CN109244616A - 基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，包括贴覆于矩形介质基板(1)下表面的金属地板(2)和贴覆于介质基板(1)上表面的输入端馈线(3)、第一个E型谐振器(4)、第二个E型谐振器(5)、第一个输出端馈线(6)、第二个输出端馈线(7)和隔离电阻(8)；第一个E型谐振器(4)位于输入端馈线(3)与第一个输出端馈线(6)之间，第二个E型谐振器(5)位于输入端馈线(3)与第二个输出端馈线(7)之间，第一个E型谐振器(4)与第二个E型谐振器(5)之间通过隔离电阻(8)连接。本发明的滤波功分器结构简单，同时在两个频带内实现了不等分功率分配。

Description

基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信射频技术领域的一种基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器。本发明可用于在无线通信系统中的射频前端进行功率分配及滤波。

背景技术

滤波功分器是将无线通信系统中必不可少的滤波器和功分器进行集成设计的结果。滤波功分器具有功分器的功率分配功能，可以实现将一路信号分成两路或多路信号，同时，也具有良好的频率选择性，可以从众多信号中选择出所需要的频率的信号，使其顺利传输，抑制不需要的频率的信号。将滤波器和功分器集成设计可大大减小射频前端电路的结构尺寸并改善通带的插入损耗。目前，在很多场合会要求滤波功分器在两个频带内实现不等分功率分配的功能，双频不等分滤波功分器应用而生。

北京遥测技术研究所在其申请的专利文献“一种平面不等功分波导H-T功分网络”(申请号201310304652.X申请日2013.07.18公布号CN 103414001 A公布日2013.11.27)中提出一种平面不等功分波导H-T功分器。该波导功分器包括波导输入臂、第一波导输出臂、第二波导输出臂、功率分配膜片、阻抗相位调节块和阻抗调谐膜片。该功分器在H-T波导中引入阻抗相位调节块、功率分配膜片和阻抗调谐膜片，使得功分器的两个输出臂具有相等臂长，结构简单，加工成本低。但是，该功分器仍然存在的不足之处是，由于阻抗匹配对频率变化不敏感，不具有良好的频率选择性，而且不适用于微带结构实现不等分功率分配的需求。

电子科技大学在其申请的专利文献“一种双频段电调滤波型功分器”(申请号201510579668.0，申请日2015.09.12，公布号CN 105140612 A,公布日2015.12.09)中提出了一种双频电调滤波功分器。该滤波功分器采用在功分器内部集成滤波器的方式，实现了滤波特性。该滤波功分器将一分二的Wilkinson型功分器的四分之一波长结构替换为双频滤波结构，并由一直线型50欧姆微带线构成输入端，两条弯折50欧姆微带线构成输出端，使得该滤波功分器在两个频段内集成了滤波功能。但是，该滤波功分器仍然存在的不足之处是，该滤波功分器的两个通路具有相同的阻抗变换，只能实现等功率分配，无法满足射频前端中不等分功率分配的工作要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器。

实现本发明目的的思路是，用具有双频滤波特性的E型谐振器替代传统一分二的Wilkinson型功分器中的波长传输结构，使得功分器具有双频滤波的功能，并利用控制耦合微带线的耦合强度来控制两个通路的输入阻抗，实现了滤波功分器的不等分功率分配。由此，滤波功分器能够在两个频段内实现不等分功率分配。

本发明包括贴覆于矩形介质基板下表面的金属地板和贴覆于介质基板上表面的输入端馈线、第一个E型谐振器、第二个E型谐振器、第一个输出端馈线、第二个输出端馈线、隔离电阻。所述输入端馈线位于介质基板的BB’边上，第一个输出端馈线与第二个输出端馈线分别位于介质基板的AA’边上。两个形状和结构相同的第一个E型谐振器与第二个E型谐振器、两个形状和结构相同的第一个输出端馈线与第二个输出端馈线分别关于介质基板的长边中线对称布置。所述第一个E型谐振器位于输入端馈线与第一个输出端馈线之间，第二个E型谐振器位于输入端馈线与第二个输出端馈线之间，所述第一个E型谐振器与第二个E型谐振器之间通过隔离电阻连接。两个E型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于E型谐振器的臂长。所述第一个E型谐振器和第二个E型谐振器分别与输入端馈线耦合，所述第一个输出端馈线与第一个E型谐振器耦合，第二个输出端馈电线与第二个E型谐振器耦合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

第一，由于本发明的两个E型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于E型谐振器的臂长，由此使其两个模式工作在两个频段内，具有了双频滤波特性，克服了现有技术中不等分功分器不具有良好的频率选择性的问题，使得本发明具有在实现不等分功率分配的同时也实现了良好的频率选择性的优点。

第二，由于在本发明的结构中第一个E型谐振器和第二个E型谐振器分别与输入端馈线耦合，第一个输出端馈线与第一个E型谐振器耦合，第二个输出端馈电线与第二个E型谐振器耦合，通过控制耦合强度使得两个通路具有不同的输入阻抗，由此滤波功分器能够在两个频段内实现不等分功率分配，克服了现有技术中微带双频滤波功分器只能实现等功率分配的问题，使得本发明具有能在两个频带内同时实现不等分功率分配的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的结构尺寸示意图；

图4是本发明的仿真和实测图。

具体实现方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参照附图1，对本发明的整体结构做进一步的详细描述。

本发明包括贴覆于矩形介质基板1下表面的金属地板2和贴覆于介质基板1上表面的输入端馈线3、第一个E型谐振器4、第二个E型谐振器5、第一个输出端馈线6、第二个输出端馈线7、隔离电阻8。所述输入端馈线3位于介质基板1的BB’边上，第一个输出端馈线6与第二个输出端馈线7分别位于介质基板1的AA’边上。两个形状和结构相同的第一个E型谐振器4与第二个E型谐振器5、两个形状和结构相同的第一个输出端馈线6与第二个输出端馈线7分别关于介质基板1的长边中线对称布置。所述第一个E型谐振器4位于输入端馈线3与第一个输出端馈线6之间，第二个E型谐振器5位于输入端馈线3与第二个输出端馈线7之间，所述第一个E型谐振器4与第二个E型谐振器5之间通过隔离电阻8连接。两个E型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于E型谐振器的臂长。所述第一个E型谐振器4和第二个E型谐振器5分别与输入端馈线3耦合，所述第一个输出端馈线6与第一个E型谐振器4耦合，第二个输出端馈电线7与第二个E型谐振器5耦合。

参照附图2，第一个E型谐振器4包括第一个波长谐振器41和加载于第一个波长谐振器41中心的第一个对称面枝节加载单元42，呈“E”字形，整体关于第一个对称面枝节加载单元42的短边中线所在的直线呈轴对称分布。所述第二个E型谐振器包括第二个波长谐振器51和加载于第二个波长谐振器中心的第二个对称面枝节加载单元52，呈“E”字形，整体关于第二个对称面枝节加载单元52的短边中线所在的直线呈轴对称分布。所述第一个波长谐振器41的长度等于低频段中心频率对应的波长，第一个对称面枝节加载单元42的长度与第一个E型谐振器4的臂长之和等于高频段中心频率对应的波长。所述第二个波长谐振器51的长度等于低频段中心频率对应的波长，第二个对称面枝节加载单元52的长度与第二个E型谐振器5的臂长之和等于高频段中心频率对应的波长。所述输入端馈线3包括输入端50欧姆微带线导带31、第一个波长传输线32和第二个波长传输线33呈“E”字形。所述第一个波长传输线32和第二个波长传输线33均为L形折线段，输入端50欧姆微带线导带31为直线段，所述第一个波长传输线32的第一个臂与第二个波长传输线33的第一个臂相连并与第二个波长传输线33的第一个臂处于同一直线。输入端50欧姆微带线导带31同时与第一个波长传输线32的第一个臂和第二个波长传输线33的第一个臂相连并与第一个波长传输线32的第一臂相垂直。所述第一个波长传输线32的第二臂的终端通过金属化过孔与金属地板相连，所述第二个波长传输线33的第二臂的终端也通过金属化过孔与金属地板相连。所述的第一个输出端馈线6包括第一个输出端50欧姆微带线导带61和第一个输出端耦合馈线62呈“L”形。所述第一个输出端50欧姆微带线导带61的输出端置于介质基板1的AA’边上，第一个输出端50欧姆微带线导带61的输入端与第一个输出端耦合馈线62的末端相连，所述第一个输出端耦合馈线62与第一个E型谐振器4的输出臂平行耦合。所述的第二个输出端馈线7包括第二个输出端50欧姆微带线导带71和第二个输出端耦合馈线72，所述第二个输出端50欧姆微带线导带71的输出端置于介质基板1的AA’边上，第二个输出端50欧姆微带线导带71的输入端与第二个输出端耦合馈线72的末端相连，所述第二个输出端耦合馈线72与第二个E型谐振器5的输出臂平行耦合。

所述第一个波长传输线32、第一个E型谐振器4、第一个输出端馈线6构成滤波功分器的第一个通路，所述第二个波长传输线33、第二个E型谐振器5、第二个输出端馈线7构成滤波功分器的第二个通路。所述第一个波长传输线32的第一臂与第一个E型谐振器4的输入臂的耦合间距、第一个输出端耦合馈线62与第一个E型谐振器4的输出臂的耦合间距与第一个通路的输入阻抗有关，第二个波长传输线33的第一臂与第二个E型谐振器5的输入臂的耦合间距、第二个输出端耦合馈线63与第二个E型谐振器5的输出臂的耦合间距与第二个通路的输入阻抗有关。

所述第一个波长传输线32和第二个波长传输线33、第一个E型谐振器4和第二个E型谐振器5、第一个输出端馈线6和第二个输出端馈线7两两结构相同。所述第一个波长传输线32的第一个臂的末端、第一个E型谐振器4的输入臂的末端、第一个E型谐振器4的输出臂的末端、第一个输出端耦合馈线62的末端处于矩形介质基板1的同一高线上；所述第二个波长传输线33的第一个臂的末端、第二个E型谐振器5的输入臂的末端、第二个E型谐振器5的输出臂的末端、第二个输出端耦合馈线72的末端位于矩形介质基板1的同一高线上。

参照附图3，对本发明各部件的结构尺寸作进一步说明。本发明所采用的介质基板1的相对介电常数为2.65，厚度为0.8mm，损耗角正切为0.002。输入端50欧姆微带线导带31、第一个输出端50欧姆微带线导带61和第二个输出端50欧姆微带线导带71的特性阻抗均为50欧姆，宽度均为2.2mm。本发明的输入端馈线3、第一个E型谐振器4、第二个E型谐振器5、第一个输出端馈线6、第二个输出端馈线7的尺寸及相互位置关系如下：L₁＝14.8mm,L₂＝7.5mm,L₂’＝7.5mm,W₂＝2.0mm,L₃＝9.4mm,L₃’＝8.9mm,W₁＝1.0mm,L₄＝3.0mm,L₅＝2.0mm,L₆＝2.5mm,S₁＝0.72mm,S₂＝0.33mm,S₃＝0.82mm,S₄＝0.48mm。隔离电阻为180欧姆，双频不等分滤波功分器的整体面积为33.0×24.4mm，对应的导波长尺寸为0.56λ_g×0.41λ_g，其中，λ_g为第一个通带中心频率对应的导波波长。

下面结合仿真实验对本发明的有益效果作进一步说明：

本发明的仿真实验是在计算机上，利用商业仿真软件HFSS15.0，对本发明的S₁₁、S₂₁、S₃₁和S₂₃参数随频率的变化进行了仿真。为验证仿真效果，利用Anritsu MS46322A矢量网络分析仪对本发明的双频不等分滤波功分器的S₁₁、S₂₁、S₃₁和S₂₃参数随频率的变化进行了实物测量。将仿真得到的S₁₁的模值|S₁₁|和S₂₃的模值|S₂₃|的随频率变化曲线和实测得到的S₁₁的模值|S₁₁|和S₂₃的模值|S₂₃|参数的随频率变化曲线绘制成图4(a)所示的四条曲线。图4(a)中的横坐标表示频率，单位是GHz，纵坐标表示仿真和实测的参数，单位是dB。在图4(a)中以实线标示的曲线表示|S₁₁|随频率变化的仿真结果曲线，以带方格的实线标示的曲线表示|S₂₃|随频率变化的仿真结果曲线，以虚线标示的曲线表示|S₁₁|随频率变化的实测结果曲线，以带圆圈的虚线标示的曲线表示|S₂₃|随频率变化的实测结果曲线。将仿真得到的S₂₁的模值|S₂₁|和S₃₁的模值|S₃₁|随频率变化的曲线和实测得到的S₂₁的模值|S₂₁|和S₃₁的模值|S₃₁|随频率变化的曲线绘制成如图4(b)所示的四条曲线。图4(b)中，横坐标表示频率，单位是GHz，纵坐标表示仿真和实测的参数，单位是dB。在图4(b)中以带方格的实线标示的曲线表示|S₂₁|随频率变化的仿真结果曲线，以实线标示的曲线表示|S₃₁|随频率变化的仿真结果曲线，以虚线标示的曲线表示|S₃₁|随频率变化的实测结果曲线，以带圆圈的虚线标示的曲线表示|S₂₁|随频率变化的实测结果曲线。

从图4(a)可以看到，该滤波功分器可以在3.57GHz和4.96GHz两个频段进行工作，而且在两个工作频带内的|S₁₁|均小于-15dB。说明本发明可以在3.57GHz和4.96GHz两个频段内工作。

从图4(b)可以看到，在低频段的中心频率处，|S₂₁|和|S₃₁|的测量值分别为5.94dB和3.3dB，在高频段的中心频率处，|S₂₁|和|S₃₁|的测量值分别为5.6dB和3.2dB。说明本发明在两个频段内同时实现了功分比为2:1的不等分功率分配。

Claims (7)

1.一种基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，包括贴覆于矩形介质基板(1)下表面的金属地板(2)和贴覆于介质基板(1)上表面的输入端馈线(3)、第一个E型谐振器(4)、第二个E型谐振器(5)、第一个输出端馈线(6)、第二个输出端馈线(7)、隔离电阻(8)；所述输入端馈线(3)位于介质基板(1)的BB’边上，第一个输出端馈线(6)与第二个输出端馈线(7)分别位于介质基板(1)的AA’边上；两个形状和结构相同的第一个E型谐振器(4)与第二个E型谐振器(5)、两个形状和结构相同的第一个输出端馈线(6)与第二个输出端馈线(7)分别关于介质基板(1)的长边中线对称布置；所述第一个E型谐振器(4)位于输入端馈线(3)与第一个输出端馈线(6)之间，第二个E型谐振器(5)位于输入端馈线(3)与第二个输出端馈线(7)之间；所述第一个E型谐振器(4)与第二个E型谐振器(5)之间通过隔离电阻(8)连接；其特征在于：两个E型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于E型谐振器的臂长；所述第一个E型谐振器(4)和第二个E型谐振器(5)分别与输入端馈线(3)耦合；所述第一个输出端馈线(6)与第一个E型谐振器(4)耦合，第二个输出端馈电线(7)与第二个E型谐振器(5)耦合。

2.根据权利要求1所述的基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，其特征在于，所述第一个E型谐振器(4)包括第一个波长谐振器(41)和加载于第一个波长谐振器(41)中心的第一个对称面枝节加载单元(42)，呈“E”字形，整体关于第一个对称面枝节加载单元(42)的短边中线所在的直线呈轴对称分布；所述第二个E型谐振器包括第二个波长谐振器(51)和加载于第二个波长谐振器中心的第二个对称面枝节加载单元(52)，呈“E”字形，整体关于第二个对称面枝节加载单元(52)的短边中线所在的直线呈轴对称分布。

3.根据权利要求1所述的基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，其特征在于，所述第一个波长谐振器(41)的长度等于低频段中心频率对应的波长，第一个对称面枝节加载单元(42)的长度与第一个E型谐振器(4)的臂长之和等于高频段中心频率对应的波长；所述第二个波长谐振器(51)的长度等于低频段中心频率对应的波长，第二个对称面枝节加载单元(52)的长度与第二个E型谐振器(5)的臂长之和等于高频段中心频率对应的波长。

4.根据权利要求1所述的基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，其特征在于，所述输入端馈线(3)包括输入端50欧姆微带线导带(31)、第一个波长传输线(32)和第二个波长传输线(33)呈“E”字形，所述第一个波长传输线(32)和第二个波长传输线(33)均为L形折线段，输入端50欧姆微带线导带(31)为直线段，所述第一个波长传输线(32)的第一个臂与第二个波长传输线(33)的第一个臂相连并与第二个波长传输线(33)的第一个臂处于同一直线，输入端50欧姆微带线导带(31)同时与第一个波长传输线(32)的第一个臂和第二个波长传输线(33)的第一个臂相连并与第一个波长传输线(32)的第一臂相垂直，所述第一个波长传输线(32)的第二臂的终端通过金属化过孔与金属地板相连，所述第二个波长传输线(33)的第二臂的终端也通过金属化过孔与金属地板相连。

5.根据权利要求1所述的基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，其特征在于，所述的第一个输出端馈线(6)包括第一个输出端50欧姆微带线导带(61)和第一个输出端耦合馈线(62)呈“L”形，所述第一个输出端50欧姆微带线导带(61)的输出端置于介质基板(1)的AA’边上，第一个输出端50欧姆微带线导带(61)的输入端与第一个输出端耦合馈线(62)的末端相连，所述第一个输出端耦合馈线(62)与第一个E型谐振器(4)的输出臂平行耦合；所述的第二个输出端馈线(7)包括第二个输出端50欧姆微带线导带(71)和第二个输出端耦合馈线(72)，所述第二个输出端50欧姆微带线导带(71)的输出端置于介质基板(1)的AA’边上，第二个输出端50欧姆微带线导带(71)的输入端与第二个输出端耦合馈线(72)的末端相连，所述第二个输出端耦合馈线(72)与第二个E型谐振器(5)的输出臂平行耦合。

6.根据权利要求4所述的基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，其特征在于，所述第一个波长传输线(32)、第一个E型谐振器(4)、第一个输出端馈线(6)构成滤波功分器的第一个通路，所述第二个波长传输线(33)、第二个E型谐振器(5)、第二个输出端馈线(7)构成滤波功分器的第二个通路；所述第一个波长传输线(32)的第一臂与第一个E型谐振器(4)的输入臂的耦合间距、第一个输出端耦合馈线(62)与第一个E型谐振器(4)的输出臂的耦合间距与第一个通路的输入阻抗有关，第二个波长传输线(33)的第一臂与第二个E型谐振器(5)的输入臂的耦合间距、第二个输出端耦合馈线(63)与第二个E型谐振器(5)的输出臂的耦合间距与第二个通路的输入阻抗有关。

7.根据权利要求4所述的基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器，其特征在于，所述第一个波长传输线(32)和第二个波长传输线(33)、第一个E型谐振器(4)和第二个E型谐振器(5)、第一个输出端馈线(6)和第二个输出端馈线(7)两两结构相同；所述第一个波长传输线(32)的第一个臂的末端、第一个E型谐振器(4)的输入臂的末端、第一个E型谐振器(4)的输出臂的末端、第一个输出端耦合馈线(62)的末端处于矩形介质基板(1)的同一高线上；所述第二个波长传输线(33)的第一个臂的末端、第二个E型谐振器(5)的输入臂的末端、第二个E型谐振器(5)的输出臂的末端、第二个输出端耦合馈线(72)的末端位于矩形介质基板(1)的同一高线上。