CN113540726A - 一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波与射频技术领域，公开了一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，旨在使用一种不对称T型缝隙‑微带线匹配网络实现双工功能，使得轴线AA’两侧的结构工作频率范围不同；该匹配网络适应差分端口且工作频率范围独立可控，通过调节交指耦合线状缝隙到轴线AA’的距离可以调节对侧结构的工作频率范围，结构简单，易于实现；且匹配网络的设计与滤波器结构无关，适用范围广；此外，将差分双频双工器与差分功分器集成为差分双频双工功分器以应用于具有功率分配需求的多频带射频收发前端系统或作为差分滤波天线阵列的馈电结构。

Description

一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器
技术领域
本发明属于微波与射频技术领域，主要涉及差分双频双工功分器的结构和设计，具体是一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，可应用于无线通信系统的射频前端。
背景技术
近些年来，由于各种无线通信技术的不断进步以及人们对无线通信的要求日益增加，无线终端大多兼容多个通信标准使2G、3G、4G甚至5G网络并存，以便让用户可以同时使用多个运营商的网络信号。无线通信中常见的FDD技术一般要求有上行通道和下行通道两个通信通道，一般会使用双工器来实现这种需求。对于目前多种通信标准共存的现象，传统的双工器已不能满足需求。有学者提出双频双工器，即四通道双工器，可以同时工作于两组上下行频率，这样可以减小整个通信系统的体积并降低成本。另一方面，现代无线系统面临着复杂的电磁环境，这使得人们对双工器的抗干扰能力提出了更高的要求，差分结构因其共模抑制能力，抗干扰特性以及低噪声性能而被广泛应用。将差分结构引入双工器的设计中可显著提高器件的抗干扰能力。微带-缝隙线结构，因其固有的抗共模干扰能力和独立的差模响应，被广泛用于差分无源器件中。
双工器的设计主要在于匹配网络。目前的匹配网络大多为单端结构设计，差分双工器一般使用两个单端的匹配网络作为差分双工匹配网络，没有专门应用于差分结构的双工匹配网络。本发明的创新之处在于提出一个适用于差分端口且工作频率范围独立可控的新型匹配网络，一种不对称T型缝隙-微带线匹配网络。此外，为了适应无线通信射频前端的功率分配需求，有学者提出了与双工器集成的单端双工功分器，当前还没有人提出一种差分双频双工功分器。本发明第一次提出了可工作于两组上下行频率且有功率分配功能的差分双频双工功分器，可将其应用于具有功率分配需求的多频带射频收发前端系统或作为差分滤波天线阵列的馈电结构。
资料显示的一种使用多枝节线加载匹配网络的双频双工器，具体参考“申请专利号201420404201.3，专利名称：一种使用多枝节线加载匹配网络的双频双工器，专利权人：华南理工大学”。该发明使用一种多枝节线加载匹配网络实现了一种双频双工器，但该匹配网络为单端结构。
资料显示的另一种基于开环谐振器的差分双工器，具体参考在IEEE MICROWAVEAND WIRELESS COMPONENTS LEEETERS期刊(Vol.28,No 3,MARCH 2018)上发表题为“Compact Balanced-to-Balanced Diplexer Based on Split-Ring ResonatorsBalanced Bandpass Filters”的论文。该差分双工器的差分端口使用的是单端的T型微带线匹配网络，故在差分端口需使用两个匹配网络。
资料显示的一种与功分器集成的双工功分器，具体请参考Pu-Hua Deng,Wei Lo,Bo-Li Chen,和Chen-Hsiang Lin在“IEEE ACCESS”上发表题为“Designs of DuplexingPower Dividers”的文章。该文章将一种双通道双工器与功分器集成在一起，实现了一种单端双通道双工功分器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，旨在使用一种适应差分器件的不对称T型缝隙-微带线匹配网络来实现双工功能并应用于差分双频双工器。此外，将差分双频双工器与差分功分器集成为差分双频双工功分器以应用于具有功率分配需求的多频带射频收发前端系统或作为差分滤波天线阵列的馈电结构。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，包括介质基板，所述介质基板的下表面印制有金属地板，所述金属地板上分别刻蚀有位于轴线AA’上的第一缝隙线以及关于轴线AA’镜像对称的第二缝隙线和第三缝隙线；所述第一缝隙线、第二缝隙线和第三缝隙线相互平行设置；
所述介质基板的上表面分别印制有关于轴线AA’对称且开口向外的第一U型微带线、以及两组关于轴线AA’对称的U型微带线，用于实现差分馈电特性；其中，一组所述U型微带线包含位于轴线AA’一侧且开口相背的一对第二U型微带线，两个所述第二U型微带线关于轴线DD’镜像对称；另一组所述U型微带线包含位于轴线AA’另一侧且开口相背的一对第三U型微带线，两个所述第三U型微带线关于轴线DD’镜像对称；
所述第一U型微带线开口相背一侧印制有直线型微带线，所述直线型微带线位于与轴线AA’垂直交叉的轴线DD’上；
所述直线型微带线包含一条均匀阻抗微带线和两个圆形微带结构；两个所述圆形微带结构关于轴线AA’对称且位于所述均匀阻抗微带线的两侧末端；所述均匀阻抗微带线上还分别刻蚀有一个关于轴线BB’对称的第一交指耦合线状缝隙和一个关于轴线CC’对称的第二交指耦合线状缝隙；所述轴线AA’、轴线BB’、轴线CC’相互平行设置，且所述轴线BB’、轴线CC’分别位于所述轴线AA’的两侧；所述第一交指耦合线状缝隙到所述轴线AA’的距离与所述第二交指耦合线状缝隙到所述轴线AA’的距离不相等；直线型微带线的中点与靠近轴线DD’一侧的第一圆形缝隙结构和第一直线型缝隙的连接处形成交叉耦合；所述第一交指耦合线状缝隙、第二交指耦合线状缝隙之间的均匀阻抗微带线与第一缝隙线组成了不对称T型缝隙-微带线匹配网络，用于实现双工功能；
所述第一交指耦合线状缝隙的下方印制有关于轴线BB’镜像对称的两个第一微带谐振器，所述第一交指耦合线状缝隙的上方印制有关于轴线BB’镜像对称的两个第二微带谐振器；所述第二交指耦合线状缝隙的下方印制有关于轴线CC’对称的两个第三微带谐振器，所述第二交指耦合线状缝隙的上方印制有关于轴线CC’对称的两个第四微带谐振器。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)作为优选的，所述第一缝隙线包含第一直线型缝隙和两个第一圆形缝隙结构，两个所述第一圆形缝隙结构且位于所述第一直线型缝隙的两侧末端；所述第一缝隙线位于所述第一U型微带线与所述直线型微带线之间；
所述第二缝隙线包含第二直线型缝隙和两个第二圆形缝隙结构，两个所述第二圆形缝隙结构关于轴线DD’镜像对称且位于所述第二直线型缝隙的两侧末端；所述第二缝隙线位于两个所述第二U型微带线之间且关于轴线DD’镜像对称；
所述第三缝隙线包含第三直线型缝隙和两个第三圆形缝隙结构，两个所述第三圆形缝隙结构关于轴线DD’镜像对称且位于所述第三直线型缝隙的两侧末端；所述第三缝隙线位于两个所述第三U型微带线之间且关于轴线DD’镜像对称。
(2)作为优选，所述第一U型微带线、两个所述第二U型微带线和两个所述第三U型微带线，分别由一条直线微带底和两条相互平行的直线微带臂连接而成。
(3)进一步作为优选的，所述直线微带臂的阻抗为50Ω，以保证馈电端口匹配良好。
(4)作为优选的，所述第一直线型缝隙和远离轴线DD’一侧的第一圆形缝隙结构的连接处与第一U型微带线的直线微带底的中点产生交叉耦合，用于传输差模信号和实现固有的共模信号抑制；
所述均匀阻抗微带线和所述两个圆形微带结构的连接处与第二缝隙线的中点以及第三缝隙线的中点处分别形成交叉耦合；
所述第二直线型缝隙与所述两个第二圆形缝隙结构的连接处与两个所述第二U型微带线的直线微带底分别形成交叉耦合；
所述第三直线型缝隙与所述两个第三圆形缝隙结构的连接处与两个所述第三U型微带线的直线微带底分别形成交叉耦合。
(5)作为优选的，所述第一微带谐振器包含：将中间为第一高阻抗微带线两端为第一低阻抗微带线的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第一阶梯阻抗微带谐振器开口方向背向轴线BB’；
所述第二微带谐振器包含：将中间为第二高阻抗微带线两端为第二低阻抗微带线的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第二阶梯阻抗微带谐振器开口方向背向轴线BB’；
所述第三微带谐振器包含：将中间为第三高阻抗微带线两端为第三低阻抗微带线的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第三阶梯阻抗微带谐振器开口方向背向轴线CC’；
所述第四微带谐振器包含：将中间为第四高阻抗微带线两端为第四低阻抗微带线的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第四阶梯阻抗微带谐振器开口方向背向轴线CC’。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明提出了一种新型的不对称T型缝隙-微带线匹配网络来实现双工功能，使得轴线AA’两侧的结构工作频率范围不同。该匹配网络可适应差分端口且工作频率范围独立可控，通过调节交指耦合线状缝隙到轴线AA’的距离可以调节对侧结构的工作频率范围，结构简单，易于实现；且匹配网络的设计与滤波器结构无关，适用范围广。
(2)本发明采用一种U型阶梯阻抗微带谐振器产生差模通带，调节该谐振器的阻抗比或谐振器长度可实现四个差模通带的中心频率独立可控；此外，均匀阻抗微带线内部刻蚀的交指耦合线状缝隙，可显著提高差模通带的带外抑制水平；同时，由于采用U型微带线作为差分馈电端口并与缝隙线耦合连接，本发明能够实现良好的差模信号传输特性且对共模信号的显著抑制。
(3)本发明将差分双频双工器与差分功分器集成可应用于有功率分配需求的多频带射频收发前端，此外，还可以将差分双频双工功分器的功分器端口与一般差分滤波天线阵列相接来实现差分四频滤波天线阵列。
附图说明
图1为本发明的使用新型匹配网络的差分双频双工功分器的整体结构示意图；
图2为本发明介质基板上下表面各结构的相互关系图；
图3为图2中第一U型微带线、两个第二U型微带线和两个第三U型微带线的位置尺寸图；
图4为图2中直线型微带线的尺寸图
图5为图2中四对阶梯阻抗微带谐振器的位置尺寸图；
图6为本发明介质基板下表面的结构示意图；
图7为本发明的差模回波损耗和差模插入损耗的S参数仿真和实测图；
图8为本发明的共模回波损耗和共模插入损耗的S参数仿真和实测图。
1介质基板；2金属底板；21第一缝隙线；211第一直线型缝隙；212第一圆形缝隙结构；22第二缝隙线；221第二直线型缝隙；222第二圆形缝隙结构；23第三缝隙线；231第三直线型缝隙；232第三圆形缝隙结构；3第一U型微带线；4第二U型微带线；5第三U型微带线；6直线型微带线；61均匀阻抗微带线；62圆形微带结构；63第一交指耦合线状缝隙；64第二交指耦合线状缝隙；7第一微带谐振器；71第一高阻抗微带线；72第一低阻抗微带线；8第二微带谐振器；81第二高阻抗微带线；82第二低阻抗微带线；9第三微带谐振器；91第三高阻抗微带线；92第三低阻抗微带线；10第四微带谐振器；101第四高阻抗微带线；102第四低阻抗微带线。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
参考图1-6，一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，包括介质基板1，介质基板1的下表面印制有缝隙结构的金属地板2，金属地板2上分别刻蚀有位于轴线AA’上的第一缝隙线21以及关于轴线AA’镜像对称的第二缝隙线22和第三缝隙线23；第一缝隙线21、第二缝隙线22和第三缝隙线23相互平行设置；其中，介质基板1采用相对介电常数为3.55，大小为92.8mm×33.1mm，厚度为0.508mm的RO4003材料；介质基板1的上下表面结构的相对位置关系参照图2。
具体的，参考图1、图2和图6，第一缝隙线21包含第一直线型缝隙211和两个第一圆形缝隙结构212，两个第一圆形缝隙结构212位于第一直线型缝隙211的两侧末端，起开路作用；第一缝隙线21位于第一U型微带线3与直线型微带线6之间，用于实现信号从第一U型微带线3到直线型微带线6的过渡。所述第一缝隙线21与直线型微带线6的距离Ls0＝10.4mm，宽度Ws0＝0.2mm，第一圆形缝隙结构212的直径R1＝2.5mm。
第二缝隙线22包含第二直线型缝隙221和两个第二圆形缝隙结构222，两个第二圆形缝隙结构222关于轴线DD’镜像对称且位于所述第二直线型缝隙211的两侧末端，起开路作用；第二缝隙线22位于两个第二U型微带线4之间且关于轴线DD’镜像对称。两个所述第二U型微带线4之间的距离Ls1＝9.7mm，宽度Ws1＝0.3mm，第二圆形缝隙结构222尺寸与第一圆形缝隙结构212相同。
第三缝隙线23包含第三直线型缝隙231和两个第三圆形缝隙结构232，两个第三圆形缝隙结构232关于轴线DD’镜像对称且位于第三直线型缝隙231的两侧末端，起开路作用；第三缝隙线23位于两个第三U型微带线5之间且关于轴线DD’镜像对称。第三缝隙线23的尺寸与第二缝隙线22相同。
参考图1-3，介质基板1的上表面分别印制有关于轴线AA’对称且开口向外的第一U型微带线3、以及两组关于轴线AA’对称的U型微带线；其中，一组U型微带线包含位于轴线AA’一侧且开口相背的一对第二U型微带线4，两个第二U型微带线4关于轴线DD’镜像对称；另一组U型微带线包含位于轴线AA’另一侧且开口相背的一对第三U型微带线5，两个第三U型微带线5关于轴线DD’镜像对称。
参考图1-3，第一U型微带线3、两个第二U型微带线4和两个第三U型微带线5，分别由一条平行于轴线DD’的直线微带底和两条平行于轴线AA’的直线微带臂连接而成，用于实现差分馈电特性，直线微带臂宽度相同，均为50Ω阻抗线宽，以保证馈电端口阻抗匹配良好。第一U型微带线的两条微带臂的长度Lm0＝7mm，宽度Wm0＝1.15mm，微带底的长度Lm1＝20mm，宽度Wm1＝1.6mm；第二U型微带线与第三U型微带线尺寸相同，两条微带臂的长度Lmp0＝7mm，宽度Wmp0＝1.15mm，微带底的长度Lmp1＝14mm，宽度Wmp1＝1.5mm。
第一直线型缝隙211和远离轴线DD’一侧的第一圆形缝隙结构212的连接处与第一U型微带线3的直线微带底的中点产生交叉耦合，用于传输差模信号和实现固有的共模信号抑制；第二直线型缝隙221和两个第二圆形缝隙结构222的连接处与两个第二U型微带线4的直线微带底分别形成交叉耦合；第三直线型缝隙231和两个第三圆形缝隙结构232的连接处与两个第三U型微带线5的直线微带底分别形成交叉耦合。以上缝隙线与U型微带线之间的交叉耦合用于传输差模信号和实现固有的共模信号抑制。
参照图1、图2、图4、图5和图6，第一U型微带线3开口相背一侧印制有直线型微带线6，直线型微带线6位于与轴线AA’垂直交叉的轴线DD’上。直线型微带线6包含一条均匀阻抗微带线61和两个圆形微带结构62，两个圆形微带结构62关于轴线AA’对称且位于均匀阻抗微带线61的两侧末端，起短路作用。均匀阻抗微带线61和两个圆形微带结构62的连接处与第二缝隙线22的中点以及第三缝隙线23的中点处分别形成交叉耦合用于实现信号从直线型微带线6到第二缝隙线22和第三缝隙线23的传输；直线型微带线6的中点与靠近轴线DD’一侧的第一圆形缝隙结构212和第一直线型缝隙211的连接处形成交叉耦合用于实现信号从第一缝隙线21到直线型微带线6的传输。均匀阻抗微带线61上分别设置有一个关于轴线BB’对称的第一交指耦合线状缝隙63和一个关于轴线CC’对称的第二交指耦合线状缝隙64，轴线AA’、轴线BB’、轴线CC’相互平行设置，且轴线BB’、轴线CC’分别位于轴线AA’的两侧。第一交指耦合线状缝隙63与第二交指耦合线状缝隙64到轴线AA’的距离不相等，第一交指耦合线状缝隙63、第二交指耦合线状缝隙64之间的均匀阻抗微带线61与第一缝隙线21组成了不对称T型缝隙-微带线匹配网络。该不对称T型缝隙-微带线匹配网络可以实现双工功能，使得轴线AA’两侧的结构工作频率范围不同。通过调节第一交指耦合缝隙63到轴线AA’的距离可以控制轴线AA’左侧结构的工作频率范围，调节第二交指耦合缝隙64到轴线AA’的距离可以控制轴线AA’右侧结构的工作频率范围，实现双工工作频率范围独立可调。所述均匀阻抗微带线61的长度Lm2＝72.9，宽度Wm2＝1.12，圆形微带结构62的直径R2＝2；第一交指耦合线状缝隙63与第二交指耦合线状缝隙64尺寸相同，g0＝0.24mm，P1＝0.12mm，P2＝0.12mm，Lp＝2.22mm；第一交指耦合线状缝隙63到轴线AA’的距离LAT2＝18mm，第二交指耦合线状缝隙64到轴线AA’的距离LAT1＝10mm。
第一交指耦合线状缝隙63的下方印制有关于轴线BB’镜像对称的两个第一微带谐振器7，第一交指耦合线状缝隙63的上方印制有关于轴线BB’镜像对称的两个第二微带谐振器8；第二交指耦合线状缝隙64的下方印制有关于轴线CC’镜像对称的两个第三微带谐振器9，第二交指耦合线状缝隙64的上方印制有关于轴线CC’镜像对称的两个第四微带谐振器10。第一微带谐振器，第二微带谐振器，第三微带谐振器和第四微带谐振器分别用于实现在中心频率为5.38GHz的第一差模通带，5.98GHz的第二差模通带，6.68GHz的第三差模通带及7.38GHz的第四差模通带的滤波特性。第一交指耦合线状缝隙63用于提高第一差模通带和第二差模通带的带外抑制水平并阻止第三差模通带和第一差模通带的信号在其所在路径传输；第二交指耦合缝隙64用于提高第三差模通带和第四差模通带的带外抑制水平并阻止第一差模通带和第二差模通带的信号在其所在路径传输。两个第一微带谐振器7和两个第二微带谐振器8与第一交指耦合线状缝隙63之间的距离为g1＝g2＝0.3mm；两个第三微带谐振器9和两个第四微带谐振器10与第二交指耦合线状缝隙64之间的距离分别为g3＝g4＝0.3mm。
第一微带谐振器7包含：将中间为第一高阻抗微带线71两端为第一低阻抗微带线72的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个第一微带谐振器7开口方向背向轴线BB’。第一高阻抗微带线71的长度Lr11＝4.4mm，宽度Wr11＝0.3mm，第一低阻抗微带线72的长度Lr12＝5.9mm，宽度Wr12＝0.5mm，两个第一微带谐振器7之间的距离gs1＝1.1mm。第二微带谐振器8包含：将中间为第二高阻抗微带线81两端为第二低阻抗微带线82的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个第二微带谐振器8开口方向背向轴线BB’。第二高阻抗微带线81的长度Lr21＝4.4mm，宽度Wr21＝0.3mm，第二低阻抗微带线82的长度Lr22＝5mm，宽度Wr22＝0.5mm，两个第二微带谐振器8之间的距离gs2＝1.1mm。第三微带谐振器9包含：将中间为第三高阻抗微带线91两端为第三低阻抗微带线92的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个第三微带谐振器9开口方向背向轴线CC’。第三高阻抗微带线91的长度Lr31＝3.4mm，宽度Wr31＝0.3mm，第三低阻抗微带线92的长度Lr32＝4.5mm，宽度Wr32＝0.7mm，两个第三微带谐振器9之间的距离gs3＝1mm。第四微带谐振器10包含：将中间为第四高阻抗微带线101两端为第四低阻抗微带线102的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个第四微带谐振器10开口方向背向轴线CC’。第四高阻抗微带线101的长度Lr41＝3.4mm，宽度Wr41＝0.3mm，第四低阻抗微带线102的长度Lr42＝4.25mm，宽度Wr42＝0.5mm，两个第四微带谐振器10之间的距离gs4＝1.1mm。
本发明的工作原理是：信号从第一U型微带线3输入，其中的差模信号激励第一U型微带线3下方的第一缝隙线21，差模信号沿着第一直线型缝隙211传输，而共模信号无法激励起第一直线型缝隙211的电场，故共模信号得到抑制。差模信号沿着第一直线型缝隙211传输到上层的直线型微带线6上，工作在第一差模通带和第二差模通带的信号沿着直线型微带线6的右臂分别传输到第一微带谐振器7和第二微带谐振器8上，再沿着第二缝隙线22传输到两个第二U型微带线4上，信号在直线型微带线6的左臂呈开路状态；工作在第三差模通带和第差模通带的信号沿着直线型微带线6的左臂分别传输到第三微带谐振器9和第四微带谐振器10上，再沿着第三缝隙线23传输到两个第三U型微带线5上，此时，信号在直线型微带线6的右臂呈开路状态。
以下结合仿真与实测实验，对本发明的技术效果作进一步说明。
1.仿真与实测的条件和内容：
仿真实验采用电磁仿真软件HFSS_19.0，在5.0-8.0GHz范围内，对本发明的频率响应进行仿真，得到回波损耗S11和插入损耗S21的仿真曲线图，差模仿真结果见附图7，共模仿真结果见附图8。
实验是使用矢量网络分析仪N5230A，对本发明进行了两个测量实验。实验1测试了本发明的差模回波损耗
Figure BDA0003107990210000131
和差模插入损耗
Figure BDA0003107990210000132
实验结果见附图7。实验2测试了本发明的共模回波损耗
Figure BDA0003107990210000133
和共模插入损耗
Figure BDA0003107990210000134
实验结果见附图8。
2.仿真与实测结果分析：
附图7为一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器的差模回波损耗和差模插入损耗的S参数仿真与实测图，附图7中的横坐标为频率，单位为GHz；纵坐标为差模回波损耗和差模插入损耗，单位为dB。附图7中的附有符号实线表示仿真结果曲线，点划线表示实测结果曲线；实线表示差模回波损耗
Figure BDA0003107990210000135
的仿真曲线，划线表示差模回波损耗
Figure BDA0003107990210000136
的实测结果；附有星号实线表示
Figure BDA0003107990210000137
的仿真曲线，点线表示
Figure BDA0003107990210000138
的实测曲线；附有四边形符号实线表示
Figure BDA0003107990210000139
的仿真曲线，点划线表示
Figure BDA00031079902100001310
的实测曲线；附有加号实线表示
Figure BDA00031079902100001311
的仿真曲线，双点划线表示
Figure BDA00031079902100001312
的实测曲线；附有五边形符号实线表示
Figure BDA00031079902100001313
的仿真曲线，短划线表示
Figure BDA0003107990210000141
的实测曲线。
从附图7和附图1可以看出，由本发明的第一微带谐振器，第二微带谐振器，第三微带谐振器和第四微带谐振器各自产生一个差模通带，第一个差模通带的中心频率为5.38GHz，相对带宽为3.35％，最小差模插入损耗为1.54dB，第二个差模通带的中心频率为5.98GHz，相对带宽为2.84％，最小差模插入损耗为1.45dB，第一个和第二个差模通带的信号从两个第二U型微带线对应的输出端口输出，第三个差模通带的中心频率为6.68GHz，相对带宽为2.84％，最小差模插入损耗为1.20dB，第二个差模通带的中心频率为7.30GHz，相对带宽为2.48％，最小差模插入损耗为1.56dB，第三个和第四个差模通带的信号从两个第三U型微带线对应的输出端口输出，四个差模通带的差模回波损耗均大于14dB，带外抑制大于15dB。
附图8为一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器的共模回波损耗和共模插入损耗的S参数实测图，附图8中的横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为共模回波损耗与共模插入损耗，单位为dB。附图8中的附有符号实线表示仿真结果曲线，点划线表示实测结果曲线；实线表示共模回波损耗
Figure BDA0003107990210000142
的仿真曲线，划线表示差模回波损耗
Figure BDA0003107990210000143
的实测结果；附有圆形实线表示
Figure BDA0003107990210000144
的仿真曲线，点线表示
Figure BDA0003107990210000145
的实测曲线；附有三角形实线表示
Figure BDA0003107990210000146
的仿真曲线，点划线表示
Figure BDA0003107990210000147
的实测曲线；附有倒三角形实线表示
Figure BDA0003107990210000148
的仿真曲线，双点划线表示
Figure BDA0003107990210000149
的实测曲线；附有四边形符号实线表示
Figure BDA00031079902100001410
的仿真曲线，短划线表示
Figure BDA00031079902100001411
的实测曲线。从附图8可以看出，本发明的共模回波损耗
Figure BDA00031079902100001412
在工作频段范围内小于等于0.36dB，共模插入损耗
Figure BDA00031079902100001413
大于等于40dB，从附图8可以看出，本发明的差分双频带通滤波器实现了具有良好的共模抑制能力，具有引入噪声小，抗干扰能力强的特点。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，其特征在于，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)的下表面印制有金属地板(2)，所述金属地板(2)上分别刻蚀有位于轴线AA’上的第一缝隙线(21)以及关于轴线AA’镜像对称的第二缝隙线(22)和第三缝隙线(23)；所述第一缝隙线(21)、第二缝隙线(22)和第三缝隙线(23)相互平行设置；
所述介质基板(1)的上表面分别印制有关于轴线AA’对称且开口向外的第一U型微带线(3)、以及两组关于轴线AA’对称的U型微带线，用于实现差分馈电特性；其中，一组所述U型微带线包含位于轴线AA’一侧且开口相背的一对第二U型微带线(4)，两个所述第二U型微带线(4)关于轴线DD’镜像对称；另一组所述U型微带线包含位于轴线AA’另一侧且开口相背的一对第三U型微带线(5)，两个所述第三U型微带线(5)关于轴线DD’镜像对称；
所述第一U型微带线(3)开口相背一侧印制有直线型微带线(6)，所述直线型微带线(6)位于与轴线AA’垂直交叉的轴线DD’上；
所述直线型微带线(6)包含一条均匀阻抗微带线(61)和两个圆形微带结构(62)；两个所述圆形微带结构(62)关于轴线AA’对称且位于所述均匀阻抗微带线(61)的两侧末端；所述均匀阻抗微带线(61)上还分别刻蚀有一个关于轴线BB’对称的第一交指耦合线状缝隙(63)和一个关于轴线CC’对称的第二交指耦合线状缝隙(64)；所述轴线AA’、轴线BB’、轴线CC’相互平行设置，且所述轴线BB’、轴线CC’分别位于所述轴线AA’的两侧；所述第一交指耦合线状缝隙(63)到所述轴线AA’的距离与所述第二交指耦合线状缝隙(64)到所述轴线AA’的距离不相等；直线型微带线(6)的中点与靠近轴线DD’一侧的第一圆形缝隙结构(212)和第一直线型缝隙(211)的连接处形成交叉耦合；所述第一交指耦合线状缝隙(63)、第二交指耦合线状缝隙(64)之间的均匀阻抗微带线(61)与第一缝隙线(21)组成了不对称T型缝隙-微带线匹配网络，用于实现双工功能；
所述第一交指耦合线状缝隙(63)的下方印制有关于轴线BB’镜像对称的两个第一微带谐振器(7)，所述第一交指耦合线状缝隙(63)的上方印制有关于轴线BB’镜像对称的两个第二微带谐振器(8)；所述第二交指耦合线状缝隙(64)的下方印制有关于轴线CC’对称的两个第三微带谐振器(9)，所述第二交指耦合线状缝隙(64)的上方印制有关于轴线CC’对称的两个第四微带谐振器(10)。
2.根据权利要求1所述的使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，其特征在于，所述第一缝隙线(21)包含第一直线型缝隙(211)和两个第一圆形缝隙结构(212)，两个所述第一圆形缝隙结构(212)且位于所述第一直线型缝隙(211)的两侧末端；所述第一缝隙线(21)位于所述第一U型微带线(3)与所述直线型微带线(6)之间；
所述第二缝隙线(22)包含第二直线型缝隙(221)和两个第二圆形缝隙结构(222)，两个所述第二圆形缝隙结构(222)关于轴线DD’镜像对称且位于所述第二直线型缝隙(211)的两侧末端；所述第二缝隙线(22)位于两个所述第二U型微带线(4)之间且关于轴线DD’镜像对称；
所述第三缝隙线(23)包含第三直线型缝隙(231)和两个第三圆形缝隙结构(232)，两个所述第三圆形缝隙结构(232)关于轴线DD’镜像对称且位于所述第三直线型缝隙(231)的两侧末端；所述第三缝隙线(23)位于两个所述第三U型微带线(5)之间且关于轴线DD’镜像对称。
3.根据权利要求1所述的使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，其特征在于，所述第一U型微带线(3)、两个所述第二U型微带线(4)和两个所述第三U型微带线(5)，分别由一条直线微带底和两条相互平行的直线微带臂连接而成。
4.根据权利要求3所述的使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，其特征在于，所述直线微带臂的阻抗为50Ω，以保证馈电端口匹配良好。
5.根据权利要求2所述的使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，其特征在于，所述第一直线型缝隙(211)和远离轴线DD’一侧的第一圆形缝隙结构(212)的连接处与第一U型微带线(3)的直线微带底的中点产生交叉耦合，用于传输差模信号和实现固有的共模信号抑制；
所述均匀阻抗微带线(61)和所述两个圆形微带结构(62)的连接处与第二缝隙线(22)的中点以及第三缝隙线(23)的中点处分别形成交叉耦合；
所述第二直线型缝隙(221)与所述两个第二圆形缝隙结构(222)的连接处与两个所述第二U型微带线(4)的直线微带底分别形成交叉耦合；
所述第三直线型缝隙(231)与所述两个第三圆形缝隙结构(232)的连接处与两个所述第三U型微带线(5)的直线微带底分别形成交叉耦合。
6.根据权利要求1所述的使用新型匹配网络的差分双频双工功分器，其特征在于，所述第一微带谐振器(7)包含：将中间为第一高阻抗微带线(71)两端为第一低阻抗微带线(72)的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第一阶梯阻抗微带谐振器(7)开口方向背向轴线BB’；
所述第二微带谐振器(8)包含：将中间为第二高阻抗微带线(81)两端为第二低阻抗微带线(82)的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第二阶梯阻抗微带谐振器(8)开口方向背向轴线BB’；
所述第三微带谐振器(9)包含：将中间为第三高阻抗微带线(91)两端为第三低阻抗微带线(92)的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第三阶梯阻抗微带谐振器(9)开口方向背向轴线CC’；
所述第四微带谐振器(10)包含：将中间为第四高阻抗微带线(101)两端为第四低阻抗微带线(102)的阶梯阻抗微带线沿中间进行对折成U型阶梯阻抗微带谐振器，两个所述第四阶梯阻抗微带谐振器(10)开口方向背向轴线CC’。
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王嘉欣，魏峰，赵西贝，史小卫: "《一种差分到单端的四路功分器的设计》", 《2020年全国微波毫米波会议论文集（下册）》, 20 September 2020 (2020-09-20) *

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