CN112187205A - 一种任意相差输出的功分滤波网络 - Google Patents

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    • H03H1/00—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network

Abstract

本发明的一种任意相差输出的功分滤波网络，包括：滤波功分装置和宽带分支线电桥；所述滤波功分装置包括输入端口、第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器，所述输入端口与所述第一谐振器连接，所述第二谐振器和第三谐振器分别通过一个变容电路与第一谐振器连接；所述第二谐振器和第三谐振器输出的信号分别连接至所述宽带分支线电桥的两个输入端口；通过所述宽带分支线电桥将信号合成后输出，将谐振器通过变容电路耦合连接，使输入信号通过三个谐振器和两个变容电路之间的配合，输出不同功分比的同相及反相信号，输出信号经过宽带分支线电桥进行合成，通过控制多个变容电路中的电容值，进而控制两个谐振器之间的耦合，最终输出相差可控的信号。

Description

一种任意相差输出的功分滤波网络
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种任意相差输出的功分滤波网络。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，滤波器，功分器与移相器在无线通信领域大量普及，成为无线通信领域中不可缺少的部分。为了进一步减小整个通信系统的体积以及减少能量损耗，具有相差控制功能的滤波功分电路成为研究的热点以及难点。
现有技术中相差可控的功分网络过多依赖变容二极管的容值变化控制相差，相差变化范围受到变容二极管容值的限制，相差变为范围不大，难以满足现代通信系统尤其是5G通信波束形成网络中信号相位的要求。此外，目前还没有集滤波器，功分器，移相器一体的电路，级联额外的滤波电路需要额外成本
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种任意相差输出的功分滤波网络，包括：滤波功分装置和宽带分支线电桥；
所述滤波功分装置包括输入端口、第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器，所述输入端口与所述第一谐振器连接，所述第二谐振器和第三谐振器分别通过一个变容电路与第一谐振器连接；
所述第二谐振器和第三谐振器输出的信号分别连接至所述宽带分支线电桥的两个输入端口；
通过所述宽带分支线电桥将信号合成后输出。
进一步，所述变容电路包括变容元件和第一贴片电阻，所述变容元件包括两个共阴极的二极管。
进一步，所述二极管阳极与谐振器连接，所述第一贴片电阻一端连接在所述二极管阴极，所述第一贴片电阻另一端外接偏置电压。
进一步，还包括三个分别与所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器连接的中心频率调节电路对输入信号的中心频率进行调节。
进一步，所述中心频率调节电路包括两个共阴极的第一二极管、第二二极管和第二贴片电阻，所述第二贴片电阻一端连接在所述第一二极管和第二二极管阴极，所述第二贴片电阻另一端外接偏置电压。
进一步，所述第一二极管阳极接地，所述第二二极管阳极与谐振器连接。
进一步，所述宽带分支线电桥为二阶90°分支线电桥。
进一步，还包括信号处理电路，所述信号处理电路设置于第三谐振器与所述宽带分支线电桥之间以及第二谐振器与所述宽带分支线电桥之间。
进一步，所述信号处理电路包括固定电容和第三二极管，所述固定电容为贴片电容；所述第三二极管的阳极与谐振器连接，所述固定电容连接在所述第三二极管阴极，所述固定电容与第三二极管之间设置有第三贴片电阻，所述第三贴片电阻外接偏置电压。
进一步，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器均包括宽部和窄部，三个所述宽部和窄部同向放置。
本发明的有益效果：本发明提供的一种任意相差输出的功分滤波网络，将谐振器通过变容电路耦合连接，使输入信号通过三个谐振器和两个变容电路之间的配合，输出不同功分比的同相及反相信号，输出信号经过宽带分支线电桥进行合成，通过控制多个变容电路中的电容值，进而控制两个谐振器之间的耦合，最终输出相差可控的信号。
附图说明
用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例提供的一种分支滤波网络的结构示意图；
图2为本发明实施例中S11参数测试结果示意图；
图3为本发明实施例中S21参数测试结果示意图；
图4为本发明实施例中S31参数测试结果示意图；
图5为本发明实施例中输出信号相差测试结果示意图。
1-输入端口；2-第一谐振器；3-第二谐振器；4-第三谐振器；5-变容电路；6-宽带分支线电桥；7-中心频率调节电路；8-信号处理电路。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。
如图1-5所示：
一种任意相差输出的功分滤波网络，包括：滤波功分装置和宽带分支线电桥6；
滤波功分装置包括输入端口1、第一谐振器2、第二谐振器3和第三谐振器4，输入端口1与第一谐振器2连接，第二谐振器3和第三谐振器4分别通过一个变容电路5与第一谐振器2连接；
第二谐振器3和第三谐振器4输出的信号分别连接至宽带分支线电桥6的两个输入端口1；
通过宽带分支线电桥6将信号合成后输出。
第一谐振器2外接输入信号，输入信号经过两个变容电路5形成的耦合处，再分别从第二谐振器3和第三谐振器4连接至宽带分支线电桥6进行合成输出；通过控制变容电路5的电容去控制滤波功分装置输出任意功分比的同相及反相的两个信号，具体的，如果第一谐振器2和第二谐振器3之间是电容耦合，第一谐振器2和第三谐振器4之间是电感耦合，那么输出的是反相信号，如果第一谐振器2和第二谐振器3之间是电容耦合，第一谐振器2和第三谐振器4之间也是是电容耦合，那么输出的是同相信号；
如果输出的是同相信号V1、V4时，V1、V4满足：
Figure BDA0002641358270000041
其中|a|,|b|为电压振幅，θ0为信号初始相位，k为功分比，经过宽带分支线电桥6合成后，输出的信号相位差
Figure BDA0002641358270000051
满足：
Figure BDA0002641358270000052
如果输出的是反相信号V1、V4时，V1、V4满足：
Figure BDA0002641358270000053
经过宽带分支线电桥6合成后，输出的信号相位差满足：
Figure BDA0002641358270000054
即当滤波功分装置输出同相任一功分比信号时，最终输出的两个信号的相位差可以在0°到90°，270°到360°区间内任意调节；当左侧滤波功分电路输出反相任意功分比信号时，最终输出的两个信号的相位差可以在90°到180°，180°到270°区间内任意调节；也就是说最终输出信号的相位差可在0°到360°内任意调节。
可选的，本发明施例中的谐振器采用微带线谐振器，基板采用的是型号为Rogers6010的基板，基板的厚度为25密尔；
作为优选的方案，变容电路5包括变容元件和第一贴片电阻，变容元件包括两个共阴极的二极管。
可选的，这里的贴片电阻采用型号为0402封装100千欧姆的贴片电阻。
作为优选的方案，二极管阳极与谐振器连接，第一贴片电阻一端连接在二极管阴极，第一贴片电阻另一端外接偏置电压，二极管指的是两个共阴极的二极管，其阳极分别于谐振器连接，其中一个二极管的阳极连接第一谐振器2和第二谐振器3，另一个二极管的阳极连接第一谐振器2和第三谐振器4；
具体的，对变容电路5电容的控制是通过控制所连接的偏置电压的大小。
可选的，在谐振器上还连接有另一贴片电阻并接地，阻止射频信号到地，避免产生巨大损耗。
作为优选的方案，还包括三个分别与第一谐振器2、第二谐振器3、第三谐振器4连接的中心频率调节电路7对输入信号的中心频率进行调节。
作为优选的方案，中心频率调节电路7包括两个共阴极的第一二极管、第二二极管和第二贴片电阻，第二贴片电阻一端连接在第一二极管和第二二极管阴极，第二贴片电阻另一端外接偏置电压。
作为优选的方案，第一二极管阳极接地，第二二极管阳极与谐振器连接，也就是说每一个中心频率调节电路7的两个二极管共阴极，其阳极一个与谐振器连接，另一个接地。
通过设置中心频率调节电路7使输入信号在一定范围内可调，避免需要大量接口，有利于缩小整个装置的体积，有利于发展小型化设备。
作为优选的方案，宽带分支线电桥6为二阶90°分支线电桥，让输入到分支线电桥的信号进行两路合成并输出。
作为优选的方案，还包括信号处理电路8，信号处理电路8设置于第三谐振器4与宽带分支线电桥6之间以及第二谐振器3与宽带分支线电桥6之间。
作为优选的方案，信号处理电路8包括固定电容和第三二极管，固定电容为贴片电容；第三二极管的阳极与谐振器连接，固定电容连接在第三二极管阴极，固定电容与第三二极管之间设置有第三贴片电阻，第三贴片电阻外接偏置电压。
可以考虑的是，滤波通带需要内部耦合和外部耦合，外部耦合需要由对应的电容值进行控制，本装置本身需要调整不同频率，通过信号处理电路8调整电容，提升滤波响应效果。
作为优选的方案，第一谐振器2、第二谐振器3、第三谐振器4均包括宽部和窄部，三个宽部和窄部同向放置。
能够理解的是，对于谐振器的形状可以是长方形的，这里设置宽部和窄部的原因在于，为了满足形成耦合的条件，两个谐振器之间不能相隔太远，这种情况下，需要在谐振器上连接变容电路5、中心频率调节电路7、信号调理电路等，就需要进一步占用基板的空间，设置窄部，通过调整三个谐振器的排列方式，让窄部来容纳这些外接的部分，合理利用空间，有利于进一步减小设备体积。
本发明的一种实施方式，该分支滤波网络锁构成的滤波器的具体尺寸如下表：
w<sub>1</sub> w<sub>2</sub> w<sub>3</sub> w<sub>4</sub> w<sub>5</sub> w<sub>6</sub>
0.8 1.5 3.3 0.1 0.3 0.56
l<sub>1</sub> l<sub>2</sub> l<sub>3</sub> l<sub>4</sub> d<sub>1</sub> d<sub>2</sub>
4.3 3.2 4 2.2 2 0.8
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“根部”、“内”、“外”、“外围”、“里侧”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，包括：滤波功分装置和宽带分支线电桥；
所述滤波功分装置包括输入端口、第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器，所述输入端口与所述第一谐振器连接，所述第二谐振器和第三谐振器分别通过一个变容电路与第一谐振器连接；
所述第二谐振器和第三谐振器输出的信号分别连接至所述宽带分支线电桥的两个输入端口；
通过所述宽带分支线电桥将信号合成后输出。
2.根据权利要求1所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述变容电路包括变容元件和第一贴片电阻，所述变容元件包括两个共阴极的二极管。
3.根据权利要求2所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述二极管阳极与谐振器连接，所述第一贴片电阻一端连接在所述二极管阴极，所述第一贴片电阻另一端外接偏置电压。
4.根据权利要求1所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，还包括三个分别与所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器连接的中心频率调节电路对输入信号的中心频率进行调节。
5.根据权利要求4所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述中心频率调节电路包括两个共阴极的第一二极管、第二二极管和第二贴片电阻，所述第二贴片电阻一端连接在所述第一二极管和第二二极管阴极，所述第二贴片电阻另一端外接偏置电压。
6.根据权利要求5所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述第一二极管阳极接地，所述第二二极管阳极与谐振器连接。
7.根据权利要求1所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述宽带分支线电桥为二阶90°分支线电桥。
8.根据权利要求1所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，还包括信号处理电路，所述信号处理电路设置于第三谐振器与所述宽带分支线电桥之间以及第二谐振器与所述宽带分支线电桥之间。
9.根据权利要求9所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述信号处理电路包括固定电容和第三二极管，所述固定电容为贴片电容；所述第三二极管的阳极与谐振器连接，所述固定电容连接在所述第三二极管阴极，所述固定电容与第三二极管之间设置有第三贴片电阻，所述第三贴片电阻外接偏置电压。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种任意相差输出的功分滤波网络，其特征在于，所述第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器均包括宽部和窄部，三个所述宽部和窄部同向放置。
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