CN114597622B - 双通带平衡滤波耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双通带平衡滤波耦合器，从上至下同轴设置的顶层金属层、顶层介质基板、金属接地板、底层介质基板和底层金属层，其中顶层金属层和底层金属层均是正方形结构；顶层金属层的四个边设置至少两对平衡输入端口，每对平衡输入端口包括两个对向设置的输入端口，两个输入端口沿顶层金属层的轴线对称；每个输入端口均设置输入馈线和共面波导转换结构；底层金属层上设置两个输出端口，两个输出端口分别设置在底层金属层的相邻角上，顶层介质基板和底层介质基板上设置金属通孔。
Description
技术领域
本申请涉及微波无源器件领域，尤其是涉及一种双通带平衡滤波耦合器。
背景技术
一种四分支波导接头，别名魔T，也就是一种耦合系数为1/2的定向耦合器。
在现代无线通信系统中，魔T和带通滤波器作为十分重要的射频前端器件，通常以级联的形式工作。然而这种形式不仅降低了工作性能，还使系统显得笨重。
发明内容
为解决目前耦合器尺寸较大的技术问题，本发明提供一种双通带平衡滤波耦合器，采用以下技术方案实现。
双通带平衡滤波耦合器包括：从上至下同轴设置的顶层金属层、顶层介质基板、金属接地板、底层介质基板和底层金属层，其中所述顶层金属层和所述底层金属层均是正方形结构；
所述顶层金属层的四个边设置至少两对平衡输入端口，每对平衡输入端口包括两个对向设置的输入端口，所述两个输入端口沿顶层金属层的轴线对称；每个输入端口均设置输入馈线和共面波导转换结构；
所述底层金属层上设置两个输出端口，两个输出端口分别设置在底层金属层的相邻角上，每个输出端口设置输出馈线和共面波导转换结构；所述顶层介质基板上对应顶层金属层的内周位置设置第一金属通孔，所述底层介质基板上对应底层金属层的内周位置设置第二金属通孔；所述金属接地板上设置四个耦合槽，所述耦合槽分别设置于金属接地板上相对于四个输入端口向所述金属接地板中心延伸的内侧位置；
若设置两对平衡输入端口，每对平衡输入端口中的两个输入端口分别设置两个对向边的中部设置。
进一步地，顶层金属层和底层金属层上与所述耦合槽相对应的位置都设置槽线。
再进一步地，所述耦合槽为矩形。
本发明所取得的有益技术效果：
本发明提供的双通带平衡滤波耦合器设置了至少两对平衡输入端口，两对平衡输入端口均为差分馈电结构，一对平衡输入端口包含两个输入端口，一个输入端口正相位输入，另一个输入端口负相位输入，两个输入端口组成了一对平衡端口，能够实现平衡功能，能够在降低通信系统电磁干扰和抑制环境噪声的同时，还能让系统损耗更低，且滤波器和耦合器的融合设计使器件的整体尺寸更小。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：
图1为本申请实施例双通带平衡滤波耦合器的结构示意图；
图2为图1中顶层金属层和顶层介质基板的结构示意图；
图3为图1中金属接地板的结构示意图；
图4为图1中底层金属层和底层介质基板的结构示意图；
附图标记：
顶层金属层100、第一输入馈线1111、第二输入馈线1112、第三输入馈线1113、第四输入馈线1114、第一槽线120、顶层共面波导转换结构600、顶层介质基板200、第一金属通孔210、金属接地板300、耦合槽310、底层介质基板400、第二金属通孔410、底层金属层500、第一输出馈线5111、第二输出馈线5112、第二槽线520、底层共面波导转换结构601。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，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。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，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申请中的具体含义。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1：如图1所示，双通带平衡滤波耦合器，包括从上至下同轴设置的顶层金属层100、顶层介质基板200、金属接地板300、底层介质基板400和底层金属层500。顶层介质基板200设置于顶层金属层100的下表面；金属接地板300设置于顶层介质基板200远离顶层金属层100的一侧；底层介质基板400设置于金属接地板300远离顶层介质基板200的一侧；底层金属层500设置于底层介质基板400远离金属接地板300的一侧。
顶层金属层100和所述底层金属层500均是正方形结构。
底层金属层500上设置两个输出端口，两个输出端口分别设置在底层金属层的相邻角上，每个输出端口设置输出馈线和共面波导转换结构。
如图2所示，顶层介质基板200上对应顶层金属层100的内周位置设置第一金属通孔210，所述底层介质基板400上对应底层金属层500的内周位置设置第二金属通孔410。第一金属通孔210组成了矩形，该矩形尺寸略小于顶层介质基板200；第二金属通孔410组成了矩形，该矩形尺寸略小于底层介质基板500。
本实施例中，顶层金属层100设置有两对平衡输入端口，用于接收输入信号。每对平衡输入端口包括分别在两个对向边的中间设置的输入端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口和第四输入端口。每个输入端口均设置输入馈线和共面波导转换结构；如图1所示，输入馈线包括第一输入端口设置的第一输入馈线1111、第二输入端口设置的第二输入馈线1112、第三输入端口设置的第三输入馈线11113和第四输入端口设置的第四输入馈线1114。其中，第一输入馈线1111与第三输入馈线1113是一对平衡输入端口设置的输入馈线，第一输入馈线1111与第三输入馈线1113关于顶层金属层100的中心轴线对称；第二输入馈线1112与第四输入馈线1114为另一对平衡输入端口设置的输入馈线，关于顶层金属层100的中心轴线对称。输入馈线用于接收信号，输出端口用于将所述信号传出，顶层金属层100上的顶层共面波导转换结构600与输入馈线连接、底层金属层500上的底层共面波导转换结构601与输出馈线连接，分别用于固定输入馈线和输出馈线，以及用于对输入馈线、输出馈线与基片集成波导腔的阻抗进行匹配。
底层金属层500设置两个输出端口，第一个输出端口处设置第一输出馈线5111和底层共面波导转换结构601；第二输出端口处设置第二输出馈线51112和底层共面波导结构。
金属接地板300上设置四个耦合槽310，耦合槽310分别设置于金属接地板上相对于四个输入端口向所述金属接地板中心延伸的内侧位置；耦合槽310关于金属接地板300的轴线对称设置，用于将信号由顶层金属层100传输至底层金属层500。
耦合槽310设置于磁场较强的位置，能够实现顶层介质基板200与底层介质基板400之间的磁耦合，从而实现顶层与底层之间的信号传输。
在本申请的一些实施例中，如图1所示，耦合槽310的形状为矩形。本实施例提供的双通带平衡滤波耦合器主要通过激励顶层介质基板200、底层介质基板400所形成腔体内TE201、TE102、TE302、TE203模式以实现所需功能。
通过设置第一金属通孔210、第二金属通孔410，能够限制电磁波，第一金属通孔210、第二金属通孔410与顶层介质基板200、底层介质基板400、顶层金属层100、底层金属层500之间会形成矩形基片集成波导谐振腔，从而实现能量的传输。具体实施例中，第一金属通孔210的直径D为0.6mm，相邻两个第一金属通孔210之间的距离p为1mm，第二金属通孔410的参数与第一金属通孔210的参数相同。在其他一些实施例中，第一金属通孔210、第二金属通孔410的参数、具体排列方式可以根据需求进行调整。
在本申请的一些实施例中，如图3所示，耦合槽310的长度lx2为2.35mm，宽度wx2为1.7mm。耦合槽310的中心到金属接地板的中心距离l2为7.65mm。可以理解的是，耦合槽310的参数还可以根据需求进行调整。
当第一输入端口和第三输入端口(即第一输入端口和第三输入端口中有一个输入端口设置于底层金属层500上的两个输出端口所处的两个相邻角之间的边上对应位置)被加载差分信号时，TE102和TE302模式会在顶层介质基板200中被激励，然后能量会通过耦合槽310传输到底层介质基板400上，最后分别由第一输出馈线5111和第二输出馈线5112输出等幅同相的信号；
同理，当第二输入端口和第四输入端口(即第二输入端口和第四输入端口中没有输入端口位于两个输出端口所处的两个相邻角之间的边上对应位置)被加载差分信号时，第一输出馈线5111和第二输出馈线5112输出等幅反相的信号。
具体实施例中，可选地，输入馈线与输出馈线的宽度相等，优选的宽度均为1.55mm。在本申请中，输入馈线与输出馈线的宽度w为1.55mm，可以理解的是，宽度数值还可以根据需求进行设置。
在本申请的一些实施例中，顶层介质基板200、底层介质基板400的材料均为F4B基板；其中，基板的相对介电常数为2.2，基板的厚度为0.5mm,基板的损耗正切角为0.0007。
当本申请的双通带平衡滤波耦合器在差分输入（第一输入馈线1111和第三输入馈线1113组合激励等幅同相的输出信号、第二输出馈线5112和第四输出馈线5114组合激励等幅反相的输出信号）中的工作频率为11.6GHz、19.1GHz，3dB通频带相对带宽分别为3.5%、3.2%。通带内的模拟回波损耗均优于16.4dB和17.3dB，通带内的最小插入损耗分别为3.5dB和3.7dB，通带内的共模抑制优于30.4dB。两组平衡输入端口的差模隔离达到41.6dB，共模隔离优于56.1dB，单端输出的回波损耗优于27dB。
实施例2：在实施例1的基础上，本实施例提供的双通带平衡滤波耦合器中顶层金属层100和底层金属层500上与耦合槽310相对应的位置都设置槽线。如图4所示，顶层金属层100开设有四个第一槽线120，第一槽线120关于所述顶层金属层100的轴线对称设置，底层金属层500开设有第二槽线520，所述第二槽线520关于所述底层金属层500的轴线对称设置。通过在顶层金属层100和底层金属层500上设置槽线使谐振频率可控，增加设计的灵活性。四个第一槽线120分别与四个第二槽线520的位置相对应。在本申请的一些实施例中，如图2、图4所示，第一槽线120和第二槽线520的形状为矩形，用于控制中心频率。第一槽线120和第二槽线520的长度lx1为3mm，宽度wx1为0.8mm。第一槽线120和第二槽线520的中心到顶层金属层100和底层金属层500的中心距离l1为5.5mm。双通带平衡滤波耦合器的中心频率控制可以通过调整第一槽线120和第二槽线520的参数来实现。
根据本申请实施例的双通带平衡滤波耦合器，通过在顶层金属层100设置至少两对平衡输入端口、在底层金属层500设置两个输出端口，得到平衡电路，从而能够降低通信系统的电磁干扰、抑制环境噪声；同时，多层设置得到的双通带平衡滤波耦合器能够进一步实现器件的小型化设计。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，包括：从上至下同轴设置的顶层金属层、顶层介质基板、金属接地板、底层介质基板和底层金属层，其中所述顶层金属层和所述底层金属层均是正方形结构；
所述顶层金属层的四个边设置至少两对平衡输入端口，每对平衡输入端口包括两个对向设置的输入端口，所述两个输入端口沿顶层金属层的轴线对称；每个输入端口均设置输入馈线和共面波导转换结构；
所述底层金属层上设置两个输出端口，两个输出端口分别设置在底层金属层的相邻角上，每个输出端口设置输出馈线和共面波导转换结构；所述顶层介质基板上对应顶层金属层的内周位置设置第一金属通孔，所述底层介质基板上对应底层金属层的内周位置设置第二金属通孔；所述金属接地板上设置四个耦合槽，所述耦合槽分别设置于金属接地板上相对于四个输入端口向所述金属接地板中心延伸的内侧位置；
若设置两对平衡输入端口，每对平衡输入端口中的两个输入端口分别设置两个对向边的中部设置。
2.根据权利要求1所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，顶层金属层和底层金属层上与所述耦合槽相对应的位置都设置槽线。
3.根据权利要求2所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，所述耦合槽为矩形。
4.根据权利要求2所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，顶层金属层和底层金属层上的槽线长为3mm，宽为0.8mm。
5.根据权利要求1所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，顶层介质基板和底层介质基板的相对介电常数为2.2，厚度为0.5mm,损耗正切角为0.0007。
6.根据权利要求1所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，耦合槽的长度为2.35mm，宽度为1.7mm。
7.根据权利要求1所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，耦合槽的中心到金属接地板的中心距离为7.65mm。
8.根据权利要求1所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，顶层金属层上的输入馈线和底层金属层上的输出馈线的宽度相等。
9.根据权利要求8所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，顶层金属层上的输入馈线和底层金属层上的输出馈线的宽度均为1.55mm。
10.根据权利要求1所述的双通带平衡滤波耦合器，其特征在于，第一金属通孔和第二金属通孔的直径为0.6mm，通孔之间相邻的距离为1mm。
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