CN111613859A - 一种基于槽线和微带的同相功分滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于槽线和微带的同相功分滤波器，包括下表面设有金属接地板(9)的矩形介质基板(4)，介质基板(4)上表面设有输入端口馈线(1)、和对称分布的第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)；T型微带线(10)位于介质基板中部；第一微带线(20)与第二微带线(30)分别连接第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)；金属接地板(9)上蚀刻有连续直角弯折型槽线(6)、(7)和圆扇槽线(8)；圆扇槽线(8)连接处下设有隔离电阻(5)，隔离电阻(5)两端各分布一个金属柱。本发明的槽线同相功分滤波器，选择性高、端口匹配特性好、相位偏差小。
Description
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种基于槽线和微带的同相功分滤波器。
背景技术
近年来，现代无线通信系统蓬勃发展，增加了对小型化，低成本，多功能微波器件的需求。其中，同相功分滤波器作为一种集信号滤波和平衡与不平衡信号转换功能于一体的多功能器件，受到越来越多的关注。高性能的同相功分滤波器不仅能够有效减小系统的尺寸，而且能够简化系统设计的复杂度，从而进一步实现无线通信系统的低成本、高性能、小型化设计。
文献1(J.X.Xu and X.Y.Zhang,“Compact LTCC balun with bandpass responsebased on marchand balun,”IEEE Microw Wireless Compon.Lett.,vol.26,no.7,pp.493-495,Jul.2016.)基于低温共烧陶瓷技术(LTCC)，利用Marchand balun设计了一种小型化的巴伦滤波器，然而这种工艺设计复杂度高，插入损耗大。
文献2(G.-Q.Zhang,J.-X.Chen,J.Shi,H.Tang,H.Chu,and Z.-H.Bao,“Design ofmultilayer balun filter with independently controllable dual passbands,”IEEEMicrow.Wireless Compon.Lett.,vol.25,no.1,pp.10-12,Jan.2015.)基于多层PCB工艺，利用十字开槽的贴片谐振器，设计了一款双通带可独立控制的巴伦滤波器，然而该巴伦滤波器的带内匹配特性效果一般。
文献3(J.P.Wang,F.Huang,L.Zhu,C.T.Cai,and W.Wu,“Study of a new planar-type balun topology for application in the design of balun bandpass filters,”IEEE Trans.Microw.Theory Techn.,vol.43,no.24,pp.2824-2832,Sep.2016.)利用二分之一波长场分布特性设计了两款巴伦滤波器，但是这两款巴伦滤波器需要两个或两个以上多模谐振器形成滤波响应，无疑增大了设计复杂度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于槽线和微带的同相功分滤波器，结构简单、选择性高、端口匹配性能好、相位偏差小。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于槽线和微带的同相功分滤波器，包括下表面设有金属接地板(9)的矩形介质基板(4)，在所述矩形介质基板(4)的上表面一长边垂直设有输入端口馈线(1)和对称分布的第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)；在所述输入端口馈线(1)一端接T型微带线(10)；在所述的第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)的一端分别接有第一微带线(20)和第二微带线(30)；在所述的金属接地板(9)上蚀刻有对称分布的连续直角弯折的槽线(6)、槽线(7)，圆扇槽线(8)蚀刻于槽线(6)、槽线(7)中间，并且圆扇槽线(8)下端设有隔离电阻(5)；所述的隔离电阻(5)左右各设有一金属柱(51)，金属柱(52)。
进一步的，所述输入端口馈线(1)为50欧姆微带线导带(11)，微带线导带(11)一端接T型微带线(10)的分支主线(101)。
进一步的，所述第一输出馈线(2)包括连接微带线(201)和L型微带线(202)；连接微带线(201)垂直连接在第一微带线(20)的内侧，连接微带线(201)向外侧再连接L型微带线(202)，三条连续垂直的微带线组成第一输出馈线(2)；所述第二输出馈线(3)包括连接微带线(301)和L型微带线(302)；连接微带线(301)垂直连接在第二微带线(30)的内侧，连接微带线(301)向外侧再连接L型微带线(302)，三条连续垂直的微带线组成第二输出馈线(3)，L型微带线(202)、(302)的长边相互平行。
进一步的，所述连续直角弯折型槽线(6)包括依次垂直相连的前臂(61)、中臂(62)和后臂(63)，所述前臂(61)与后臂(63)平行，中臂(62)垂直连接前臂(61)与后臂(63)的末端，前臂(61)位于T型微带线(10)的分支(102)的正下方，后臂(63)位于第一微带线(20)正下方；所述连续直角弯折型槽线(7)包括依次垂直相连的前臂(71)、中臂(72)和后臂(73)，所述前臂(71)与后臂(73)平行，中臂(72)垂直连接前臂(71)与后臂(73)的末端，前臂(71)位于T型微带线(10)的分支(103)的正下方，后臂(73)位于第二微带线(30)正下方，中臂(62)与中臂(72)相互平行。
进一步的，所述的圆扇型槽线(8)包括圆形盘(801)和矩形槽线(802)两部分，圆形盘(801)位于第一输出馈线(2)与第二输出馈线(3)之间，矩形槽线(802)位于T型微带线(10)分支主线(101)正下方，圆形盘(801)与矩形槽线(802)两部分垂直连接贯通。
进一步的，所述隔离电阻(5)位于所述的圆扇型槽线(8)的圆形盘(801)与矩形槽线(802)两部分连接处正下方，隔离电阻(5)左右各设有金属柱(51)、金属柱(52)。
进一步的，所述的槽线同相功分滤波器微带线部分输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)、第一微带线(20)、第二微带线(30)关于介质基板(4)窄边中线对称分布，槽线部分弯折型槽线(6)、弯折型槽线(7)、圆扇型槽线(8)关于金属接地板(9)窄边中线对称分布。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
(1)结构简单：本发明可在单层PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低。
(2)平衡特性好：本发明利用微带线到槽线的过渡，实现两输出端口的等幅同相，具有稳定的幅度差和相位差特性。
(3)选择性好：本发明巧妙利用单个多模谐振器设计同相带通滤波器，选择性高，设计灵活，应用范围广。
(4)端口匹配特性好：本发明基于槽线和微带多模谐振器的同相带通滤波器带内回波损耗小于20dB。
附图说明
图1是本发明基于槽线和微带多模谐振器的同相功分滤波器的分层结构示意图。
图2是图1的立体图。
图3是实施例1的介质基板俯视图。
图4是实施例1的接地板俯视图。
图5是实施例1的S参数仿真曲线图。
图6是实施例1的两个输出端口相位差的仿真曲线图。
图中，输入端口馈线1，第一输出端口馈线2，第二输出端口馈线3，第一微带线20，第二微带线30，矩形介质基板4，隔离电阻5，金属柱51和52，弯折型槽线6，弯折型槽线7，圆扇型槽线8，金属接地板9，T型微带线10；
50欧姆微带线导带11，T型微带线分支主线101，T型微带线分支102，T型微带线分支103，连接微带线(201)、(301)，L型微带线(202)、(302)；
前臂61，中臂62，后臂63，前臂71，中臂72，后臂73；
圆形盘槽线801，矩形槽线802。
具体实施方式
结合图1、2所示，本发明一种基于槽线和微带的同相功分滤波器，包括下表面设有金属接地板9的矩形介质基板4，在所述矩形介质基板4的上表面设有输入端口馈线1、第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3；所述输入端口馈线1的输入端位于矩形介质基板4的一个长边中点，所述第一输出端口馈线2的输出端与所述第二输出端口馈线3的输出端位于矩形介质基板4的另一个长边两侧并关于矩形介质基板4窄边中线对称；在所述输入端口馈线1末端连接T型微带线的分支主线101，在所述的两输出端口馈线2、3末端分别连有L型的微带线202、302。在所述金属接地板9上蚀刻有两条连续弯折型槽线6、7并对称分布；在所述金属接地板9上还蚀刻有圆扇型槽线8。
所述的第一输出馈线2包括连接微带线201和L型微带线202，连接微带线201垂直连接在第一微带线20的内侧，连接微带线201向外侧再连接L型微带线202，三条连续垂直的微带线组成第一输出馈线2；所述第二输出馈线3包括连接微带线301和L型微带线302；连接微带线301垂直连接在第二微带线30的内侧，连接微带线301向外侧再连接L型微带线302，三条连续垂直的微带线组成第二输出馈线3，L型微带线202、302的长边相互平行并靠近。
所述连续弯折型槽线6包括依次垂直相连的前臂61、中臂62和后臂63，所述中臂62与金属接地板9的窄边中线平行并趋向窄边中线，所述前臂61与后臂63关于所述中臂62对称，前臂61位于T型微带线分支102正下方，后臂位于第一微带线201的正下方。
所述连续弯折型槽线7包括依次垂直相连的前臂71、中臂72和后臂73，所述中臂72与金属接地板9的窄边中线平行并趋向窄边中线，所述前臂71与后臂73关于所述中臂72对称，前臂71位于T型微带线分支103正下方，后臂位于第一微带线301的正下方。
所述圆扇型8位于金属接地板9的窄边中线处，圆形盘801空间分隔第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3，矩形槽线802垂直圆形盘801空间指向输入端口馈线1，圆形盘801与矩形槽线802垂直连接处设有一隔离电阻5，隔离电阻5左右各设有两个金属柱51、52。
本发明在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀，从而形成所需的金属图案，结构紧凑，可在单片PCB板上实现，生产成本低。采用多模谐振器构建滤波响应，具有宽的工作频带和良好的频率选择性。由于本发明基于槽线和微带多模谐振器的同向功分滤波器结构简单、选择性高、端口匹配性能好、相位偏差小，适用于现代无线通信系统。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
基于槽线和微带多模谐振器的同向功分滤波器的立体结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。所采用的介质基板4的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图3，同向功分滤波器各尺寸参数如下：L＝50mm,L1＝6mm，L2＝11mm，L3＝12.5mm，L4＝4mm，L5＝5mm，L6＝5.7mm，L7＝6.5mm，L8＝12.8mm,L9＝6mm,W＝27.61mm,W1＝0.69mm,W2＝0.5mm,W3＝2mm,W4＝1.38mm,W5＝1.18mm,W12＝2.23mm,R＝4.2mm,L21＝12.5mm,L31＝6mm,W21＝2.8mm,W22＝0.22mm,W23＝0.5mm,W30＝20mm,W31＝1.945mm,W32＝6.97mm,R1＝240Ω。
本实例同向功分滤波器是在电磁仿真软件HFSS.18.0中建模仿真的。图5是本实例中同向功分滤波器的S参数仿真图，从图中可以看出，该同向功分滤波器的通带中心频率为4GHz，3-dB分数带宽为23.6％，带内回波损耗小于-22dB，插入损耗好于0.6dB。通带内有3个谐振极点，通带外有2谐振零点，使得该实例功分滤波器具有很好的频率选择性。
图6是本实例同向功分滤波器两个输出端口的相位差，从图中可以看出，该实例同向功分滤波器在工作频率范围内的输出端口相位差为0度，相位响应非常好。
综上所述，本发明基于槽线和微带多模谐振器的同向功分滤波器，结合微带线到槽线、槽线到微带线的过渡结构，实现同向功分滤波器的稳定的平衡特性，通过嵌入微带多模谐振器，设计出具有多模响应的同向功分滤波器。该同向功分滤波器非常适用于现代无线通信系统。
Claims (7)
1.一种基于槽线和微带的同相功分滤波器，其特征在于，包括下表面设有金属接地板(9)的矩形介质基板(4)，在所述矩形介质基板(4)的上表面一长边垂直设有输入端口馈线(1)和对称分布的第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)；在所述输入端口馈线(1)一端接T型微带线(10)；在所述的第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)的一端分别接有第一微带线(20)和第二微带线(30)；在所述的金属接地板(9)上蚀刻有对称分布的连续直角弯折的槽线(6)、槽线(7)，圆扇槽线(8)蚀刻于槽线(6)、槽线(7)中间，并且圆扇槽线(8)下端设有隔离电阻(5)；所述的隔离电阻(5)左右各设有一金属柱(51)，金属柱(52)。
2.根据权利要求1所述的同相功分滤波器，其特征在于，所述输入端口馈线(1)为50欧姆微带线导带(11)，微带线导带(11)一端接T型微带线(10)的分支主线(101)。
3.根据权利要求2所述的同相功分滤波器，其特征在于，所述第一输出馈线(2)包括连接微带线(201)和L型微带线(202)；连接微带线(201)垂直连接在第一微带线(20)的内侧，连接微带线(201)向外侧再连接L型微带线(202)，三条连续垂直的微带线组成第一输出馈线(2)；所述第二输出馈线(3)包括连接微带线(301)和L型微带线(302)；连接微带线(301)垂直连接在第二微带线(30)的内侧，连接微带线(301)向外侧再连接L型微带线(302)，三条连续垂直的微带线组成第二输出馈线(3)，L型微带线(202)、(302)的长边相互平行。
4.根据权利要求3所述的同相功分滤波器，其特征在于，所述连续直角弯折型槽线(6)包括依次垂直相连的前臂(61)、中臂(62)和后臂(63)，所述前臂(61)与后臂(63)平行，中臂(62)垂直连接前臂(61)与后臂(63)的末端，前臂(61)位于T型微带线(10)的分支(102)的正下方，后臂(63)位于第一微带线(20)正下方；所述连续直角弯折型槽线(7)包括依次垂直相连的前臂(71)、中臂(72)和后臂(73)，所述前臂(71)与后臂(73)平行，中臂(72)垂直连接前臂(71)与后臂(73)的末端，前臂(71)位于T型微带线(10)的分支(103)的正下方，后臂(73)位于第二微带线(30)正下方，中臂(62)与中臂(72)相互平行。
5.根据权利要求4所述的同相功分滤波器，其特征在于，所述的圆扇型槽线(8)包括圆形盘(801)和矩形槽线(802)两部分，圆形盘(801)位于第一输出馈线(2)与第二输出馈线(3)之间，矩形槽线(802)位于T型微带线(10)分支主线(101)正下方，圆形盘(801)与矩形槽线(802)两部分垂直连接贯通。
6.根据权利要求7所述的同相功分滤波器，其特征在于，所述隔离电阻(5)位于所述的圆扇型槽线(8)的圆形盘(801)与矩形槽线(802)两部分连接处正下方，隔离电阻(5)左右各设有金属柱(51)、金属柱(52)。
7.根据权利要求6所述的同相功分滤波器，其特征在于，所述的槽线同相功分滤波器微带线部分输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)、第一微带线(20)、第二微带线(30)关于介质基板(4)窄边中线对称分布，槽线部分弯折型槽线(6)、弯折型槽线(7)、圆扇型槽线(8)关于金属接地板(9)窄边中线对称分布。
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