CN113113751A - 一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，包括金属地、介质基板、顶层金属层，通过连接金属层和金属地的金属化过孔形成一个全模基片集成波导方形腔构成的谐振器和两个半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器，全模基片集成波导方形腔的一侧宽边与两个半模基片集成波导矩形腔的窄边通过感性窗相连接。还包括位于顶层的六条馈线，其中一对馈线连接全模基片集成波导方形腔连接；另外两对馈线分别连接一个半模基片集成波导矩形腔。本发明采用单层基片集成波导结构，将一个公共的全模基片集成波导腔与两个半模基片集成波导腔相结合，形成一个同时具有小尺寸、自隔离及结构简单特点的基片集成波导平衡式滤波功分器。

Description

一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器
技术领域
本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种基片集成波导平衡式滤波功分器。
背景技术
无线通信系统的小型化、多功能化和高集成度的迅速发展，对系统整体通信质量的要求越来越高，平衡式电路因具有抗电磁干扰和抑制环境噪声功能从而得到了广泛应用。滤波器和功分器作为通信系统中必不可少的部件，将二者融于一体，有利于减少器件数量，提高系统集成度，同时改善系统的综合性能。将基片集成波导与平衡式电路、滤波功分器结合形成基片集成波导平衡式滤波功分器，不仅能获得平衡式电路、多功能电路的优点，而且有希望获得基片集成波导具有的损耗低、易于集成、成本低等优点，因此具有重要的研究与开发意义。
目前已报道的平衡式滤波功分器大多数基于微带结构实现，如采用H型谐振器、加载短路枝节的半波长谐振器、方形贴片谐振器、级联多条枝节等设计方法。然而微带结构因Q值较低，损耗较大，所以采用上述设计方法的平衡式滤波功分器无法用于高频通信系统，并且隔离功能的实现需要通过电阻等额外的隔离电路。少数的平衡式滤波功分器基于基片集成波导实现，如采用槽馈电多层基片集成波导腔的设计方法，但其电路尺寸过大，结构较复杂，且输出端口之间没有隔离。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，基于基片集成波导，使其实现小型化和自隔离的同时，简化结构。
技术方案：一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，包括金属地、介质基板、顶层金属层，通过连接金属层和金属地的金属化过孔形成一个全模基片集成波导方形腔构成的谐振器和两个半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器，所述全模基片集成波导方形腔的一侧宽边与两个半模基片集成波导矩形腔的窄边通过感性窗相连接；还包括位于顶层的六条馈线，其中一对馈线作为平衡式输入端口，连接所述全模基片集成波导方形腔连接；一对馈线作为平衡式输出端口，连接其中一个半模基片集成波导矩形腔；一对馈线作为另一对平衡式输出端口，连接另一个半模基片集成波导矩形腔。
进一步的，当差模信号从平衡式端口输入时，激励起所述全模基片集成波导方形腔构成的谐振器中的TE210模，然后通过感性窗耦合激励出所述半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器中仅供差模传输的TE120模，所述全模基片集成波导方形腔构成的谐振器谐振在TE210模式提供了180°相位差；当共模信号从平衡式端口输入时，激励起所述全模基片集成波导方形腔构成的谐振器中的TE120模。
有益效果：现有的基片集成波导平衡式滤波功分器的结构复杂、电路尺寸较大、且输出端口之间无隔离。本发明采用单层基片集成波导结构，将一个公共的全模基片集成波导腔与两个半模基片集成波导腔相结合，通过全模基片集成波导腔的一侧宽边与两个半模基片集成波导腔的窄边通过感性窗相连接，结合三对平衡式端口，在实现差模功率分配、滤波、输出端口自隔离的基础上，实现了对共模信号的抑制。
相比于现有的基片集成波导平衡式滤波功分器，本发明结构简单仅需单层基片实现，输出端口之间具备隔离特性，且该隔离特性并没有增加额外的隔离电路，整体尺寸较小。
附图说明
图1为本发明结构的剖面图；
图2为本发明结构的俯视图；
图3为本发明平衡式滤波功分器的差模匹配和差模传输响应仿真结果图；
图4为本发明平衡式滤波功分器的差模隔离和共模抑制响应仿真结果图；
图5为本发明平衡式滤波功分器的差模工作输出相位差仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1、图2所示，一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，包括金属地1、介质基板2、顶层金属层3，通过连接金属层3和金属地1的金属化过孔4形成一个全模基片集成波导方形腔构成的谐振器11和两个半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器12,13，全模基片集成波导方形腔的一侧宽边与两个半模基片集成波导矩形腔的窄边通过感性窗相连接。在顶层还连接有六条馈线5～10，其中全模基片集成波导方形腔连接一对馈线5,6，作为一对平衡式输入端口；两个半模基片集成波导矩形腔分别连接一对馈线7,8,9,10，作为两对平衡式输出端口。
对于上述自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，信号通过平衡式输入端口馈入全模基片集成波导方形腔构成的谐振器11中，然后通过感性窗分别将信号耦合到两个半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器12,13中，再分别通过两对平衡式输出端口输出。
具体地，当差模信号从平衡式输入端口输入时，能够激励起全模基片集成波导方形腔构成的谐振器11中的TE210模，然后通过感性窗耦合激励出两个半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器12,13中的TE120模，最终将差模信号通过两对平衡式输出端口输出，实现对差模信号的功率分配与滤波功能。同时，由于全模基片集成波导方形腔构成的谐振器11谐振在TE210模式提供了180°相位差，使得两对平衡式输出端口之间具有自隔离特性。
当共模信号从平衡式输入端口输入时，可以激励出全模基片集成波导方形腔构成的谐振器11中的TE120模，但是由于半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器12,13在中心频率处只存在仅供差模传输的TE120模，因此共模信号无法传输；即利用全模基片集成波导腔与半模基片集成波导腔相组合，两者共模谐振模式频率分离，共模信号无法传输，实现了对共模信号的抑制。从而实现了对共模信号的抑制。即本发明结构的共模抑制是由于全模基片集成波导腔与半模基片集成波导腔共模谐振模式频率的分离实现的。综上，本发明所设计的基片集成波导平衡式滤波功分器同时具有对差模信号功率分配、滤波、自隔离的功能以及对共模信号抑制的功能。
本实施例中，滤波功分器的电尺寸为0.5λg 2，λg为中心频率所对应的导波波长。采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度为0.813mm。从图3至图5所示，其工作中心频率为10.5GHz，15-dB差模匹配相对带宽为4.5％，最小的差模插入损耗为1.2dB；共模抑制在整个通带内大于22dB，输出端口带内最大隔离达到30dB，其输出端口之间的相位差在9GHz～12GHz内为0°±0.5°。
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 (2)

1.一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，其特征在于，包括金属地(1)、介质基板(2)、顶层金属层(3)，通过连接金属层(3)和金属地(1)的金属化过孔(4)形成一个全模基片集成波导方形腔构成的谐振器(11)和两个半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器(12,13)，所述全模基片集成波导方形腔的一侧宽边与两个半模基片集成波导矩形腔的窄边通过感性窗相连接；还包括位于顶层的六条馈线(5～10)，其中一对馈线(5,6)作为平衡式输入端口，连接所述全模基片集成波导方形腔连接；一对馈线(7,8)作为平衡式输出端口，连接其中一个半模基片集成波导矩形腔；一对馈线(9,10)作为另一对平衡式输出端口，连接另一个半模基片集成波导矩形腔。
2.根据权利要求1所述的一种自隔离基片集成波导平衡式滤波功分器，其特征在于，当差模信号从平衡式端口输入时，激励起所述全模基片集成波导方形腔构成的谐振器(11)中的TE210模，然后通过感性窗耦合激励出所述半模基片集成波导矩形腔构成的谐振器(12,13)中仅供差模传输的TE120模，所述全模基片集成波导方形腔构成的谐振器(11)谐振在TE210模式提供了180°相位差；当共模信号从平衡式端口输入时，激励起所述全模基片集成波导方形腔构成的谐振器(11)中的TE120模。
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