CN115732879A - 一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有无反射特性的平衡‑不平衡一分三滤波功分器，包括：平衡式差分输入端口一、不平衡输出端口、平衡端无反射吸收匹配网络、两段四分之一波长滤波功分开路耦合线、两段四分之一波长反相连接线、两段四分之一波长信号传输线、两组零点传输枝节、两段四分之一波长等功率分配线和相位补偿结构。本发明提供的一种具有无反射特性的平衡‑不平衡一分三滤波功分器同时实现了高选择性的滤波特性、平衡差分信号到不平衡单端信号的转换功能、良好的共模抑制、三路宽带等功率分配、±90度输出信号相位差特性和平衡端的输入无反射特性，非常适合应用于各类平衡‑不平衡微波系统和圆极化天线以提高其整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波功分器，具体涉及一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器。
背景技术
功率分配器是现代无线通信电路和系统中的重要组成部分，可以对信号能量按一定比例进行分配，广泛应用于功率放大器、混频器、阵列天线、射频发射机和接收机等。随着信息传输速率的不断提升，电路间的电磁干扰愈发严重，平衡式电路因其对环境噪声和电磁干扰具有较强免疫而得到迅速发展，目前各种平衡式元件已被广泛研究和应用，如平衡式滤波器、双工器、混频器、放大器和功分器等。对于同时具有平衡端口和不平衡端口的系统而言，使用平衡到不平衡的功分器作为连接器件是十分必要的，并且相比平衡到平衡的微波器件连接，平衡到单端的微波器件连接具有更好的灵活性和自由度。在射频前端电路中，滤波器与功分器往往是同时使用的，对于单端功分器，级联滤波结构是一种简单有效的方法，但也会增大电路的尺寸和失配损耗。显然，传统单功能器件的使用导致系统体积变大，成本增加。因此具有滤波特性的功率分配器得到了广泛的研究。
通常情况下，进入平衡端的信号经过滤波后传输到不平衡端，但是阻带中的信号被反射回自己的平衡端，这将产生不必要的平衡端信号干扰，影响系统的整体稳定性。为了满足整个射频系统的稳健运行，无反射型滤波功分器近年来备受关注。众所周知，传统反射型滤波功分器的反射信号经由混频器和放大器等敏感的非线性元件，会导致相邻有源器件工作状态的恶化。而与传统的反射型滤波功分器不同的是，无反射型滤波功分器能够吸收反射回源端的带外干扰信号，其带外的反射能量往往可以通过在端口处加载端接负载进行吸收，因此可以有效地提高射频前端系统中邻近有源电路的信噪比和稳定性。
常规的具有滤波特性的功分器可以同时实现滤波和功率分配的功能，并且能够起到系统整体尺寸的缩减作用。但是目前已有的一分三滤波功分器无法在没有级联巴伦的情况下，同时与平衡和不平衡的器件进行连接，并且在非线性系统中，平衡端的反射回波信号与已有的信号混叠会产生许多干扰信号，也会恶化射频系统中前端器件的工作状态，有鉴于此，确有必要提出一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器。
发明内容
基于此，为解决现有技术存在的不足，特提出了一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器；包括：平衡式差分输入端口一、不平衡输出端口、平衡端无反射吸收匹配网络、两段四分之一波长滤波功分开路耦合线、两段四分之一波长反相连接线、两段四分之一波长信号传输线、两组零点传输枝节、两段四分之一波长等功率分配线和相位补偿结构；
所述平衡式差分输入端口一包括输入端口1+和输入端口1-；
所述不平衡输出端口包括输出端口二、输出端口三和输出端口四；
所述平衡端无反射吸收匹配网络包括第一平衡端无反射吸收匹配网络和第二平衡端无反射吸收匹配网络；其中所述第一平衡端无反射吸收匹配网络接于第一滤波功分开路耦合线的B端口与输入端口1+连接处；所述第二平衡端无反射吸收匹配网络接于第二滤波功分开路耦合线的B端口与输入端口1-连接处；
所述两段四分之一波长滤波功分开路耦合线包括第一滤波功分开路耦合线和第二滤波功分开路耦合线；其中所述第一滤波功分开路耦合线的B端口与输入端口1+相连接；所述第一滤波功分开路耦合线的D端口接于第一反相连接线与第一信号传输线的连接处；所述第一滤波功分开路耦合线的A端口和C端口都为开路；所述第二滤波功分开路耦合线的B端口与输入端口1-相连接；所述第二滤波功分开路耦合线的D端口接于第二反相连接线与第二信号传输线的连接处；所述第二滤波功分开路耦合线的A端口和C端口都为开路；
所述两段四分之一波长反相连接线包括第一反相连接线和第二反相连接线；其中所述第一反相连接线的一端接于第一滤波功分开路耦合线的D端口与第一信号传输线连接处、另一端与第二反相连接线相连接；所述第二反相连接线的一端接于第二滤波功分开路耦合线的D端口与第二信号传输线连接处、另一端与第一反相连接线相连接；
所述两段四分之一波长信号传输线包括第一信号传输线和第二信号传输线；其中所述第一信号传输线的一端接于第一滤波功分开路耦合线的D端口与第一反相连接线连接处、另一端与输出端口二相连接；所述第二信号传输线的一端接于第二滤波功分开路耦合线的D端口与第二反相连接线连接处、另一端与输出端口四相连接；
所述两组零点传输枝节包括第一零点传输枝节和第二零点传输枝节；其中所述第一零点传输枝节接于第一信号传输线与输出端口二的连接处；所述第二零点传输枝节接于第二信号传输线与输出端口四的连接处；
所述两段四分之一波长等功率分配线包括第一等功率分配线和第二等功率分配线；其中所述第一等功率分配线的一端与输出端口二相连接、另一端与输出端口三相连接；所述第二等功率分配线的一端与输出端口三相连接、另一端与相位补偿结构相连接；
所述相位补偿结构的一端与第二等功率分配线相连接、另一端与输出端口四相连接；
所述第一平衡端无反射吸收匹配网络和第二平衡端无反射吸收匹配网络具有相同的结构；所述第一平衡端无反射吸收匹配网络包括无反射吸收分支线、无反射吸收开路线、无反射吸收电阻、无反射吸收传输线和无反射接地电阻；所述无反射吸收分支线的一端接于第一滤波功分开路耦合线的B端口与输入端口1+连接处、另一端与无反射吸收开路线相连接；所述无反射吸收开路线的一端开路、另一端与无反射吸收分支线相连接；所述无反射吸收电阻的一端接地、另一端与无反射吸收分支线相连接；所述无反射吸收传输线的一端接于无反射吸收分支线与无反射吸收电阻的连接处、另一端与无反射接地电阻相连接；所述无反射接地电阻的一端接地、另一端与无反射吸收传输线相连接；
所述第一零点传输枝节和第二零点传输枝节具有相同的结构；所述第一零点传输枝节包括高阻抗零点传输线和低阻抗零点传输线；所述高阻抗零点传输线的一端接于第一信号传输线与输出端口二的连接处、另一端与低阻抗零点传输线相连接；所述低阻抗零点传输线的一端开路、另一端与高阻抗零点传输线相连接。
通过调整第一平衡端无反射吸收匹配网络和第二平衡端无反射吸收匹配网络从而调节平衡端差分信号的无反射特性。
通过调整第一滤波功分开路耦合线和第二滤波功分开路耦合线从而提高输出端口三的滤波特性。
所述高阻抗零点传输线和低阻抗零点传输线具有不同的特性阻抗值，通过调整高阻抗零点传输线和低阻抗零点传输线的特性阻抗值从而调节输出端口二、输出端口三和输出端口四的传输零点位置。
为了实现平衡差分信号到不平衡单端信号的转换功能、多路带通滤波功率分配和差模信号激励下的无反射特性，本发明提供了一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器。该功分器在不使用巴伦的情况下，实现了平衡和不平衡的器件互连。此外，还实现了三路等功率宽带输出特性、±90度输出信号相位差特性、高选择性的带通滤波特性、良好的共模抑制和平衡端的输入无反射特性，非常适合应用于各类平衡-不平衡微波系统和圆极化天线以提高其整体性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，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是本发明一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器的结构示意图；
图2是本发明一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器在差模信号激励下的混合S参数曲线图；
图3是本发明一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器在共模信号激励下的混合S参数曲线图；
图4是本发明一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器的输出信号相位差曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器，包括：平衡式差分输入端口一、不平衡输出端口、平衡端无反射吸收匹配网络、两段四分之一波长滤波功分开路耦合线、两段四分之一波长反相连接线、两段四分之一波长信号传输线、两组零点传输枝节、两段四分之一波长等功率分配线和相位补偿结构18；
所述平衡式差分输入端口一包括输入端口1+1和输入端口1-2；
所述不平衡输出端口包括输出端口二3、输出端口三4和输出端口四5；
所述平衡端无反射吸收匹配网络包括第一平衡端无反射吸收匹配网络6和第二平衡端无反射吸收匹配网络7；其中所述第一平衡端无反射吸收匹配网络6接于第一滤波功分开路耦合线8的B端口1b与输入端口1+1连接处；所述第二平衡端无反射吸收匹配网络7接于第二滤波功分开路耦合线9的B端口2b与输入端口1-2连接处；
所述两段四分之一波长滤波功分开路耦合线包括第一滤波功分开路耦合线8和第二滤波功分开路耦合线9；其中所述第一滤波功分开路耦合线8的B端口1b与输入端口1+1相连接；所述第一滤波功分开路耦合线8的D端口1d接于第一反相连接线10与第一信号传输线12的连接处；所述第一滤波功分开路耦合线8的A端口1a和C端口1c都为开路；所述第二滤波功分开路耦合线9的B端口2b与输入端口1-2相连接；所述第二滤波功分开路耦合线9的D端口2d接于第二反相连接线11与第二信号传输线13的连接处；所述第二滤波功分开路耦合线9的A端口2a和C端口2c都为开路；
所述两段四分之一波长反相连接线包括第一反相连接线10和第二反相连接线11；其中所述第一反相连接线10的一端接于第一滤波功分开路耦合线8的D端口1d与第一信号传输线12连接处、另一端与第二反相连接线11相连接；所述第二反相连接线11的一端接于第二滤波功分开路耦合线9的D端口2d与第二信号传输线13连接处、另一端与第一反相连接线10相连接；
所述两段四分之一波长信号传输线包括第一信号传输线12和第二信号传输线13；其中所述第一信号传输线12的一端接于第一滤波功分开路耦合线8的D端口1d与第一反相连接线10连接处、另一端与输出端口二3相连接；所述第二信号传输线13的一端接于第二滤波功分开路耦合线9的D端口2d与第二反相连接线11连接处、另一端与输出端口四5相连接；
所述两组零点传输枝节包括第一零点传输枝节14和第二零点传输枝节15；其中所述第一零点传输枝节14接于第一信号传输线12与输出端口二3的连接处；所述第二零点传输枝节15接于第二信号传输线13与输出端口四5的连接处；
所述两段四分之一波长等功率分配线包括第一等功率分配线16和第二等功率分配线17；其中所述第一等功率分配线16的一端与输出端口二3相连接、另一端与输出端口三4相连接；所述第二等功率分配线17的一端与输出端口三4相连接、另一端与相位补偿结构18相连接；
所述相位补偿结构18的一端与第二等功率分配线17相连接、另一端与输出端口四5相连接；
所述第一平衡端无反射吸收匹配网络6和第二平衡端无反射吸收匹配网络7具有相同的结构；所述第一平衡端无反射吸收匹配网络6包括无反射吸收分支线61、无反射吸收开路线62、无反射吸收电阻63、无反射吸收传输线64和无反射接地电阻65；所述无反射吸收分支线61的一端接于第一滤波功分开路耦合线8的B端口1b与输入端口1+1连接处、另一端与无反射吸收开路线62相连接；所述无反射吸收开路线62的一端开路、另一端与无反射吸收分支线61相连接；所述无反射吸收电阻63的一端接地、另一端与无反射吸收分支线61相连接；所述无反射吸收传输线64的一端接于无反射吸收分支线61与无反射吸收电阻63的连接处、另一端与无反射接地电阻65相连接；所述无反射接地电阻65的一端接地、另一端与无反射吸收传输线64相连接；
所述第一零点传输枝节14和第二零点传输枝节15具有相同的结构；所述第一零点传输枝节14包括高阻抗零点传输线141和低阻抗零点传输线142；所述高阻抗零点传输线141的一端接于第一信号传输线12与输出端口二3的连接处、另一端与低阻抗零点传输线142相连接；所述低阻抗零点传输线142的一端开路、另一端与高阻抗零点传输线141相连接。
通过调整第一平衡端无反射吸收匹配网络6和第二平衡端无反射吸收匹配网络7从而调节平衡端差分信号的无反射特性。
通过调整第一滤波功分开路耦合线8和第二滤波功分开路耦合线9从而提高输出端口三4的滤波特性。
所述高阻抗零点传输线141和低阻抗零点传输线142具有不同的特性阻抗值，通过调整高阻抗零点传输线141和低阻抗零点传输线142的特性阻抗值从而调节输出端口二3、输出端口三4和输出端口四5的传输零点位置。
为了对本发明所提供的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器做进一步说明，下面以本发明技术方案为前提下进行实施的具体实例进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
具体实例：本实例列举了一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器。如图2所示，本发明所述的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器，在0.75GHz～1.25GHz的工作频带内，其差模到单端的传输系数|Ssd21|、|Ssd31|、|Ssd41|为-4.98±0.3dB，实现了差分信号的宽带等功率分配；|Ssd31|分别在0.43GHz、0.5GHz、1.53GHz、1.67GHz频率处引入了四个传输零点，|Ssd21|和|Ssd41|分别在0.42GHz和1.69GHz频率处引入两个传输零点，差模到二端口、三端口和四端口的|Ssd21|、|Ssd31|、|Ssd41|在工作频带外均小于-20dB，提升了滤波功分器的频率选择性以及带外抑制能力；在中心频率1GHz处差模信号激励下的平衡端口反射系数|Sdd11|为-32.7dB，实现了平衡端良好的阻抗匹配特性；平衡端差模反射系数|Sdd11|在0GHz～2.5GHz的频率范围内均小于-11.25dB，实现了平衡端的输入无反射特性。如图3所示，本发明所述的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器在共模信号激励情况下，共模到二端口和四端口的传输系数|Ssc21|和|Ssc41|在中心频率1GHz处为-38.9dB，共模到三端口的传输系数|Ssc31|在中心频率1GHz处优于-50dB，|Ssc21|、|Ssc31|、|Ssc41|在0GHz～2.5GHz的频率范围内均小于-10dB，实现了宽带共模抑制。如图4所示，本发明所述的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器端口2和端口3输出信号相位差为90度，端口3和端口4输出信号相位差为-90度。
综上所述，本发明提供的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器同时实现了高选择性的滤波特性、平衡差分信号到不平衡单端信号的转换功能、良好的共模抑制、三路宽带等功率分配、±90度输出信号相位差特性和平衡端的输入无反射特性，非常适合应用于各类平衡-不平衡微波系统和圆极化天线以提高其整体性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器，其特征在于，包括：平衡式差分输入端口一、不平衡输出端口、平衡端无反射吸收匹配网络、两段四分之一波长滤波功分开路耦合线、两段四分之一波长反相连接线、两段四分之一波长信号传输线、两组零点传输枝节、两段四分之一波长等功率分配线和相位补偿结构(18)；
所述平衡式差分输入端口一包括输入端口1+(1)和输入端口1-(2)；
所述不平衡输出端口包括输出端口二(3)、输出端口三(4)和输出端口四(5)；
所述平衡端无反射吸收匹配网络包括第一平衡端无反射吸收匹配网络(6)和第二平衡端无反射吸收匹配网络(7)；其中所述第一平衡端无反射吸收匹配网络(6)接于第一滤波功分开路耦合线(8)的B端口(1b)与输入端口1+(1)连接处；所述第二平衡端无反射吸收匹配网络(7)接于第二滤波功分开路耦合线(9)的B端口(2b)与输入端口1-(2)连接处；
所述两段四分之一波长滤波功分开路耦合线包括第一滤波功分开路耦合线(8)和第二滤波功分开路耦合线(9)；其中所述第一滤波功分开路耦合线(8)的B端口(1b)与输入端口1+(1)相连接；所述第一滤波功分开路耦合线(8)的D端口(1d)接于第一反相连接线(10)与第一信号传输线(12)的连接处；所述第一滤波功分开路耦合线(8)的A端口(1a)和C端口(1c)都为开路；所述第二滤波功分开路耦合线(9)的B端口(2b)与输入端口1-(2)相连接；所述第二滤波功分开路耦合线(9)的D端口(2d)接于第二反相连接线(11)与第二信号传输线(13)的连接处；所述第二滤波功分开路耦合线(9)的A端口(2a)和C端口(2c)都为开路；
所述两段四分之一波长反相连接线包括第一反相连接线(10)和第二反相连接线(11)；其中所述第一反相连接线(10)的一端接于第一滤波功分开路耦合线(8)的D端口(1d)与第一信号传输线(12)连接处、另一端与第二反相连接线(11)相连接；所述第二反相连接线(11)的一端接于第二滤波功分开路耦合线(9)的D端口(2d)与第二信号传输线(13)连接处、另一端与第一反相连接线(10)相连接；
所述两段四分之一波长信号传输线包括第一信号传输线(12)和第二信号传输线(13)；其中所述第一信号传输线(12)的一端接于第一滤波功分开路耦合线(8)的D端口(1d)与第一反相连接线(10)连接处、另一端与输出端口二(3)相连接；所述第二信号传输线(13)的一端接于第二滤波功分开路耦合线(9)的D端口(2d)与第二反相连接线(11)连接处、另一端与输出端口四(5)相连接；
所述两组零点传输枝节包括第一零点传输枝节(14)和第二零点传输枝节(15)；其中所述第一零点传输枝节(14)接于第一信号传输线(12)与输出端口二(3)的连接处；所述第二零点传输枝节(15)接于第二信号传输线(13)与输出端口四(5)的连接处；
所述两段四分之一波长等功率分配线包括第一等功率分配线(16)和第二等功率分配线(17)；其中所述第一等功率分配线(16)的一端与输出端口二(3)相连接、另一端与输出端口三(4)相连接；所述第二等功率分配线(17)的一端与输出端口三(4)相连接、另一端与相位补偿结构(18)相连接；
所述相位补偿结构(18)的一端与第二等功率分配线(17)相连接、另一端与输出端口四(5)相连接；
所述第一平衡端无反射吸收匹配网络(6)和第二平衡端无反射吸收匹配网络(7)具有相同的结构；所述第一平衡端无反射吸收匹配网络(6)包括无反射吸收分支线(61)、无反射吸收开路线(62)、无反射吸收电阻(63)、无反射吸收传输线(64)和无反射接地电阻(65)；所述无反射吸收分支线(61)的一端接于第一滤波功分开路耦合线(8)的B端口(1b)与输入端口1+(1)连接处、另一端与无反射吸收开路线(62)相连接；所述无反射吸收开路线(62)的一端开路、另一端与无反射吸收分支线(61)相连接；所述无反射吸收电阻(63)的一端接地、另一端与无反射吸收分支线(61)相连接；所述无反射吸收传输线(64)的一端接于无反射吸收分支线(61)与无反射吸收电阻(63)的连接处、另一端与无反射接地电阻(65)相连接；所述无反射接地电阻(65)的一端接地、另一端与无反射吸收传输线(64)相连接；
所述第一零点传输枝节(14)和第二零点传输枝节(15)具有相同的结构；所述第一零点传输枝节(14)包括高阻抗零点传输线(141)和低阻抗零点传输线(142)；所述高阻抗零点传输线(141)的一端接于第一信号传输线(12)与输出端口二(3)的连接处、另一端与低阻抗零点传输线(142)相连接；所述低阻抗零点传输线(142)的一端开路、另一端与高阻抗零点传输线(141)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器，其特征在于：通过调整第一平衡端无反射吸收匹配网络(6)和第二平衡端无反射吸收匹配网络(7)从而调节平衡端差分信号的无反射特性。
3.根据权利要求1所述的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器，其特征在于：通过调整第一滤波功分开路耦合线(8)和第二滤波功分开路耦合线(9)从而提高输出端口三(4)的滤波特性。
4.根据权利要求1所述的一种具有无反射特性的平衡-不平衡一分三滤波功分器，其特征在于：所述高阻抗零点传输线(141)和低阻抗零点传输线(142)具有不同的特性阻抗值，通过调整高阻抗零点传输线(141)和低阻抗零点传输线(142)的特性阻抗值从而调节输出端口二(3)、输出端口三(4)和输出端口四(5)的传输零点位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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