CN111224205A - 一种具有良好阻带特性的微带功分器 - Google Patents

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肖飞
贾明广
孙园成
亓孝博
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
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Abstract

本发明涉及一种具有良好阻带特性的微带功分器。功分器是通信或雷达系统中的重要器件，它能将一路输入信号能量分成两路或多路输出，也可反过来将两路或多路信号能量合成一路输出。本发明提供一种微带功分器，具有三个传输极点耦合而成的广义切比雪夫带通频率响应，在通带右侧有一个传输零点，用于改善通带的频率选择性；输出端口之间的隔离度高；尺寸较小，设计过程简单，容易调试等显著优点。

Description

一种具有良好阻带特性的微带功分器
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种具有良好阻带特性的微带功分器。
背景技术
微带线具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，在射频/微波/光频等较高频段内，是应用广泛的一类传输线。微带线具有分布参数效应，其电气特性与拓扑结构紧密相关。功分器全称功率分配器，是通信或雷达系统中的重要器件。它是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出能量的器件，也可反过来将两路或多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。由于功分器可以逆向使用作为合路器，所以下面的讨论皆以功分器为例。功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。传统的微带Wilkinson功分器不具有带外抑制能力，因此构造具有带外抑制能力的新型微带功分器是当前技术的迫切需求，将有助于尺寸缩减及性能优化。
发明内容
为了克服传统微带功分器的阻带特性较差的缺点，本发明提供了一种新型的微带功分器，能够实现功率分配/合成，同时具有良好的阻带特性，可以有效得衰减通带外的无用信号或噪声，且具有良好的频率选择性、小尺寸和容易设计等优点。
典型微带的结构如图1所示，主要包括三层。第I层是金属上覆层，第II层是介质基片，第III层是金属下覆层。本发明所述的微带功分器如图2所示，在金属上覆层(I)刻蚀如图2的图案，其特征在于：第一端口(#1)连接到第一终端开路枝节(1)，第一终端开路枝节(1)与第二终端开路枝节(2)进行缝隙耦合，第二终端开路枝节(2)同时连接第三终端开路枝节(3)和第四终端开路枝节(4)，第四终端开路枝节(4)与第五终端开路枝节(5)进行缝隙耦合，第五终端开路枝节(5)连接了第六终端开路枝节(6)，并连接到第二端口(#2)；同时，第一终端开路枝节(1)与第七终端开路枝节(7)进行缝隙耦合，第七终端开路枝节(7)同时连接第八终端开路枝节(8)和第九终端开路枝节(9)，第九终端开路枝节(9)与第十终端开路枝节(10)进行缝隙耦合，第十终端开路枝节(10)连接了第十一终端开路枝节(11)，并连接到第三端口(#3)；电阻R1和R2跨接在第二终端开路枝节(2)和第七终端开路枝节(7)上面。
本发明所述的微带功分器能够对输入信号进行功率分配/合成，同时具有三阶广义切比雪夫带通频率响应。在第一端口(#1)与第二端口(#2)之间散射参数|S21|的通带右侧，第三终端开路枝节(3)将引入一个传输零点，用于改善通带的频率选择性；在该传输零点所对应的频率处，第三终端开路枝节(3)的电长度等于90°。在第一端口(#1)与第三端口(#3)之间散射参数|S31|的通带右侧，第八终端开路枝节(8)将引入一个传输零点，用于改善通带的频率选择性；在该传输零点所对应的频率处，第八终端开路枝节(8)的电长度等于90°。
本发明所述微带功分器的有益效果是：能够将一路输入信号分成两路输出，反之能将两路输入信号合成一路输出；具有三个传输极点耦合而成的带通频率响应，在通带右侧有一个传输零点，用于改善通带的频率选择性；输出端口之间的隔离度高；尺寸较小，设计过程简单，容易调试等显著优点。
附图说明
图1：微带线结构示意图；
图2：微带功分器结构示意图；
图3：微带功分器结构参数标注图；
图4：实施例的|S11|和|S21|仿真结果图；
图5：实施例的结构参数s2与带宽可调的关系图；
图6：实施例的结构参数l4与传输零点的关系图；
图7(a)：实施例的|S11|和|S21|仿真和测试结果图；
图7(b)：实施例的|S32|仿真和测试结果图。
具体实施方式
为了体现本发明的创造性和新颖性，下面将结合附图和具体实施例进行阐述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例选用一款常用微带基片，相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
实施例的结构参数标注如图3所示，其中li(i＝1,…,6)表示线长，wi(i＝1,…,5)表示线宽，si(i＝1,2)表示缝隙宽度。实施例的中心频率位于2.5GHz，3dB相对带宽为16％。结构参数选为：l1＝8.8，l2＝19.8，l3＝16.5，l4＝16.5,l5＝15.7,l6＝20.1,w1＝4.1，w2＝0.82，w3＝2.4，w4＝0.9，w5＝0.6,s1＝0.5，s2＝0.12，R1＝270Ω，R2＝1000Ω。|S11|和|S21|仿真结果如图4所示，实施例实现了三阶广义切比雪夫带通频率响应，具有三个传输极点。第三终端开路枝节(3)在通带右侧引入一个传输零点，因此极大地改善了通带右侧的频率选择性。
为了清楚地揭示本发明所述功分器的物理机制，深入研究一些关键结构参数对其频率响应的影响。图5显示了结构参数s2对于|S21|中带宽的影响，随着s2的增大，带宽也随着增大。图6描绘了结构参数l4对于|S21|中传输零点的影响，l4对应着第三终端开路枝节(3)的长度；随着l4的增大，传输零点将向低频移动，这说明该传输零点由第三终端开路枝节(3)所引入。
实施例的测试结果如图7(a)和图7(b)所示，分别给出了散射参数|S11|、|S21|和|S32|随频率变化关系，测试结果与仿真结果吻合很好。如图7(a)中的|S21|测试结果所示，实施例的通带中心频率位于2.5GHz，通带具有三个传输极点，通带右侧一个传输零点位于2.64GHz。通带内的最小插损为1.6dB，通带内的回波损耗大于21.5dB。从通带右侧直到3次谐波的频率范围内，阻带内至少具有28dB的抑制。如图7(b)中的|S32|测试结果所示，在包含通带在内的1～9GHz较宽频率范围内，第二端口(#2)和第三端口(#3)之间的隔离度超过17.5dB。
为了充分显示本发明所述功分器的突出性能，将实施例与国内外公开文献所报道的近期同类器件进行性能对比，如表1所示。实施例在回波损耗、宽带隔离度、带外抑制和滚降率等多个技术指标上，都优于对比文献中的器件性能。充分说明了本发明所述的微带功分器具有频率选择性陡峭、阻带特性优秀、尺寸较小、设计过程简单等优点，具有显著的技术进步。
表1实施例与其它公开文献中同类器件的性能对比
Figure BDA0002362243690000021
滚降率定义为:|Smax-Smin|/|fs-fc|，其中Smax表示20dB衰减量,Smin表示3dB衰减量，fs表示20dB衰减所对应的频率点，fc表示3dB衰减所对应的频率点。
对比文献：
[1]C.Chen and Z.Ho,“Design equations for a coupled-line typefiltering power divider,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.27,no.3,pp.257-259,March 2017.
[2]G.Zhang,X.Wang,J.Hong and J.Yang,“A high-performance dual-modefiltering power divider with simple layout,”IEEE Microw.Wire-lessCompon.Lett.,vol.28,no.2,pp.120-122,Feb.2018.
[3]Q.Li,Y.Zhang and C.M.Wu,“High-selectivity and miniaturizedfiltering wilkinson power dividers integrated with multimode res-onators,”IEEE Trans.Compon.,Packag.,Manuf.Technol.,vol.7,no.12,pp.1990-1997,Dec.2017.
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种微带功分器，其特征在于：第一端口(#1)连接到第一终端开路枝节(1)，第一终端开路枝节(1)与第二终端开路枝节(2)进行缝隙耦合，第二终端开路枝节(2)同时连接第三终端开路枝节(3)和第四终端开路枝节(4)，第四终端开路枝节(4)与第五终端开路枝节(5)进行缝隙耦合，第五终端开路枝节(5)连接了第六终端开路枝节(6)，并连接到第二端口(#2)；同时，第一终端开路枝节(1)与第七终端开路枝节(7)进行缝隙耦合，第七终端开路枝节(7)同时连接第八终端开路枝节(8)和第九终端开路枝节(9)，第九终端开路枝节(9)与第十终端开路枝节(10)进行缝隙耦合，第十终端开路枝节(10)连接了第十一终端开路枝节(11)，并连接到第三端口(#3)；电阻R1和R2跨接在第二终端开路枝节(2)和第七终端开路枝节(7)上面。
2.根据权利要求1所述的微带功分器，对输入信号进行功率分配/合成，同时具有三阶广义切比雪夫带通频率响应；在第一端口(#1)与第二端口(#2)之间散射参数|S21|的通带右侧，第三终端开路枝节(3)将引入一个传输零点，用于改善通带的频率选择性，在该传输零点所对应的频率处，第三终端开路枝节(3)的电长度等于90°；在第一端口(#1)与第三端口(#3)之间散射参数|S31|的通带右侧，第八终端开路枝节(8)将引入一个传输零点，用于改善通带的频率选择性，在该传输零点所对应的频率处，第八终端开路枝节(8)的电长度等于90°。
3.根据权利要求1所述的微带功分器，随着结构参数s2的增大，|S21|中带宽也随着增大。
4.根据权利要求1所述的微带功分器，随着结构参数l4的增大，|S21|中通带右侧的传输零点将向低频移动。
5.根据权利要求1所述的微带功分器，中心频率位于2.5GHz，3dB相对带宽为16％，结构参数选为：l1＝8.8，l2＝19.8，l3＝16.5，l4＝16.5,l5＝15.7,l6＝20.1,w1＝4.1，w2＝0.82，w3＝2.4，w4＝0.9，w5＝0.6,s1＝0.5，s2＝0.12，R1＝270Ω，R2＝1000Ω。
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GANG ZHANG等: ""Dual-Mode Filtering Power Divider With High Passband Selectivity and Wide Upper Stopband"", 《IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS》 *
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