CN111628257B - 一种滤波功分器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种滤波功分器。本发明技术方案通过在第一基板与第二基板之间设置接地板，接地板为金属板，并在第一基板远离第二基板的表面上设置第一谐振器和两个第二谐振器，两个第二谐振器均与第一谐振器间隔设置，形成耦合效果。由第二基板底层T型馈线两开路端所激励的等效共模信号经过金属通孔馈入第一谐振器，当第一谐振器工作在TM₁₀模式下，能够抑制第一谐振器上差分激励所产生的谐振模式，在此基础上，沿第一谐振器TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板电性连接金属通孔，从而进一步抑制高次谐波，并提供额外的传输零点，使本发明的滤波功分器具有更好的通带选择性，拓展了本发明滤波功分器的阻带带宽。

Description

一种滤波功分器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别涉及一种滤波功分器。

背景技术

功分器和滤波器分别是微波毫米波系统中起到功率分配/合并和信号选择的重要无源器件。现有的功分器中，在通带高端的谐波仍然非常接近工作频率，无法获得更好的通带选择性。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种滤波功分器，旨在解决现有的功分器无法具备更好的通带选择性技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种滤波功分器，所述滤波功分器包括：

相互层叠设置的第一基板和第二基板；

接地板，所述接地板设置于所述第一基板和所述第二基板之间；

第一谐振器，所述第一谐振器设置于所述第一基板远离所述第二基板的表面上，沿所述第一谐振器TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板电性连接的金属通孔，所述第一谐振器用于接收共模信号；

两第二谐振器，两所述第二谐振器均设置于所述第一基板远离所述第二基板的表面上，两所述第二谐振器均与所述第一谐振器间隔设置，形成耦合效果，两所述第二谐振器用于输出共模信号。

优选地，所述第一谐振器、所述第二谐振器均为三角形结构。

优选地，所述第一谐振器为等边三角形，所述第二谐振器为直角三角形，两个所述第二谐振器的斜边分别与所述第一谐振器的不同斜边平行设置，两个所述第二谐振器关于所述第一谐振器的垂直平分线呈轴对称设置。

优选地，所述第二谐振器的斜边与所述第一谐振器的斜边之间的间隙越小，所述第一谐振器与所述第二谐振器之间的耦合强度越大，在阻抗匹配的情况下，通带的带宽越大。

优选地，所述第一谐振器上设置有：

第一探针，所述第一探针设置于所述第一谐振器TM₁₀模零电位分布线中点位置；

两第二探针，两所述第二探针设置于所述第一谐振器TM₁₀模零电位分布线上且在所述第一探针两侧，两所述第二探针关于所述垂直平分线呈轴对称设置，所述第一探针和两所述第二探针均贯穿所述第一基板，并与所述接地板连接。

优选地，所述滤波功分器还包括：

第一输出馈线，所述第一输出馈线设置于所述第二基板远离所述第一基板的表面上；

第二输出馈线，所述第二输出馈线设置于所述第二基板远离所述第一基板的表面上，所述第一输出馈线、所述第二输出馈线分别与两所述第二谐振器电性连接。

优选地，所述滤波功分器还包括：

隔离电阻，所述第一输出馈线的一端与所述隔离电阻的一端连接，所述第二输出馈线的一端与所述隔离电阻的另一端连接，所述第一输出馈线的另一端、所述第二输出馈线的另一端均输出共模信号。

优选地，所述接地板上设置有两第一避位孔，每一所述第二谐振器上均设置有第三探针，两所述第三探针与两所述第一避位孔一一对应设置，两所述第三探针均贯穿所述第一基板、所述接地板以及所述第二基板，并穿过对应的所述第一避位孔，并分别与所述第一输出馈线、所述第二输出馈线连接；

其中，每一所述第三探针与对应的所述第一避位孔的孔壁之间留有间隙。

优选地，所述滤波功分器还包括：

微带线，所述微带线设置于所述第二基板远离所述第一基板的表面上，所述微带线具有一个信号输入端和两个信号输出端，所述信号输入端接收共模信号，两所述信号输出端均与所述第一谐振器电性连接。

优选地，所述接地板上设置有两第二避位孔，所述第一谐振器上均设置有两第四探针，两所述第四探针与两所述第二避位孔一一对应设置，两所述第四探针均贯穿所述第一基板、所述接地板以及所述第二基板，并穿过对应的所述第二避位孔，并分别与两所述信号输出端连接；

其中，每一所述第四探针与对应的所述第二避位孔的孔壁之间留有间隙。

本发明技术方案通过在第一基板与第二基板之间设置接地板，接地板为金属板，并在第一基板远离第二基板的表面上设置第一谐振器和两个第二谐振器，两个第二谐振器均与第一谐振器间隔设置，形成耦合效果。由第二基板底层T型馈线两开路端所激励的等效共模信号经过金属通孔馈入第一谐振器，当第一谐振器工作在TM₁₀模式下，能够抑制第一谐振器上差分激励所产生的谐振模式，在此基础上，沿第一谐振器TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板电性连接金属通孔，从而进一步抑制高次谐波，并提供额外的传输零点，使本发明的滤波功分器具有更好的通带选择性，拓展了本发明滤波功分器的阻带带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明滤波功分器一实施例的结构示意图；

图2为本发明滤波功分器一实施例第一谐振器TM₁₀模的电场强度分布图；

图3为本发明滤波功分器一实施例第一基板的结构俯视图；

图4为本发明滤波功分器一实施例接地板的结构俯视图；

图5为本发明滤波功分器一实施例的结构仰视图；

图6为本发明滤波功分器一实施例S参数和隔离度的仿真测试图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种滤波功分器100。

在本发明实施例中，如图1至图2所示，该所述滤波功分器100包括：相互层叠设置的第一基板10和第二基板20；接地板90，所述接地板90设置于所述第一基板10和所述第二基板20之间；第一谐振器30，所述第一谐振器30设置于所述第一基板10远离所述第二基板20的表面上，沿所述第一谐振器30TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板90电性连接的金属通孔，所述第一谐振器30用于接收共模信号；两第二谐振器40，两所述第二谐振器40均设置于所述第一基板10远离所述第二基板20的表面上，两所述第二谐振器40均与所述第一谐振器40间隔设置，形成耦合效果，两所述第二谐振器40用于输出共模信号。

本实施例中，可在传输线内设置第一基板10和第二基板20，第一基板10与第二基板20之间设置接地板90，接地板90为金属板，并在第一基板10远离第二基板20的表面上设置第一谐振器30和两个第二谐振器40，两个第二谐振器40均与第一谐振器30间隔设置，形成耦合效果。例如，可在第二基板20远离第一基板10的表面设置T型馈线，利用T型馈线两开路端对第一谐振器30进行馈电，第二基板20底层T型馈线两开路端所激励的等效共模信号经过金属通孔馈入第一谐振器30，当第一谐振器30工作在TM₁₀模式下，能够抑制第一谐振器30上差分激励所产生的谐振模式，在此基础上，沿第一谐振器30TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板90电性连接金属通孔，从而进一步抑制高次谐波，并提供额外的传输零点，使本发明的滤波功分器100具有更好的通带选择性，拓展了本发明滤波功分器100的阻带带宽。

具体地，所述第一谐振器30、所述第二谐振器40均为三角形结构。

具体地，所述第一谐振器30为等边三角形，所述第二谐振器40为直角三角形，两个所述第二谐振器40的斜边分别与所述第一谐振器30的不同斜边平行设置，两个所述第二谐振器40关于所述第一谐振器30的垂直平分线呈轴对称设置。

本实施例中，第一谐振器30、第二谐振器40均为三角形结构，且第一谐振器30为等边三角形，第二谐振器40为直角三角形，

第二谐振器40的斜边与等边三角形的斜边平行设置，且两个第二谐振器40关于第一谐振器30的垂直平分线呈轴线设置，使得第二谐振器40形成半切的等边三角形，第一谐振器30通过等边三角形的两个斜边与第二谐振器40的斜边耦合。由于半切的等边三角形在本发明中具有与切割前的等边三角形一致的电场，半切的等边三角形结构进一步减小了本发明滤波功分器100的整体尺寸。

具体地，所述第二谐振器40的斜边与所述第一谐振器30的斜边之间的间隙越小，所述第一谐振器30与所述第二谐振器40之间的耦合强度越大，在阻抗匹配的情况下，通带的带宽越大。本实施例中，在形成通带的基础条件下，第二谐振器40的斜边与第一谐振器30的斜边之间的间隙越小，第一谐振器30与第二谐振器40之间的耦合强度越大，通带的带宽越大。

具体地，所述第一谐振器上设置有：第一探针31，所述第一探针31设置于所述第一谐振器30TM₁₀模零电位分布线中点位置；两第二探针32，两所述第二探针32设置于所述第一谐振器30TM₁₀模零电位分布线上且在所述第一探针31两侧，两所述第二探针32关于所述垂直平分线呈轴对称设置，所述第一探针31和两所述第二探针32均贯穿所述第一基板10，并与所述接地板90连接。作为一个可选实施例，当第一谐振器30工作在TM₁₀模式下，能够抑制第一谐振器30上差分激励所产生的谐振模式，在此基础上，沿第一谐振器30TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板90电性连接金属通孔，(例如图2所示的第一谐振器30电场分布图)，位于电场为0的区域设置第一探针31和两个第二探针32，第一探针31位于垂直平分线上，且两个第二探针32关于垂直平分线呈轴线对称，保证两个探针输出的能量一致，从而进一步抑制高次谐波，并提供额外的传输零点，使本发明的滤波功分器100具有更好的通带选择性，拓展了本发明滤波功分器100的阻带带宽。

具体地，所述滤波功分器100还包括：第一输出馈线50，所述第一输出馈线50设置于所述第二基板20远离所述第一基板10的表面上；第二输出馈线60，所述第二输出馈线60设置于所述第二基板20远离所述第一基板10的表面上，所述第一输出馈线50、所述第二输出馈线60分别与两所述第二谐振器40电性连接。本实施例中，可在第二基板20远离第一基板10的表面上设置第一输出馈线50和第二输出馈线60，以便于两个第二谐振器40分别通过第一输出馈线50和第二输出馈线60输出共模信号。

具体地，所述滤波功分器100还包括：隔离电阻70，所述第一输出馈线50的一端与所述隔离电阻70的一端连接，所述第二输出馈线60的一端与所述隔离电阻70的另一端连接，所述第一输出馈线50的另一端、所述第二输出馈线60的另一端均输出共模信号。本实施例中，隔离电阻70跨接在第一输出馈线50、第二输出馈线60上，两边，以隔离第一输出馈线50、第二输出馈线60之间，防止第一输出馈线50、第二输出馈线60发生信号干扰。

具体地，所述接地板90上设置有两第一避位孔A，每一所述第二谐振器40上均设置有第三探针41，两所述第三探针41与两所述第一避位孔A一一对应设置，两所述第三探针41均贯穿所述第一基板10、所述接地板90以及所述第二基板20，并穿过对应的所述第一避位孔A，并分别与所述第一输出馈线50、所述第二输出馈线60连接；其中，每一所述第三探针41与对应的所述第一避位孔A的孔壁之间留有间隙。作为一个可选实施例，可在两个第二谐振器40上分别设置第三探针41，第三探针41不能与接地板90连接，因此，在接地板90上开设两个第一避位孔A，两个第三探针41关于垂直平分线呈轴线对称，两个第三探针41贯穿第一基板10、接地板90以及第二基板20，并穿过对应的第一避位孔A，并分别与第一输出馈线50、第二输出馈线60连接。

具体地，所述滤波功分器100还包括：微带线80，所述微带线80设置于所述第二基板20远离所述第一基板10的表面上，所述微带线80具有一个信号输入端(图未标)和两个信号输出端81，所述信号输入端接收信号，两所述信号输出端81均与所述第一谐振器30电性连接。本实施例中，可在第二基板20远离第一基板10的表面上设置微带线80，微带线80为一分二微带线80结构，其具有一个信号输入端和两个信号输出端81，信号输入端接收共模信号，两信号输出端81均与第一谐振器30电性连接。

具体地，所述接地板90上设置有两第二避位孔B，所述第一谐振器30上均设置有两第四探针34，两所述第四探针34与两所述第二避位孔B一一对应设置，两所述第四探针34均贯穿所述第一基板10、所述接地板90以及所述第二基板20，并穿过对应的所述第二避位孔B，并分别与两所述信号输出端81连接；其中，每一所述第四探针34与对应的所述第二避位孔B的孔壁之间留有间隙。作为一个可选实施例，可在两个第一谐振器30上分别设置两第四探针34，第四探针34不能与接地板90连接，因此，在接地板90上开设两个第二避位孔B，两个第四探针34关于垂直平分线呈轴线对称，两个第四探针34贯穿第一基板10、接地板90以及第二基板20，并穿过对应的第一避位孔A，并分别与两信号输出端81连接。

如图3至图6所示，为了进一步描述本发明的滤波功分器100，本实施例基于等边三角形谐振器(即第一谐振器30)的高选择性滤波功分器100。所采用的第一基板10和第二基板20的相对介电常数为10.2，厚度为0.625mm，请参照图3至图5所示，滤波功分器100的各尺寸参数如下：

A＝50mm、L1＝4.2mm、L2＝16mm、L3＝1mm、L4＝5.5mm、L5＝35.2mm、L6＝28mm、L7＝10mm、L8＝8.8mm、L9＝8mm、L10＝34mm、L11＝10mm、W1＝0.6mm、W2＝3.5mm、W3＝2mm、W4＝1.2mm、W5＝2mm、W6＝0.6mm、S＝0.7mm、D1＝1.2mm、D2＝1mm、D3＝3mm。

本实施例在电磁仿真软件，例如HFSS.18软件中进行建模仿真，S参数仿真图和隔离度仿真图如图6所示。

由图6可知，该滤波功分器100的中心频率为1.27GHz，相对带宽为7％，最小带内插入损耗为-1.27dB,通带内回波损耗小于-15dB，两输出端口之间的隔离度小于-15dB。另外，在通带两侧分别产生了两个传输零点，一直到4.25GHz范围内谐波抑制达到-25dB以下，使得本实施例中的功分滤波器具有高选择性。

综上所述，本发明基于等边三角形谐振器的高选择性滤波功分器100，在保证高性能、小型化的前提下实现了对平面贴片滤波器谐波的抑制，带外选择性能好，两端口之间隔离度高，非常适用于现代无线通信系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种滤波功分器，其特征在于，所述滤波功分器包括：

相互层叠设置的第一基板和第二基板；

接地板，所述接地板设置于所述第一基板和所述第二基板之间；

第一谐振器，所述第一谐振器设置于所述第一基板远离所述第二基板的表面上，沿所述第一谐振器TM₁₀模零电位分布线中点对称地引入与中间层的接地板电性连接的金属通孔，所述第一谐振器用于接收共模信号；所述第一谐振器上设置有第一探针和两第二探针，所述第一探针设置于所述第一谐振器TM₁₀模零电位分布线中点位置；两所述第二探针设置于所述第一谐振器TM₁₀模零电位分布线上且在所述第一探针两侧，两所述第二探针关于所述第一谐振器的垂直平分线呈轴对称设置，所述第一探针和两所述第二探针均贯穿所述第一基板，并与所述接地板连接；

微带线，所述微带线设置于所述第二基板远离所述第一基板的表面上，所述微带线具有一个信号输入端和两个信号输出端，所述信号输入端接收信号，两所述信号输出端均与所述第一谐振器电性连接；

两第二谐振器，两所述第二谐振器均设置于所述第一基板远离所述第二基板的表面上，两所述第二谐振器均与所述第一谐振器间隔设置，形成耦合效果，两所述第二谐振器用于输出共模信号；

第一输出馈线，所述第一输出馈线设置于所述第二基板远离所述第一基板的表面上；

第二输出馈线，所述第二输出馈线设置于所述第二基板远离所述第一基板的表面上，所述第一输出馈线、所述第二输出馈线分别与两所述第二谐振器电性连接；

所述接地板上设置有两第一避位孔，每一所述第二谐振器上均设置有第三探针，两所述第三探针与两所述第一避位孔一一对应设置，两所述第三探针均贯穿所述第一基板、所述接地板以及所述第二基板，并穿过对应的所述第一避位孔，分别与所述第一输出馈线、所述第二输出馈线连接；其中，每一所述第三探针与对应的所述第一避位孔的孔壁之间留有间隙；

所述接地板上设置有两第二避位孔，所述第一谐振器上均设置有两第四探针，两所述第四探针与两所述第二避位孔一一对应设置，两所述第四探针均贯穿所述第一基板、所述接地板以及所述第二基板，并穿过对应的所述第二避位孔，并分别与两所述信号输出端连接；其中，每一所述第四探针与对应的所述第二避位孔的孔壁之间留有间隙。

2.如权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，所述第一谐振器、所述第二谐振器均为三角形结构。

3.如权利要求2所述的滤波功分器，其特征在于，所述第一谐振器为等边三角形，所述第二谐振器为直角三角形，两个所述第二谐振器的斜边分别与所述第一谐振器的不同斜边平行设置，两个所述第二谐振器关于所述第一谐振器的垂直平分线呈轴对称设置。

4.如权利要求3所述的滤波功分器，其特征在于，所述第二谐振器的斜边与所述第一谐振器的斜边之间的间隙越小，所述第一谐振器与所述第二谐振器之间的耦合强度越大，在阻抗匹配的情况下，通带的带宽越大。

5.如权利要求1所述的滤波功分器，其特征在于，所述滤波功分器还包括：

隔离电阻，所述第一输出馈线的一端与所述隔离电阻的一端连接，所述第二输出馈线的一端与所述隔离电阻的另一端连接，所述第一输出馈线的另一端、所述第二输出馈线的另一端均输出共模信号。

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