CN108682926B - 一种高选择性双通带功分滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高选择性双通带功分滤波器，包括下表面设有金属接地板的多边形介质基板，在所述多边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、第二输出端口馈线、第一输出耦合线和第二输出耦合线。所述第一输出端口馈线与所述第二输出端口馈线分别靠近所述多边形介质基板的两个垂直相邻的边，在所述第一输出端口馈线及第二输出端口馈线与输入端口馈线之间设有枝节加载型多模谐振器。在所述第一输出耦合线与第二输出耦合线之间设有隔离电阻。本发明公开的一种高选择性双通带功分滤波器，结构紧凑、损耗低、选择性高、隔离度好，具有良好的带外抑制性能。
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紧凑、损耗低、选择性高、隔离度好以及良好的带外抑制等多种特性的高选择性双通带功分滤波器。
背景技术
近年来，随着模块结构单元(Modular Building Block,MBB)和单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,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。通常，射频前端电路由不同器件构成，如滤波器，功分器等，而单独设计这些器件无疑增加了前端电路的物理尺寸，因此，设计同时具有功分和滤波特性的器件成为了减小电路尺寸的最有效办法。功分滤波器作为一种功能集成的无源元件，受到了学术研究者的广泛关注。
文献1[C.F.Chen,T.Y.Huang,T.M.Shen and R.B.Wu,"Design of MiniaturizedFiltering Power Dividers for System-in-a-Package,"IEEE Transactions onComponents,Packaging and Manufacturing Technology,vol.3,no.10,pp.1663-1672,Oct.2013]通过利用网式谐振器，实现了一种带有切比雪夫和准椭圆带通响应的威尔金森功分器，但是，为了改善高阶响应的带内隔离特性，该种功分滤波器需要多层的隔离电阻才能实现，加大了交叉耦合拓扑的实现难度。
文献2[X.Wang,J.Wang,G.Zhang,J.S.Hong and W.Wu,“Dual-widebandfiltering power divider with good isolation and high selectivity,”IEEEMicrow.Wireless Compon.Lett.,vol.27,no.12,pp.1071-1073,Dec.2017]提出了一种具有宽阻带性能的双通带功分滤波器，然而，其插损大、选择性差的问题限制了该功分滤波器的广泛应用。
文献3[S.S.Gao,S.Sun and S.Xiao,"A Novel Wideband Bandpass PowerDivider With Harmonic-Suppressed Ring Resonator,"IEEE Microwave and WirelessComponents Letters,vol.23,no.3,pp.119-121,March 2013]通过利用环形谐振器，设计了一款选择性高的宽带功分滤波器，但是其带内的隔离水平欠佳。
基于上述背景，我们结合多模谐振器的谐振机理，利用四分之一波长耦合线的场分布原理，实现功率分配和滤波功能的集成，同时，巧妙的设计隔离电阻的位置，实现了一种结构紧凑、损耗低、选择性高、隔离度好以及具有良好的带外抑制特性的高选择性双通带功分滤波器，该双通带功分滤波器非常适用于现代无线通信系统的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
本发明的目的在于提供一种高选择性双通带功分滤波器，同时具备结构紧凑、损耗低、选择性高、隔离度好以及良好的带外抑制特性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
2、本发明提出一种高选择性双通带功分滤波器，其特征在于：一种高选择性双通带功分滤波器，其特征在于：包括下表面设有金属接地板的多边形介质基板，在所述多边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、第二输出端口馈线和枝节加载型多模谐振器；所述输入端口馈线包括四分之一波长耦合线，所述第一输出端口馈线包括第一输出耦合线；所述第二输出端口馈线包括第二输出耦合线；所述第一输出端口馈线与所述第二输出端口馈线分别靠近所述多边形介质基板的两个垂直相邻的边，所述枝节加载型多模谐振器的一臂在所述第一输出耦合线和第二输出耦合线之间；另一臂在所述四分之一波长耦合线的上方并与其平行；在所述第一输出耦合线与第二输出耦合线之间设有隔离电阻。
如前所述的一种高选择性双通带功分滤波器，进一步地：
所述输入端口馈线包括50欧姆微带线导带和四分之一波长耦合线，所述50欧姆微带线导线的输入端位于矩形介质基板的一个长边，其输出端与四分之一波长耦合线的一端呈L型相连，所述四分之一波长耦合线的自由端指向矩形介质基板的一短边。
如前所述的一种高选择性双通带功分滤波器，进一步地：
所述第一输出端口馈线包括第一50欧姆微带线导带和第一耦合输出线，所述第一50欧姆微带线导带一端位于多边形介质基板的两相邻垂直边的长边，另一端与呈L型弯折的第一耦合输出线的短边端面相接，所述第一耦合输出线的L型长边与多边形介质基板的垂直相邻的长边平行，并指向多边形介质基板的短边。
如前所述的一种高选择性双通带功分滤波器，进一步地：
所述第二输出端口馈线包括第二50欧姆微带线导带和第二耦合输出线，所述第二50欧姆微带线导带一端位于多边形介质基板的两相邻垂直边的另一短边，另一端与呈I型的第二耦合输出线的一端面相接，所述第二耦合输出线与多边形介质基板的垂直相邻的长边平行，并指向多边形介质基板的短边。
如前所述的一种高选择性双通带功分滤波器，进一步地：
所述枝节加载型多模谐振器关于第一对称面枝节加载单元对称分布。所述枝节加载型多模谐振器在第一输出端口馈线和输入端口馈线之间。
如前所述的一种高选择性双通带功分滤波器，进一步地：
所述枝节加载型多模谐振器包括二分之一波长谐振器、第一对称面枝节加载单元和第二对称面枝节加载单元，所述第一对称面枝节加载单元加载于呈U型弯折的二分之一波长谐振器的中心，所述第二对称面枝节加载单元关于二分之一波长谐振器的中心对称，并于其相交。
如前所述的一种高选择性双通带功分滤波器，进一步地：所述多边形介质基板为厚度为0.508mm的长方体。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
(1)本发明的结构紧凑，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低。
(2)本发明利用枝节加载型多模谐振器的谐振机理和主传输线的电场分布特性，具有高选择性和双频带特性。
(3)本发明的结构中只用了一个枝节加载型多模谐振器，就实现了以往多个的功分滤波效果，简化了器件结构，降低了成本。
(4)本发明的功分滤波器利用耦合线之间接隔离电阻，隔离度好，适用于现代无线通信系统。
附图说明
图1是本发明一种高选择性双通带功分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的两个输出端口的匹配特性和隔离特性S参数仿真图。
图例：1-输入端口馈线；2-第一输出端口馈线；3-第二输出端口馈线；4-枝节加载型多模谐振器；7-隔离电阻；8-金属接地板；9-多边形介质基板；
11-50欧姆微带线导带；12-四分之一波长耦合线；
21-第一50欧姆微带线导带；22-第一耦合输出线；
31-第二50欧姆微带线导带；32-第二耦合输出线；
41-二分之一波长谐振器；42-第一对称面枝节加载单元；43-第二对称面枝节加载单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、图2所示，本发明一种高选择性双通带功分滤波器，包括下表面设有金属接地板8的多边形介质基板9，在所述多边形介质基板9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，所述第一输出端口馈线2与所述第二输出端口馈线3分别靠近所述多边形介质基板9的两个垂直相邻的边，在所述第一输出端口馈线2与输入端口馈线1之间设有枝节加载型多模谐振器4。在所述第一耦合输出线22与第二耦合输出线32之间设有隔离电阻7。
所述多边形介质基板9为厚度为0.508mm的长方体。
所述输入端口馈线1包括50欧姆微带线导带11，四分之一波长耦合线12，所述50欧姆微带线导线11的输入端位于矩形介质基板9的一个长边，其输出端与四分之一波长耦合线12的一端呈L型相连，所述四分之一波长耦合线12的自由端指向矩形介质基板9的一短边。
所述第一输出端口馈线2包括第一50欧姆微带线导带21和第一耦合输出线22，所述第一50欧姆微带线导带21一端位于多边形介质基板9的两相邻垂直边的长边，另一端与呈L型弯折的第一耦合输出线22的短边端面相接，所述第一耦合输出线22的L型长边与多边形介质基板9的垂直相邻的长边平行，并指向多边形介质基板9的短边。
所述第二输出端口馈线3包括第二50欧姆微带线导带31和第二耦合输出线32，所述第二50欧姆微带线导带31一端位于多边形介质基板9的两相邻垂直边的另一短边，另一端与呈I型的第二耦合输出线32的一端面相接，所述第二耦合输出线32与多边形介质基板9的垂直相邻的长边平行，并指向多边形介质基板9的短边。
所述枝节加载型多模谐振器4关于第一对称面枝节加载单元42对称分布。所述枝节加载型多模谐振器4在第一输出端口馈线2和输入端口馈线1之间。
所述枝节加载型多模谐振器4包括二分之一波长谐振器41、第一对称面枝节加载单元42和第二对称面枝节加载单元43，所述第一对称面枝节加载单元42加载于呈U型弯折的二分之一波长谐振器41的中心，所述第二对称面枝节加载单元43关于二分之一波长谐振器41的中心对称，并于其相交。
所述隔离电阻7通过小三角形贴片连接于第一输出耦合线22与第二输出耦合线32之间。
下面结合附图叙述本发明的原理。本发明所述的一种高选择性双通带功分滤波器中，枝节加载型多模谐振器4的二分之一波长谐振器41的长度和宽度决定了通带的位置，调节对称面枝节加载单元42、43的长度和宽度可以改变通带的带宽以及平坦度，四分之一波长耦合线12和二分之一波长谐振器41之间的耦合间距以及耦合输出线22、32分别与二分之一波长谐振器41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；此外，隔离电阻7对两输出端口的隔离度影响较大，调节隔离电阻阻值的大小，可获得最佳隔离度。
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，利用枝节加载型多模谐振器和四分之一波长耦合线场分布特性，获得良好的功率分配特性和滤波特性，通过巧妙的在谐振器之间接隔离电阻，获得了良好的端口隔离特性。由于本发明的双通带功分滤波器选择性高、插入损耗小、带外抑制性能好，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
一种高选择性双通带功分滤波器的结构如图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9的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图3，功分滤波器的各尺寸参数如下：L11＝16.0mm,L11＝2.4mm,L2＝18.5mm,L3＝12mm,L4＝2mm,L5＝1.1mm,Lf＝1.5mm,W＝0.5mm,g1＝0.1mm,g2＝0.2mm and R＝190Ω。
本实例功分滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13.0中建模仿真的。图4是本实例中功分滤波器的S参数仿真及实物波形图并附有加工实物，从图中可以看出，该双通带功分滤波器的通带中心频率分别为2.41GHz和3.63GHz，相对带宽分别为16.6％和13.2％，通带内回波损耗低于16.3dB和15dB，最小插入损耗为0.8dB和1.0dB。通带外两个传输零点使得该实例功分滤波器具有很好的频率选择性和二次谐波抑制性。
图5是本实例中功分滤波器的两个功率输出端口匹配特性和隔离特性的S参数仿真和实物测试图，其中，1为输入端口馈线；2为第一输出端口馈线；3为第二输出端口馈线，与之前的附图一一对应。从图中可以看出，该实例功分滤波器双通带内的输出端口回波损耗分别低于16.3dB和15.0dB，隔离度分别好于17.6dB和19.1dB。
综上所述，本发明一种高选择性双通带功分滤波器，结合枝节加载型多模谐振器和四分之一波长耦合线的场分布特性，利用输出耦合线间接隔离电阻，实现了一种结构紧凑、损耗低、选择性高、隔离度好、具有较好带外抑制性能的双通带功分滤波器，该功分滤波器非常适用于现代无线通信系统。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高选择性双通带功分滤波器，其特征在于：包括下表面设有金属接地板(8)的多边形介质基板(9)，在所述多边形介质基板(9)的上表面设有输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)和枝节加载型多模谐振器(4)；所述输入端口馈线(1)包括四分之一波长耦合线(12)，所述第一输出端口馈线(2)包括第一输出耦合线(22)；所述第二输出端口馈线(3)包括第二输出耦合线(32)；所述第一输出端口馈线(2)与所述第二输出端口馈线(3)分别靠近所述多边形介质基板(9)的两个垂直相邻的边，所述枝节加载型多模谐振器(4)的一臂在所述第一输出耦合线(22)和第二输出耦合线(32)之间；另一臂在所述四分之一波长耦合线(12)的上方并与其平行；在所述第一输出耦合线(22)与第二输出耦合线(32)之间设有隔离电阻(7)。
2.根据权利要求1所述的一种高选择性双通带功分滤波器，其特征在于：
所述输入端口馈线(1)包括50欧姆微带线导带(11)和四分之一波长耦合线(12)，所述50欧姆微带线导线(11)的输入端位于矩形介质基板(9)的一个长边，其输出端与四分之一波长耦合线(12)的一端呈L型相连，所述四分之一波长耦合线(12)的自由端指向矩形介质基板(9)的一短边。
3.根据权利要求1所述的一种高选择性双通带功分滤波器，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)和第一输出耦合线(22)，所述第一50欧姆微带线导带(21)一端位于多边形介质基板(9)的两相邻垂直边的长边，另一端与呈L型弯折的第一输出耦合线(22)的短边端面相接，所述第一输出耦合线(22)的L型长边与多边形介质基板(9)的垂直相邻的长边平行，并指向多边形介质基板(9)的短边。
4.根据权利要求1所述的一种高选择性双通带功分滤波器，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)和第二输出耦合线(32)，所述第二50欧姆微带线导带(31)一端位于多边形介质基板(9)的两相邻垂直边的另一短边，另一端与呈I型的第二输出耦合线(32)的一端面相接，所述第二输出耦合线(32)与多边形介质基板(9)的垂直相邻的长边平行，并指向多边形介质基板(9)的短边。
5.根据权利要求1所述的一种高选择性双通带功分滤波器，其特征在于：
所述枝节加载型多模谐振器(4)关于第一对称面枝节加载单元(42)对称分布；所述枝节加载型多模谐振器(4)在第一输出端口馈线(2)和输入端口馈线(1)之间。
6.根据权利要求5所述的一种高选择性双通带功分滤波器，其特征在于：
所述枝节加载型多模谐振器(4)包括二分之一波长谐振器(41)、第一对称面枝节加载单元(42)和第二对称面枝节加载单元(43)，所述第一对称面枝节加载单元(42)加载于呈U型弯折的二分之一波长谐振器(41)的中心，所述第二对称面枝节加载单元(43)关于二分之一波长谐振器(41)的中心对称，并与其相交。
7.根据权利要求1所述的双通带功分滤波器，其特征在于：
所述多边形介质基板(9)为厚度为0.508mm的长方体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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