CN110994109B - 一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器为中心对称结构，在顶层金属层上设置级联的两条双端加载贴片电容的八分之一波长的三线耦合微带线和一条四分之一波长的三线耦合微带线。其中，四分之一波长的三线耦合微带线的中间微带线与外侧微带线之间分别设有中心连接点。金属地上开有两个槽，槽内分别设置两个金属贴片以及连接两个金属贴片的隔离电阻，四个金属贴片分别通过金属化孔与两条八分之一波长的三线耦合微带线的外侧微带线一一对应连接。本发明通过级联两条八分之一波长的三线耦合微带线和一条四分之一波长的三线耦合微带线，结合多个加载贴片电容与电阻的方式，获得同时具有小尺寸、宽频带及低损耗特点的全平衡式宽带滤波功分器。

Description

一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种全平衡式宽带滤波功分器。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的迅速发展，对系统的集成化、宽带化、小型化以及低损耗要求越来越高。滤波器和功分器作为无线通信系统中的重要元件，广泛应用于雷达、卫星通信、相控阵天线和阵列天线等多个领域。将滤波器和功分器融合于一体，不仅大大减小了系统的体积和复杂度，降低了成本，同时提高了通信质量和系统集成度。此外，与单端电路相比，全平衡式电路因为其方便与其他平衡式器件相连接，且具有良好的抑制环境噪声和抗电磁干扰能力而受到广泛关注。因此，具有宽带，小型化以及低损耗特点的全平衡式滤波功分器符合当代无线通信系统的发展需求，然而目前来讲此类全平衡式滤波功分器的设计仍然是一个重要挑战。
目前已报道了多种全平衡式滤波功分器的设计技术。大多数采用U型谐振器、H型谐振器、槽线谐振器、加载短路枝节的半波长谐振器、方形贴片谐振器、加载枝节的耦合线，级联多条枝节等。然而采用上述设计方法的全平衡式滤波功分器的工作带宽较窄，损耗较高，且部分设计没有隔离。少数全平衡式滤波功分器采用了耦合线级联四分之一波长微带线的设计方法，相比采用上述方法所设计的全平衡式滤波功分器，此类设计的工作带宽有所增加，但其电路尺寸过大，损耗仍较高。因此提出一种全平衡式宽带滤波功分器，使其工作带宽进一步增加，同时减少尺寸并保证低损耗显得至关重要。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器，使全平衡式宽带滤波功分器同时获得宽频带、小型化和低损耗特性。
技术方案：一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器，所述全平衡式宽带滤波功分器为中心对称结构，包括层叠的金属地、介质基板以及顶层金属层，在所述顶层金属层上设置两条双端加载贴片电容的八分之一波长的三线耦合微带线和一条四分之一波长的三线耦合微带线，所述四分之一波长的三线耦合微带线位于两条八分之一波长的三线耦合微带线之间，三条三线耦合微带线级联；其中，所述四分之一波长的三线耦合微带线的中间微带线与外侧微带线之间分别设有中心连接点；分别构成两条八分之一波长的三线耦合微带线的三条独立微带线上均连有一根馈线。
进一步的，所述金属地上开有两个槽，槽内分别设置两个金属贴片以及连接两个金属贴片的隔离电阻，四个所述金属贴片分别通过金属化孔与两条八分之一波长的三线耦合微带线的外侧微带线一一对应连接。
有益效果：相比于现有的全平衡式滤波功分器，本发明采用简单的结构获得的全平衡式宽带滤波功分器，具有最宽的工作带宽、最小的尺寸和最低的损耗。具体优点如下：
1、两条双端加载贴片电容的八分之一波长的三线耦合微带线级联一条四分之一波长的三线耦合微带线，结合金属地上开槽加载的电阻，实现差模宽频带、共模抑制、功率分配以及输出端口之间的隔离，同时尺寸小、损耗低且结构简单。
2、贴片电容C1加载在八分之一波长的三线耦合微带线的外侧，贴片电容C2加载在八分之一波长的三线耦合微带线的内侧并靠近与四分之一三线耦合微带线的连接处，用于增强耦合、调节匹配、提高频率选择性以及带外抑制。
3、贴片电阻R加载在金属贴片之间，通过金属化过孔与八分之一波长的三线耦合微带线的两侧微带线相连接，用于实现两个输出端口之间信号的隔离，同时不影响滤波性能。
4、四分之一波长的三线耦合微带线的中间微带线与外侧微带线之间分别设有中心连接点，使得在共模工作时产生三个共模传输零点，保证在差模工作频带范围内获得一定的共模抑制。
附图说明
图1为本发明全平衡式宽带滤波功分器的剖面结构图；
图2为本发明全平衡式宽带滤波功分器的顶层结构图；
图3为本发明全平衡式宽带滤波功分器的底层结构图；
图4为本发明全平衡式宽带滤波功分器的频率响应仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器，该紧凑型全平衡式宽带滤波功分器为中心对称结构，包括层叠的金属地1、介质基板2以及顶层金属层3，如图1所示。
如图2所示，在顶层金属层3上设置双端加载贴片电容的八分之一波长的三线耦合微带线11和三线耦合微带线12，以及一条四分之一波长的三线耦合微带线13，四分之一波长的三线耦合微带线13位于三线耦合微带线11和三线耦合微带线12之间，三条三线耦合微带线11、13、12级联。
其中，两条八分之一波长的三线耦合微带线11、12的两侧微带线相同，四分之一波长的三线耦合微带线13的两侧微带线也相同。贴片电容C1加载在八分之一波长的三线耦合微带线11、12的外侧，贴片电容C2加载在八分之一波长的三线耦合微带线11、12的内侧，并靠近与四分之一波长的三线耦合微带线13的连接处。四分之一波长的三线耦合微带线13的中间微带线与外侧微带线之间分别设有中心连接点14。
如图3所示，金属地1上开有两个槽，槽内分别设置两个金属贴片15以及连接两个金属贴片15的隔离电阻R，四个金属贴片15分别通过金属化孔4与两条八分之一波长的三线耦合微带线11、12的外侧微带线一一对应连接。
分别构成两条八分之一波长的三线耦合微带线11、12的三条独立微带线上均连有一根馈线5～10。八分之一波长的三线耦合微带线11、12的中间微带线连接的馈线5和馈线6作为平衡式输入端口，两个八分之一波长的三线耦合微带线11、12位于全平衡式宽带滤波功分器同一侧的馈线7和馈线8作为一对平衡式输出端口，全平衡式宽带滤波功分器的另一侧的馈线9和馈线10作为另一对平衡式输出端口。
本发明的紧凑型全平衡式宽带滤波功分器，当使用差模信号激励时，中心对称面等效为理想电壁，中心连接点对差模工作不起作用，在电容和耦合线的作用下，本发明可以获得两个差模传输极点和四个差模传输零点，从而构成了一个较宽的差模工作通带，并且分布在差模通带两侧的四个差模传输零点形成了宽阻带，有效地实现对带外信号的抑制，实现了滤波的效果。由于电路整体结构的对称性，差模信号从平衡式输入端口输入后，一分为二地分别从两对平衡式输出端口输出，通过隔离电阻来实现两个输出端口之间信号的隔离，同时又不影响其滤波性能，从而实现功率分配的效果。
当使用共模信号激励时，中心对称面等效为理想磁壁，由于电容、耦合线以及中心连接点的共同作用可获得三个共模传输零点来构成一个共模抑制频带，并且该频带能很好地覆盖住差模通带，从而有效地保证了在差模通带范围内对共模信号的抑制。
本发明通过级联两条八分之一波长的三线耦合微带线和一条四分之一波长的三线耦合微带线，结合多个加载贴片电容与电阻的方式，获得同时具有小尺寸、宽频带及低损耗特点的全平衡式宽带滤波功分器。下面列出了本发明的一个具体实施例，其电路结构示意图如图1所示。设定中心频率为1.73GHz，频率响应仿真图如图4所示，两个差模传输极点分别位于1.42GHz和2.23GHz，构成了一个宽的差模通带；差模通带两侧分别存在四个差模传输零点，分别位于0GHz，0.7GHz，2.72GHz和3.59GHz，很好地抑制住了带外信号。其3-dB相对带宽达到了87.9％，最小插入损耗仅为0.2dB，15-dB匹配的通带内的隔离均在12.8dB以上。三个传输零点分别位于1.15GHz，1.74GHz和2.37GHz处，构成了一个21dB以上的共模抑制频带，能很好的覆盖差模通带，从而有效地保证了差模通带范围内对共模信号的抑制。滤波功分器的物理尺寸为45.9mm×8.0mm,对应的电尺寸为0.5λg×0.087λg，λg为中心频率所对应的导波波长。本案例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度为0.813mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (2)

1.一种紧凑型全平衡式宽带滤波功分器，其特征在于，所述全平衡式宽带滤波功分器为中心对称结构，包括层叠的金属地（1）、介质基板（2）以及顶层金属层（3），在所述顶层金属层（3）上设置两组双端加载贴片电容的八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）和一组四分之一波长的三线耦合微带线（13），所述四分之一波长的三线耦合微带线（13）位于两组八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）之间，三组三线耦合微带线（11、13、12）级联；其中，所述四分之一波长的三线耦合微带线（13）的中间微带线与外侧微带线之间分别设有中心连接点（14）；两组八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）的共计六条独立微带线上均连有一根馈线（5~10）；
其中，两组八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）的电容加载相同，两个贴片电容C 1加载在八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）远离四分之一波长的三线耦合微带线（13）的一端，并分别位于相邻的两条独立微带线之间；两个贴片电容C 2加载在八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）靠近四分之一波长的三线耦合微带线（13）的一端，并分别位于相邻的两条独立微带线之间。
2.根据权利要求1所述的紧凑型全平衡式宽带滤波功分器，其特征在于，所述金属地（1）上开有两个槽，每个槽内分别设置两个金属贴片（15）以及连接两个金属贴片（15）的隔离电阻（R），四个所述金属贴片（15）分别通过金属化孔（4）与两组八分之一波长的三线耦合微带线（11、12）的外侧微带线一一对应连接。
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