CN111224206A - 一种具有超宽阻带的微带功分器 - Google Patents

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Abstract

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，具有两阶准椭圆带通频率响应，在邻近通带每侧各有一个传输零点，极大地提升了频率选择性；在通带右侧直到20f0(f0为中心频率)的宽频范围内，至少具有12dB的阻带抑制；输出端口之间的隔离度高；此外，还具有尺寸较小，设计过程简单，容易调试等显著优点。

Description

一种具有超宽阻带的微带功分器
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种具有超宽阻带的微带功分器。
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(P1)连接到第一线节(1)的一端，在第一线节(1)中部加载第二线节(2)，第一线节(1)的另外一端连接到第三线节(3)的中部；在第三线节(3)上加载第四线节(4)和第五线节(5)，在第八线节(8)上加载第六线节(6)和第七线节(7)，第四线节(4)与第七线节(7)进行缝隙耦合，第五线节(5)与第六线节(6)进行缝隙耦合；第八线节(8)中部连接第九线节(9)，在第九线节(9)中部加载第十线节(10)，第九线节(9)同时与第十一线节(11)和第十二线节(12)进行缝隙耦合；第十一线节(11)连接到第二端口(P2)，第十二线节(12)连接到第三端口(P3)；在第十一线节(11)和第十二线节(12)上跨接第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)。
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，同时具有两阶准椭圆带通频率响应，在通带每侧各有一个传输零点，极大地提升了频率选择性。
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；具有两个传输极点耦合而成的准椭圆带通频率响应，在邻近通带每侧各有一个传输零点，用于改善通带的频率选择性；通带外的高频阻带抑制极宽；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s与带宽可调的关系图；
图6(a)：实施例的|S11|和|S21|仿真和测试结果图；
图6(b)：实施例的|S32|仿真和测试结果图；
图7：实施例的|S21|宽带仿真和测试结果图。
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，s表示缝隙宽度。实施例的中心频率位于3.1GHz，3dB相对带宽为10％。结构参数选为(单位：mm)：w1＝0.20，w2＝0.14，w3＝0.20，w4＝0.12，w5＝0.13，w6＝2.08，l1＝2.54，l2＝3.90，l3＝12.8，l4＝4.72，l5＝3.36，l6＝3.36，l7＝11.9，s＝0.40。电阻为R1＝100Ω,R2＝160Ω和R3＝13600Ω。|S11|和|S21|仿真结果如图4所示，实施例实现了两阶准椭圆带通频率响应，在邻近通带每侧各有一个传输极点，因此极大地改善了通带两侧的频率选择性。
整个实施例尺寸约为0.36λg×0.34λg，λg是中心频率处的波导波长，尺寸非常紧凑。
为了清楚地揭示本发明所述微带功分器的物理机制，深入研究一些关键结构参数对其频率响应的影响。在图5中给出了实施例的结构参数s对于其带宽的影响。随着s的减小，带宽将变宽。
实施例的测试结果如图6(a)和图6(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。插入损耗为4.22dB，其中包括了三只SMA接头的损耗，带内回波损耗优于20dB。通带每侧各有一个传输零点，分别位于2.49GHz和3.66GHz，这极大地提升了频率选择性。两个输出端口的隔离度测试与仿真对比如图6(b)所示，在通带内，隔离度优于20dB，具有优良的隔离特性。此外，在图7中给出了散射参数|S21|的宽带仿真结果。由于所使用测试仪器的测试范围受限，最高频率只测到15GHz。在此频率范围内，测试结果与仿真结果吻合很好。由仿真结果可以看到，实施例在通带右侧直到高达60GHz(即20f0，f0为中心频率)的宽频范围内，至少具有12dB的阻带抑制，这充分说明本发明所述微带功分器具有突出的阻带特性。
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。实施例在插入损耗、回波损耗、隔离度等多个技术指标上，与对比文献中的器件性能持平。然而，对于本实施例而言，大于20dB的带外抑制从通带右侧扩展至4.8f0，大于12dB的带外抑制从通带右侧扩展至20f0，充分说明实施例具有更优秀的阻带特性，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 BDA0002363836290000021
对比文献：
[1]X.Wang,J.Wang,G.Zhang,J.Hong and W.Wu.:‘Design of out-of-phasefiltering power divider based on slotline and microstrip resonator’,IEEE Trans.Compon.Packag.Manuf.Technol.,2019,9,(6),pp.1094-1102
[2]G.Zhang,X.Wang,J.Hong and J.Yang.:‘A high-performance dual-modefiltering power divider with simple layout’,IEEE Microw.Wirel.Compon.Lett.,2018.28,(2),pp.120-122
[3]Y.Lu,Y.Wang,C.Hua and T.Liu.:‘Wide stopband out-of-phase filteringpower divider using double-sided parallel-strip line’,Electron.Lett.,2017,53,(25),pp.1659-1661
[4]G.Zhang,J.Wang,L.Zhu and W.Wu.:‘Dual-mode filtering power dividerwith high passband selectivity and wide upper stopband’,IEEEMicrow.Wirel.Compon.Lett.,2017,27,(7),pp.642-644
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 (4)

1.一种微带功分器，其特征在于：第一端口(P1)连接到第一线节(1)的一端，在第一线节(1)中部加载第二线节(2)，第一线节(1)的另外一端连接到第三线节(3)的中部；在第三线节(3)上加载第四线节(4)和第五线节(5)，在第八线节(8)上加载第六线节(6)和第七线节(7)，第四线节(4)与第七线节(7)进行缝隙耦合，第五线节(5)与第六线节(6)进行缝隙耦合；第八线节(8)中部连接第九线节(9)，在第九线节(9)中部加载第十线节(10)，第九线节(9)同时与第十一线节(11)和第十二线节(12)进行缝隙耦合；第十一线节(11)连接到第二端口(P2)，第十二线节(12)连接到第三端口(P3)；在第十一线节(11)和第十二线节(12)上跨接第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)。
2.根据权利要求1所述的微带功分器，能够对输入信号进行功率分配/合成，同时具有两阶准椭圆带通频率响应，在通带每侧各有一个传输零点，极大地提升了频率选择性。
3.根据权利要求1所述的微带功分器，随着结构参数s的减小，带宽将变宽。
4.根据权利要求1所述的微带功分器，中心频率位于3.1GHz，3dB相对带宽为10％。结构参数选为(单位：mm)：w1＝0.20，w2＝0.14，w3＝0.20，w4＝0.12，w5＝0.13，w6＝2.08，l1＝2.54，l2＝3.90，l3＝12.8，l4＝4.72，l5＝3.36，l6＝3.36，l7＝11.9，s＝0.40；电阻为R1＝100Ω,R2＝160Ω和R3＝13600Ω。
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