其中所述濾波器的配置包括Chebyshev濾波器。
25.根據(jù)權利要求22所述的濾波器，其中所述Chebyshev濾波器是三階濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶通濾波器，包括RF輸入端；RF輸出端；在該RF輸入和輸出端之間串聯(lián)耦合的多個電可調(diào)耦合電容器；以及多個諧振電路，其中每個諧振電路包括電可調(diào)諧振電容器，其耦合至其中一個耦合電容器。在其中至少一個耦合電容器之間串聯(lián)耦合至少一個電阻，以提供對濾波器增強的帶外抑制。
文檔編號H03H7/12GK102148609SQ201110093869
公開日2011年8月10日 申請日期2011年2月1日 優(yōu)先權日2010年2月4日
發(fā)明者M·科什林 申請人:赫梯特微波公司