基于耦合線的寬帶功分濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于耦合線的寬帶功分濾波器，包括下表面設有金屬接地板(6)的六邊形介質基板(5)，在所述介質基板(5)的上表面設有輸入端饋線(1)、第一輸出端饋線(2)、第二輸出端饋線(3)和隔離電阻(4)，所述第一輸出端饋線(2)和第二輸出端饋線(3)分別位于六邊形介質基板(5)相鄰的兩個邊上，所述輸入端饋線(1)位于與第一輸出端饋線(2)相間的一個邊上，所述輸入端饋線(1)同時與第一輸出端饋線(2)和第二輸出端饋線(3)耦合，第一輸出端饋線(2)與第二輸出端饋線(3)之間通過隔離電阻(4)連接。本發(fā)明的功分濾波器，結構緊湊，基于非對稱結構實現(xiàn)了對能量的等功分。
【專利說明】
基于耦合線的寬帶功分濾波器
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于微波無源器件技術領域，特別是一種結構緊湊、利用非對稱結構實現(xiàn)了對能量的等功分的基于耦合線的寬帶功分濾波器。
【背景技術】
[0002]功分濾波器是一個獨立的微波無源器件，它在功能上實現(xiàn)了射頻電路中功分器和濾波器的有效結合，也就是說功分濾波器兼?zhèn)淞诵盘柕墓β史峙浜蜑V波功能。因此，高性能的功分濾波器不僅能夠有效減小系統(tǒng)的尺寸，而且能夠簡化系統(tǒng)設計的復雜度，從而進一步實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的低成本、高性能、小型化設計。
[0003]近年來，隨著模塊結構單元(Modular Building Block,MBB)和單片微波集成電路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)的發(fā)展，低成本、高集成度、小型化的高性能功分濾波器成為了研究熱點。
[0004]2010年，K.J.Song,和Q.Xue在IEEE Microwave Wireless Components Letters期刊(vo 1.20，n0.1，pp.13-15 ,2013)上發(fā)表 “Novel ultra-wideband (UffB) multi layerslotline power divider with bandpass response”，提出在中間介質層通過引入全波長槽線實現(xiàn)饋電，通過多層電路結構來實現(xiàn)功分濾波功能。但是，由于多層結構之間的能量傳輸能力較弱，該電路的回波損耗較差，不能在整個通帶內達到_15dB。
[0005]2015年，C.T.Cai，J.P.Wang，Y.J.Deng,和J.-L.Li在IEEE Electronics Letters期刊(vol.51，n0.22，pp.1795-1796，2015)上發(fā)表“Design of compact dual-mode dual-band filtering power divider with high selectivity”，提出三模諧振器來實現(xiàn)通帶高選擇性的設計方法。但由于諧振器以及相應耦合電路的集成，導致電路整體尺寸較大。
[0006]2015年，B.Zhang和Y.A.Liu在IEEE Electronics Letters期刊(vol.51，n0.23，pp.1950-1952，2015 )上發(fā)表 “Wi deband filtering power divider with highselectivity”，提出通過平行親合線和終端開路枝節(jié)的相互搭配來設計功分濾波器的方法，實現(xiàn)了較寬的工作帶寬，較好的信號選擇性。但該設計給出隔離電阻產生的作用，并且對商業(yè)軟件進行的長時間的仿真和調試較為依賴。
[0007]總之，現(xiàn)有技術存在的問題是:功分濾波器結構尺寸較大、結構單一。
【發(fā)明內容】
[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于耦合線的寬帶功分濾波器，結構緊湊、基于非對稱結構實現(xiàn)了對能量的等功分。
[0009]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為:
[0010]—種基于耦合線的寬帶功分濾波器，包括下表面設有金屬接地板的六邊形介質基板，在所述介質基板的上表面設有輸入端饋線、第一輸出端饋線、第二輸出端饋線和隔離電阻，所述第一輸出端饋線和第二輸出端饋線分別位于六邊形介質基板相鄰的兩個邊上，所述輸入端饋線位于與第一輸出端饋線相間的一個邊上，所述輸入端饋線同時與第一輸出端饋線和第二輸出端饋線耦合，第一輸出端饋線與第二輸出端饋線之間通過隔離電阻連接。[0011 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為:
[0012]1、結構緊湊:現(xiàn)有功分濾波器一般使用對稱電路結構，導致電路尺寸較大。本專利設計的寬帶功分濾波器，利用非對稱結構實現(xiàn)了對能量的等功分。本發(fā)明通過對稱布置的第一輸出端饋線和第二輸出端饋線(3)與輸入端饋線平行耦合，實現(xiàn)了結構的緊湊和小型化；
[0013]2、基于非對稱結構實現(xiàn)了對能量的等功分:本發(fā)明的寬帶功分濾波器，利用非對稱結構實現(xiàn)了對能量的等功分，豐富了功分器的結構形式。
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明基于耦合線的寬帶功分濾波器的立體結構示意圖。
[0016]圖2是圖1的俯視圖。
[0017]圖3是實施例的結構尺寸示意圖。
[0018]圖4是實施例的S11、S21和S31參數(shù)仿真圖。
[0019]圖5是實施例的S23參數(shù)仿真圖。
[0020]圖6是實施例的兩個輸出端口幅度差的仿真圖。
[0021]圖7是實施例的兩個輸出端口相位差的仿真圖。
[0022]圖中，輸入端饋線I，第一輸出端饋線2，第二輸出端饋線3，隔離電阻4，介質基板5，金屬接地板6，
[0023]第一50歐姆微帶線導帶丨丨，第一四分之一波長傳輸線12，第二四分之一波長傳輸線13，
[0024]第二50歐姆微帶線導帶21，第一四分之一波長低阻抗傳輸線22，第一四分之一波長高阻抗傳輸線23，
[0025]第三50歐姆微帶線導帶31，第二四分之一波長低阻抗傳輸線32，第二四分之一波長高阻抗傳輸線33。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明基于耦合線的寬帶功分濾波器，
[0027]包括下表面設有金屬接地板6的六邊形介質基板5，
[0028]在所述介質基板5的上表面設有輸入端饋線1、第一輸出端饋線2、第二輸出端饋線3和隔離電阻4，
[0029]所述第一輸出端饋線2和第二輸出端饋線3分別位于六邊形介質基板5相鄰的兩個邊上，所述輸入端饋線I位于與第一輸出端饋線2相間的一個邊上，
[0030]所述輸入端饋線I同時與第一輸出端饋線2和第二輸出端饋線3耦合，第一輸出端饋線2與第二輸出端饋線3之間通過隔離電阻4連接。
[0031]所述六邊形介質基板5包括兩條相互平行的長邊53、56、長邊兩端與兩兩相鄰的短邊51、52、54、55相連，兩兩相鄰的短邊51、52之間的夾角為90°，短邊52與相鄰的長邊53之間的夾角為135°。
[0032]如圖1所示，第一長邊53平行于第二長邊56，第一短邊51與第二短邊52垂直，第三短邊54與第四短邊55垂直，第二長邊56與第一短邊51、第四短邊55之間的夾角為135°，第一長邊53與第二短邊52、第三短邊54之間的夾角為135°。
[0033]如圖2所示，所述輸入端饋線I包括第一50歐姆微帶線導帶11、第一四分之一波長傳輸線12和第二四分之一波長傳輸線13，
[0034]所述第一四分之一波長傳輸線12和第二四分之一波長傳輸線13均為兩臂等長的L形折線段，50歐姆微帶線導帶11為直線段，
[0035]所述第一四分之一波長傳輸線12的第一臂與第一50歐姆微帶線導帶11的輸出端相連，并與第一50歐姆微帶線導帶11處于同一直線，其第二臂與第二四分之一波長傳輸線13的第一臂垂直相連，所述第二四分之一波長傳輸線13的第二臂靠近第一 50歐姆微帶線導帶11的輸出端，終端通過金屬柱與金屬接地板6相連。實現(xiàn)輸入端饋線I的短路。
[0036]如圖2所示，所述第一輸出端饋線2包括第二50歐姆微帶線導帶21、第一四分之一波長低阻抗傳輸線22和第一四分之一波長高阻抗傳輸線23，所述第一四分之一波長低阻抗傳輸線22和第一四分之一波長高阻抗傳輸線23均為兩臂等長的L形折線段，第二 50歐姆微帶線導帶21為直線段，
[0037]所述第一四分之一波長高阻抗傳輸線23位于第二四分之一波長傳輸線13的外側，并與之平行，
[0038]所述第一四分之一波長低阻抗傳輸線22的第二臂與第一四分之一波長高阻抗傳輸線23的第一臂垂直相連，其第一臂與第二 50歐姆微帶線導帶21的輸入端垂直相連；
[0039]所述第二輸出端饋線3包括第三50歐姆微帶線導帶31、第二四分之一波長低阻抗傳輸線32和第二四分之一波長高阻抗傳輸線33，所述第二四分之一波長低阻抗傳輸線32和第二四分之一波長高阻抗傳輸線33均為兩臂等長的L形折線段，第三50歐姆微帶線導帶31為直線段，
[0040]所述第二四分之一波長高阻抗傳輸線33位于第一四分之一波長傳輸線12的外側，并與之平行，
[0041]所述第二四分之一波長低阻抗傳輸線32的第二臂與第二四分之一波長高阻抗傳輸線33的第一臂垂直相連，其第一臂與第三50歐姆微帶線導帶31的輸入端垂直相連，
[0042]所述隔離電阻4位于第二50歐姆微帶線導帶21的輸入端與第三50歐姆微帶線導帶31的輸入端之間。
[0043]所述第一50歐姆微帶線導帶11與第一短邊51垂直，其輸入端位于第一短邊51上；
[0044]所述第二50歐姆微帶線導帶21與第四短邊55垂直，其輸出端位于第四短邊55上；
[0045]所述第三50歐姆微帶線導帶31與第三短邊54垂直，其輸出端位于第三短邊54上。
[0046]所述第一輸出端饋線2的第二50歐姆微帶線導帶21、第一四分之一波長低阻抗傳輸線22和第一四分之一波長高阻抗傳輸線23與所述第二輸出端饋線3的第三50歐姆微帶線導帶31、第二四分之一波長低阻抗傳輸線32和第二四分之一波長高阻抗傳輸線33兩兩結構完全相對，相對介質基板5縱軸線呈軸對稱排列。
[0047]本發(fā)明基于耦合線的寬帶功分濾波器，其中輸入端饋線I的第一四分之一波長傳輸線12和第二四分之一波長傳輸線13的耦合長度決定了通帶的位置，調節(jié)輸入端饋線I的第一四分之一波長傳輸線12和第二四分之一波長傳輸線13的耦合長度可以改變模式的位置，從而改變通帶的位置;輸入端饋線I的第一四分之一波長傳輸線12和第二四分之一波長傳輸線13的耦合間距對其耦合的強度影響較大，間距越小耦合強度越大，兩個輸出端口的幅度和相位吻合度越高;第一輸出端饋線2的第一四分之一波長低阻抗傳輸線22和第一四分之一波長高阻抗傳輸線23的阻抗比以及第二輸出端饋線3的第二四分之一波長低阻抗傳輸線32和第二四分之一波長高阻抗傳輸線33的阻抗比決定了通帶內兩個諧振頻率的位置和距離，通過調節(jié)第一輸出端饋線2的第一四分之一波長低阻抗傳輸線22和第一四分之一波長高阻抗傳輸線23的阻抗比以及第二輸出端饋線3的第二四分之一波長低阻抗傳輸線32和第二四分之一波長高阻抗傳輸線33的阻抗比，調節(jié)通帶內兩個模式的距離改變通帶平坦度和通帶內回波損耗；隔離電阻4對隔離度的影響較大，通過調節(jié)隔離電阻的大小，可以提高第一輸出端饋線2和第二輸出端饋線3之間隔離度。
[0048]本發(fā)明基于耦合線的寬帶功分濾波器，在制造上通過印制電路板制造工藝對電路基板正面及背面的金屬面進行加工腐蝕從而形成所需的金屬圖案。
[0049]實施例
[0050]基于耦合線的寬帶功分濾波器的結構如圖1所示，俯視圖如圖2所示，有關尺寸規(guī)格如圖3所示。所采用的介質基板10相對介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm，損耗角正切為
0.0027。輸入端50歐姆微帶線導帶11、二端口輸出端50歐姆微帶線導帶21和三端口輸出端50歐姆微帶線導帶31的特性阻抗均為50歐姆，其寬度均為Wo= 1.18mm。結合圖3，功分濾波器的各尺寸參數(shù)如下:Wo = I.18mm，Li = 18.1mm，Wi = 0.4mm，L2 = 18.1mm，W2 = 1.18mm, g =
0.1mm。功分濾波器的整體面積為47 X 20mm，對應的導波長尺寸為0.7Ug X 0.30Ag，其中\(zhòng)8為通帶中心頻率對應的導波波長。
[0051 ]本實例功分濾波器是在電磁仿真軟件HFSS.13中建模仿真的。圖4是本實例中功分濾波器的S參數(shù)仿真圖，從圖中可以看出，該功分濾波器的通帶中心頻率為2.56GHz，相對帶寬為70%，通帶內回波損耗低于15dB。
[0052]圖5是本實例中功分濾波器的兩個輸出端口幅度差，從圖中可以看出，該實例功分濾波器通帶內的兩個平衡輸出端口幅度差在0.13dB以內。
[0053]圖6是本實例中功分濾波器的兩個輸出端口相位差，從圖中可以看出，該實例功分濾波器通帶內的兩個平衡輸出端口相位差在O ± 1.2度以內。
[0054]綜上所述，本發(fā)明基于耦合線的寬帶功分濾波器，實現(xiàn)了一種尺寸緊湊、損耗低、具有較好的端口匹配性能的寬帶功分濾波器，該功分濾波器非常適用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)。
【主權項】
1.一種基于耦合線的寬帶功分濾波器，其特征在于: 包括下表面設有金屬接地板(6)的六邊形介質基板(5)， 在所述介質基板(5)的上表面設有輸入端饋線(1)、第一輸出端饋線(2)、第二輸出端饋線(3)和隔離電阻(4)， 所述第一輸出端饋線(2)和第二輸出端饋線(3)分別位于六邊形介質基板(5)相鄰的兩個邊上，所述輸入端饋線(I)位于與第一輸出端饋線(2)相間的一個邊上， 所述輸入端饋線(I)同時與第一輸出端饋線(2)和第二輸出端饋線(3)耦合，第一輸出端饋線(2)與第二輸出端饋線(3)之間通過隔離電阻(4)連接。2.根據(jù)權利要求1所述的寬帶功分濾波器，其特征在于:所述六邊形介質基板(5)包括兩條相互平行的長邊(53、56)、長邊兩端與兩兩相鄰的短邊(51、52、54、55)相連，兩兩相鄰的短邊(51、52)之間的夾角為90°，短邊(52)與相鄰的長邊(53)之間的夾角為135°。3.根據(jù)權利要求2所述的寬帶功分濾波器，其特征在于: 所述輸入端饋線(I)包括第一 50歐姆微帶線導帶(11)、第一四分之一波長傳輸線(12)和第二四分之一波長傳輸線(13)， 所述第一四分之一波長傳輸線(12)和第二四分之一波長傳輸線(13)均為兩臂等長的L形折線段，50歐姆微帶線導帶(11)為直線段， 所述第一四分之一波長傳輸線(12)的第一臂與第一 50歐姆微帶線導帶(11)的輸出端相連，并與第一 50歐姆微帶線導帶(11)處于同一直線，其第二臂與第二四分之一波長傳輸線(13)的第一臂垂直相連，所述第二四分之一波長傳輸線(13)的第二臂靠近第一 50歐姆微帶線導帶(11)的輸出端，終端通過金屬柱與金屬接地板(6)相連。4.根據(jù)權利要求3所述的寬帶功分濾波器，其特征在于: 所述第一輸出端饋線(2)包括第二 50歐姆微帶線導帶(21)、第一四分之一波長低阻抗傳輸線(22)和第一四分之一波長高阻抗傳輸線(23)，所述第一四分之一波長低阻抗傳輸線(22)和第一四分之一波長高阻抗傳輸線(23)均為兩臂等長的L形折線段，第二 50歐姆微帶線導帶(21)為直線段， 所述第一四分之一波長高阻抗傳輸線(23)位于第二四分之一波長傳輸線(13)的外側，并與之平行， 所述第一四分之一波長低阻抗傳輸線(22)的第二臂與第一四分之一波長高阻抗傳輸線(23)的第一臂垂直相連，其第一臂與第二 50歐姆微帶線導帶(21)的輸入端垂直相連；所述第二輸出端饋線(3)包括第三50歐姆微帶線導帶(31)、第二四分之一波長低阻抗傳輸線(32)和第二四分之一波長高阻抗傳輸線(33)，所述第二四分之一波長低阻抗傳輸線(32)和第二四分之一波長高阻抗傳輸線(33)均為兩臂等長的L形折線段，第三50歐姆微帶線導帶(31)為直線段， 所述第二四分之一波長高阻抗傳輸線(33)位于第一四分之一波長傳輸線(12)的外側，并與之平行， 所述第二四分之一波長低阻抗傳輸線(32)的第二臂與第二四分之一波長高阻抗傳輸線(33)的第一臂垂直相連，其第一臂與第三50歐姆微帶線導帶(31)的輸入端垂直相連，所述隔離電阻(4)位于第二 50歐姆微帶線導帶(21)的輸入端與第三50歐姆微帶線導帶(31)的輸入端之間。5.根據(jù)權利要求4所述的寬帶功分濾波器，其特征在于: 所述第一 50歐姆微帶線導帶(11)與第一短邊(51)垂直，其輸入端位于第一短邊(51)上； 所述第二 50歐姆微帶線導帶(21)與第四短邊(55)垂直，其輸出端位于第四短邊(55)上； 所述第三50歐姆微帶線導帶(31)與第三短邊(54)垂直，其輸出端位于第三短邊(54)上。6.根據(jù)權利要求4所述的寬帶功分濾波器，其特征在于: 所述第一輸出端饋線(2)的第二 50歐姆微帶線導帶(21)、第一四分之一波長低阻抗傳輸線(22)和第一四分之一波長高阻抗傳輸線(23)與所述第二輸出端饋線(3)的第三50歐姆微帶線導帶(31)、第二四分之一波長低阻抗傳輸線(32)和第二四分之一波長高阻抗傳輸線(33)兩兩結構完全相對，相對介質基板(5)縱軸線呈軸對稱排列。
【文檔編號】H01P1/20GK106058392SQ201610597595
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610597595.2, CN 106058392 A, CN 106058392A, CN 201610597595, CN-A-106058392, CN106058392 A, CN106058392A, CN201610597595, CN201610597595.2
【發(fā)明人】黃烽, 鄧一靜, 王建朋
【申請人】南京理工大學