CN112332048A - 一种平衡式滤波移相器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平衡式滤波移相器，包括主线结构和参考线结构，主线结构和参考线结构具有相同的对称结构，均包括顶层金属层、底层金属层、中间层金属地、第一介质基板、第二介质基板。顶层金属层包括两条半波长的折叠耦合线、两条半波长的第一微带线和第二微带线、两条第三微带线、两条馈线。底层金属层包括半波长的第四微带线、两条第五微带线、两条馈线。相比于现有的大多数平衡式移相器，本发明同时具备共模抑制能力和滤波能力；通过两条折叠耦合线的三端分别连接三个半波长微带线，实现具有多个差模传输零点和多个共模传输零点的移相器，因此移相器具有高频率选择性和宽共模抑制的特点。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种平衡式滤波移相器。
背景技术
在微波系统中，移相器可以改变多路信号的相位关系，以此来控制微波波束的辐射方向，在相控阵雷达、导弹姿势控制、通信和相控阵天线等都有着广泛的应用。滤波移相器将滤波器功能和移相器功能融为一体，减少了系统器件数目、系统体积和复杂度。平衡式滤波移相器，相对于单端设计，不仅具有移相和滤波功能，还具有良好的共模抑制能力，以此来提高电路对环境噪声和电磁干扰抵抗能力，因此是移相器领域的一个重要研究点。对于平衡式滤波移相器的关键性能包括频率选择性、共模抑制、移相等特性，也是此类移相器设计时的重要挑战。
目前大多数移相器是单端设计或单功能设计，不同时具备共模抑制能力和滤波能力。因此有必要提出一种频率选择性高、共模抑制好的平衡式滤波移相器。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种平衡式滤波移相器，同时具备共模抑制能力和滤波能力，并实现高频率选择性、宽共模抑制。
技术方案：一种平衡式滤波移相器，其特征在于，包括主线结构和参考线结构；所述主线结构和参考线结构具有相同的对称结构，均包括顶层金属层、底层金属层、中间层金属地、第一介质基板、第二介质基板，所述第一介质基板位于顶层金属层和中间层金属地之间，所述第二介质基板位于中间层金属地和底层金属层之间；所述中间层金属地上设有两个通孔；
所述顶层金属层包括两条半波长的折叠耦合线、半波长的第一微带线、半波长的第二微带线、两条第三微带线、第一馈线、第二馈线；所述底层金属层包括半波长的第四微带线、两条第五微带线、第三馈线、第四馈线；
两条折叠耦合线平行设置，第二微带线分别连接两条折叠耦合线的第一端，第一微带线分别连接两条折叠耦合线的第二端，两条折叠耦合线的第三端分别通过金属化过孔连接第四微带线的两端，所述金属化过孔穿过所述中间层金属地上的两个通孔；第一馈线和第二馈线分别通过一条第三微带线连接到第二微带线的两端；第三馈线和第四馈线分别通过一条第五微带线连接到第四微带线的两端；两条第三微带线与两条第五微带线的尺寸相同；主线结构微带线参考线结构微带线长度差对应的相位差作为移相器的移相基准值。
有益效果：相对于现有技术，本发明具体如下优点：
1、通过两条折叠耦合线的三端分别连接三个半波长微带线，实现具有多个差模传输零点和多个共模传输零点的移相器，因此移相器具有高频率选择性和宽共模抑制的特点。
2、一对平衡式馈线、一对第五微带线及一个半波长微带线位于底层，半波长微带通过金属化过孔与折叠耦合线的一端进行连接，有利于多层电路实现，并且将输入输出端口彼此靠近。
附图说明
图1为本发明平衡式滤波移相器的剖面结构示意图；
图2为本发明平衡式滤波移相器的顶层金属层结构示意图；
图3为本发明平衡式滤波移相器的底层金属层结构示意图；
图4为本发明平衡式滤波移相器的中间层金属地结构示意图；
图5为实施例平衡式滤波移相器的差模响应仿真图；
图6为实施例平衡式滤波移相器的共模响应仿真图；
图7为实施例平衡式滤波移相器的差模移相仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种平衡式滤波移相器，包括主线结构和参考线结构，主线结构和参考线结构具有相同的对称结构，均包括顶层金属层1、底层金属层2、中间层金属地3、第一介质基板4、第二介质基板5，第一介质基板4位于顶层金属层1和中间层金属地3之间，第二介质基板5位于中间层金属地3和底层金属层2之间，如图1所示。顶层金属层1、中间层金属地3和第一介质基板4构成了顶层金属微带线；底层金属层2、中间层金属地3和第二介质基板5构成了底层金属微带线。
如图2所示，顶层金属层1包括两条半波长的折叠耦合线11、半波长的第一微带线12、半波长的第二微带线13、两条第三微带线14、第一馈线15、第二馈线16。如图3所示，底层金属层2包括半波长的第四微带线21、两条第五微带线22、第三馈线23、第四馈线24。如图4所示，中间层金属地3上设有两个通孔31。
两条折叠耦合线11平行设置，第二微带线13分别连接两条折叠耦合线11的第一端，第一微带线12分别连接两条折叠耦合线11的第二端，两条折叠耦合线11的第三端分别通过金属化过孔6连接第四微带线21的两端，该金属化过孔6穿过中间层金属地3上的两个通孔31，即避免与中间层金属地3接触。第一馈线15和第二馈线16分别通过一条第三微带线14连接到第二微带线13的两端；第三馈线23和第四馈线24分别通过一条第五微带线22连接到第四微带线21的两端。整个结构沿水平中心对称面对称，第一馈线15、第二馈线16以及第三馈线23和第四馈线24分别对应平衡式输入及输出。两条第三微带线14与两条第五微带线22的尺寸相同。所提出的移相器参考线结构和主线结构的区别在于两者对应各部分的物理尺寸取值。主线结构微带线(14，22)与参考线结构微带线(14，22)长度差对应的相位差作为移相器的移相基准值。
当移相器处于差模工作时，中心对称面等效为理想电壁，半波长的第一微带线12、半波长的第二微带线13以及半波长的第四微带线21均等效为四分之一波长短路枝节，结合两条半波长的折叠耦合线11，可以获得四个差模传输零点分布在差模工作频带两侧，两个差模传输零点非常靠近工作频带，两个差模传输零点远离工作频带，因此移相器具有较高的差模频率选择性和较好的带外抑制。通过调节两条半波长的折叠耦合线11及三个半波长微带线12、13、21可以控制移相带宽及匹配带宽。
当移相器处于共模工作时，中心对称面等效为理想磁壁，三个半波长微带线12、13、21可以等效为四分之一波长的开路枝节，结合两条半波长的折叠耦合线11，可获得多个共模传输零点获得宽带共模抑制及较高的共模抑制程度。
本发明相比于现有的的平衡式移相器，同时具备共模抑制能力和滤波能力；相比于现有的平衡式滤波移相器，具有更高的频率选择性和更宽的共模抑制带宽。
下面列出了本发明的45°和90°的设计案例，其电路结构示意图如图1-图4所示，分别实现了45°和90°的差模移相，设定中心频率为3.3GHz，频率响应仿真图如图5-图7所示。对于参考线，3dB相对带宽为41.2％，最小插入损耗为0.7dB，20dB共模抑制相对带宽为148％。对于45°移相器主线，3dB相对带宽为42％，最小插入损耗为0.72dB，20dB共模抑制相对带宽为148％。90°移相器主线的3dB相对带宽为42.1％，最小插入损耗为0.78dB，20dB共模抑制相对带宽为147％。实现45°±2.5°(90°±4°)的相移带宽为46％(46.4％)。由此可以看出本发明的移相带宽可以覆盖差模通带。此外，移相器的参考线和主线都具有四个差模传输零点，很好地提高了频率选择性及带外抑制。本实施例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度为0.813mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种平衡式滤波移相器，其特征在于，包括主线结构和参考线结构；所述主线结构和参考线结构具有相同的对称结构，均包括顶层金属层(1)、底层金属层(2)、中间层金属地(3)、第一介质基板(4)、第二介质基板(5)，所述第一介质基板(4)位于顶层金属层(1)和中间层金属地(3)之间，所述第二介质基板(5)位于中间层金属地(3)和底层金属层(2)之间；所述中间层金属地(3)上设有两个通孔(31)；
所述顶层金属层(1)包括两条半波长的折叠耦合线(11)、半波长的第一微带线(12)、半波长的第二微带线(13)、两条第三微带线(14)、第一馈线(15)、第二馈线(16)；所述底层金属层(2)包括半波长的第四微带线(21)、两条第五微带线(22)、第三馈线(23)、第四馈线(24)；
两条折叠耦合线(11)平设置，第二微带线(13)分别连接两条折叠耦合线(11)的第一端，第一微带线(12)分别连接两条折叠耦合线(11)的第二端，两条折叠耦合线(11)的第三端分别通过金属化过孔(6)连接第四微带线(21)的两端，所述金属化过孔(6)穿过所述中间层金属地(3)上的两个通孔(31)；第一馈线(15)和第二馈线(16)分别通过一条第三微带线(14)连接到第二微带线(13)的两端；第三馈线(23)和第四馈线(24)分别通过一条第五微带线(22)连接到第四微带线(21)的两端；两条第三微带线(14)与两条第五微带线(22)的尺寸相同；主线结构微带线(14，22)与参考线结构微带线(14，22)长度差对应的相位差作为移相器的移相基准值。
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