CN109411855B - 一种基于腔体的双频滤波巴伦 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于腔体的双频滤波巴伦，包括通过金属板连接的第一腔体谐振器和第二腔体谐振器，第一腔体谐振器设有输入端PCB板，输入端PCB板的金属地层设有输入端槽线，输入端PCB板的另一侧设有输入端微带线，第一腔体谐振器设有与输入端槽线位置对应的输入槽孔；第二腔体谐振器上与金属板相邻的两个相对的外侧面上各自设有输出端PCB板，两个输出端PCB板的金属地层分别设有输出端槽线，两个输出端PCB板的另一侧设有输出端微带线，第二腔体谐振器设有与输出端槽线位置对应且相通的输出槽孔。该双频滤波巴伦主体是两个腔体谐振器，该结构品质因素高，插损低，同时利用腔体谐振的两个基膜，实现双通带的要求，减小电路尺寸。

Description

一种基于腔体的双频滤波巴伦

技术领域

本发明涉及电磁场与微波技术领域，更具体的，涉及一种基于腔体的双频滤波巴伦。

背景技术

在现代无线通讯网络中，巴伦作为射频功放中的关键器件，其性能的好坏影响着整个系统功能的正常运作。高性能的巴伦不仅要求滤波性能好、低损耗、小型化，随着双频和多频通信系统的发展，更要求有双频甚至多频的滤波巴伦。

近些年来，关于滤波巴伦的研究成果显著，在印刷电路板、低温共烧陶瓷技术、基片集成波导技术、介质谐振器技术等加工技术上都已经实现了滤波巴伦，但是所研究的滤波巴伦存在品质因素低、插损大等性能缺点。此外，对于双频巴伦的研究成果较少，目前能在印刷电路板和基片集成波导技术上实现双频的功能。

综上上述现有的双频滤波巴伦的技术在实际中受到各方面的限制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于腔体的双频滤波巴伦。本发明的双频滤波巴伦使用了腔体谐振器的技术，增加了品质因素，减小了插损，同时利用了腔体谐振器中的两个谐振模式，实现了双通带的滤波巴伦要求。

为解决上述技术问题，本发明至少采用如下技术方案之一。

一种基于腔体的双频滤波巴伦，其包括谐振腔体，谐振腔体的中部被中间金属板分隔为第一腔体谐振器和第二腔体谐振器，中间金属板的边缘与谐振腔体的内壁连接，所述第一腔体谐振器正对所述中间金属板外侧壁设有输入端PCB板，所述输入端PCB板的金属地层与第一腔体谐振器接触；输入端PCB板的金属地层设有输入端槽线，所述输入端PCB板的另一侧即顶层设有输入端微带线，所述第一腔体谐振器与所述输入端PCB板接触的一侧设有与所述输入端槽线位置完全对应且相通的输入槽孔；所述第二腔体谐振器上与所述中间金属板相邻的两个相互正对的外侧面上各自设有输出端PCB板，两个输出端PCB板的金属地层贴近所述第二腔体谐振器的侧面；两个输出端PCB板的金属地层分别设有输出端槽线，所述两个输出端PCB板的另一侧即顶层各设有输出端微带线，所述第二腔体谐振器上与所述输出端PCB贴近的两侧分别设有与所述输出端槽线位置完全对应且相通的输出槽孔。

输入端微带线和输入端槽线用于信号的输入，输入端PCB板、输入端槽线和输入端微带线即组成输入端馈电网络。输入槽孔用于信号从输入端微带线传入腔体谐振器内部产生谐振。输出端PCB板、输出端槽线和输出端微带线即组成输出端馈电网络。两个输出槽孔用于信号从腔体谐振器内传到输出PCB馈电网络。

进一步地，所述中间金属板包括金属隔板和在金属隔板上开有的矩形缝隙，所述矩形缝隙与所述输入端槽线和所述输入槽孔平行，这样，输入信号可以全部从所述第一腔体谐振器耦合到第二腔体谐振器；所述输出端槽线个数为两个，分别是第一输出端槽线和第二输出端槽线，所述输出槽孔个数为两个，分别是第一输出槽孔和第二输出槽孔，所述第一输出端槽线和第一输出槽孔平行，所述第二输出端槽线和第二输出端槽孔平行，所述第一输出端槽线、第一输出槽孔和第二输出端槽线、第二输出端槽孔平行；所述输出端微带线的个数为两个，分别为第一输出端微带线和第二输出端微带线，所述第一输出端微带线与所述第二输出端微带线中心对称；所述输出端PCB板的个数为二，分别是第一输出端PCB和第二输出端PCB，组成了输出馈电网络。

进一步地，输入端PCB板的输入端介质基板的介电常数为2.55。

进一步地，所述第一输出端PCB板包括第一输出端介质基板、第一输出端金属地层、第一输出端微带线，所述输出端槽线设在所述第一输出端金属地层上；所述第二输出端PCB板包括第二输出端介质基板、第二输出端金属地层、第二输出端微带线，所述输出端槽线设在所述第二输出端金属地层上。

进一步地，所述第一输出端介质基板和第二输出端介质基板的的介电常数为2.55。

进一步地，所述输入端槽线与水平方向成夹角θ₁倾斜，且槽线中心位于输入端PCB板的中心，这样，控制输入端槽线的倾斜角度，就可以馈入多种模式，满足双频所需要的两个频率信号的需求；；所述第一输出端槽线和第二输出端槽线均与水平方向成夹角θ₂倾斜，且所述第一输出端槽线向上偏离第一输出端PCB板中心位置，所述第二输出端槽线向下偏离第二输出端PCB板中心位置，两者偏离的距离相同，这样，输出端槽线可以接收等幅的多种模式的信号。

进一步地，所述输入端微带线位于所述输入端PCB板的中间位置，所述输入端微带线的一端与所述输入端PCB板底端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向上延伸与所述输入端槽线交错，并越过所述输入端槽线；所述第一输出端微带线的一端与所述第一输出端PCB板的底端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向上延伸与所述第一输出端槽线交错，并越过第一输出端槽线；所述第二输出端微带线的一端与所述第二输出端PCB板的顶端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向下延伸与所述第二输出端槽线交错，并越过第二输出端槽线，所述第一输出端微带线与所述第二输出端微带线中心对称。输出端微带线可以接受等幅反相的电流，即输出端PCB板可以输出等幅反相的信号。

进一步地，所述中间金属板的所述矩形缝隙与水平方向成夹角θ₁倾斜，所述输入端槽线与所述矩形缝隙平行。

进一步地，所述输入端微带线和输出端微带线的特性阻抗均为50Ω。

进一步地，所述第一腔体谐振器、第二腔体谐振器和中间金属板的材质为镀银铝基板。

进一步地， 所述第一腔体谐振器与所述输入端PCB板靠近的一侧的对应位置设有与所述输入端槽线形状大小完全相同的输入槽孔，输入槽孔用于信号从输入端微带线传入腔体谐振器内部产生谐振。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明利用了腔体谐振器本身谐振模式的特性，等幅反相的信号能够被两个输出端槽线有效激励和提取。

本发明利用微带馈电的方式，通过控制输入端槽线的倾斜角度，可以激励多种模式，利用腔体的结构中实现了双通带要求，减小了电路尺寸。

本发明的滤波巴伦既能保证滤波特性又有巴伦不平衡到平衡信号的转换能力，同时还满足双频带的要求，具有较低的插入损耗、较好的通带选择性以及较高的输出信号幅度平衡与相位反向特性。

附图说明

图1是实例中基于腔体的双频滤波巴伦的整体结构示意图。

图2是实例中基于腔体的双频滤波巴伦的外部结构示意图。

图3是实例中基于腔体的双频滤波巴伦的腔体结构示意图。

图4是实例中输入端PCB板的外侧面结构示意图。

图5是实例中输入端PCB板的内侧面结构示意图。

图6是实例中腔体谐振器的结构示意图。

图7是实例中的第一输出端PCB板的外侧面结构示意图。

图8是实例中的第一输出端PCB板的内侧面结构示意图。

图9是实例中中间金属板的结构示意图。

图10是实例中滤波巴伦实施例的仿真与测试S参数的对比图。

图11是实例中滤波巴伦实施例的双通带内输出端口的平衡特性曲线图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

如图1到图7所示，一种基于腔体的滤波巴伦，其中，包括两个腔体谐振器，所述第一腔体谐振器1和所述第二腔体谐振器2通过中间的中间金属板连接，所述第一腔体谐振器1相对着所述中间金属板7侧设有输入端PCB板，所述输入端PCB板3贴着所述第一腔体谐振器1侧面的一侧设有输入端槽线，所述输入端PCB板3的另一侧设有输入端微带线，输入端微带线4和输入端槽线5用于信号的输入，输入端PCB板3、输入端槽线5和输入端微带线4即组成输入端馈电网络。所述第一腔体谐振器与所述输入端PCB板靠近的一侧的对应位置设有与所述输入端槽线形状大小完全相同的输入槽孔，所述输入槽孔6用于信号从所述输入端微带线4传入所述第一腔体谐振器1内部产生谐振。所述第二腔体谐振器2在与所述中间金属板7相邻的两个相对的面上设有两个相对的输出端PCB板，所述两个输出端PCB板11贴着所述第二腔体谐振器2侧面的一侧分别设有输出端槽线，所述两个输出端PCB板11的另一侧设有输出端微带线，输出端PCB板11、输出端槽线10和输出端微带线9即组成输出端馈电网络。所述第二腔体谐振器2上与所述输出端PCB网络11靠近的两侧分别设有与所述输出端槽线10形状大小相同的输出槽孔，所述两个输出槽孔8用于信号从第二腔体谐振器2内传到输出PCB馈电网络。

本实施例中，所述输入端槽线5的个数是一，所述输入槽孔6的个数是一，所述中间金属板7包括矩形缝隙72和金属隔板71，所述矩形缝隙72与所述输入端槽线5平行，这样，输入信号可以全部从所述第一腔体谐振器1耦合到所述第二腔体谐振器2；所述输出端槽线个数为两个，且第一输出端槽线和第二输出端槽线平行，这样，输出端槽线可以接收等幅的信号；所述输入端微带线的个数为一个，所述输出端微带线的个数为两个且所述第一输出端微带线与所述第二输出端微带线中心对称，这样，所述输出端微带线可以接收等幅反相的电流，即输出端PCB板可以输出等幅反相的信号。所述输入端PCB板的个数为一，所述输出端PCB板的个数为二，分别是第一输出端PCB111和第二输出端PCB112，组成了输出馈电网络。

本实施例中，所述的输入端PCB板3包括输入端介质基板以及设在输入端介质基板靠近所述第一腔体谐振器1的一侧侧面上的输入端金属地，所述输入端槽线5设在所述输入端金属地上，所述输入端微带线4设在所述输入端介质基板远离所述第一腔体谐振器1一侧的侧面上。所述第一输出端PCB板111包括第一输出端介质基板以及设在所述第一输出端介质基板靠近所述第二腔体谐振器2的一侧侧面上的第一输出端金属地，所述输出端槽线101设在所述第一输出端金属地上，所述第一输出端微带线91设在所述第一输出端介质基板远离所述第二腔体谐振器2的一侧侧面上。所述第二输出端PCB板112包括第二输出端介质基板以及设在所述第二输出端介质基板靠近所述第二腔体谐振器2的一侧侧面上的第二输出端金属地，所述输出端槽线102设在所述第二输出端金属地上，所述第二输出端微带线92设在所述第二输出端介质基板远离所述第二腔体谐振器的一侧侧面上。，所述输入端介质基板和输出端介质基板的介电常数均为2.55。

如图1到图7所示，所述输入端槽线5与水平方向成一定夹角θ₁倾斜，这样，控制输入端槽线5的倾斜角度，就可以馈入多种模式，满足双频所需要的两个频率信号的需求；所述第一输出端槽线101和第二输出端槽线102均与水平方向成一定夹角θ₁倾斜，且所述第一输出端槽线101向上偏离中心位置，且所述第二输出端槽线102向下偏离中心位置，两者偏离的距离相同。这样，输出端槽线10可以接收等幅的多种模式的信号。

如图2到图7所示，所述输入端微带线4位于所述输入端PCB板3的中间位置，所述输入端微带线4的一端与所述输入端PCB板3底端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向上延伸与所述输入端槽线5交错，并越过所述输入端槽线5；所述第一输出端微带线91的一端与所述第一输出端PCB板111的底端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向上延伸与所述第一输出端槽线101交错，并越过第一输出端槽线101；所述第二输出端微带线92的一端与所述第二输出端PCB板112的顶端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向下延伸与所述第二输出端槽线102交错，并越过第二输出端槽线102。

本实施例中，所述输入端微带线4和输出端微带线9的特性阻抗均为50Ω。

本实施例中，所述第一腔体谐振器1、第二腔体谐振器2和中间金属板7的材质为镀银铝。

如图2到图7所示，对本实施例中的滤波巴伦进行仿真测试，测试采用的各项参数如下：输入端PCB板3的长度L1为64.5mm，宽度W1为66.7mm，输出端PCB板11的宽度L6为64.6mm；输入端微带线4的长度L2为51.3mm，宽度W2为2.3mm；输出端微带线9长度L7为58mm；输入端槽线5的长度L3为43.5mm，输入端微带线的宽度W3为0.5mm，输出端槽线10的长度L8为40.5mm，输出端槽线的宽度W4为0.5mm；两个腔体谐振器（1、2）的总高度L4为138.5mm；输入端槽线5水平方向的夹角θ₁为32°，输出端槽线10与水平方向的夹角θ₂为37°；输出端槽线偏离中心位置的距离L9为12mm；两个腔体谐振器中间的中间金属板7的厚度G为1.5mm，矩形缝隙的长度L5为35.9mm，矩形缝隙的宽度W5为0.6mm，两个腔体谐振器（1、2）的壁厚D为4mm，两个腔体谐振器（1、2）采用的是材料是镀银铝；输入端介质基板和两个输出端介质基板的相对介电常数Er为2.55，厚度为0.762mm，介质损耗正切tan为0.0015，测试结果如图8、图9所示。

图8中包含三曲线S11、S21、S31，该双频滤波巴伦工作于3.43G和3.52G，第一通带拥有约为1.84%的3dB相对带宽，最小插入损耗为（3+1.5）dB，通带内回波损耗约为12.3dB，紧靠在第一通带下边频有一个传输零点，使得通带间的选择性更好，第二通带拥有约为1.34%的3dB相对带宽，最小插入损耗为（3+1.65）dB，通带内回波损耗约为13.2dB，靠在第二通带下边频有一个传输零点，使得通带的选择性变得更好；图9描述了该滤波巴伦的双通带内两个输出端口之间良好的幅度平衡与相位差特性，由此可见两个输出端口在两个通带内幅度不平衡度小于0.31dB，相位差控制在180±1.7°的范围内。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，包括谐振腔体，谐振腔体的中部被中间金属板（7）分隔为第一腔体谐振器（1）和第二腔体谐振器（2），中间金属板（7）的边缘与谐振腔体的内壁连接，所述第一腔体谐振器（1）正对所述中间金属板（7）外侧壁设有输入端PCB板（3），所述输入端PCB板（3）的金属地层与第一腔体谐振器（1）接触；输入端PCB板（3）一侧的金属地层设有输入端槽线（5），所述输入端PCB板（3）的另一侧即顶层设有输入端微带线（4），所述第一腔体谐振器（1）与所述输入端PCB板（3）接触的一侧设有与所述输入端槽线（5）位置完全对应且相通的输入槽孔（6）；所述第二腔体谐振器（2）上与所述中间金属板（7）相邻的两个相互正对的外侧面上各自设有输出端PCB板（11），两个输出端PCB板（11）的金属地层贴近所述第二腔体谐振器（2）的侧面；两个输出端PCB板（11）的金属地层分别设有输出端槽线（10），所述两个输出端PCB板（11）的另一侧即顶层各设有输出端微带线（9），所述第二腔体谐振器（2）上与所述输出端PCB（11）贴近的两侧分别设有与所述输出端槽线（10）位置完全对应且相通的输出槽孔（8）。

2.根据权利要求1所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述中间金属板（7）包括金属隔板（71）和在金属隔板（71）上开有的矩形缝隙（72），所述矩形缝隙（72）与所述输入端槽线（5）和所述输入槽孔（6）平行；所述输出端槽线（10）个数为两个，分别是第一输出端槽线（101）和第二输出端槽线（102），所述输出槽孔（8）个数为两个，分别是第一输出槽孔（81）和第二输出槽孔（82），所述第一输出端槽线（101）和第一输出槽孔（81）平行，所述第二输出端槽线（102）和第二输出端槽孔（82）平行，所述第一输出端槽线（101）、第一输出槽孔（81）和第二输出端槽线（102）、第二输出端槽孔（82）平行；所述输出端微带线（9）的个数为两个，分别为第一输出端微带线（91）和第二输出端微带线（92），所述第一输出端微带线（91）与所述第二输出端微带线（92）中心对称；所述输出端PCB板（11）的个数为二，分别是第一输出端PCB（111）和第二输出端PCB（112）。

3.根据权利要求2所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，输入端PCB板（3）的输入端介质基板的介电常数为2.55。

4.根据权利要求2所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述第一输出端PCB板（111）包括第一输出端介质基板、第一输出端金属地层、第一输出端微带线（91），所述输出端槽线（101）设在所述第一输出端金属地层上；所述第二输出端PCB板（112）包括第二输出端介质基板、第二输出端金属地层、第二输出端微带线（92），所述输出端槽线（102）设在所述第二输出端金属地层上。

5.根据权利要求4所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述第一输出端介质基板和第二输出端介质基板的的介电常数为2.55。

6.根据权利要求2所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述输入端槽线（5）与水平方向成夹角θ₁倾斜；所述第一输出端槽线（101）和第二输出端槽线（102）均与水平方向成夹角θ₂倾斜，且所述第一输出端槽线（101）向上偏离第一输出端PCB板（111）中心位置，所述第二输出端槽线（102）向下偏离第二输出端PCB板（112）中心位置，两者偏离的距离相同。

7.根据权利要求2所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述输入端微带线（4）位于所述输入端PCB板（3）的中间位置，所述输入端微带线（4）的一端与所述输入端PCB板（3）底端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向上延伸与所述输入端槽线（5）交错，并越过所述输入端槽线（5）；所述第一输出端微带线（91）的一端与所述第一输出端PCB板（111）的底端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向上延伸与所述第一输出端槽线（101）交错，并越过第一输出端槽线（101）；所述第二输出端微带线（92）的一端与所述第二输出端PCB板（112）的顶端边缘平齐，另一端沿着竖直方向向下延伸与所述第二输出端槽线（102）交错，并越过第二输出端槽线（102），所述第一输出端微带线（91）与所述第二输出端微带线（92）中心对称。

8.根据权利要求2所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述中间金属板（7）的所述矩形缝隙（72）与水平方向成夹角θ₁斜，所述输入端槽线（5）与所述矩形缝隙（72）平行。

9.根据权利要求1所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述输入端微带线（4）和输出端微带线（9）的特性阻抗均为50Ω。

10.根据权利要求1所述的一种基于腔体的双频滤波巴伦，其特征在于，所述第一腔体谐振器（1）、第二腔体谐振器（2）和中间金属板（7）的材质为镀银铝基板。

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