CN105304982A - 抽头式馈电双模巴伦带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，包括下表面设有金属接地板(7)的矩形介质基板(6)，在所述矩形介质基板(6)的上表面设有输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)，所述输入端口馈线(1)靠近矩形介质基板(6)的一个宽边，所述第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)靠近矩形介质基板(6)的另一个宽边，并沿矩形介质基板(6)的长度方向依次排列，在所述第一输出端口馈线(2)与输入端口馈线(1)之间设有第一E型谐振器(4)，在所述第二输出端口馈线(3)与输入端口馈线(1)之间设有第二E型谐振器(5)。本发明的抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，结构简单、损耗低、选择性和端口匹配特性好。
Description
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种同时具备结构简单、损耗低、选择性好和良好的端口匹配特性的抽头式馈电双模巴伦带通滤波器。
背景技术
随着模块结构单元(ModularBuildingBlock,MBB)和单片微波集成电路(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit,MMIC)的发展，低成本、高度集成、小型化已经成为现代无线通信系统集成设计中非常重要的考虑因素。巴伦作为一个关键性器件，被广泛地应用于平衡混频器、推挽放大器和天线等电路中。为获得滤波特性，巴伦常常需要与滤波器结合。传统的射频前端电路采用这种巴伦与滤波器相结合的结构，使得前端设备体积增大，同时增大了功率损耗。
因此，将巴伦和滤波器的功能整合在一起，成为了减小电路尺寸的有效方法。
文献1(Jung,E.-Y.,Hwang,H.-Y.:'ABalun-BPFUsingaDualModeRingResonator',IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2007,17,(9),pp.652-654)中提出通过使用双模环形谐振器，选择适当的输入输出位置，从而获得一种带有巴伦功能的滤波器的方法。该滤波器虽然结构较为简单，但是其带内插损较大。
文献2(Chu,H.,Chen,J.-X.:'Dual-BandSubstrateIntegratedWaveguideBalunBandpassFilterWithHighSelectivity',IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2014,24,(6),pp.379-381)基于腔体模式性质，从模式本身获得相反相位，提出了基于SIW的巴伦滤波器。这种滤波器虽然获得了良好的通带响应和平衡特性，但是其工作频段通常为高频段或毫米波段。
文献3(Liou,C.-Y.,Mao,S.-G.:'Triple-BandMarchandBalunFilterUsingCoupled-LineAdmittanceInverterTechnique',IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2013,61,(11),pp.3846-3852)中提出了一种基于Marchand巴伦的三通带巴伦滤波器。虽然该滤波器在三个通带均具有巴伦和滤波特性，但由于Marchand巴伦自身短路柱带来的电感效应，该滤波器的相位特性受到了影响。
总之，现有技术存在的问题是：巴伦滤波器无法兼顾结构简单、损耗低、选择性好和良好的端口匹配特性，不利于在现代无线通信系统的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，同时具备结构简单、损耗低、选择性好和良好的端口匹配特性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，包括下表面设有金属接地板的矩形介质基板，在所述矩形介质基板的上表面设有输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线，所述输入端口馈线靠近矩形介质基板的一个宽边，所述第一输出端口馈线、第二输出端口馈线靠近矩形介质基板的另一个宽边，并沿矩形介质基板的长度方向依次排列，在所述第一输出端口馈线与输入端口馈线(1)之间设有第一E型谐振器，在所述第二输出端口馈线与输入端口馈线之间设有第二E型谐振器。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)本发明的结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低。
(2)本发明利用E型谐振器的谐振机理和主传输线的电场分布特性，具有良好的幅度和相位平衡特性。
(3)本发明的滤波器选择性好、插入损耗小，适用于现代无线通信系统。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明抽头式馈电双模巴伦带通滤波器的立体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是实施例1的结构尺寸示意图。
图4是实施例1的S参数仿真图。
图5是实施例1的两个输出端口幅度差的仿真图。
图6是实施例1的两个输出端口相位差的仿真图。
图中，输入端口馈线1，第一输出端口馈线2，第二输出端口馈线3，第一E型谐振器4，第二E型谐振器5，介质基板6，金属接地板7，
50欧姆线导带11，二分之一波长主传输线12，
第一50欧姆微带线导带21、第一四分之一波长传输线22，第一四分之一波长耦合线23，
第二50欧姆微带线导带31、第二四分之一波长传输线32，第二四分之一波长耦合线33，
第一二分之一波长谐振器41，第一对称面枝节加载单元42，
第二二分之一波长谐振器51，第二对称面枝节加载单元52。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，包括下表面设有金属接地板7的矩形介质基板6，在所述矩形介质基板6的上表面设有输入端口馈线1、第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3，所述输入端口馈线1靠近矩形介质基板6的一个宽边，所述第一输出端口馈线2、第二输出端口馈线3靠近矩形介质基板6的另一个宽边，并沿矩形介质基板6的长度方向依次排列，在所述第一输出端口馈线2与输入端口馈线1之间设有第一E型谐振器4，在所述第二输出端口馈线3与输入端口馈线1之间设有第二E型谐振器5。
所述输入端口馈线1包括50欧姆线导带11和二分之一波长主传输线12，所述二分之一波长主传输线12与介质基板6的宽边平行，所述50欧姆线导带11与二分之一波长主传输线12垂直，其一端与二分之一波长主传输线12相连，另一端与其靠近的介质基板6的宽边平齐。
所述第一输出端口馈线2包括第一50欧姆微带线导带21、第一四分之一波长传输线22和第一四分之一波长耦合线23，所述50欧姆微带线导带21和第一四分之一波长耦合线23相互平行，且平行于介质基板6的宽边，所述第一四分之一波长耦合线23位于靠近二分之一波长主传输线12的一侧，第一50欧姆微带线导带21位于远离二分之一波长主传输线12的一侧，所述第一四分之一波长传输线22呈L型，一端与所述第一四分之一波长耦合线23垂直相连，另一端与第一50欧姆微带线导带21远离介质基板6窄边端面的一端相连。
所述第二输出端口馈线3包括第二50欧姆微带线导带31、第二四分之一波长传输线32和第二四分之一波长耦合线33，所述第二50欧姆微带线导带31和第二四分之一波长耦合线33相互平行，且平行于介质基板6的宽边，所述第二四分之一波长耦合线33位于靠近二分之一波长主传输线12的一侧，第二50欧姆微带线导带21位于远离二分之一波长主传输线12的一侧，所述第二四分之一波长传输线32呈L型，一端与所述第二四分之一波长耦合线33垂直相连，另一端与第二50欧姆微带线导带31远离介质基板6窄边端面的一端相连。
所述第一E型谐振器4与第二E型谐振器5关于介质基板6上表面的短轴线成轴对称排列，第一E型谐振器4和第二E型谐振器5的开口均朝向介质基板6上表面的短轴线。
所述第一E型谐振器4为对称面枝节加载型双模谐振器。
所述第一E型谐振器4包括第一二分之一波长谐振器41和第一对称面枝节加载单元42，所述第一对称面枝节加载单元42加载于第一二分之一波长谐振器41的中心，所述第一对称面枝节加载单元42与二分之一波长主传输线12平行。
所述第二E型谐振器5为对称面枝节加载型双模谐振器。
所述第二E型谐振器5包括第二二分之一波长谐振器51和第二对称面枝节加载单元52，所述第二对称面枝节加载单元52加载于第二二分之一波长谐振器51的中心，所述第二对称面枝节加载单元52与二分之一波长主传输线12平行。
所述50欧姆线导带11靠近二分之一波长主传输线12一端的宽度逐渐减小。
本发明抽头式馈电的双模巴伦带通滤波器中，第一E型谐振器4和第二E型谐振器5的第一二分之一波长谐振器41和第二二分之一波长谐振器51的长度和宽度决定了奇模谐振频率，第一E型谐振器4和第二E型谐振器5的第一对称面枝节加载单元42和第二对称面枝节加载单元52的长度和宽度决定了偶模谐振频率，二分之一波长主传输线12与第一二分之一波长谐振器41和第二二分之一波长谐振器51之间的耦合间距对耦合强度影响较大，间距越小耦合强度越大，两个输出端口的幅度和相位吻合度越高。
本发明在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀，从而形成所需的金属图案，结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低。同时，利用E型谐振器的谐振机理和主传输线的电场分布特性，具有良好的幅度和相位平衡特性。由于本发明的滤波器选择性好、插入损耗小，适用于现代无线通信系统。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
抽头式馈电的双模巴伦带通滤波器的结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。所采用的介质基板6相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图3，巴伦滤波器的各尺寸参数如下：Wp1＝1.13mm，Wp2＝1.13mm，W1＝0.4mm，W11＝0.4mm，W2＝0.4mm，W21＝0.4mm，W4＝0.4mm，W42＝0.8mm，L1＝32.7mm，L10＝2mm，L11＝4mm，L2＝13.1mm，L3＝11.4mm，L31＝4mm，L32＝4mm，L5＝1.85mm，L51＝15.1mm，L52＝14.6mm，P1＝1.1mm，P2＝1.6mm，g＝0.2mm。平衡滤波器不包括50欧姆微带线导带的总面积为10.465×35.7mm2，对应的导波长尺寸为0.16λg×0.55λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
本实例巴伦滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13.0中建模仿真的。图4是本实例中巴伦滤波器的S参数仿真图，从图中可以看出，该巴伦滤波器的通带中心频率为2.9GHz，相对带宽为6.9％，通带内回波损耗低于15.4dB，插入损耗。通带外有四个传输零点使得该实例巴伦滤波器具有很好的选择性。
图5是本实例中巴伦滤波器的两个平衡输出端口幅度差，从图中可以看出，该实例巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口幅度差在0.3dB以内。
图6是本实例中巴伦滤波器的两个平衡输出端口相位差，从图中可以看出，该实例巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口相位差在180±4度以内。
综上所述，本发明抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，结合E型谐振器和终端开路的传输线的场分布特性实现了一种结构简单、损耗低、选择性好、具有较好的端口匹配性能的双模巴伦带通滤波器，该巴伦滤波器非常适用于现代无线通信系统。
Claims (10)
1.一种抽头式馈电双模巴伦带通滤波器，其特征在于：包括下表面设有金属接地板(7)的矩形介质基板(6)，在所述矩形介质基板(6)的上表面设有输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)，所述输入端口馈线(1)靠近矩形介质基板(6)的一个宽边，所述第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)靠近矩形介质基板(6)的另一个宽边，并沿矩形介质基板(6)的长度方向依次排列，在所述第一输出端口馈线(2)与输入端口馈线(1)之间设有第一E型谐振器(4)，在所述第二输出端口馈线(3)与输入端口馈线(1)之间设有第二E型谐振器(5)。
2.根据权利要求1所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：
所述输入端口馈线(1)包括50欧姆线导带(11)和二分之一波长主传输线(12)，所述二分之一波长主传输线(12)与介质基板(6)的宽边平行，所述50欧姆线导带(11)与二分之一波长主传输线(12)垂直，其一端与二分之一波长主传输线(12)相连，另一端同与其靠近的介质基板(6)的宽边平齐。
3.根据权利要求2所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：
所述第一输出端口馈线(2)包括第一50欧姆微带线导带(21)、第一四分之一波长传输线(22)和第一四分之一波长耦合线(23)，所述第一50欧姆微带线导带(21)和第一四分之一波长耦合线(23)相互平行，且平行于介质基板(6)的宽边，所述第一四分之一波长耦合线(23)位于靠近二分之一波长主传输线(12)的一侧，第一50欧姆微带线导带(21)位于远离二分之一波长主传输线(12)的一侧，所述第一四分之一波长传输线(22)呈L型，一端与所述第一四分之一波长耦合线(23)垂直相连，另一端与第一50欧姆微带线导带(21)远离介质基板(6)窄边端面的一端相连。
4.根据权利要求2或3所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：
所述第二输出端口馈线(3)包括第二50欧姆微带线导带(31)、第二四分之一波长传输线(32)和第二四分之一波长耦合线(33)，所述第二50欧姆微带线导带(31)和第二四分之一波长耦合线(33)相互平行，且平行于介质基板(6)的宽边，所述第二四分之一波长耦合线(33)位于靠近二分之一波长主传输线(12)的一侧，第二50欧姆微带线导带(21)位于远离二分之一波长主传输线(12)的一侧，所述第二四分之一波长传输线(32)呈L型，一端与所述第二四分之一波长耦合线(33)垂直相连，另一端与第二50欧姆微带线导带(31)远离介质基板(6)窄边端面的一端相连。
5.根据权利要求4所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：
所述第一E型谐振器(4)与第二E型谐振器(5)关于介质基板(6)上表面的短轴线成轴对称排列，第一E型谐振器(4)和第二E型谐振器(5)的开口均朝向介质基板(6)上表面的短轴线。
6.根据权利要求5所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：所述第一E型谐振器(4)为对称面枝节加载型双模谐振器。
7.根据权利要求6所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：
所述第一E型谐振器(4)包括第一二分之一波长谐振器(41)和第一对称面枝节加载单元(42)，所述第一对称面枝节加载单元(42)加载于第一二分之一波长谐振器(41)的中心，所述第一对称面枝节加载单元(42)与二分之一波长主传输线(12)平行。
8.根据权利要求5所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：所述第二E型谐振器(5)为对称面枝节加载型双模谐振器。
9.根据权利要求8所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：
所述第二E型谐振器(5)包括第二二分之一波长谐振器(51)和第二对称面枝节加载单元(52)，所述第二对称面枝节加载单元(52)加载于第二二分之一波长谐振器(51)的中心，所述第二对称面枝节加载单元(52)与二分之一波长主传输线(12)平行。
10.根据权利要求2或3所述的双模巴伦带通滤波器，其特征在于：所述50欧姆线导带(11)靠近二分之一波长主传输线(12)一端的宽度逐渐减小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160203 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |