CN115084806B - 宽带滤波移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带滤波移相器，包括介质基板，在介质基板上设置输入馈电线、输出馈电线、耦合线及延迟线，所述的输入馈电线与输出馈电线在介质基板上对称设置，输入馈电线与输出馈电线各通过一根耦合线分别连接两根对称设置的延迟线，所述的耦合线设置为片状，耦合线与介质基板垂直设置。与现有技术相比，本发明通过使用垂直安装平行双线电路结构来实现电磁强耦合，克服了传统平面电路耦合度有限的桎梏，解决了传统平行耦合线无法实现电磁强耦合的缺点。该移相器可在1.2~2.25 GHz(中心带宽FBW=64.31%)实现滤波和45°的稳定相移。

Description

宽带滤波移相器
技术领域
本发明设计了一种基于三维电路结构的宽带滤波相移器，属于微波器件技术领域。
背景技术
射频移相器被广泛应用于各种集成电路和系统中，可实现信号叠加、信号相消，以及信号对准等多种功能，更是相控针雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件。但是传统的分立射频元器件在构建通信系统时需要依次级联，其成本、体积难以下降。因此，减少插入损耗、增加工作带宽、降低生产成本和系统体积是射频研发的不懈追求。
近年来，滤波移相器由于其良好的带内和带外性能而得到了广泛的研究，目前公开报道滤波移相器主要基于经典的希夫曼移相器结构，由于受到平面电路制造工艺的限制，平行耦合线间距难以做到极小，也因此很难获得宽带器件所需要的紧耦合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带滤波相移器，其将耦合线竖直放置，从而可获得宽带器件所需要的紧耦合。
本发明采用如下技术手段实现：一种宽带滤波移相器，包括介质基板，在介质基板上设置输入馈电线、输出馈电线、耦合线及延迟线，所述的输入馈电线与输出馈电线在介质基板上对称设置，输入馈电线与输出馈电线各通过一根耦合线分别连接两根对称设置的延迟线，所述的耦合线设置为片状，耦合线与介质基板垂直设置。
所述的输入馈电线与输出馈电线相互连接，所述的耦合线相互平行设置。
所述的延迟线与介质基板紧密贴合，所述的延迟线为一个带有开口的b形结构，在b形结构的开口处，设置与耦合线电连接的连接点。
所述的两根延迟线之间的距离固定，延迟线长度方向上的长度固定，所述延迟线的总长度介于29mm-31mm之间。
所述的耦合线的宽度为0.203mm，所述的介质基板为Rogers4003C，介电常数为3.55。
与现有技术相比，本发明具备如下优点和有益效果：
本发明通过使用垂直安装平行双线电路结构来实现电磁强耦合，克服了传统平面电路耦合度有限的桎梏，解决了传统平行耦合线无法实现电磁强耦合的缺点。该移相器可在1.2~2.25 GHz(中心带宽FBW=64.31%)实现滤波和45°的稳定相移。本发明提出的基于三维电路结构来实现强耦合，对于其他电路工艺和宽带器件的设计具有很好地参考借鉴价值。
附图说明
图1为本发明结构图；
图2为本发明宽带滤波移相器的拓扑结构；
图3为本发明垂直安装平行双线结构的原理示意图；
图4为本发明对比仿真示意图；
图5为本发明对比实测示意图。
图中1-介质基板、2-馈电线、3-耦合线、4-延迟线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步详述：
本发明涉及了一种宽带滤波移相器，其包括介质基板，在介质基板上设置馈电线、耦合线及延迟线，所述馈电线分为输入馈电线及输出馈电线，所述的输入馈电线与输出馈电线在介质基板上对称设置，输入馈电线与输出馈电线各通过一根耦合线分别连接两根对称设置的延迟线，所述的耦合线设置为片状，耦合线与介质基板垂直设置。
所述的输入馈电线与输出馈电线相互连接，所述的耦合线相互平行设置。
所述的延迟线与介质基板紧密贴合，所述的延迟线为一个带有开口的b形结构，在b形结构的开口处，设置与耦合线电连接的连接点。
所述的两根延迟线之间的距离固定，延迟线长度方向上的长度固定，所述延迟线的总长度介于29mm-31mm之间。
所述的耦合线的宽度为0.203mm，所述的介质基板为Rogers4003C，介电常数为3.55。
下面具体对其原理进行描述：
图2描述了所提出的宽带滤波移相器的拓扑结构，它由输入和输出馈电线、两条耦合线和两条延迟线组成，馈电线的特征阻抗为Z 1，电长度为θ=λ 0/4(λ 0为中心频率f 0处的波长)。耦合线的长度也为λ 0/4。
为了获得具有宽带相移的移相器，需要紧密强耦合线(k>5)。垂直安装平行双线电路是实现强耦合的合适结构，无需采用极窄的耦合间隙即可轻松实现。如图3所示，在奇模激发时，电场主要限制在垂直基底中，而在偶模激发时，电场主要限制在空气和水平基底中。为了得到参数W1和h1与偶、奇模阻抗之间的关系，利用全波仿真软件对该结构进行了模拟。图4与图5显示了仿真的奇/偶模阻抗随线宽和高度而变化的情况。可以很容易地发现，通过增加耦合线的宽度W1可以降低奇模阻抗，偶模阻抗随着高度h1的增加而增加，而奇模阻抗变化不大。所以可以利用这种特性进行强耦合的实现。
为了实测其效果，我们引入了两组同样结构的宽带滤波移相器进行综合对比，两者区别在于延迟线的长度，参考线的详细尺寸为：W0=1.2 mm (确保输入/输出端口的微带线特性阻抗为50欧姆)、W1=0.4 mm（垂直安装基板上平行金属双线的宽度）、W2=1.5 mm（水平基板上延迟线金属条带的宽度）、L0=15 mm（输入/输出端口微带传输线的 长度）、L1=29.5mm（垂直安装基板上平行金属双线的长度）、L2=30 mm（水平基板上延迟线金属条带的长度）、S=3 mm（水平基板上延迟线金属条带的间距）、h1=0.2 mm（垂直安装基板上平行金属双线距离水平基板的距离）、t1=0.203 mm（垂直安装基板的厚度）、h0=0.508 mm（水平电路基板的厚度），主线为：W0=1.2 mm、W1=0.6 mm、W2=1.5 mm、L0=22.5 mm、L1=29.5 mm、L2=29.6 mm、S=3 mm、h1=0.3 mm、t1=0.203 mm和h0=0.508 mm。仿真和实际测量结果如图4和图5所示，二者吻合良好。从图5可以看出，频率响应曲线中出现了一对带外传输零点。参考线和主线的带宽分别为1.2-2.25 GHz和1.15-2.24 GHz。相应的最大插入损耗分别为0.45 dB和0.5 dB。回波损耗小于-15 dB。图5显示了3°相移带宽（相位不平衡45°±3°）从1.12 GHz到2.23 GHz（FBW=64.31%）。

Claims (3)

1.一种宽带滤波移相器，其特征在于：包括介质基板，在介质基板上设置输入馈电线、输出馈电线、耦合线及延迟线，所述的输入馈电线与输出馈电线在介质基板上对称设置，输入馈电线与输出馈电线各通过一根耦合线分别连接两根对称设置的延迟线，所述的耦合线设置为片状，耦合线与介质基板垂直设置；所述的输入馈电线与输出馈电线相互连接，所述的耦合线相互平行设置；
所述的延迟线与介质基板紧密贴合，所述的延迟线为一个带有开口的b形结构，所述开口位于b形结构的中部与b形结构的长边衔接处；在b形结构的开口处，设置与耦合线电连接的连接点。
2.根据权利要求1所述的宽带滤波移相器，其特征在于：所述的两根延迟线之间的距离固定，延迟线长度方向上的长度固定，所述延迟线的总长度介于29mm-31mm之间。
3.根据权利要求1所述的宽带滤波移相器，其特征在于：所述的耦合线的宽度为0.203mm，所述的介质基板为Rogers4003C，介电常数为3.55。
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