CN114374064A - 一种反相宽带功分滤波器及无线通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无源器件技术领域，具体涉及一种反相宽带功分滤波器及无线通信系统，包括：介质基板、设置于所述介质基板上表面的顶层金属板、以及设置于所述介质基板下表面的接地金属板；所述顶层金属板上分别设有输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线、第一输出端口四分之一波长传输线、第二输出端口四分之一波长传输线、以及T形微带传输线；所述接地金属板上分别设有一条矩形槽线、第一U型槽线、第二U型槽线、圆形槽、以及贴片电阻；本发明提供的反相宽带功分滤波器集成了反相、宽带和带通滤波功能，且结构简单，便于加工集成。
Description
技术领域
本发明涉及无源器件技术领域，具体涉及一种反相宽带功分滤波器及无线通信系统。
背景技术
现代无线通信系统需要紧凑的反相功分滤波器。近年来，能够实现相位相反的功分滤波器在多种射频器件中起到了重要的作用，而由于很多射频器件对电磁干扰和共模噪声具有很强的鲁棒性，因此又需要加入宽通带功能，将反相、宽带和带通滤波进行集成可以大大减少微波器件在同一系统中的使用数量。
因此，有必要对现有的反相宽带功分滤波器进行改进，提供一种集成反相、宽带和带通滤波功能，且结构简单，便于加工集成，提高电路空间利用率的滤波器。
发明内容
本发明目的在于提供一种反相宽带功分滤波器及无线通信系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种反相宽带功分滤波器，包括：介质基板、设置于所述介质基板上表面的顶层金属板、以及设置于所述介质基板下表面的接地金属板；
所述顶层金属板上分别设有输入端口馈线、第一输出端口馈线、第二输出端口馈线、第一输出端口四分之一波长传输线、第二输出端口四分之一波长传输线、以及T形微带传输线；所述T形微带传输线包括垂直辐射单元和水平辐射单元；
所述垂直辐射单元的一端和水平辐射单元垂直连接，所述垂直辐射单元的另一端和所述输入端口馈线的一端连接，所述输入端口馈线的另一端延伸至所述介质基板的侧边；
所述第一输出端口馈线的一端连接第一输出端口四分之一波长传输线，另一端延伸至所述介质基板的侧边；
所述第二输出端口馈线的一端连接第二输出端口四分之一波长传输线，另一端延伸至所述介质基板的侧边；
所述接地金属板上分别设有一条矩形槽线、第一U型槽线、第二U型槽线、圆形槽、以及贴片电阻；
所述第一U型槽线和第二U型槽线对称设置于矩形槽线两侧，所述圆形槽和矩形槽线连通；所述贴片电阻的两端与所述金属板相连，且位于垂直辐射单元和水平辐射单元的连接点的下方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述输入端口馈线包括输入端口50欧姆微带线导带和输入端口阻抗匹配线，所述输入端口50欧姆微带线导带的一个端面延伸至介质基板的侧边，另一个端面与输入端口阻抗匹配线相接，所述输入端口阻抗匹配线的另一端与垂直辐射单元相接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一输出端口馈线包括第一输出端口50欧姆微带线导带和第一输出端口阻抗匹配线，所述第一输出端口50欧姆微带线导带的一个端面延伸至介质基板的侧边，另一端面连接第一输出端口阻抗匹配线；所述第一输出端口阻抗匹配线的另一端连接第一输出端口四分之一波长传输线。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二输出端口馈线包括第二输出端口50欧姆微带线导带和第二输出端口阻抗匹配线，所述第二输出端口50欧姆微带线导带的一个端面延伸至介质基板的侧边，另一端面连接第二输出端口阻抗匹配线；所述第二输出端口阻抗匹配线的另一端连接第二输出端口四分之一波长传输线。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一输出端口阻抗匹配线和第二输出端口阻抗匹配线平行。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一输出端口四分之一波长传输线和第二输出端口四分之一波长传输线平行。
作为上述技术方案的进一步改进，所述介质基板为矩形，所述矩形槽线位于接地金属板的短边中心线上，所述输入端口馈线位于所述顶层金属板的短边中心线上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一U型槽线与第二U型槽线对称设置于接地金属板的短边中心线两侧；其中，所述第一U型槽线的开口和第二U型槽线的开口反向设置，且分别朝向接地金属板的两侧短边；所述第一U型槽线的上沿和第二U型槽线的上沿均设置于水平辐射单元的下方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述贴片电阻的长度大于矩形槽线的宽度，所述圆形槽与所述贴片电阻相切。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无线通信系统，包括第一方面任一所述的反相宽带功分滤波器。
本发明的有益效果是：本发明公开一种反相宽带功分滤波器及无线通信系统，采用微带线到槽线过渡和槽线谐振器，利用四分之一波长传输线的特性实现反相，利用圆形槽和贴片电阻实现较好的隔离，该反相宽带功分滤波器集成了反相、宽带和带通滤波功能，且结构简单，便于加工集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中反相宽带功分滤波器的立体结构示意图；
图2是图1所示反相宽带功分滤波器的俯视图；
图3是图1所示反相宽带功分滤波器的结构尺寸示意图；
图4是本发明实施例中反相宽带功分滤波器的S参数仿真图；
图5是本发明实施例中反相宽带功分滤波器的隔离参数仿真图；
图6是本发明实施例中反相宽带功分滤波器的输出端口相位差仿真图。
附图标记：1、输入端口馈线；2、第一输出端口馈线；3、第二输出端口馈线；4、输入端口50欧姆微带线导带；5、第一输出端口50欧姆微带线导带；6、第二输出端口50欧姆微带线导带；7、输入端口阻抗匹配线；11、第一输出端口阻抗匹配线；12、第二输出端口阻抗匹配线；13、T形微带传输线；21、第一输出端口四分之一波长传输线；22、第二输出端口四分之一波长传输线；31、矩形槽线；32、第一U型槽线；33、第二U型槽线；34、圆形槽；41、贴片电阻；51、底层金属接地板；52、介质基板；53、顶层金属板。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便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。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1和图2，本发明实施例提供的一种反相宽带功分滤波器，所述反相宽带功分滤波器包括介质基板52、设置于所述介质基板52上表面的顶层金属板53、以及设置于所述介质基板52下表面的接地金属板51；
所述顶层金属板53上分别设有输入端口馈线1、第一输出端口馈线2、第二输出端口馈线3、第一输出端口四分之一波长传输线21、第二输出端口四分之一波长传输线22、以及T形微带传输线13；所述T形微带传输线13包括垂直辐射单元131和水平辐射单元132；
所述垂直辐射单元131的一端和水平辐射单元132垂直连接，所述垂直辐射单元131的另一端和所述输入端口馈线1的一端连接，所述输入端口馈线1的另一端延伸至所述介质基板52的侧边；
所述第一输出端口馈线2的一端连接第一输出端口四分之一波长传输线21，另一端延伸至所述介质基板52的侧边；
所述第二输出端口馈线3的一端连接第二输出端口四分之一波长传输线22，另一端延伸至所述介质基板52的侧边；
所述接地金属板51上分别设有一条矩形槽线31、第一U型槽线32、第二U型槽线33、圆形槽34、以及贴片电阻41；
所述第一U型槽线32和第二U型槽线33对称设置于矩形槽线31两侧，所述圆形槽34和矩形槽线31连通；所述贴片电阻41的两端与所述金属板51相连，且位于垂直辐射单元131和水平辐射单元132的连接点的下方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述输入端口馈线1包括输入端口50欧姆微带线导带4和输入端口阻抗匹配线7，所述输入端口50欧姆微带线导带4的一个端面延伸至介质基板52的侧边，另一个端面与输入端口阻抗匹配线7相接，所述输入端口阻抗匹配线7的另一端与垂直辐射单元131的一端相接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一输出端口馈线2包括第一输出端口50欧姆微带线导带5和第一输出端口阻抗匹配线11，所述第一输出端口50欧姆微带线导带5的一个端面延伸至介质基板52的侧边，另一端面连接第一输出端口阻抗匹配线11；所述第一输出端口阻抗匹配线11的另一端连接第一输出端口四分之一波长传输线21。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第二输出端口馈线3包括第二输出端口50欧姆微带线导带6和第二输出端口阻抗匹配线12，所述第二输出端口50欧姆微带线导带6的一个端面延伸至介质基板52的侧边，另一端面连接第二输出端口阻抗匹配线12；所述第二输出端口阻抗匹配线12的另一端连接第二输出端口四分之一波长传输线22。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一输出端口阻抗匹配线11和第二输出端口阻抗匹配线12平行。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一输出端口四分之一波长传输线21和第二输出端口四分之一波长传输线22平行。
作为上述技术方案的进一步改进，所述介质基板52为矩形，所述矩形槽线31位于所述接地金属板51的短边中心线上。所述输入端口50欧姆微带线导带4的一个端面延伸至顶层金属板53的长边，所述第一输出端口50欧姆微带线导带(5)的一个端面延伸至顶层金属板53的一侧短边，所述第二输出端口50欧姆微带线导带(6)的一个端面延伸至顶层金属板53的另一侧短边。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一U型槽线32与第二U型槽线33对称设置于接地金属板51的短边中心线两侧；其中，所述第一U型槽线32的开口和第二U型槽线33的开口反向设置，且分别朝向接地金属板51的两侧短边；所述第一U型槽线32的上沿和第二U型槽线33的上沿均设置于水平辐射单元132的下方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述贴片电阻41的长度大于矩形槽线31的宽度。
需要说明的是，本实施例中，设置贴片电阻41的目的是为了产生阻断信号，从而在两个输出端口之间产生隔离，贴片电阻41的宽度和阻值影响两个输出端口的隔离效果，本实施例中，贴片电阻41的长度大于矩形槽线31的宽度，能提高隔离效果；圆形槽34的作用在于增强外部耦合，并对电流的流向产生影响，本实施例采用贴片电阻41和圆形槽34增强了两个输出端口之间的隔离。
作为上述技术方案的进一步改进，所述圆形槽34与所述贴片电阻41相切。从而在一定程度上增强耦合效果。
作为上述技术方案的进一步改进，所述垂直辐射单元131连接于水平辐射单元132的中心点。
在一些实施例中，所述介质基板52为矩形，所述第一输出端口阻抗匹配线11的L型长边与介质基板52的长边平行，所述第一输出端口阻抗匹配线11的L型短边与介质基板52的短边平行；所述第二输出端口阻抗匹配线12的L型长边与介质基板52的长边平行，所述第二输出端口阻抗匹配线12的L型短边与介质基板52的短边平行；所述第一输出端口四分之一波长传输线21和第二输出端口四分之一波长传输线22均与介质基板52的长边平行。
在制造本实施例提供的反相宽带功分滤波器时，通过印制电路板制造工艺对介质基板52上表面的顶层金属板53进行加工腐蚀，从而形成所需的电路图形，本实施例的反相宽带功分滤波器结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成。同时，本实施例不仅实现了输出端口相位相反和宽带的功能，而且由于采用了紧凑的T型传输线结构和贴片电阻41，充分利用了电路空间，大大减小了电路体积。下面对本发明作进一步详细描述。
本发明提供的实施例中，反相宽带功分滤波器的立体结构示意图如图1所示，俯视图如图2所示，结构尺寸图如图3所示。在一实施例中，介质基板52的基质采用RogersRO4003C基质，相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。本实施例中的反相宽带功分滤波器采用微带线到槽线过渡结构和槽线谐振器实现，反相宽带功分滤波器的各个尺寸参数如下：W1＝11mm，W2＝5mm，W5＝0.5mm，W6＝0.89mm，W7＝0.5mm，L1＝18.7mm，L2＝7.4mm，L3＝1.38mm，L4＝0.89mm，L5＝12.5mm，Rs＝4mm，R＝240Ω。
需要说明的是，此平衡带通滤波器不包括50欧姆微带线导带的总面积为50×31.81mm2，对应的导波长尺寸为0.75λg×0.65λg，其中λg为中心频率处的波导长度。
本实施例采用等边三角形贴片的平衡带通滤波器，是在电磁仿真软件HFSS.18.0中建模仿真的。参考图4至图6，从图中可以看出，反相宽带功分滤波器的中心频率是4GHz，3-dB相对带宽为75.1％，通带内回波损耗低于17dB。
综上所述，本实施例的一种采用微带线到槽线过渡和槽线谐振器的反相宽带功分滤波器，利用四分之一波长传输线的特性实现了反相，利用圆形槽34和贴片电阻41实现较好的隔离。该反相宽带功分滤波器非常适用于现代无线通信系统。
此外，本发明实施例还提供了一种无线通信系统，包括上述任一所述的反相宽带功分滤波器。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
Claims (10)
1.一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，包括：介质基板(52)、设置于所述介质基板(52)上表面的顶层金属板(53)、以及设置于所述介质基板(52)下表面的接地金属板(51)；
所述顶层金属板(53)上分别设有输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)、第一输出端口四分之一波长传输线(21)、第二输出端口四分之一波长传输线(22)、以及T形微带传输线(13)；所述T形微带传输线(13)包括垂直辐射单元(131)和水平辐射单元(132)；
所述垂直辐射单元(131)的一端和水平辐射单元(132)垂直连接，所述垂直辐射单元(131)的另一端和所述输入端口馈线(1)的一端连接，所述输入端口馈线(1)的另一端延伸至所述介质基板(52)的侧边；
所述第一输出端口馈线(2)的一端连接第一输出端口四分之一波长传输线(21)，另一端延伸至所述介质基板(52)的侧边；
所述第二输出端口馈线(3)的一端连接第二输出端口四分之一波长传输线(22)，另一端延伸至所述介质基板(52)的侧边；
所述接地金属板(51)上分别设有一条矩形槽线(31)、第一U型槽线(32)、第二U型槽线(33)、圆形槽(34)、以及贴片电阻(41)；
所述第一U型槽线(32)和第二U型槽线(33)对称设置于矩形槽线(31)两侧，所述圆形槽(34)和矩形槽线(31)连通；所述贴片电阻(41)的两端与所述金属板(51)相连，且位于垂直辐射单元(131)和水平辐射单元(132)的连接点的下方。
2.根据权利要求1所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述输入端口馈线(1)包括输入端口50欧姆微带线导带(4)和输入端口阻抗匹配线(7)，所述输入端口50欧姆微带线导带(4)的一个端面延伸至介质基板(52)的侧边，另一个端面与输入端口阻抗匹配线(7)相接，所述输入端口阻抗匹配线(7)的另一端与垂直辐射单元(131)相接。
3.根据权利要求1所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述第一输出端口馈线(2)包括第一输出端口50欧姆微带线导带(5)和第一输出端口阻抗匹配线(11)，所述第一输出端口50欧姆微带线导带(5)的一个端面延伸至介质基板(52)的侧边，另一端面连接第一输出端口阻抗匹配线(11)；所述第一输出端口阻抗匹配线(11)的另一端连接第一输出端口四分之一波长传输线(21)。
4.根据权利要求3所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述第二输出端口馈线(3)包括第二输出端口50欧姆微带线导带(6)和第二输出端口阻抗匹配线(12)，所述第二输出端口50欧姆微带线导带(6)的一个端面延伸至介质基板(52)的侧边，另一端面连接第二输出端口阻抗匹配线(12)；所述第二输出端口阻抗匹配线(12)的另一端连接第二输出端口四分之一波长传输线(22)。
5.根据权利要求4所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述第一输出端口阻抗匹配线(11)和第二输出端口阻抗匹配线(12)平行。
6.根据权利要求1所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述第一输出端口四分之一波长传输线(21)和第二输出端口四分之一波长传输线(22)平行。
7.根据权利要求1所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述介质基板(52)为矩形，所述矩形槽线(31)位于接地金属板(51)的短边中心线上。
8.根据权利要求7所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述第一U型槽线(32)与第二U型槽线(33)对称设置于接地金属板(51)的短边中心线两侧；其中，所述第一U型槽线(32)的开口和第二U型槽线(33)的开口反向设置，且分别朝向接地金属板(51)的两侧短边；所述第一U型槽线(32)的上沿和第二U型槽线(33)的上沿均设置于水平辐射单元(132)的下方。
9.根据权利要求1所述的一种反相宽带功分滤波器，其特征在于，所述贴片电阻(41)的长度大于矩形槽线(31)的宽度，所述圆形槽(34)与所述贴片电阻(41)相切。
10.一种无线通信系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的反相宽带功分滤波器。
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