CN111224207A - 一种宽带功分器 - Google Patents

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    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports

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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。本发明提供一种宽带微带功分器，具有四个传输极点耦合而成的广义切比雪夫带通频率响应，在邻近通带两侧各有一个传输零点，用于改善通带的频率选择性；从通带右侧直到6.0f0(f0为中心频率)的频率范围内，阻带内的抑制超过20dB。此外，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

一种宽带功分器
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种宽带微带功分器。
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宽带微带功分器，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，以下简称宽带功分器。
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。本发明所述的宽带功分器如图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)连接到电阻(R)加载的环形结构(1)，环形结构(1)左端连接到第一平行耦合线节(21)的右上端，第一平行耦合线节(21)的右下端连接第一开路枝节(22)，第一平行耦合线节(21)的左上端连接第二开路枝节(23)，第一平行耦合线节(21)的左下端连接第三开路枝节(24)和第一线节(25)，第一线节(25)连接到第二端口(P2)；环形结构(1)右端连接到第二平行耦合线节(31)的左上端，第二平行耦合线节(31)的左下端连接第四开路枝节(32)，第二平行耦合线节(31)的右上端连接第五开路枝节(33)，第二平行耦合线节(31)的右下端连接第六开路枝节(34)和第二线节(35)，第二线节(35)连接到第三端口(P3)。
本发明所述的宽带功分器能够对输入信号进行功率分配/合成，同时具有四阶广义切比雪夫带通频率响应，在通带两侧附近各有一个传输零点，有效改善通带的频率选择性。在阻带里，有多个传输零点，能抑制通带外的无用信号或噪声。
本发明所述宽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；具有四个传输极点耦合而成的带通频率响应，在靠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；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：宽带功分器结构示意图；
图3：宽带功分器结构参数标注图；
图4(a)：实施例的|S11|和|S21|仿真和测试结果图；
图4(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,…,5)表示线长，wi(i＝1,…,5)表示线宽。实施例的中心频率位于2GHz，3dB相对带宽为64％。结构参数选为(单位：mm)：l1＝44.84，l2＝20.55，l3＝9.30，l4＝8.42,l5＝18.47,w1＝0.84，w2＝2.21，w3＝0.25，w4＝1.28，w5＝0.80。另外，R＝91Ω。整个电路尺寸为0.73λg×0.25λg，λg表示在中心频率的波导波长。
实施例的测试结果如图4(a)和图4(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4(a)中的|S21|测试结果所示，实施例实现了四阶广义切比雪夫带通频率响应，具有四个传输极点。通带中心频率位于1.96GHz，相对带宽64.2％。通带内的插入损耗为3.78dB，通带内的回波损耗大于22dB。靠近通带每侧各有一个传输零点，分别位于1.0GHz和2.92GHz，有效得改善了通带的频率选择性。从直流到1GHz的抑制度优于28dB。高频阻带即从通带右侧直到12GHz(6.0f0，f0为中心频率)，由于具有多个传输零点带来优秀的抑制，使高频阻带内的抑制超过20dB。因此，实施例具有非常优秀的阻带抑制特性。如图4(b)中的|S32|测试结果所示，在包含通带在内的直流到12GHz(即6.0f0)较宽频率范围内，第二端口(P2)和第三端口(P3)之间的隔离度超过20dB。
为了充分显示本发明所述宽带功分器的突出性能，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。实施例在回波损耗和带外抑制等技术指标上，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 BDA0002363835750000021
对比文献：
[1]H.Hao and X.Ni,"Wideband filtering power divider with widerejection bandwidth and isolation,"Electronics Letters,vol.55,no.7,pp.395-396,4 4 2019.
[2]M.Chen and C.Tang,"Design of the filtering power divider with awide passband and stopband,"IEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.28,no.7,pp.570-572,July2018.
[3]Y.Wang,F.Xiao,Y.Cao,Y.Zhang and X.Tang,"Novel wideband microstripfiltering power divider using multiple resistors for port isolation,"IEEEAccess,vol.7,pp.61868-61873,2019.
[4]X.Yu and S.Sun,"A novel wideband filtering power divider withembedding three-line coupled structures,"in IEEE Access,vol.6,pp.41280-41290,2018.
[5]H.Xu,J.Wang,Z.Chen,N.Zhang,Y.Zheng,"Design of a filtering powerdivider with microstrip-to-slotline transition structures",Electron.Lett.,vol.53,no.19,pp.1314-1316,Sep.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 (3)

1.一种微带功分器，其特征在于：第一端口(P1)连接到电阻(R)加载的环形结构(1)，环形结构(1)左端连接到第一平行耦合线节(21)的右上端，第一平行耦合线节(21)的右下端连接第一开路枝节(22)，第一平行耦合线节(21)的左上端连接第二开路枝节(23)，第一平行耦合线节(21)的左下端连接第三开路枝节(24)和第一线节(25)，第一线节(25)连接到第二端口(P2)；环形结构(1)右端连接到第二平行耦合线节(31)的左上端，第二平行耦合线节(31)的左下端连接第四开路枝节(32)，第二平行耦合线节(31)的右上端连接第五开路枝节(33)，第二平行耦合线节(31)的右下端连接第六开路枝节(34)和第二线节(35)，第二线节(35)连接到第三端口(P3)。
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，同时具有四阶广义切比雪夫带通频率响应，在通带两侧附近各有一个传输零点，有效改善通带的频率选择性；在阻带里，有多个传输零点，能抑制通带外的无用信号或噪声。
3.根据权利要求1所述的微带功分器，中心频率位于2GHz，3dB相对带宽为64％。结构参数选为(单位：mm)：l1＝44.84，l2＝20.55，l3＝9.30，l4＝8.42,l5＝18.47,w1＝0.84，w2＝2.21，w3＝0.25，w4＝1.28，w5＝0.80；另外，R＝91Ω。
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