CN107275742A - 基于谐振环的功分滤波器 - Google Patents

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刘景萍
张聚栋
王倩
吴磊
刘志伟
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    • H01P1/212—Frequency-selective devices, e.g. filters suppressing or attenuating harmonic frequencies

Abstract

本发明公开一种基于谐振环的功分滤波器，包括贴附在矩形介质基板(3)下表面的金属接地层(2)和贴附在介质基板(3)上表面的功分滤波器电路层(1)，所述功分滤波器电路层(1)中的阻抗转换线为谐振环。本发明的基于谐振环的功分滤波器，能有效抑制多次谐波，结构紧凑。

Description

基于谐振环的功分滤波器
技术领域
本发明属于微波无源器件技术领域，特别是一种能有效抑制多次谐波的基于谐振环的功分滤波器。
背景技术
伴随着无线通信系统的快速发展，对系统整体的功能要求原来越多，而对系统整体尺寸要求越来越小，系统整体成本越低越好。功分器和滤波器作为重要的无源器件被广泛地应用到各种射频系统中。威尔金森功分器具有较宽的带宽、端口回波损耗良好以及输出端口高隔离的特点在实际中广泛应用。
现有威尔金森功分滤波器包括贴附在介质基板下表面的金属接地层和贴附在介质基板上表面的电路层。其电路层如图1所示。包括输入端口微带线传输线、一分二功分器、两条阻抗转换线、两条输出端口微带线以及隔离电阻。一分二功分器的输入端与输入端口微带线传输线的输出端相连，每条阻抗转换线的输入端分别与一分二功分器的一个输出端相连，阻抗转换线的输出端别与一条输出端口微带线的输入端相连，两条输出端口微带线的输入端还分别连接在隔离电阻的两端。
这种功分滤波器无法抑制由非线性器件产生的多次谐波，影响了射频系统的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于谐振环的功分滤波器，能有效抑制多次谐波。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于谐振环的功分滤波器，包括贴附在矩形介质基板下表面的金属接地层和贴附在介质基板上表面的功分滤波器电路层，所述功分滤波器电路层中的阻抗转换线为谐振环。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、有效抑制多次谐波：本发明在传统威尔金森功分器的基础上，对核心转换电路替换成具有带阻功能的谐振环电路达到了谐波抑制目的，并且具有各端口反射良好、输出端口高隔离的特点；
2、结构紧凑：本发明通过对功分器与滤波器进行了融合设计，实现了整体系统的小型化，减小了系统的成本和体积，并且大大减小了整体系统的整体损耗。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有威尔金森功分滤波器电路层的结构示意图。
图2为本发明基于谐振环的谐波抑制功分器的立体结构示意图。
图3为图2中电路层的结构示意图。
图4为本发明实施例的S21参数仿真结果图
图5为本发明实施例的S11和S22参数仿真结果图
图6为本发明实施例的S23参数仿真结果图
图中，1电路层，2金属接地层，3介质基板，4输入端口传输线，5一分二功分器，
61第一谐振环，62第二谐振环，71第一输出端口微带线，72第二输出端口微带线，8隔离电阻，91第一终端开路枝节微带线，92第二终端开路枝节微带线，93第三终端开路枝节微带线，
谐振微带线I611、谐振微带线II612、第一相位弥补传输微带线613；
谐振微带线III621、谐振微带线IV622、第二相位弥补传输微带线623。
具体实施方式
如图2所示，本发明基于谐振环的功分滤波器，包括贴附在矩形介质基板3下表面的金属接地层2和贴附在介质基板3上表面的功分滤波器电路层1，所述功分滤波器电路层1中的阻抗转换线为谐振环。
本发明对传统功分器的核心转换电路进行了等效替换。将核心转换电路替换成具有带阻滤波功能的谐振环电路。当信号从输入端口输入时，由于谐振环两条微带线上的阻抗和电长度各不相同使得在输出端口可以对特定的信号进行抑制。若想得到较宽的阻带则需要令两条微带线的电长度为π的整数倍。在谐振环结构的输入端和输出端需要加入相应的相位补偿微带线保证替换后的插入相位为90的奇数倍。
如图2所示，所述功分滤波器电路层1包括输入端口传输线4、一分二功分器5、第一谐振环61、第二谐振环62、第一输出端口微带线71、第二输出端口微带线72及隔离电阻8；
所述输入端口传输线4的输入端置于介质基板3的一个短边上，其输出端与一分二功分器5的输入端相连，所述第一谐振环61、第二谐振环62的输入端分别与一分二功分器5的一个输出端相连，第一谐振环61的输出端与第一输出端口微带线71的输入端相连，第二谐振环62的输出端与第二输出端口微带线72的输入端相连，第一输出端口微带线71、第二输出端口微带线72的输出端分别置于介质基板3的两个长边上，且靠近另一个短边；
所述隔离电阻8一端与第一输出端口微带线71的输入端相连，另一端与第二输出端口微带线72的输入端相连。
作为改进，本发明基于谐振环的功分滤波器还包括输入端与输入端口传输线4垂直相连的第一终端开路枝节微带线91、第二终端开路枝节微带线92、第三终端开路枝节微带线93；
所述第一终端开路枝节微带线91靠近输入端口传输线4的输入端，其终端朝向介质基板3的一个长边，所述第二终端开路枝节微带线92、第三终端开路枝节微带线93靠近输入端口传输线4的输出端，第二终端开路枝节微带线92的终端朝向介质基板3的一个长边，第三终端开路枝节微带线93的终端朝向介质基板3的另一个长边。
优选地，所述第二终端开路枝节微带线92、第三终端开路枝节微带线93的输入端在输入端口传输线4的同一纵向部位相连。
枝节谐波抑制原理体现为当枝节终端开路且枝节电长度为特定频率的90度时，当信号从输入端口输入时，在枝节连接点会形成一个短路点进而在频谱上表现成一个陷波达到频率抑制的目的，从而抑制特定的频率。
优选地，所述第一谐振环61包括谐振微带线I611、谐振微带线II612、第一相位弥补传输微带线613；
所述谐振微带线I611与谐振微带线II612并联后，一端与第一相位弥补传输微带线613的输入端相连，另一端与一分二功分器5的一个输出端相连，所述第一相位弥补传输微带线613的输出端与与第一输出端口微带线71的输入端相连。
优选地，所述第二谐振环62包括谐振微带线III621、谐振微带线IV622、第二相位弥补传输微带线623；
所述谐振微带线III621与谐振微带线IV622并联后，一端与第FG相位弥补传输微带线623的输入端相连，另一端与一分二功分器5的另一个输出端相连，所述第二相位弥补传输微带线623的输出端与与第二输出端口微带线72的输入端相连。
为了验证本发明基于谐振环的功分滤波器的性能，采用了Agilent公司的ADS2011进行了电路整体的仿真，对相应的指标进行不断的优化，最后得到的谐波抑制功分器如图3所示。功分器的最终尺寸为21×18cm2。图3中一分二输入端口传输线(4)的宽度和长度分别为长度为0.35mm和7.17mm。终端开路枝节微带线(91)的宽度和长度分别为长度为0.35mm和10.8mm。终端开路枝节微带线(92)的宽度和长度分别为长度为0.35mm和10.3mm。终端开路枝节微带线(93)的宽度和长度分别为长度为0.35mm和7.165mm。微带传输线(5)的宽度和长度分别为长度为0.64mm和5.5mm。谐振环电路微带线(612)的宽度和长度分别为长度为0.17mm和22.86mm。谐振环电路微带线(611)的宽度和长度分别为长度为0.29mm和5.3mm。相位弥补传输微带线(613)的宽度和长度分别为长度为0.64mm和2.75mm。输出端口传输微带线(71)的宽度和长度分别为长度为1.54mm和9.83mm。谐振环电路微带线(622)的宽度和长度分别为长度为0.17mm和22.86mm。谐振环电路微带线(621)的宽度和长度分别为长度为0.29mm和5.3mm。相位弥补传输微带线(623)的宽度和长度分别为长度为0.64mm和2.75mm。输出端口传输微带线(72)的宽度和长度分别为长度为1.54mm和9.83mm。采用软件ADS2011最终得到的仿真结果如图4、图5、图6所示，令功分器工作频率为2.4GHz，从图4的S21仿真结果图可以看出，功分器在工作频率2.4GHz处的S21为-3.18dB，在二次谐波4.8GHz处的抑制为75dB,在三次谐波7.2GHz处的抑制为56dB。谐波抑制效果明显优于传统的威尔金森功分器。从图5的S11和S22仿真结果图可以看出在工作频率处2.4GHz处输入回波损耗S11＝-18dB，输出端口回波损耗S22＝S33＝-19dB。从图6的S23仿真结果图可以看出两个输出端口之间的隔离度S23＝-30.6dB。

Claims (6)

1.一种基于谐振环的功分滤波器，包括贴附在矩形介质基板(3)下表面的金属接地层(2)和贴附在介质基板(3)上表面的功分滤波器电路层(1)，其特征在于：
所述功分滤波器电路层(1)中的阻抗转换线为谐振环。
2.根据权利要求1所述的功分滤波器，其特征在于：
所述功分滤波器电路层(1)包括输入端口传输线(4)、一分二功分器(5)、第一谐振环(61)、第二谐振环(62)、第一输出端口微带线(71)、第二输出端口微带线(72)及隔离电阻(8)；
所述输入端口传输线(4)的输入端置于介质基板(3)的一个短边上，其输出端与一分二功分器(5)的输入端相连，所述第一谐振环(61)、第二谐振环(62)的输入端分别与一分二功分器(5)的一个输出端相连，第一谐振环(61)的输出端与第一输出端口微带线(71)的输入端相连，第二谐振环(62)的输出端与第二输出端口微带线(72)的输入端相连，第一输出端口微带线(71)、第二输出端口微带线(72)的输出端分别置于介质基板(3)的两个长边上，且靠近另一个短边；
所述隔离电阻(8)一端与第一输出端口微带线(71)的输入端相连，另一端与第二输出端口微带线(72)的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的功分滤波器，其特征在于：
还包括输入端与输入端口传输线(4)垂直相连的第一终端开路枝节微带线(91)、第二终端开路枝节微带线(92)、第三终端开路枝节微带线(93)；
所述第一终端开路枝节微带线(91)靠近输入端口传输线(4)的输入端，其终端朝向介质基板(3)的一个长边，所述第二终端开路枝节微带线(92)、第三终端开路枝节微带线(93)靠近输入端口传输线(4)的输出端，第二终端开路枝节微带线(92)的终端朝向介质基板(3)的一个长边，第三终端开路枝节微带线(93)的终端朝向介质基板(3)的另一个长边。
4.根据权利要求3所述的功分滤波器，其特征在于：
所述第二终端开路枝节微带线(92)、第三终端开路枝节微带线(93)的输入端在输入端口传输线(4)的同一纵向部位相连。
5.根据权利要求2所述的功分滤波器，其特征在于：
所述第一谐振环(61)包括谐振微带线I(611)、谐振微带线II(612)、第一相位弥补传输微带线(613)；
所述谐振微带线I(611)与谐振微带线II(612)并联后，一端与第一相位弥补传输微带线(613)的输入端相连，另一端与一分二功分器(5)的一个输出端相连，所述第一相位弥补传输微带线(613)的输出端与与第一输出端口微带线(71)的输入端相连。
6.根据权利要求2所述的功分滤波器，其特征在于：
所述第二谐振环(62)包括谐振微带线III(621)、谐振微带线IV(622)、第二相位弥补传输微带线(623)；
所述谐振微带线III(621)与谐振微带线IV(622)并联后，一端与第FG相位弥补传输微带线(623)的输入端相连，另一端与一分二功分器(5)的另一个输出端相连，所述第二相位弥补传输微带线(623)的输出端与与第二输出端口微带线(72)的输入端相连。
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