法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-04-17
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H01P11/00 授权公告日:20140813 终止日期:20190502 申请日:20120502
专利权的终止
2014-08-13
授权
授权
2012-11-07
实质审查的生效 IPC(主分类):H01P11/00 申请日:20120502
实质审查的生效
2012-09-12
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种通信技术领域的滤波器综合设计方法,具体是一种基于迭加方法的任意带宽多通带广义切比雪夫滤波器综合设计方法,可以用于对任意带宽的多通带广义切比雪夫滤波器进行直接综合设计。
背景技术
近些年来,不断涌现出众多的无线通信标准或协议,例如global system for mobilecommunication(GSM)(800/900MHz),global positioning system(GPS)(1575MHz),wideband code division multiple access(WCDMA)(2.1GHz),Wi-Fi(802.11b/g/a,2.4/5.2GHz),Bluetooth(2.4GHz),wireless local-area network(WLAN)(2.4/5.2GHz),and Worldwide Interoperability for Microwave Access(WiMAX)(3.5GHz)等等。当前的一种趋势是将这些应用整合到一个单一系统之中,从而可以支持多种标准或协议的运行。这种系统可以称为多通带系统,相对比单通带系统而言,它具有高稳定性、高可靠性和高集中性等优点。由于这些标准或协议主要集中在0~6GHz频段内。因此,多通带滤波器是多频带通信系统中的关键器件之一,它可以实现频率的有效划分,简化整个系统,减少其体积和降低其重量。
现有的多通带广义切比雪夫滤波器综合设计方法属于间接方法,它们基于低通原型滤波器的概念,再利用一次或多次频率变换来获得最终的多通带频率响应。例如,以文献(Juseop Lee,Kamal Sarabandi,“A synthesis method for dual-passband microwavefilters,”IEEE Transactions on Microwave and Techniques,vol.55,No.6,June 2007,pp.1163-1170.)为例,所介绍的方法是对低通原型进行连续两次频率变换来得到双通带频率响应。另外一篇文献(Yi-Ting,and Chi-yang Chang,“Analytical design of two-modedual-band filters using e-shaped resonators”,IEEE Transactions on Microwave andTechniques,vol.60,No.2,June 2012,pp.250-260.)同样也是先建立多通带的低通原型,再通过低通到带通频率变换来得到最终的多通带响应。这些已有的综合设计方法存在的一个不足在于它们所得到的网络矩阵是窄带近似的,意味着没法用于综合宽带的多通带滤波器。
发明内容
本发明的目在于解决现有多通带广义切比雪夫滤波器综合设计方法中存在的不能适用于宽带情况及过程复杂等缺点,针对性的提出了任意带宽多通带广义切比雪夫滤波器直接综合设计方法,该综合设计方法能够直接在带通域内对多通带滤波器的每个通带进行直接综合,然后再将其迭加起来得到最终的多通带频率响应,该综合设计方法是一种直接方法,可以用于提取具有任意带宽和位于任意频率处传输零点的多通带广义切比雪夫滤波器的网络矩阵,所导出的网络矩阵具有实际物理意义。
本发明的技术方案是:任意带宽多通带广义切比雪夫滤波器直接综合设计方法,包括如下步骤:
步骤S1:根据待综合模拟滤波器的指标,将每个通带按照单通带滤波器进行单独综合设计,导出每个单通带滤波器各自对应的特征函数
步骤S2:将这些特征函数
步骤S3:将由多项式
步骤S4:将步骤S3中得到的理论导纳矩阵
本发明的有益效果是:与现有技术方案相比具有以下显著优点:①可以直接导出用于实现待综合模拟滤波器频率响应的各种拓扑等效电路的网络矩阵,便于最终物理实现;②待综合模拟滤波器的每个通带的带宽能被准确控制并且可以是宽带的;③由本发明所述方法综合得到的网络矩阵中,所包含的各个谐振器的谐振频率和用于描述它们之间耦合关系的导纳倒置器参数具有物理意义,而现有技术方法所导出的基于低通原型的网络矩阵可以看作是本发明所述方法综合得到网络矩阵的低通窄带近似;④本发明所涉及的方案可容易应用到多阻带广义切比雪夫滤波器的综合设计中;⑤本发明所涉及的方案与现有技术方法相比,具有简单快速准确的优点。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
图2为本发明实施例一中的六阶双通带滤波的带通频率响应图。
图3为本发明实施例一中的六阶双通带滤波器的低通原型频率响应图。
图4为本发明实施例二中的七阶双通带滤波器的带通频率响应图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在对本发明的方案进行详细描述前。首先假设只考虑无损耗情况,假设待综合的多通带广义切比雪夫滤波器具有M个(M为大于或等于2的自然数)通带,这M个通带分别位于[ωd,i,ωu,i](i=1,…,M),ωu,i和ωd,i分别是第i个通带的上边界角频率和下边界角频率,每个通带内的回波损耗为RLi。
如图1所示,任意带宽多通带广义切比雪夫滤波器直接综合设计方法,包括如下步骤:
步骤S1:根据待综合模拟滤波器的指标,将每个通带按照单通带滤波器进行单独综合设计,导出每个单通带滤波器各自对应的特征函数
首先为简便起见,定义一个用于归一化的特征角频率ωc,一般而言ωc可以任意取值,例如待综合模拟滤波器的频率范围落在GHz之内,可以选取ωc=2π·109rad/s。复数角频率变量定义为s=jω,其中j是虚数单位,ω为角频率变量,则归一化复数角频率变量为
>公式1
>公式2
其中,系数βi取为多项式
>公式3
RLi为通带内的回波损耗(dB);式中多项式
多项式
>公式4
上标*表示取共轭。
步骤S2:将这些特征函数
在前面分别对待综合模拟滤波器的M个通带进行综合之后,得到了每个通带所对应的特征函数
>公式5
>公式6
式中
至于另外一个多项式
>公式4
于是,待综合模拟滤波器的传输函数
>>
式中,
上述公式5、公式6在本步骤中用于计算多项式
步骤S3:将由多项式
根据多项式
式中,E′为
步骤S4:将步骤S3中得到的理论导纳矩阵
将步骤S3中得到的理论导纳矩阵
>
式中,
其中,Gs和GL分别是输入端口和输出端口的特征导纳,通常归一化为1。
进一步的,通过数乘和旋转消元变换可以将前述基于全局谐振模式表示的横向网络矩阵
通过上述对本发明方案的具体描述,本发明的方案已经被证明具有可实施性,并且由于上述技术描述过程中,对通带的数量抽象为M个(M为大于或等于2的自然数),因此本发明的方案可以适应于通带数量大于或等于2的情况。
为了使得本领域的普通技术人员能够更直观的了解本发明的方案,本发明选取通带数量M=2的情况对本发明做进一步的描述,但是通带数量选取M=2只是为了简化计算过程,并不能被视为本发明的通带数量的限制,前述内容已经证明了本发明方法的实施,与通带数量无关。
以下结合附图和两个实施例对本发明作进一步说明。
实施例一:如图2和图3所示,本实施例以文献(Yi-Ting,and Chi-yang Chang,“Analytical design of two-mode dual-band fi lters using e-shaped resonators”,IEEETransactions on Microwave and Techniques,vol.60,No.2,June 2012,pp.250-260.)中的例子2为综合对象。该例子是一个六阶双通带滤波器(即通带数量M=2),第一个通带的中心频率在1.79GHz,第二个通带在2.265GHz,通带内的回波损耗RLi皆为15dB。该文中所提供的低通原型网络矩阵[M]为
>
其中,Ω是归一化频率。
由本发明所述的方法,可以得到下面的多项式
>
>
>
>
>
>
把这些由多项式
>
对上面的横向网络矩阵
>
由本发明所述方法综合得到的网络矩阵
如果,将本发明所述方法综合得到滤波器的网络矩阵
>
将此低通网络矩阵[M′]与文献(Yi-Ting,and Chi-yang Chang,“Analytical designof two-mode dual-band filters using e-shaped resonators”,IEEE Transactions onMicrowave and Techniques,vol.60,No.2,June 2012,pp.250-260.)中所述方法综合得到的低通原型网络矩阵[M]进行对比,可见两者差异很小,所对应的低通原型频率响应在图3中给出。这说明,该文献中的综合方法可以看作是本发明所述方法的一种低通近似。因此,本发明方法所综合得到的网络矩阵
实施例二:如图4所示,待综合模拟滤波器是一个具有两个非对称通带的七阶滤波器。两个通带分别位于[2.5,3.0]GHz和[5.0,6.0]GHz,通带内的回波损耗设为20dB。由本发明所述方法综合得到横向网络矩阵
>
由此横向网络矩阵
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
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