CN113381141A - 采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板中间设有金属接地板，所述上层介质基板上表面设有顶层圆形贴片、第一输入端口馈线、第二输入端口馈线、顶层第一隔离端口和顶层第二隔离端口；所述下层介质基板下表面设有底层圆形贴片、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线、第三输出端口馈线和第四输出端口馈线；所述金属接地板上设有槽线，用于将顶层圆形贴片的谐振模式传输至底层圆形贴片。该双通带平衡功分滤波器具有非常小的尺寸和更加完善的功能，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，具有良好共模抑制性能。
Description
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种双频平衡功分滤波器。
背景技术
随着现代通信系统的发展，微波器件得到了广泛的应用。其中，平衡元件与传统的单端器件相比，具有抗干扰能力强、可靠性高的优点，是最关键的器件之一。平衡无源器件如平衡带通滤波器和平衡功分器也被广泛的应用，但是对两者进行简单的级联会造成体积过大，平衡功分滤波器应运而生，而双通带平衡功分滤波器由于拥有两个通带传输信号的特点，受到广泛的关注。同时，相比于传统的微带线和基片集成波导(Substrateintegrated waveguide，SIW)结构，微带贴片由于其插入损耗低、功率容量大、易于设计和分析，被广泛地应用。
文献1[L.Chen,F.Wei,X.Y.Cheng,and Q.K.Xiao,“A dual-band balanced-to-balanced power divider with high selectivity and wide stopband,”IEEE Access,vol.7,pp.40114-40119,2019.]由微带到槽线过渡结构、T形槽线和多个枝节加载谐振器组成。利用枝节加载谐振器可产生具有滤波性能的双频差分模式响应。但是，这种双通带平衡功分滤波器设计较为复杂，而且回波损耗较差，输出端口之间的隔离也比较不理想。
文献2[P.L.Chi,Y.M.Chen,and T.Yang,“Single-layer dual-band balancedsubstrate-integrated waveguide filtering power divider for 5G millimeter-waveapplications,”IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.,vol.30,no.6,pp.585-588，June.2020.]通过将SIW三个腔的差模和共模适当设计形成三极通带，提出了一种具有平衡性能的双通带功分滤波器，然而，其插损大、尺寸较大的问题限制了该平衡功分滤波器的广泛应用。
文献3[Q.Liu，J.Wang，L.Zhu，G.Zhang and W.Wu，“Design of a new balanced-to-balanced filtering power divider based on square patch resonator，”IEEETrans.Microw.Theory Techn.,vol.66,no.12,pp.5280–5289,Dec.2018.]通过利用方形贴片谐振器，从简并模在方形贴片谐振腔上的场分布出发，成功地设计了一款利用方形贴片谐振器的平衡功分滤波器，但还是没办法实现双频响应。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板中间设有金属接地板，
所述上层介质基板上表面设有顶层圆形贴片、第一输入端口馈线、第二输入端口馈线、顶层第一隔离端口和顶层第二隔离端口，所述顶层圆形贴片位于上层介质基板中心，所述第一输入端口馈线的一端与上层介质基板的边缘连接，另一端与顶层圆形贴片的半圆连接；第二输入端口馈线的一端与上层介质基板的边缘连接，另一端与顶层圆形贴片的另一半圆连接；所述顶层第一隔离端口的一端与顶层圆形贴片连接，另一端在上层介质基板远离顶层圆形贴片处；所述顶层第二隔离端口的一端与顶层圆形贴片连接，另一端在上层介质基板远离顶层圆形贴片处；
所述下层介质基板下表面设有底层圆形贴片、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线、第三输出端口馈线和第四输出端口馈线，所述底层圆形贴片位于下层介质基板中心，所述第一输出端口馈线的一端、第二输出端口馈线的一端、第三输出端口馈线的一端和第四输出端口馈线的一端分别与下层介质基板的边缘连接，第一输出端口馈线的另一端、第二输出端口馈线的另一端、第三输出端口馈线的另一端和第四输出端口馈线的另一端分别与底层圆形贴片相连；第一输出端口馈线的延长线和第二输出端口馈线的延长线重合并相交于底层圆形贴片的圆心，第三输出端口馈线的延长线和第四输出端口馈线的延长线重合并相交于底层圆形贴片的圆心，第一输出端口馈线和第二输出端口馈线的延长线与第三输出端口馈线和第四输出端口馈线的延长线相垂直；
所述金属接地板上设有槽线，用于将顶层圆形贴片的谐振模式传输至底层圆形贴片。
在一种实现方式中，所述第一输入端口馈线包括第一输入50欧姆微带线导带，所述第一输入50欧姆微带线导带的一端延伸至上层介质基板的侧边，另一端与顶层圆形贴片相连，且与顶层圆形贴片相连处左右两侧设有第一输入端口槽线；
所述第二输入端口馈线包括第二输入50欧姆微带线导带，所述第二输入50欧姆微带线导带的一端延伸至上层介质基板的侧边，另一端与顶层圆形贴片相连，且与顶层圆形贴片相连处左右两侧设有第二输入端口槽线。
如此设计可以确保平衡端口输入，在顶层圆形贴片谐振器上实现预期的差模输入和抑制共模输入。两个输入端口构成一对平衡输入端口，可以保证平衡端口差模输入时，在顶层圆形贴片谐振器上激励起TM11和TM31模式，同时可以抑制TM21和TM02模式，使其无法激励，输入端口两侧的输入端口槽线可以抑制TM12模式在顶层圆形贴片谐振器上的产生。当共模输入时，这样的设计也可以保证共模信号得到很好的抑制。
在一种实现方式中，所述第一输出端口馈线包括第一输出50欧姆微带线导带，第一输出50欧姆微带线导带的一端延伸至下层介质基板的侧边，另一端与底层圆形贴片相连，且与底层圆形贴片相连处左右两侧设有第一输出端口槽线；
所述第二输出端口馈线包括第二输出50欧姆微带线导带，第二输出50欧姆微带线导带的一端延伸至下层介质基板的侧边，另一端与底层圆形贴片相连，且与底层圆形贴片相连处左右两侧设有第二输出端口槽线；
所述第三输出端口馈线包括第三输出50欧姆微带线导带，第三输出50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板的侧边，另一端与底层圆形贴片相连，且与底层圆形贴片相连处左右两侧设有第三输出端口槽线；
所述第四输出端口馈线包括第四输出50欧姆微带线导带，第四输出50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板的侧边，另一端与底层圆形贴片相连，且与底层圆形贴片相连处左右两侧设有第四输出端口槽线。
如此设计输出端口可以确保平衡端口输出，在底层圆形贴片谐振器上实现预期的差模输出和抑制共模输出。第一输出端口和第二输出端口构成一对平衡输出端口，第三输出端口和第四输出端口构成一对平衡输出端口，可以保证平衡端口差模输出时，顶层圆形贴片谐振器耦合到底层圆形贴片谐振器中的TM11和TM31模式可以差模输出，同时可以抑制TM21和TM02无法差模输出，输出端口两侧的输出端口槽线可以保证TM12模式在底层圆形贴片谐振器上无法差模输出。同时可以保证模式都无法共模输出。
在一种实现方式中，所述顶层第一隔离端口包括第一隔离50欧姆微带线导带、第一隔离电阻、顶层第一接地柱和第一隔离端口接触面，所述第一隔离50欧姆微带线导带的一端与顶层圆形贴片连接，另一端与第一隔离电阻连接，且与顶层圆形贴片连接处左右两侧设有第一隔离端口槽线；第一隔离电阻与第一隔离端口接触面相连；顶层第一接地柱上端连接第一隔离端口接触面，下端连接金属接地板；
所述顶层第二隔离端口包括第二隔离50欧姆微带线导带、第二隔离电阻、顶层第二接地柱和第二隔离端口接触面，所述第二隔离50欧姆微带线导带的一端与顶层圆形贴片连接，另一端与第二隔离电阻连接，且与顶层圆形贴片连接处左右两侧设有第二隔离端口槽线；第二隔离电阻与第二隔离端口接触面相连；顶层第二接地柱上端连接第二隔离端口接触面，下端连接金属接地板。
如此设计隔离端口，可以确保顶层圆形贴片谐振器阻值匹配，从而在差模输入时，能够形成预期的TM11和TM31模式，模式由顶层传到底层圆形贴片谐振器时，能在底层圆形贴片谐振器上也形成预期的TM11和TM31模式。再加上两对平衡输出端口正好布置在能依靠模式自身电场分布形成隔离的位置，从而形成很好的两对输出端口间的隔离。
在一种实现方式中，所述第一输入端口馈线和第二输入端口馈线位于上层介质基板的对角线EG上且分别在顶层圆形贴片的圆心两侧，关于上层介质基板的对角线FH对称；所述顶层第一隔离端口和顶层第二隔离端口位于上层介质基板的对角线FH上且分别在顶层圆形贴片的圆心两侧，关于上层介质基板的对角线EG对称；
所述顶层圆形贴片的半径为r，第一输入端口槽线、第二输入端口槽线、第一隔离端口槽线和第二隔离端口槽线的长度均为l2，宽度均为w2；第一输入50欧姆微带线导带、第二输入50欧姆微带线导带、第一隔离50欧姆微带线导带和第二隔离50欧姆微带线导带的宽度均为wf，第一输入50欧姆微带线导带、第二输入50欧姆微带线导带、第一隔离50欧姆微带线导带和第二隔离50欧姆微带线导带与顶层圆形贴片非连接部分的长度均为lf，第一隔离电阻和第二隔离电阻的电阻为R。
如此设计，可以确保平衡输入端口处于TM11和TM31电场的最强处，确保差模信号输入时，可以很高效的传输差模信号。同时两个隔离端口对称分布，可以确保顶层圆形贴片谐振器阻值匹配。
在一种实现方式中，所述第一输出端口馈线和第二输出端口馈线位于第二线段CD上且在底层圆形贴片的圆心两侧，关于第一线段AB对称；
所述第三输出端口馈线和所述第四输出端口馈线位于第一线段AB上，且在底层圆形贴片的圆心两侧，关于第二线段CD对称；
所述第一输出端口馈线位于下层介质基板左边缘，第二输出端口馈线位于下层介质基板右边缘，第三输出端口馈线位于下层介质基板下边缘，第四输出端口馈线位于下层介质基板上边缘；
所述第一线段AB的第五端点A与第六端点B以及第二线段CD的第七端点C与第八端点D分别为下层介质基板所在的原正方形各边中点，所述第一线段AB与第二线段CD互相垂直于原正方形的中点；
所述底层圆形贴片的半径为r，第一输出端口槽线、第二输出端口槽线、第三输出端口槽线和第四输出端口槽线的长度均为l2，宽度均为w2；第一输出50欧姆微带线导带、第二输出50欧姆微带线导带、第三输出50欧姆微带线导带和第四输出50欧姆微带线导带的宽度均为wf，第一输出50欧姆微带线导带、第二输出50欧姆微带线导带、第三输出50欧姆微带线导带和第四输出50欧姆微带线导带与底层圆形贴片非连接部分的长度均为lf。
如此设计，可以确保平衡输出端口处于底层圆形贴片谐振器中TM11和TM31电场的最强处，确保差模信号输出时，可以很高效的传输差模信号。。
在一种实现方式中，所述金属接地板上的槽线包括接地板第一槽线、接地板第二槽线、接地板第三槽线、接地板第四槽线、接地板第五槽线、接地板第六槽线、接地板第七槽线和接地板第八槽线，所述接地板第一槽线和接地板第五槽线位于第一线段AB上，关于第二线段CD对称；接地板第二槽线和接地板第六槽线位于对角线EG上，关于对角线FH对称；接地板第三槽线和接地板第七槽线位于第二线段CD上，关于第一线段AB对称；接地板第四槽线和接地板第八槽线位于对角线FH上，关于对角线EG对称；
所述接地板第一槽线和接地板第五槽线之间的距离、接地板第三槽线和接地板第七槽线之间的距离均为s1；接地板第二槽线和接地板第六槽线之间的距离、接地板第四槽线和接地板第八槽线之间的距离均为s2，接地板第一槽线、接地板第二槽线、接地板第三槽线、接地板第四槽线、接地板第五槽线、接地板第六槽线、接地板第七槽线和接地板第八槽线的长度均为l1，宽度均为w1。
接地板槽线这样设计，使得两层圆形贴片谐振器中的模式得到高效的耦合传输，即可以使八个接地板槽线同时位于TM11和TM31电场和磁场最强处，使得顶层圆形贴片谐振器形成的模式通过接地板槽线的电耦合和磁耦合，耦合到底层圆形贴片谐振器，引入电磁耦合可以使顶层圆形贴片谐振器中的模式高效传输到下层。
在一种实现方式中，所述上层介质基板、下层介质基板与金属接地板的形状相同，均为正方形切除两个对角顶点后的多边形，所述正方形的切除部分为等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的直角与正方形被切除的顶点处的直角重叠；记所述等腰直角三角形的底边中点对应至所述多边形上的点为第一端点E和第二端点G，所述多边形上保留的原正方形的两个对角顶点为第三端点F和第四端点H；
所述上层介质基板、金属接地板和下层介质基板的中心点在一条直线上，所述上层介质基板、金属接地板和下层介质基板的中心点所在直线垂直于上层介质基板所在平面。
如此设计，可以确保形成多层结构，确保形成通带响应。
有益效果：
由于采用贴片结构，相比于传统微带形式的微波器件，器件内部空间可以得到更加充分的利用，另一方面采用了双层结构，使本设计的尺寸相对于传统的直接平铺式设计更加充分利用了空间，进一步地，本设计将双通带、平衡器与功分滤波器三种功能结合在一起。上述三种优势使得此采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器电路结构简单，具有非常小的尺寸和更加完善的功能，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，具有良好共模抑制性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的立体结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是图1每一层金属的俯视图。
图4是图1每一层金属的尺寸图。
图5是加工实物图。
图6是实施例1的差模输入时S参数的仿真图和隔离仿真图。
图7是实施例1的共模输入时S参数的仿真图。
图中标号说明：第一输入端口馈线1，第二输入端口馈线2，顶层第一隔离端口3，顶层第二隔离端口4，第一输出端口馈线5，第二输出端口馈线6，第三输出端口馈线7，第四输出端口馈线8，顶层圆形贴片10，底层圆形贴片11，第一输入端口槽线101，第二输入端口槽线21，第一隔离端口槽线31，第二隔离端口槽线41，第一输出端口槽线51，第二输出端口槽线61，第三输出端口槽线71，第四输出端口槽线81，第一隔离电阻32，第二隔离电阻42，顶层第一接地柱33，顶层第二接地柱43，第一隔离端口接触面34，第二隔离端口接触面44，接地板第一槽线91，接地板第二槽线92，接地板第三槽线93，接地板第四槽线94，接地板第五槽线95，接地板第六槽线96，接地板第七槽线97，接地板第八槽线98，上层介质基板200，下层介质基板400，金属接地板300。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
本发明实施例公开了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，适用于现代无线通信系统的小型化、功能加载和对共模抑制要求较高的场景。
实施例1
图1～3示出了本发明的实施例1，本实施例提供了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，包括上层介质基板200和下层介质基板400，所述上层介质基板200和下层介质基板400中间设有金属接地板300，
所述上层介质基板200上表面设有顶层圆形贴片10、第一输入端口馈线1、第二输入端口馈线2、顶层第一隔离端口3和顶层第二隔离端口4，所述顶层圆形贴片10位于上层介质基板200中心，所述第一输入端口馈线1的一端与上层介质基板200的边缘连接，另一端与顶层圆形贴片10的半圆连接；第二输入端口馈线2的一端与上层介质基板200的边缘连接，另一端与顶层圆形贴片10的另一半圆连接；所述顶层第一隔离端口3的一端与顶层圆形贴片10连接，另一端在上层介质基板200远离顶层圆形贴片10处；所述顶层第二隔离端口4的一端与顶层圆形贴片10连接，另一端在上层介质基板200远离顶层圆形贴片10处；
所述下层介质基板400下表面设有底层圆形贴片11、第一输出端口馈线5、第二输出端口馈线6、第三输出端口馈线7和第四输出端口馈线8，所述底层圆形贴片11位于下层介质基板400中心，所述第一输出端口馈线5的一端、第二输出端口馈线6的一端、第三输出端口馈线7的一端和第四输出端口馈线8的一端分别与下层介质基板400的边缘连接，第一输出端口馈线5的另一端、第二输出端口馈线6的另一端、第三输出端口馈线7的另一端和第四输出端口馈线8的另一端分别与底层圆形贴片11相连；第一输出端口馈线5的延长线和第二输出端口馈线6的延长线重合并相交于底层圆形贴片11的圆心，第三输出端口馈线7的延长线和第四输出端口馈线8的延长线重合并相交于底层圆形贴片11的圆心，第一输出端口馈线5和第二输出端口馈线6的延长线与第三输出端口馈线7和第四输出端口馈线8的延长线相垂直；
所述金属接地板300上设有槽线，用于将顶层圆形贴片10的谐振模式传输至底层圆形贴片11。
本实施例中，所述上层介质基板200、下层介质基板400与金属接地板300的形状相同，均为正方形切除两个对角顶点后的多边形，所述正方形的切除部分为等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的直角与正方形被切除的顶点处的直角重叠；记所述等腰直角三角形的底边中点对应至所述多边形上的点为第一端点E和第二端点G，所述多边形上保留的原正方形的两个对角顶点为第三端点F和第四端点H；
所述上层介质基板200、金属接地板300和下层介质基板400的中心点在一条直线上，所述上层介质基板200、金属接地板300和下层介质基板400的中心点所在直线垂直于上层介质基板200所在平面。
本实施例中，所述第一输入端口馈线1包括第一输入50欧姆微带线导带，所述第一输入50欧姆微带线导带的一端延伸至上层介质基板200的侧边，另一端与顶层圆形贴片10相连，且与顶层圆形贴片10相连处左右两侧设有第一输入端口槽线101；
所述第二输入端口馈线2包括第二输入50欧姆微带线导带，所述第二输入50欧姆微带线导带的一端延伸至上层介质基板的侧边，另一端与顶层圆形贴片10相连，且与顶层圆形贴片10相连处左右两侧设有第二输入端口槽线21。
本实施例中，所述第一输出端口馈线5包括第一输出50欧姆微带线导带，第一输出50欧姆微带线导带的一端延伸至下层介质基板400的侧边，另一端与底层圆形贴片11相连，且与底层圆形贴片11相连处左右两侧设有第一输出端口槽线51；
所述第二输出端口馈线6包括第二输出50欧姆微带线导带，第二输出50欧姆微带线导带的一端延伸至下层介质基板400的侧边，另一端与底层圆形贴片11相连，且与底层圆形贴片11相连处左右两侧设有第二输出端口槽线61；
所述第三输出端口馈线7包括第三输出50欧姆微带线导带，第三输出50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板400的侧边，另一端与底层圆形贴片11相连，且与底层圆形贴片11相连处左右两侧设有第三输出端口槽线71；
所述第四输出端口馈线8包括第四输出50欧姆微带线导带，第四输出50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板400的侧边，另一端与底层圆形贴片11相连，且与底层圆形贴片11相连处左右两侧设有第四输出端口槽线81。
本实施例中，所述顶层第一隔离端口3包括第一隔离50欧姆微带线导带、第一隔离电阻32、顶层第一接地柱33和第一隔离端口接触面34，所述第一隔离50欧姆微带线导带的一端与顶层圆形贴片10连接，另一端与第一隔离电阻32连接，且与顶层圆形贴片10连接处左右两侧设有第一隔离端口槽线31；第一隔离电阻32与第一隔离端口接触面34相连；顶层第一接地柱33上端连接第一隔离端口接触面34，下端连接金属接地板300；
所述顶层第二隔离端口4包括第二隔离50欧姆微带线导带、第二隔离电阻42、顶层第二接地柱43和第二隔离端口接触面44，所述第二隔离50欧姆微带线导带的一端与顶层圆形贴片10连接，另一端与第二隔离电阻42连接，且与顶层圆形贴片10连接处左右两侧设有第二隔离端口槽线41；第二隔离电阻42与第二隔离端口接触面44相连；顶层第二接地柱43上端连接第二隔离端口接触面44，下端连接金属接地板300。
本实施例中，所述第一输入端口馈线1和第二输入端口馈线2位于上层介质基板200的对角线EG上且分别在顶层圆形贴片10的圆心两侧，关于上层介质基板200的对角线FH对称；所述顶层第一隔离端口3和顶层第二隔离端口4位于上层介质基板200的对角线FH上且分别在顶层圆形贴片10的圆心两侧，关于上层介质基板200的对角线EG对称；
所述顶层圆形贴片10的半径为r，第一输入端口槽线101、第二输入端口槽线21、第一隔离端口槽线31和第二隔离端口槽线41的长度均为l2，宽度均为w2；第一输入50欧姆微带线导带、第二输入50欧姆微带线导带、第一隔离50欧姆微带线导带和第二隔离50欧姆微带线导带的宽度均为wf，第一输入50欧姆微带线导带、第二输入50欧姆微带线导带、第一隔离50欧姆微带线导带和第二隔离50欧姆微带线导带与顶层圆形贴片10非连接部分的长度均为lf，第一隔离电阻32和第二隔离电阻42的电阻为R。
本实施例中，所述第一输出端口馈线5和第二输出端口馈线6位于第二线段CD上且在底层圆形贴片11的圆心两侧，关于第一线段AB对称；
所述第三输出端口馈线7和所述第四输出端口馈线8位于第一线段AB上，且在底层圆形贴片11的圆心两侧，关于第二线段CD对称；
所述第一输出端口馈线5位于下层介质基板400左边缘，第二输出端口馈线6位于下层介质基板400右边缘，第三输出端口馈线7位于下层介质基板400下边缘，第四输出端口馈线8位于下层介质基板400上边缘；
所述第一线段AB的第五端点A与第六端点B以及第二线段CD的第七端点C与第八端点D分别为下层介质基板400所在的原正方形各边中点，所述第一线段AB与第二线段CD互相垂直于原正方形的中点；
所述底层圆形贴片11的半径为r，第一输出端口槽线51、第二输出端口槽线61、第三输出端口槽线71和第四输出端口槽线81的长度均为l2，宽度均为w2；第一输出50欧姆微带线导带、第二输出50欧姆微带线导带、第三输出50欧姆微带线导带和第四输出50欧姆微带线导带的宽度均为wf，第一输出50欧姆微带线导带、第二输出50欧姆微带线导带、第三输出50欧姆微带线导带和第四输出50欧姆微带线导带与底层圆形贴片11非连接部分的长度均为lf。
本实施例中，所述金属接地板300上的槽线包括接地板第一槽线91、接地板第二槽线92、接地板第三槽线93、接地板第四槽线94、接地板第五槽线95、接地板第六槽线96、接地板第七槽线97和接地板第八槽线98，所述接地板第一槽线91和接地板第五槽线95位于第一线段AB上，关于第二线段CD对称；接地板第二槽线92和接地板第六槽线96位于对角线EG上，关于对角线FH对称；接地板第三槽线93和接地板第七槽线97位于第二线段CD上，关于第一线段AB对称；接地板第四槽线94和接地板第八槽线98位于对角线FH上，关于对角线EG对称；
所述接地板第一槽线91和接地板第五槽线95之间的距离、接地板第三槽线93和接地板第七槽线97之间的距离均为s1；接地板第二槽线92和接地板第六槽线96之间的距离、接地板第四槽线94和接地板第八槽线98之间的距离均为s2，接地板第一槽线91、接地板第二槽线92、接地板第三槽线93、接地板第四槽线94、接地板第五槽线95、接地板第六槽线96、接地板第七槽线97和接地板第八槽线98的长度均为l1，宽度均为w1。
实施例1的结构如图1所示，俯视图如图3所示，有关尺寸规格如图4所示。所采用的上层介质基板200和下层介质基板400基质为RO4003C基质，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4，采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的各尺寸参数如下:r＝10mm，l1＝4.7mm，l2＝3.4mm，lf＝6mm，w1＝0.6mm，w2＝0.2mm，wf＝1.18mm，s1＝1.06mm，s2＝2mm，R＝50Ω，双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器不包括50欧姆微带线导带的总面积为16×16mm2，对应的导波长尺寸为0.79λg×0.79λg，其中λg为中心频率6.8GHz波导的长度。
实施例2
图5示出了实施例1的一个变形，作为本申请的实施例2。如图5所示，基于实施例1，上层介质基板200在第一线段AB两侧、第二线段CD两侧分别挖去四个长方形，长方形长边靠着介质基板200的边缘，延伸到介质基板200的内部；下层介质基板400在对角线EG两侧分别挖去两个长方形，长方形长边靠着介质基板400的边缘，延伸到介质基板400的内部；金属接地板300在对角线EG两侧分别挖去两个长方形，长方形长边靠着金属接地板300的边缘，延伸到金属接地板300的内部；上述长方形的尺寸均相同。
在上层介质基板200上挖去四个长方形是便于放置四个输出SMA(SubMiniatureversion A)接口，四个输出SMA接口分别和第一输出端口馈线5、第二输出端口馈线6、第三输出端口馈线7和第四输出端口馈线8连接；在下层介质基板400和金属接地板300相应位置挖去两个长方形是便于放置两个输入SMA接口，两个输入SMA接口分别第一输入端口馈线1、第二输入端口馈线2连接。这样的设计使得本申请的双通带平衡功分滤波器结构更加紧凑，更加充分利用了空间。
本申请实施例采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13.0中建模仿真的。图6是本申请实施例中采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的差模输入时的S参数和输出隔离仿真图，从图中可以看出，采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的中心频率是4.2GHz和9.4GHz，3-dB带宽为1.03GHz和0.58GHz，通带内回波损耗低于20dB，最小插入损耗为3.6dB，两个通带内隔离分别优于28dB和21dB，图6是本申请实施例中采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的共模输入时的S参数仿真图，从图中可以看出，采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的两个通带内共模抑制分别低于38dB和26dB。
本申请实施例中顶层圆形贴片10上的顶层第一隔离端口3和顶层第二隔离端口4用来作为匹配端口，从而形成良好的输出端口隔离。金属接地板上的接地板第一槽线91、接地板第二槽线92、接地板第三槽线93、接地板第四槽线94、接地板第五槽线95、接地板第六槽线96、接地板第七槽线97和接地板第八槽线98将贴片的谐振模式TM11和TM31从上层传输下层，在经过第一输出端口馈线5、第二输出端口馈线6、第三输出端口馈线7和第四输出端口馈线8达到平衡功分滤波的特征效果。
本申请的实施例由于采用了圆形贴片和双层结构，充分利用了电路空间，大大减小了电路体积，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，结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成。另外，利用接地板槽线转移贴片的谐振模式TM11和TM31，设计出了具有良好共模抑制性能的双通带平衡功分滤波器。
综上所述，本申请的实施例利用圆形贴片TM11和TM31的谐振模式设计了双通带平衡功分滤波器。利用贴片上的缝隙扰动来改变谐振频率。金属接地板300中的八个槽线将特定的谐振模式传输到另一层。该双通带平衡功分滤波器非常适用于现代无线通信系统的小型化、功能加载和对共模抑制要求较高的场景。
本发明提供了一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，包括上层介质基板(200)和下层介质基板(400)，所述上层介质基板(200)和下层介质基板(400)中间设有金属接地板(300)，
所述上层介质基板(200)上表面设有顶层圆形贴片(10)、第一输入端口馈线(1)、第二输入端口馈线(2)、顶层第一隔离端口(3)和顶层第二隔离端口(4)，所述顶层圆形贴片(10)位于上层介质基板(200)中心，所述第一输入端口馈线(1)的一端与上层介质基板(200)的边缘连接，另一端与顶层圆形贴片(10)的半圆连接；第二输入端口馈线(2)的一端与上层介质基板(200)的边缘连接，另一端与顶层圆形贴片(10)的另一半圆连接；所述顶层第一隔离端口(3)的一端与顶层圆形贴片(10)连接，另一端在上层介质基板(200)远离顶层圆形贴片(10)处；所述顶层第二隔离端口(4)的一端与顶层圆形贴片(10)连接，另一端在上层介质基板(200)远离顶层圆形贴片(10)处；
所述下层介质基板(400)下表面设有底层圆形贴片(11)、第一输出端口馈线(5)、第二输出端口馈线(6)、第三输出端口馈线(7)和第四输出端口馈线(8)，所述底层圆形贴片(11)位于下层介质基板(400)中心，所述第一输出端口馈线(5)的一端、第二输出端口馈线(6)的一端、第三输出端口馈线(7)的一端和第四输出端口馈线(8)的一端分别与下层介质基板(400)的边缘连接，第一输出端口馈线(5)的另一端、第二输出端口馈线(6)的另一端、第三输出端口馈线(7)的另一端和第四输出端口馈线(8)的另一端分别与底层圆形贴片(11)相连；第一输出端口馈线(5)的延长线和第二输出端口馈线(6)的延长线重合并相交于底层圆形贴片(11)的圆心，第三输出端口馈线(7)的延长线和第四输出端口馈线(8)的延长线重合并相交于底层圆形贴片(11)的圆心，第一输出端口馈线(5)和第二输出端口馈线(6)的延长线与第三输出端口馈线(7)和第四输出端口馈线(8)的延长线相垂直；
所述金属接地板(300)上设有槽线，用于将顶层圆形贴片(10)的谐振模式传输至底层圆形贴片(11)。
2.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述第一输入端口馈线(1)包括第一输入50欧姆微带线导带，所述第一输入50欧姆微带线导带的一端延伸至上层介质基板(200)的侧边，另一端与顶层圆形贴片(10)相连，且与顶层圆形贴片(10)相连处左右两侧设有第一输入端口槽线(101)；
所述第二输入端口馈线(2)包括第二输入50欧姆微带线导带，所述第二输入50欧姆微带线导带的一端延伸至上层介质基板的侧边，另一端与顶层圆形贴片(10)相连，且与顶层圆形贴片(10)相连处左右两侧设有第二输入端口槽线(21)。
3.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述第一输出端口馈线(5)包括第一输出50欧姆微带线导带，第一输出50欧姆微带线导带的一端延伸至下层介质基板(400)的侧边，另一端与底层圆形贴片(11)相连，且与底层圆形贴片(11)相连处左右两侧设有第一输出端口槽线(51)；
所述第二输出端口馈线(6)包括第二输出50欧姆微带线导带，第二输出50欧姆微带线导带的一端延伸至下层介质基板(400)的侧边，另一端与底层圆形贴片(11)相连，且与底层圆形贴片(11)相连处左右两侧设有第二输出端口槽线(61)；
所述第三输出端口馈线(7)包括第三输出50欧姆微带线导带，第三输出50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板(400)的侧边，另一端与底层圆形贴片(11)相连，且与底层圆形贴片(11)相连处左右两侧设有第三输出端口槽线(71)；
所述第四输出端口馈线(8)包括第四输出50欧姆微带线导带，第四输出50欧姆微带线导带一端延伸至下层介质基板(400)的侧边，另一端与底层圆形贴片(11)相连，且与底层圆形贴片(11)相连处左右两侧设有第四输出端口槽线(81)。
4.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述顶层第一隔离端口(3)包括第一隔离50欧姆微带线导带、第一隔离电阻(32)、顶层第一接地柱(33)和第一隔离端口接触面(34)，所述第一隔离50欧姆微带线导带的一端与顶层圆形贴片(10)连接，另一端与第一隔离电阻(32)连接，且与顶层圆形贴片(10)连接处左右两侧设有第一隔离端口槽线(31)；第一隔离电阻(32)与第一隔离端口接触面(34)相连；顶层第一接地柱(33)上端连接第一隔离端口接触面(34)，下端连接金属接地板(300)；
所述顶层第二隔离端口(4)包括第二隔离50欧姆微带线导带、第二隔离电阻(42)、顶层第二接地柱(43)和第二隔离端口接触面(44)，所述第二隔离50欧姆微带线导带的一端与顶层圆形贴片(10)连接，另一端与第二隔离电阻(42)连接，且与顶层圆形贴片(10)连接处左右两侧设有第二隔离端口槽线(41)；第二隔离电阻(42)与第二隔离端口接触面(44)相连；顶层第二接地柱(43)上端连接第二隔离端口接触面(44)，下端连接金属接地板(300)。
5.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述第一输入端口馈线(1)和第二输入端口馈线(2)位于上层介质基板(200)的对角线EG上且分别在顶层圆形贴片(10)的圆心两侧，关于上层介质基板(200)的对角线FH对称；所述顶层第一隔离端口(3)和顶层第二隔离端口(4)位于上层介质基板(200)的对角线FH上且分别在顶层圆形贴片(10)的圆心两侧，关于上层介质基板(200)的对角线EG对称；
所述顶层圆形贴片(10)的半径为r，第一输入端口槽线(101)、第二输入端口槽线(21)、第一隔离端口槽线(31)和第二隔离端口槽线(41)的长度均为l2，宽度均为w2；第一输入50欧姆微带线导带、第二输入50欧姆微带线导带、第一隔离50欧姆微带线导带和第二隔离50欧姆微带线导带的宽度均为wf，第一输入50欧姆微带线导带、第二输入50欧姆微带线导带、第一隔离50欧姆微带线导带和第二隔离50欧姆微带线导带与顶层圆形贴片(10)非连接部分的长度均为lf，第一隔离电阻(32)和第二隔离电阻(42)的电阻为R。
6.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述第一输出端口馈线(5)和第二输出端口馈线(6)位于第二线段CD上且在底层圆形贴片(11)的圆心两侧，关于第一线段AB对称；
所述第三输出端口馈线(7)和所述第四输出端口馈线(8)位于第一线段AB上，且在底层圆形贴片(11)的圆心两侧，关于第二线段CD对称；
所述第一输出端口馈线(5)位于下层介质基板(400)左边缘，第二输出端口馈线(6)位于下层介质基板(400)右边缘，第三输出端口馈线(7)位于下层介质基板(400)下边缘，第四输出端口馈线(8)位于下层介质基板(400)上边缘；
所述第一线段AB的第五端点A与第六端点B以及第二线段CD的第七端点C与第八端点D分别为下层介质基板(400)所在的原正方形各边中点，所述第一线段AB与第二线段CD互相垂直于原正方形的中点；
所述底层圆形贴片(11)的半径为r，第一输出端口槽线(51)、第二输出端口槽线(61)、第三输出端口槽线(71)和第四输出端口槽线(81)的长度均为l2，宽度均为w2；第一输出50欧姆微带线导带、第二输出50欧姆微带线导带、第三输出50欧姆微带线导带和第四输出50欧姆微带线导带的宽度均为wf，第一输出50欧姆微带线导带、第二输出50欧姆微带线导带、第三输出50欧姆微带线导带和第四输出50欧姆微带线导带与底层圆形贴片(11)非连接部分的长度均为lf。
7.根据权利要求6所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述金属接地板(300)上的槽线包括接地板第一槽线(91)、接地板第二槽线(92)、接地板第三槽线(93)、接地板第四槽线(94)、接地板第五槽线(95)、接地板第六槽线(96)、接地板第七槽线(97)和接地板第八槽线(98)，所述接地板第一槽线(91)和接地板第五槽线(95)位于第一线段AB上，关于第二线段CD对称；接地板第二槽线(92)和接地板第六槽线(96)位于对角线EG上，关于对角线FH对称；接地板第三槽线(93)和接地板第七槽线(97)位于第二线段CD上，关于第一线段AB对称；接地板第四槽线(94)和接地板第八槽线(98)位于对角线FH上，关于对角线EG对称；
所述接地板第一槽线(91)和接地板第五槽线(95)之间的距离、接地板第三槽线(93)和接地板第七槽线(97)之间的距离均为s1；接地板第二槽线(92)和接地板第六槽线(96)之间的距离、接地板第四槽线(94)和接地板第八槽线(98)之间的距离均为s2，接地板第一槽线(91)、接地板第二槽线(92)、接地板第三槽线(93)、接地板第四槽线(94)、接地板第五槽线(95)、接地板第六槽线(96)、接地板第七槽线(97)和接地板第八槽线(98)的长度均为l1，宽度均为w1。
8.根据权利要求1所述的一种采用双层圆形贴片的双通带平衡功分滤波器，其特征在于，所述上层介质基板(200)、下层介质基板(400)与金属接地板(300)的形状相同，均为正方形切除两个对角顶点后的多边形，所述正方形的切除部分为等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的直角与正方形被切除的顶点处的直角重叠；记所述等腰直角三角形的底边中点对应至所述多边形上的点为第一端点E和第二端点G，所述多边形上保留的原正方形的两个对角顶点为第三端点F和第四端点H；
所述上层介质基板(200)、金属接地板(300)和下层介质基板(400)的中心点在一条直线上，所述上层介质基板(200)、金属接地板(300)和下层介质基板(400)的中心点所在直线垂直于上层介质基板(200)所在平面。
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