CN114464974A - 一种具有滤波特性的环形器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有滤波特性的环形器。该滤波型环形器其特征在于该结构由50欧姆标准微带接口、阻抗变换器和滤波型中心结组成。整体电路基于微带线形式的铁氧体环形器，可以实现端口间的反向隔离。阻抗变换器由传统两阶阶梯微带线组成，可以实现微带端口到中心结的输入/输出匹配。滤波型中心结由两阶发夹滤波器折叠构成，以实现电路的频率选择特性。这种具有滤波特性的环形器具有带通滤波功能，实现了优良的带外抑制,并具有较高的带内反向隔离度。该滤波型环形器整体电路结构小巧，组装方便，可以在收发系统中代替环形器和滤波器两部分器件，在通信、雷达、测控等系统中有广阔的应用前景。

Description

一种具有滤波特性的环形器
技术领域
本发明属于无线通信系统技术领域，具体涉及一种具有滤波特性的环形器。
背景技术
作为雷达、基站等通信系统重要部件，环形器和滤波器在其中发挥了至关重要的作用。环形器在通信系统中具有同频全双工器的功能。射频前端的滤波器性能对整个通信系统的质量也起着决定性的作用，除此之外，信道的频率选择、带外的噪声干扰等也离不开滤波器。
随着移动终端设备的出现以及日新月异，人们希望越来越多的功能能够完全集成到一个通信设备上，对微波器件的尺寸和性能也提出了更加苛刻的要求。对于整个系统而言，环形器和滤波器作为射频前端的重要部件，将其一体化设计可以极大的减小系统尺寸，增加系统可靠性。
发明内容
鉴于背景技术存在的缺陷，本发明提出了一种具有滤波特性的环形器。该滤波型环形器尺寸较小，结构紧凑，能同时实现滤波和环行两种功能，同时易于加工，可以在收发系统中代替传统的环形器和滤波器两部分器件，使整体电路更为简洁。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
所述的一种具有滤波特性的环形器，包括50欧姆微带端口1(1)、50欧姆微带端口2(2)、50欧姆微带端口3(3)、四分之一波长阻抗变换器(4)、介质基板(5)、微带线接地金属层(6)、滤波型中心结(7)、铁氧体(8)。
所述的一种具有滤波特性的环形器，包括微带介质基板、铁氧体，其表面均设有微带电路，其特征在于：铁氧体(8)内嵌于介质基板(5)的中央孔洞中；介质基板表面的微带电路为四分之一波长阻抗变换器(4)，由两阶阶梯微带线构成，连接三个微带端口以及滤波型中心结(7)；铁氧体表面的微带电路为滤波型中心结(7)，由两阶折叠型发夹滤波器组成；微带介质基板、铁氧体共用微带线接地金属层(6)作为接地层。
作为一种优选方案，所述的四分之一波长阻抗变换器(4)由2阶四分之一阶梯型微带线构成，有利于减小回波，实现各个端口到滤波型中心结(7)结之间的输入/输出匹配。
作为一种优选方案，所述的滤波型中心结(7)由三组折叠型的二阶发夹滤波器关于中心点旋转对称组成，经由四分之一波长阻抗变换器(4)连接至3个微带线输入输出端口；滤波型中心结(7)的每阶发夹谐振腔之间存在有耦合缝隙，由电容耦合形式进行信号的传递，整体滤波型中心结(7)与铁氧体(8)紧密结合。
作为一种优选方案，所述的滤波型中心结(7)，可以通过电镀、光刻或加工同形状的金属导带紧密贴合在铁氧体(8)之上。
本发明所提出的一种具有滤波特性的环形器工作原理如下：
微波信号从50欧姆微带端口1(1)输入后，按准TEM模传输，经四分之一波长阻抗变换器(4)阻抗匹配后，采用电容电磁混合耦合的方式馈入滤波型中心结(7)。滤波型中心结(7)由三组折叠型的两阶发夹滤波器构成，这里两阶发夹滤波器通过电容耦合方式实现滤波特性，整体滤波型中心结(7)紧密贴合于铁氧体(8)之上，外加磁场可以保证端口间的单方向传输。随后通过电容电磁混合耦合的方式传至四分之一波长阻抗变换器(4)，经过输出匹配后由50欧姆微带端口2(2)输出。所提出的一种具有滤波特性的环形器传输方向为：端口1→端口2→端口3→端口1，反方向表现为隔离特性。
本发明的优点和显著效果在于：
本发明所提出的一种具有滤波特性的环形器，具有结构紧凑，易于小型化，且方便加工的特点。与传统结构相比，将铁氧体环形器和微波滤波器结合为同一部件，能更好的适应现代微波无线通信系统对器件尺寸日益苛刻的要求。
本发明所提出的一种具有滤波特性的环形器，能同时实现滤波和环行两种功能，主要运用于各种微波通信系统中。当应用于共用一个天线的收发通道系统时,这种具有滤波特性的环形器可以实现收发通道间良好的隔离以及滤波功能，在通信、雷达、测控等微波系统中有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提出的一种具有滤波特性的环形器的电路结构图；
图2是实施范例中一种具有滤波特性的环形器的S参数仿真曲线；
附图中标号对应名称为：
(1)50欧姆微带端口1、(2)50欧姆微带端口2、(3)50欧姆微带端口3、(4)四分之一波长阻抗变换器、(5)介质基板、(6)微带线接地金属层、(7)滤波型中心结、(8)铁氧体。
具体实施方式
为了使本发明要解决问题、技术方案和优点更加清晰，使本领域技术人员可通过本书明阐述的内容容易的了解到其优势和特点。下面将通过举例对本发明进行详细说明。
如图1所示为本发明提出的一种具有滤波特性的环形器。该结构的工作通带为7.95-8.43GHz，整体电路采用RF35介质基板，该实例器件包含以下几个结构：
一种具有滤波特性的环形器，包括50欧姆微带端口1(1)、50欧姆微带端口2(2)、50欧姆微带端口3(3)、四分之一波长阻抗变换器(4)、介质基板(5)、微带线接地金属层(6)、滤波型中心结(7)、铁氧体(8)。
50欧姆微带端口1(1)通过四分之一波长阻抗变换器(4)与两阶折叠型发夹滤波器组成的滤波型中心结(7)相连接，再次经过四分之一波长阻抗变换器(4)连接到50欧姆微带端口2(2)进行输出；铁氧体(8)内嵌于介质基板(5)的中央空洞中，高度与介质基板(5)相同；滤波型中心结(7)由三组折叠型的二阶发夹滤波器关于中心点旋转对称组成，紧密贴合在铁氧体(8)之上，经由四分之一波长阻抗变换器(4)连接至3个微带线输入输出端口；50欧姆微带端口1(1)、50欧姆微带端口2(2)和50欧姆微带端口3(3)之间关于中心点旋转对称，相互成120°角。
所述的一种具有滤波特性的环形器的滤波型中心结(7)，可以通过电镀、光刻或加工同形状的金属导带紧密贴合在铁氧体(8)之上。
微波信号从50欧姆微带端口1(1)输入后，按准TEM模传输，经四分之一波长阻抗变换器(4)阻抗匹配后，采用电容电磁混合耦合的方式馈入滤波型中心结(7)。滤波型中心结(7)由三组折叠型的两阶发夹滤波器构成，两阶发夹滤波器之间由耦合缝隙相连，通过电容耦合方式实现滤波特性，整体滤波型中心结(7)紧密贴合于铁氧体(8)之上，外加磁场可以保证端口间的单方向传输。随后通过电容电磁混合耦合的方式传至四分之一波长阻抗变换器(4)，经过输出匹配后由50欧姆微带端口2(2)输出。
所提出的一种具有滤波特性的环形器传输方向为：端口1→端口2→端口3→端口1，反方向表现为隔离特性。
组合优化之后，整体电路呈现边长为17mm，高度为0.508mm的正六边形，与传统的环形器和滤波器级联形式相比，可见该电路尺寸较小，结构紧凑。
图2为一种具有滤波特性的环形器的S参数仿真结果，可以看到该电路在7.95-8.43GHz内，输入回波损耗优于15dB，在插损小于1dB的同时实现了优于15dB的反向隔离；在通带低频端7.5GHz产生高于15dB带外抑制点，并且在通带高频端8.8GHz也有高于15dB带外抑制点，所述一种具有滤波特性的环形器有着优良的频率选择性。

Claims (3)

1.一种具有滤波特性的环形器，包括微带介质基板、铁氧体，其表面均设有微带电路，其特征在于：铁氧体(8)内嵌于介质基板(5)的中央空洞中；介质基板表面的微带电路为四分之一波长阻抗变换器(4)，由两阶阶梯微带线构成，连接三个微带端口以及滤波型中心结(7)；铁氧体表面的微带电路为滤波型中心结(7)，由两阶折叠型发夹滤波器组成；微带介质基板、铁氧体共用微带线接地金属层(6)作为接地层。
2.如权利要求1所述的一种具有滤波特性的环形器，其特征在于：滤波型中心结(7)，可以通过电镀、光刻或加工同形状的金属导带紧密贴合在铁氧体(8)之上。
3.如权利要求1所述的一种具有滤波特性的环形器，其特征在于：一种具有滤波特性的环形器同时具有滤波功能和环行功能。
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