CN102544668B - 一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，该等功分器包括微带线金属底板、介质、微带线环、多个集总电感、一条入射耦合臂、至少一条出射耦合臂，所述的介质设置在微带线金属底板上，所述的微带线环由多个扇环和多个电容交错连接而成，所述的微带线环固定设置在介质上，并在至少两处扇环所在位置的介质上开设孔，孔内设置有所述电感，该电感的两端分别与微带线环、金属板连接，所述的入射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接，所述的出射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接。与现有技术相比，本发明具有可实现小型化，能进行窄带滤波、等功率分配，且工艺简单、成本低廉等优点。

Description

一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器
技术领域
本发明涉及微波通讯领域，尤其是涉及一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器。
背景技术
微带线环滤波器是一种常见的窄带滤波器，其结构简单，制作方便，因此在微波通讯领域有广泛应用。但是由于其尺寸与微波波长成正比而难于小型化。并且，当出射耦合臂和入射耦合臂不对称，即相位失配时，其透射峰会发生劈裂，而导致其无法在原频率实现功率等额分配。因此在微带线环基础上设计一种兼具小型化及等功率分配特性的窄带滤波多路等功分器将有重要的理论参考价值以及潜在的实际应用价值。
近年来，一种可以实现特殊电磁参数(如负介电系数、负磁导率)的人工电磁材料--特异材料--受到了人们的广泛关注。在合适的结构参数下，结构的体介电常数(介电常数乘以厚度)的平均值和体磁导率的平均值可以同时为零。此时整个结构可等效为折射率为零的材料，它对电磁波是完全透明的。这种等效零折射率材料可通过在微带线上串联加载特定的分布/集总式电容和并联加载特定的分布/集总式电感来实现。由等效零折射率材料构成的微带线环的结构大小与其工作频率无关，因此可实现小型化。同时，由于微带线环上任意两点之间相位为零，因此，此时在其上任何位置加载多个输出耦合臂不会因为相干抑制而偏离原工作频率，并且其输入功率可在各输出端口之间等额分配。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现小型化的，能进行窄带滤波、等功率分配，且工艺简单、成本低廉的基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，其特征在于，该等功分器包括微带线金属底板、介质、微带线环、多个集总电感、一条入射耦合臂、至少一条出射耦合臂，所述的介质设置在微带线金属底板上，所述的微带线环由多个扇环和多个电容交错连接而成，所述的微带线环固定设置在介质上，并在至少两处扇环所在位置的介质上开设孔，孔内设置有所述电感，该电感的两端分别与微带线环、金属底板连接，所述的入射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接，所述的出射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接。
所述的金属底板为铜制成的金属底板。
所述的微带线环的扇环为铜制成的扇环。
所述的介质材料为环氧树脂复合玻璃纤维。
所述的出射耦合臂数量为一时，该等功分器为滤波器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、由等效零折射率材料构成的微带线环的结构大小与其工作频率无关，因此可实现小型化。通过调节加载电容和电感值的大小可调节其尺寸，从而实现当前加工技术所能支持的最小器件大小。
2、由于此时微带线环上任意两点之间相位差为零，透射频率不随耦合端口围绕其中心旋转的角度而改变，所以可以在不同的角度放置多个耦合臂，从而构建多路等功分器。
3、本发明工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1为微带线环的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的实施例1的结构示意图；
图4为实施例1的透射谱；
图5为本发明的实施例2的结构示意图；
图6为实施例2的透射谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明是通过在微带线环上串联加载特定的集总电容和并联加载特定集总电感来实现特定频率的零有效折射率材料(我们称之为Balanced CRLH微带线环)。
条件：加载的电感值和加载的电容值之比等于微带线的分布电感与分布电容之比(微带线的特征阻抗的平方)时，在一特定的频率f0处，其平均折射率为零。此时，只有该频率的微波信号才可以透射通过Balanced CRLH微带线环，并从以其为中心旋转任意角度的耦合臂耦合出来，而其它频率的电磁波则不能通过。因为等效零折射率材料构成的微带线环的结构大小与其工作频率无关，所以可以通过调节加载电容和电感值的大小来调节它的尺寸，从而实现当前加工技术所能支持的最小器件大小。由于此时微带线环上任意两点之间相位差为零，透射频率不随耦合端口围绕其中心旋转的角度而改变，所以可以在不同的角度放置多个耦合臂，从而构建多路等功分器。
首先，根据所使用的微带线环、所需的中心频率f0和在微带线上加载的单元周期数，依据条件计算出所需的电感和电容的值。然后在微带线环上周期性地加载相应大小的并联电感及串联电容，即可制备得到基于零有效折射率材料的微带线环(Balanced CRLH微带线环)。
通过一个输入臂将微波耦合到Balanced CRLH微带线环，此时只有满足平均折射率为零条件的f0频率的微波信号才能通过此微带线环。应用其它一个或多个输出臂将此频率的微波信号耦合出来，即可达到窄带滤波或窄带多路等功率分配的目的。
如图1～3所示，一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，是一个单元周期数为2(上边一个单元，下边一个单元)的Balanced CRLH微带线环(为了对称，图中用两个电容对称加载在电感两边来代替一个电容。因为两个相同电容串联的总电容为单个电容的一半，此时电容值要加倍)。该等功分器包括由铜制成的微带线金属底板6、由介电常数为4.7的环氧树脂复合玻璃纤维制成的介质5、微带线环、两个电感4、一条入射耦合臂7、一条出射耦合臂8。介质5设置在微带线金属底板6上。微带线环由四个铜制成的扇环3和四个电容1交错连接而成，微带线环固定设置在介质5上，并在其中两个相对扇环的所在位置的介质上开设孔2，孔2内各设置有电感4，该电感4的两端分别与微带线环、微带线金属底板6连接。入射耦合臂7设置在介质5上并与微带线环耦合连接，出射耦合臂8设置在介质5上并与微带线环耦合连接。此时本发明具有滤波器的功能，且入射耦合臂7和出射耦合臂8可以任意角度围绕微带线环旋转。图4是图3中θ分别为0、25、50、75度时的透射谱图，从图4可见，旋转不同角度的透射峰基本上都重合在一起。也就是说，其工作频率不随旋转角度而发生变化。如果周期数为3，则需要三个电感、六个电容、六个扇环，其他结构进行相应变化；如果周期数为4，则需要四个电感、八个电容、八个扇环，其他结构进行相应变化；以此类推。
实施例2
如图5所示，一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，该等功分器包括由铜制成的微带线金属底板、由介电常数为4.7的环氧树脂复合玻璃纤维制成的介质、微带线环、两个电感、一条入射耦合臂、三条出射耦合臂。介质设置在微带线金属底板上。微带线环由四个铜制成的扇环和四个电容交错连接而成，微带线环固定设置在介质上，并在其中两个相对扇环的所在位置的介质上开设孔，孔内各设置有电感，该电感的两端分别与微带线环、金属底板连接。入射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接，三条出射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接。微波从耦合臂9中耦合到微带线环中，然后通过零有效折射率微带线环的滤波，只让频率为f0的微波信号通过。接着通过第一出射耦合臂10、第二耦合11、第三耦合臂12将该频率微波信号的能量平均地耦合出来，从而达到窄带滤波三路等功率分配的目的。其透射率的微波测试结果如图5所示，S21、S31、S41是电磁波从耦合臂9端口进去后，分别从第一出射耦合臂10、第二耦合臂11、第三耦合臂12透射出来的功率透射率。由此可见，S21、S31、S41的透射峰的位置不因耦合臂的旋转角度及其数量增加而改变，从而实现了多路等功分器的功能。

Claims (5)

1.一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，其特征在于，该等功分器包括微带线金属底板、介质、微带线环、多个集总电感、一条入射耦合臂、至少一条出射耦合臂，所述的介质设置在微带线金属底板上，所述的微带线环由多个扇环和多个电容交错连接而成，所述的微带线环固定设置在介质上，并在至少两处扇环所在位置的介质上开设孔，孔内设置有所述电感，该电感的两端分别与微带线环、金属底板连接，所述的入射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接，所述的出射耦合臂设置在介质上并与微带线环耦合连接，所述的微带线环上加载的电感值与电容值之比等于微带线环的分布电感与分布电容之比。
2.根据权利要求1所述的一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，其特征在于，所述的金属底板为铜制成的金属底板。
3.根据权利要求1所述的一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，其特征在于，所述的微带线环的扇环为铜制成的扇环。
4.根据权利要求1所述的一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，其特征在于，所述的介质材料为环氧树脂复合玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的一种基于高频印刷线路板的窄带滤波多路等功分器，其特征在于，所述的出射耦合臂数量为一时，该等功分器为滤波器。
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Seung-Hwan Kim等.A Modified Wilkinson Divider using Zero-Degree Phase Shifting Composite RightlLeft-Handed Transmission Line.《Microwave Symposium Digest (MTT), 2010 IEEE MTT-S International》.2010,第1556-1559页.

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