CN107395224A - 具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，所述信号发射装置包括所述信号发射装置包括滤波器、压控振荡器及发射天线，所述滤波器包括设置于介质板表面的两个信号传输端，所述压控振荡器输出端与所述滤波器的一个信号传输端连接，所述滤波器的另外一个输出端与所述发射天线连接。本发明信号发射装置能够实现相对带宽大且对通带信号具有高选择性，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰。

Description

具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置。
背景技术
信号发射装置在发射信号时，为了确保信号传输不受干扰，通常需要通过滤波器对信号进行过滤。具体地说，滤波器作为射频前端的一种很重要器件，可以滤除带外噪声，提高电路系统的灵敏度。微带滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路系统的性能指标有很大的影响。一般而言，滤波器的相对带宽及对通带信号具有高选择性是重要影响指标，而现有的滤波器的相对带宽且对通带信号具有高选择性相对较差，导致影响整个通信系统的性能。因此，需要一种具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，旨在解决现有技术中的信号发射装置的相对带宽低且带通信号选择性较差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，所述信号发射装置包括滤波器、压控振荡器及发射天线，所述滤波器包括设置于介质板表面的两个信号传输端，所述压控振荡器输出端与所述滤波器的一个信号传输端连接，所述滤波器的另外一个输出端与所述发射天线连接，其中：
所述滤波器还包括设置在介质板表面的两根第一微带线、两根第二微带线、两根第三微带线、两根第四微带线、两根第五微带线、两根第六微带线、两根第七微带线及两个信号传输端，所述宽带带通滤波器关于第一中心轴线左右对称，所述宽带带通滤波器关于第二中心轴线上下对称，所述第一中心轴线为所述宽带带通滤波器的上下两条横向边框的中点的连线，所述第二中心轴线为所述宽带带通滤波器的左右两条纵向边框的中点的连线；
所述两根第一微带线、两根第二微带线、两根第三微带线、两根第四微带线、两根第五微带线及两个信号传输端均与所述第一中心轴线平行，所述两根第六微带线及两根第七微带线均与所述第二中心轴线平行；
每根第一微带线的一端与一根信号输出端连接，每根第一微带线的另一端与一根第二微带线的一端及一根第三微带线的一端连接，每根第四微带线设置于一根第二微带线及一根第三微带线之间形成的空隙中，每根第四微带线的一端与一根第五微带线的一端连接，该第五微带线的另一端与另一根第五微带线的一端连接，每根第六微带线一端垂直连接于两根第五微带线的连接位置，每跟第六微带线的另一端与一根第七微带线的一端连接；及
每根第二微带线与一根第三微带线及一根第四微带线形成三枝节耦合结构，每根第六微带线及一根第七微带线形成双枝节匹配开路负载。
优选的，所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器包括两个双枝节匹配开路负载及两个三枝节耦合结构。
优选的，所述两个信号传输端分别用于信号的输入和信号的输出，其中，一个信号传输端作为信号输入端，另外一个信号传输端作为信号输出端。
优选的，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线及信号传输端均为条形结构的金属铜片。
优选的，所述第一微带线的长度为10mm、宽度为1.66mm，所述第二微带线及第三微带线的长度均为14.5mm、宽度均为0.21mm，所述第四微带线的长度为14.5mm、宽度为0.12mm，所述第四微带线至第二微带线之间的最短距离为0.18mm，第四微带线至第三微带线之间的最短距离为0.18mm，所述第五微带线的长度为11.5mm、宽度为2.88mm，第六微带线的长度为L4＝12.9mm、宽度为0.38mm，第七微带线的长度为10.8mm、宽度为2.78mm，所述信号传输端的长度为10mm、宽度为1.66mm。
优选的，每个第一微带线的阻抗为50Ω，每个二、三、四微带线共同构成一个三枝节耦合结构，每个三枝节耦合结构的奇模特性阻抗为10Ω、偶模特性阻抗为8Ω、电长度为90度，每个第五微带线的阻抗为11Ω，每个第六微带线的阻抗为10Ω，每个第七微带线的阻抗为12Ω。
优选的，所述具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置上还设置有电源、电压调节模块及稳压模块，所述电压调节模块与稳压模块及压控振荡器连接，所述电源与电压调节模块及稳压模块电连接。
相较于现有技术，本发明所述具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置通过设计成两个双枝节匹配开路负载和两个三枝节耦合结构，可以在原本的微带线具有滤波性能的基础上，实现相对带宽大且对通带信号具有高选择性，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰，使得发射的信号更清晰，噪声更少。
附图说明
图1是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置的结构示意图。
图2是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置中压控振荡器的优选实施例的结构示意图。
图3是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置中滤波器优选实施例的结构示意图。
图4是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置中滤波器优选实施例的电路原理图。
图5是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置通过电磁仿真软件仿真的S参数结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释，本发明并不局限于以下实施例。
参考图1所示，图1是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置的结构示意图。在本实施例中，本发明所述具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置1包括滤波器10、压控振荡器20及发射天线30，所述压控振荡器20的输出端与所述滤波器10的输入端连接，所述滤波器10的输出端与所述发射天线的输入端连接。
所述具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置1用于产生信号(例如，通信信号)并通过发射天线30发射至空中。在本实施例中，所述发射天线30为八木发射天线，其中发射天线30的发射频率均在340至570MHz之间。
参考图2所示，图2是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置中压控振荡器的优选实施例的结构示意图。
所述具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置1还设置电源204、电压调节模块202及稳压模块203。所述电压调节模块202与稳压模块203及压控振荡器20连接。所述电源204与电压调节模块202及稳压模块203电连接。所述电源204用于为压控振荡器20提供电能。所述电压调节模块202用于通过电压调节以控制压控振荡器20产生不同频率的信号。所述稳压模块203用于将电源204的电压调节并稳压以防止电源204的电压波动而影响所述电压调节模块202。在本实施例中，所述电压调节模块202可以是，但不限于，电位器或滑动变阻器。所述稳压模块203为稳压器。需要说明的是，图2中电源204与压控振荡器20之间的连接导线并不会和电压调节模块202与稳压模块203之间的连接导线形成十字的通路，而只是为了图2的显示便利。
参考图3至4所示，图3是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置中滤波器优选实施例的结构示意图；图4是本发明具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置中滤波器优选实施例的电路原理图。
在本实施例中，所述滤波器10包括设置在介质板100表面的两根第一微带线101、两根第二微带线102、两根第三微带线103、两根第四微带线104、两根第五微带线105、两根第六微带线106、两根第七微带线107及两个信号传输端P1。
所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器1关于第一中心轴线(图1中的ab线)左右对称，并关于第二中心轴线(图1中的cd线)上下对称，所述第一中心轴线为所述宽带带通滤波器1的上下两条横向边框的中点的连线(即图1中的线a-b)，所述第二中心轴线为所述宽带带通滤波器1的左右两条纵向边框的中点的连线(即图1中的线c-d)，第一中心轴线与第二中心轴线相互垂直。
进一步地，所述两根第一微带线101、两根第二微带线102、两根第三微带线103、两根第四微带线104、两根第五微带线105及两个信号传输端P1均与所述上下两条横向边框平行，所述两根第六微带线106及两根第七微带线107均与所述宽带带通滤波器1的左右两条竖直边框平行。
需要说明的是，所述第一中心轴线及第二中心轴线在所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器1并不是金属构成的部件，而是为了生产或设计的时候，方便用户将所述宽带带通滤波器1上的元件(例如，两根第一微带线101、两根第二微带线102、两根第三微带线103、两根第四微带线104、两根第五微带线105、两根第六微带线106、两根第七微带线107及两个信号传输端P1)关于第一中心轴线左右对称并关于第二中心轴线上下对称。当所述宽带带通滤波器1工作时，所述中心轴线并不会参与信号过滤等任何操作。在本实施例中，所述第一中心轴线及第二中心轴线是为了方便描述宽带带通滤波器1的左右及上下对称结构。
每根第一微带线101的一端与一根信号输出端P1连接，每根第一微带线101的另一端与一根第二微带线102的一端及一根第三微带线103的一端连接，其中，第二微带线102及第三微带线103之间设置有空隙，每根第四微带线104设置于一根第二微带线102及一根第三微带线103之间形成的空隙中，该第四微带线104的一端与一根第五微带线105的一端连接，该第五微带线105的另一端与另一根第五微带线105的一端连接，每根第六微带线106一端垂直连接于两根第五微带线105的连接位置，每跟第六微带线106的另一端与一根第七微带线107的一端连接。其中，每根第二微带线102与一根第三微带线103及一根第四微带线104形成三枝节耦合结构30，每根第六微带线106及一根第七微带线107形成双枝节匹配开路负载32。从图1及图2可以看出，所述宽带带通滤波器1包括两个双枝节匹配开路负载32及两个三枝节耦合结构30。
所述介质板100为一种PCB板，具体的板材类型为Roger RO4350B，其中相对介电常数3.66，板厚为0.762mm。
在本实施例中，第一微带线101、第二微带线102、第三微带线103、第四微带线104、第五微带线105、第六微带线106、第七微带线107及信号传输端P1均为条形结构的金属铜片。本发明所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器相对于现有带通滤波器，通过改变微带线的长度和宽度，可以使本发明所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器1在工作频段内达到很好的匹配效果。
本实施例中，所述宽带带通滤波器1的工作频带在1.99GHz-4.72GHz内，通过具体的实施例来说明设置在介质板100表面的第一微带线101、第二微带线102、第三微带线103、第四微带线104、第五微带线105、第六微带线106、第七微带线107及信号传输端P1的长度和宽度。
具体而言，如图3所示：
第一微带线101的长度为L＝10mm，第一微带线101的宽度为W＝1.66mm。
第二微带线102及第三微带线103的长度相同，均为L1＝14.5mm，第二微带线102及第三微带线的宽度相同，均为W1＝0.21mm。
第四微带线104的长度为L1＝14.5mm，第四微带线的宽度为W2＝0.12mm，第四微带线104至第二微带线102之间的最短距离为S1＝0.18mm，第四微带线104至第三微带线103之间的最短距离为S1＝0.18mm。
第五微带线105的长度为L3＝11.5mm，第五微带线105的宽度为W3＝2.88mm。
第六微带线106的长度为L4＝12.9mm，第六微带线106的宽度为W4＝0.38mm。
第七微带线107的长度为L5＝10.8mm，第七微带线107的宽度为W5＝2.78mm。
信号传输端P1的长度为L0＝10mm，信号传输端P1的宽度为W0＝1.66mm。
需要说明的是，设置在PCB板上的金属铜片厚度一般为um级，因此本发明并不对第一微带线101、第二微带线102、第三微带线103、第四微带线104、第五微带线105、第六微带线106、第七微带线107及信号传输端P1的长度和宽度的金属铜片厚度加以限制，并不影响本发明所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器的特性。此外，两个信号传输端P1分别用于信号的输入和信号的输出，其中，一个信号传输端P1作为信号输入端，另外一个信号传输端P1作为信号输出端。进一步地，信号输入端可以是图3中左边的信号传输端P1，也可以是右边的信号传输端P1；信号输出端可以是图3中左边的信号传输端P1，也可以是右边的信号传输端P1。例如，若图3中左边的信号传输端P1作为信号输入端，则图3中右边的信号传输端P1作为信号输出端，信号从左边的信号传输端P1进入，从右边的信号传输端P1输出。若图3中左边的信号传输端P1作为信号输出端，则图3中右边的信号传输端P1作为信号输入端，信号从右边的信号传输端P1进入，从左边的信号传输端P1输出。
在本实施例中，每个第一微带线的阻抗为50Ω，每个二、三、四微带线共同构成一个三枝节耦合结构，每个三枝节耦合结构的奇模特性阻抗为10Ω、偶模特性阻抗为8Ω、电长度为90度，每个第五微带线的阻抗为11Ω，每个第六微带线的阻抗为10Ω，每个第七微带线的阻抗为12Ω。
本发明所述的加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器通过设计成两个双枝节匹配开路负载32和两个三枝节耦合结构30，可以实现在特定工作频带内，使得原本的微带线具有滤波性能，对通带信号具有高选择性，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰。
参考图5所示，图5是本发明加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器通过电磁仿真软件仿真的S参数结果示意图。
从图5可以看出，所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器1在工作频带1.99GHz-4.72GHz(图5中|S11|曲线纵坐标-10dB对应的频率范围)，有81.37％[(4.72-1.99)/(0.5*(4.72+1.99))]的相对带宽，也就是说，采用本发明的结构会有更宽的相对带宽。同时，在工作频带的频率为1.28GHz时，反射系数(即图5中的曲线|S11|)可以达到-67dB，在工作频带的频率为6.5GHz时，传输系数(即图5中的曲线|S21|)为-95dB，从图3中可以看出，所述宽带带通滤波器1的通带信号具有高选择性。由此可知，本发明的加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器能够对通带信号具有高选择性，及更宽的相对带宽，引入更少噪声，避免对射频前端造成干扰，使得发射的信号更清晰，噪声更少。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，所述信号发射装置包括滤波器、压控振荡器及发射天线，所述滤波器包括设置于介质板表面的两个信号传输端，所述压控振荡器输出端与所述滤波器的一个信号传输端连接，所述滤波器的另外一个输出端与所述发射天线连接，其中：
所述滤波器还包括设置在介质板表面的两根第一微带线、两根第二微带线、两根第三微带线、两根第四微带线、两根第五微带线、两根第六微带线、两根第七微带线及两个信号传输端，所述宽带带通滤波器关于第一中心轴线左右对称，所述宽带带通滤波器关于第二中心轴线上下对称，所述第一中心轴线为所述宽带带通滤波器的上下两条横向边框的中点的连线，所述第二中心轴线为所述宽带带通滤波器的左右两条纵向边框的中点的连线；
所述两根第一微带线、两根第二微带线、两根第三微带线、两根第四微带线、两根第五微带线及两个信号传输端均与所述第一中心轴线平行，所述两根第六微带线及两根第七微带线均与所述第二中心轴线平行；
每根第一微带线的一端与一根信号输出端连接，每根第一微带线的另一端与一根第二微带线的一端及一根第三微带线的一端连接，每根第四微带线设置于一根第二微带线及一根第三微带线之间形成的空隙中，每根第四微带线的一端与一根第五微带线的一端连接，该第五微带线的另一端与另一根第五微带线的一端连接，每根第六微带线一端垂直连接于两根第五微带线的连接位置，每跟第六微带线的另一端与一根第七微带线的一端连接；及
每根第二微带线与一根第三微带线及一根第四微带线形成三枝节耦合结构，每根第六微带线及一根第七微带线形成双枝节匹配开路负载。
2.根据权利要求1所述的具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，所述加载三枝节耦合微带线的宽带带通滤波器包括两个双枝节匹配开路负载及两个三枝节耦合结构。
3.根据权利要求1所述的具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，所述两个信号传输端分别用于信号的输入和信号的输出，其中，一个信号传输端作为信号输入端，另外一个信号传输端作为信号输出端。
4.根据权利要求1所述的具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线及信号传输端均为条形结构的金属铜片。
5.根据权利要求1所述的具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，所述第一微带线的长度为10mm、宽度为1.66mm，所述第二微带线及第三微带线的长度均为14.5mm、宽度均为0.21mm，所述第四微带线的长度为14.5mm、宽度为0.12mm，所述第四微带线至第二微带线之间的最短距离为0.18mm，第四微带线至第三微带线之间的最短距离为0.18mm，所述第五微带线的长度为11.5mm、宽度为2.88mm，第六微带线的长度为L4＝12.9mm、宽度为0.38mm，第七微带线的长度为10.8mm、宽度为2.78mm，所述信号传输端的长度为10mm、宽度为1.66mm。
6.根据权利要求1所述的具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，每个第一微带线的阻抗为50Ω，每个二、三、四微带线共同构成一个三枝节耦合结构，每个三枝节耦合结构的奇模特性阻抗为10Ω、偶模特性阻抗为8Ω、电长度为90度，每个第五微带线的阻抗为11Ω，每个第六微带线的阻抗为10Ω，每个第七微带线的阻抗为12Ω。
7.根据权利要求1所述的具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置，其特征在于，所述具有加载三枝节耦合微带线结构的信号发射装置上还设置有电源、电压调节模块及稳压模块，所述电压调节模块与稳压模块及压控振荡器连接，所述电源与电压调节模块及稳压模块电连接。
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