CN107275740A - 一种具有传输零特性的双频功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有传输零特性的双频功分器，在通带内插损较小，带外抑制较好，具有明显的通带特性；相比通过加入滤波特性的双频功分器，该双频功分器结构简单，易于实现，而且带内插损也小；并且所设计在要求双频功分器具有很好的通带特性的条件下，通过该方法所实现带有传输零特性的双频功分器具有较高的现实应用价值。

Description

一种具有传输零特性的双频功分器
技术领域
本发明涉及一种具有传输零特性的双频功分器，属于电磁场与微波技术领域。
背景技术
在无线通讯系统中，功分器作为射频微波功率放大器的一种关键的射频器件，其性能的优劣决定着整个系统通讯质量的好坏，也会在一定程度上制约无线通讯系统的发展。因此，高性能的功分器研究一直以来都是一个研究重点。传统的功分器只能工作在单一频率和其奇次谐波处。随着双频与多频通信系统的发展，单一频率的微波器件已经无法满足社会的需求，于是双频甚至多频功分器应运而生。
近年来，双频功分器的文献层出不穷，然而其中许多双频功分器由于输出端口相位不匹配，致使输出端口间隔离度差，而且两个通带的特性比较不理想。现有许多结构的双频功分器带外抑制特性比较差，而有些带有滤波特性的双频功分器，虽然具有明显的通带选择特性，然而由于其插损比较大，而且结构过于复杂，无法满足那些对于通带特性要求比较严格的双频带通讯系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有传输零特性的双频功分器，该双频功分器不仅带内插损小，而且还有较好带外抑制能力，并且制作简单，易于实现，加工成本也比较低，适于批量加工生产。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种具有传输零特性的双频功分器，包括介质基板(1)、金属接地层(2)、输入微带传输线(3)、两条第一微带传输线(4)、两条第二微带传输线(5)、两条输出微带传输线(6)、开路支节(7)、两条短路支节(8)和隔离电阻(9)；其中，金属接地层(2)设置于介质基板(1)的背面；输入微带传输线(3)沿直线印制于介质基板(1)的正面上，输入微带传输线(3)的其中一端为双频功分器的输入端；两条第一微带传输线(4)分别印制于介质基板(1)的正面上，各条第一微带传输线(4)的其中一端均与输入微带传输线(3)的另一端相连，两条第一微带传输线(4)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条第一微带传输线(4)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，隔离电阻(9)设置于介质基板(1)的正面上，且隔离电阻(9)的两端分别与各条第一微带传输线(4)的另一端相连接，两条第一微带传输线(4)与隔离电阻(9)构成闭合区域；两条第二微带传输线(5)分别印制于介质基板(1)的正面上，两条第二微带传输线(5)分别与两条第一微带传输线(4)一一对应，各条第二微带传输线(5)的其中一端分别与对应第一微带传输线(4)的另一端相连接，两条第二微带传输线(5)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条第二微带传输线(5)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称；两条输出微带传输线(6)分别与两条第二微带传输线(5)一一对应，各条输出微带传输线(6)的其中一端分别与对应第二微带传输线(5)的另一端相连接，两条输出微带传输线(6)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条输出微带传输线(6)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，两条输出微带传输线(6)的另一端分别为双频功分器的两个输出端；开路支节(7)印制于介质基板(1)的正面上，且开路支节(7)位于由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成的闭合区域中，开路支节(7)的其中一端与输入微带传输线(3)的另一端相连，开路支节(7)的两端之间呈非闭合形状设置；两条短路支节(8)分别印制于介质基板(1)的正面上，各条短路支节(8)的其中一端均与输入微带传输线(3)的另一端相连，两条短路支节(8)分别位于由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成闭合区域的两侧，各条短路支节(8)上的两端之间呈非闭合形状设置，且两条短路支节(8)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，介质基板(1)上分别对应各条短路支节(8)另一端的位置，分别设置贯穿介质基板(1)上下面的通孔，各条短路支节(8)的另一端分别穿过其所在介质基板(1)上位置处的通孔、并与金属接地层(2)相连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述开路支节(7)的设置呈S形走线、非闭合环形走线，以及非闭合、且具有弯折拐角走线或非闭合、且不含弯折拐角走线中的任意一种。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各条短路支节(8)的设置均呈S形走线、非闭合环形走线，以及非闭合、且具有弯折拐角走线或非闭合、且不含弯折拐角走线中的任意一种。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各条短路支节(8)的设置均呈非闭合、且具有弯折拐角走线，其中，短路支节(8)的其中一端与输入微带传输线(3)的另一端相连，短路支节(8)自该端起，首先与所述输入微带传输线(3)上指向输入端的方向呈45度角，接着，短路支节(8)沿垂直于输入微带传输线(3)所在直线、并背向输入微带传输线(3)的方向布置，然后依次通过三个向着由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成闭合区域的弯折拐角进行布置，且各个弯折拐角的角度呈90度角。
作为本发明的一种优选技术方案：所述各条短路支节(8)的长度均为双频功分器对应中心频率时的二分之一波长。
作为本发明的一种优选技术方案：所述开路支节(7)的长度为双频功分器对应中心频率时的四分之一波长。
本发明所述一种具有传输零特性的双频功分器采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计的一种具有传输零特性的双频功分器，在通带内插损较小，带外抑制较好，具有明显的通带特性；相比通过加入滤波特性的双频功分器，该双频功分器结构简单，易于实现，而且带内插损也小；并且所设计在要求双频功分器具有很好的通带特性的条件下，通过该方法所实现带有传输零特性的双频功分器具有较高的现实应用价值。
附图说明
图1是本发明所设计一种具有传输零特性的双频功分器的俯视结构示意图；
图2是本发明所设计一种具有传输零特性的双频功分器的侧视结构示意图。
其中，1.介质基板，2.金属接地层，3.输入微带传输线，4.第一微带传输线，5.第二微带传输线，6.输出微带传输线，7.开路支节，8.短路支节，9.隔离电阻。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
针对现有技术的不足，本发明通过思考加入一个短路的支节可以产生谐振点这个思路，来改善带外抑制特性这个方法，由此设计实现一个具有传输零特性的双频功分器。
如图1和图2所示，本发明所设计一种具有传输零特性的双频功分器，包括介质基板(1)、金属接地层(2)、输入微带传输线(3)、两条第一微带传输线(4)、两条第二微带传输线(5)、两条输出微带传输线(6)、开路支节(7)、两条短路支节(8)和隔离电阻(9)；其中，金属接地层(2)设置于介质基板(1)的背面。
实际应用中，针对输入微带传输线(3)，设计采用特性阻抗为50欧姆的微带传输线，将输入微带传输线(3)沿直线印制于介质基板(1)的正面上，输入微带传输线(3)的其中一端为双频功分器的输入端；两条第一微带传输线(4)分别印制于介质基板(1)的正面上，各条第一微带传输线(4)的其中一端均与输入微带传输线(3)的另一端相连，两条第一微带传输线(4)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条第一微带传输线(4)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称；针对隔离电阻(9)，实际应用中，具体设计采用采用0805封装的贴片电阻；隔离电阻(9)设置于介质基板(1)的正面上，且隔离电阻(9)的两端分别与各条第一微带传输线(4)的另一端相连接，两条第一微带传输线(4)与隔离电阻(9)构成闭合区域；两条第二微带传输线(5)分别印制于介质基板(1)的正面上，两条第二微带传输线(5)分别与两条第一微带传输线(4)一一对应，各条第二微带传输线(5)的其中一端分别与对应第一微带传输线(4)的另一端相连接，两条第二微带传输线(5)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条第二微带传输线(5)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称；针对输出微带传输线(6)，同样设计采用特性阻抗为50欧姆的微带传输线；两条输出微带传输线(6)分别与两条第二微带传输线(5)一一对应，各条输出微带传输线(6)的其中一端分别与对应第二微带传输线(5)的另一端相连接，两条输出微带传输线(6)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条输出微带传输线(6)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，两条输出微带传输线(6)的另一端分别为双频功分器的两个输出端；如此设计的双频功分器，不仅插入损耗小，而且由于加入的传输零，使得两个频带的带外抑制比较优越，具有很好的通带选择特性，相比于有具有滤波特性的功分器结构简单、插入损耗小、易于加工与实现。
针对开路支节(7)的特性阻抗设计为50.8欧姆，开路支节(7)印制于介质基板(1)的正面上，且开路支节(7)位于由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成的闭合区域中，开路支节(7)的其中一端与输入微带传输线(3)的另一端相连，开路支节(7)的两端之间呈非闭合形状设置，具体的，开路支节(7)的设置呈S形走线、非闭合环形走线，以及非闭合、且具有弯折拐角走线或非闭合、且不含弯折拐角走线中的任意一种，且开路支节(7)的长度为双频功分器对应中心频率时的四分之一波长；各条短路支节(8)均设计特性阻抗为69欧姆，两条短路支节(8)分别印制于介质基板(1)的正面上，各条短路支节(8)的其中一端均与输入微带传输线(3)的另一端相连，两条短路支节(8)分别位于由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成闭合区域的两侧，各条短路支节(8)上的两端之间呈非闭合形状设置，且两条短路支节(8)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，介质基板(1)上分别对应各条短路支节(8)另一端的位置，分别设置贯穿介质基板(1)上下面的通孔，各条短路支节(8)的另一端分别穿过其所在介质基板(1)上位置处的通孔、并与金属接地层(2)相连接；具体的，各条短路支节(8)的设置均呈S形走线、非闭合环形走线，以及非闭合、且具有弯折拐角走线或非闭合、且不含弯折拐角走线中的任意一种，实际应用中，若各条短路支节(8)的设置均呈非闭合、且具有弯折拐角走线，则短路支节(8)的其中一端与输入微带传输线(3)的另一端相连，短路支节(8)自该端起，首先与所述输入微带传输线(3)上指向输入端的方向呈45度角，接着，短路支节(8)沿垂直于输入微带传输线(3)所在直线、并背向输入微带传输线(3)的方向布置，然后依次通过三个向着由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成闭合区域的弯折拐角进行布置，且各个弯折拐角的角度呈90度角，并且在实际应用中，针对各条短路支节(8)的长度均为双频功分器对应中心频率时的二分之一波长。如此，如图1所示，本发明针对开路支节(7)走线时按照弯折90度角进行处理，以及针对短路支节(8)进行弯折处理，这样可以大大减少双频功分器的面积，以实现双频功分器结构的小型化。
如此设计带有传输零特性的双频功分器，其中的短路支节(8)本质上就是一个能够产生周期性谐振的谐振器，该谐振器可以产生周期性的谐振点，可以通过调整谐振的长度来让谐振器在双频功分器的两个通带外产生谐振点，以达到双频功分器带外抑制的特性，致使有传输零产生。对于短路支节(8)的周期应当以双频功分器的中心频率为周期，也就是说短路支节(8)的长度为所设定的双频功分器的中心频率时的二分之一波长。当从A端输入信号的频率等于谐振器的频率时，此时输入端短路，信号无法到达输出端，致使双频功分器产生传输零特性。正是由于在双频功分器两个通带外产生了传输零，所以使得双频功分器的带外抑制大大改善，而且并不会增加带内的插损。
在制造上，本发明所设计具有传输零特性的双频功分器的制造工艺可以采用微电子工艺、激光工艺或者印刷电路工艺。其中，对于介质基板(1)来说，可以采用介电常数为3.55，介质层厚度为0.5mm的双面敷铜板(Rogers RO4003)，实际应用中，基于上述设计技术方案，构造出了一款频率为900MHz和2.45GHz的双频功分器，也就是说此时的双频功分器的中心频率为1.67GHz；此时50欧姆特性的输入微带传输线(3)和两条输出微带传输线(6)的线宽为1.1mm，长度可以任意，但是考虑方便焊接SMA接头，长度为6毫米左右为宜；对于两条第一微带传输线(4)来说，选用特性阻抗为34欧姆的微带传输线，电长度为四分之一波长，此时的线宽为0.5mm，长度为27.8mm；对于两条第二微带传输线(5)，选用特性阻抗为78.7欧姆的微带传输线，电长度为四分之一波长，此时的线宽为2.0mm，长度为26.2mm；两条短路支节(8)，选用特性阻抗为69欧姆，电长度分别为二分之一波长，此时的线宽为0.6mm，长度为57.6mm；开路支节(7)选用特性阻抗为50.8欧姆，电长度为四分之一波长，此时的线宽为1.1mm，长度为27mm；对于隔离电阻(9)采用0805封装的阻值为68欧姆的贴片电阻。
如此所设计获得具有传输零特性的双频功分器，在通带内插损较小，带外抑制较好，具有明显的通带特性；相比通过加入滤波特性的双频功分器，该双频功分器结构简单，易于实现，而且带内插损也小；并且所设计在要求双频功分器具有很好的通带特性的条件下，通过该方法所实现带有传输零特性的双频功分器具有较高的现实应用价值。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种具有传输零特性的双频功分器，其特征在于，包括介质基板(1)、金属接地层(2)、输入微带传输线(3)、两条第一微带传输线(4)、两条第二微带传输线(5)、两条输出微带传输线(6)、开路支节(7)、两条短路支节(8)和隔离电阻(9)；其中，金属接地层(2)设置于介质基板(1)的背面；输入微带传输线(3)沿直线印制于介质基板(1)的正面上，输入微带传输线(3)的其中一端为双频功分器的输入端；两条第一微带传输线(4)分别印制于介质基板(1)的正面上，各条第一微带传输线(4)的其中一端均与输入微带传输线(3)的另一端相连，两条第一微带传输线(4)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条第一微带传输线(4)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，隔离电阻(9)设置于介质基板(1)的正面上，且隔离电阻(9)的两端分别与各条第一微带传输线(4)的另一端相连接，两条第一微带传输线(4)与隔离电阻(9)构成闭合区域；两条第二微带传输线(5)分别印制于介质基板(1)的正面上，两条第二微带传输线(5)分别与两条第一微带传输线(4)一一对应，各条第二微带传输线(5)的其中一端分别与对应第一微带传输线(4)的另一端相连接，两条第二微带传输线(5)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条第二微带传输线(5)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称；两条输出微带传输线(6)分别与两条第二微带传输线(5)一一对应，各条输出微带传输线(6)的其中一端分别与对应第二微带传输线(5)的另一端相连接，两条输出微带传输线(6)分别位于输入微带传输线(3)所在直线的两侧，且两条输出微带传输线(6)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，两条输出微带传输线(6)的另一端分别为双频功分器的两个输出端；开路支节(7)印制于介质基板(1)的正面上，且开路支节(7)位于由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成的闭合区域中，开路支节(7)的其中一端与输入微带传输线(3)的另一端相连，开路支节(7)的两端之间呈非闭合形状设置；两条短路支节(8)分别印制于介质基板(1)的正面上，各条短路支节(8)的其中一端均与输入微带传输线(3)的另一端相连，两条短路支节(8)分别位于由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成闭合区域的两侧，各条短路支节(8)上的两端之间呈非闭合形状设置，且两条短路支节(8)相对输入微带传输线(3)所在直线呈轴对称，介质基板(1)上分别对应各条短路支节(8)另一端的位置，分别设置贯穿介质基板(1)上下面的通孔，各条短路支节(8)的另一端分别穿过其所在介质基板(1)上位置处的通孔、并与金属接地层(2)相连接。
2.根据权利要求1所述一种具有传输零特性的双频功分器，其特征在于：所述开路支节(7)的设置呈S形走线、非闭合环形走线，以及非闭合、且具有弯折拐角走线或非闭合、且不含弯折拐角走线中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述一种具有传输零特性的双频功分器，其特征在于：所述各条短路支节(8)的设置均呈S形走线、非闭合环形走线，以及非闭合、且具有弯折拐角走线或非闭合、且不含弯折拐角走线中的任意一种。
4.根据权利要求3所述一种具有传输零特性的双频功分器，其特征在于：所述各条短路支节(8)的设置均呈非闭合、且具有弯折拐角走线，其中，短路支节(8)的其中一端与输入微带传输线(3)的另一端相连，短路支节(8)自该端起，首先与所述输入微带传输线(3)上指向输入端的方向呈45度角，接着，短路支节(8)沿垂直于输入微带传输线(3)所在直线、并背向输入微带传输线(3)的方向布置，然后依次通过三个向着由两条第一微带传输线(4)和隔离电阻(9)所构成闭合区域的弯折拐角进行布置，且各个弯折拐角的角度呈90度角。
5.根据权利要求1所述一种具有传输零特性的双频功分器，其特征在于：所述各条短路支节(8)的长度均为双频功分器对应中心频率时的二分之一波长。
6.根据权利要求1所述一种具有传输零特性的双频功分器，其特征在于：所述开路支节(7)的长度为双频功分器对应中心频率时的四分之一波长。
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