CN117525797A - 一种隔离度高的滤波功分器 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波无源器件技术领域，具体涉及一种隔离度高的滤波功分器，包括输入端口、第一输出端口以及第二输出端口，输入端口的一端连接有两个第一微带线，两个第一微带线均呈折形结构且折形处依次分为L₁、L₂、L₃和L₄，两个第一微带线的一端均连接于输入端口的一端，两个第一微带线的另一端均连接有第二微带线，两个第二微带线的一端均设置有滤波通道，两个第二微带线的另一端连接于对应第一微带线的另一端，滤波通道包括耦接于第二微带线一端的第一谐振器，两个第一谐振器的一端均耦接有第二谐振器。本发明引入特性阻抗为100Ω的第一微带线后，增加了滤波功分器设计自由度，可以实现大于35dB的隔离性能。

Description

一种隔离度高的滤波功分器

技术领域

本发明属于微波无源器件技术领域，具体涉及一种隔离度高的滤波功分器。

背景技术

近来，具有滤波功能的功分器受到广泛的关注和深入研究，各种各样的新颖的具有滤波功能的功分器被提出。一般来讲，滤波功分器包含有两路结构互相对称的滤波通路，输入端口通过T型分支，或者通过耦合微带线，或者通过公共的输入谐振器给两路滤波通路馈电，输出端口分别从两路滤波通路的对称位置上耦合输出。功率分配的功能通过T型分支，或者通过耦合微带线，或者通过公共的输入谐振器来完成，而滤波功能则在由结构互相对称的滤波通路完成。

一个性能优越的滤波功分器，一方面要有可设计的滤波响应，另一方面，还需要良好的功率分配性能，包括良好的幅度和相位平衡性能和较高的输出端口隔离度。

由于结构对称，不同结构实现的滤波功分器，其功率分配的幅度和相位平衡性能都非常好，但是现有滤波功分器的隔离性能却不尽人意，大部分的隔离性能不超过20dB。本发明的目的是在一个现有滤波功分器的结构上进行改进，使得其隔离度得到明显改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种隔离度高的滤波功分器，引入特性阻抗为100Ω的第一微带线后，增加了滤波功分器设计自由度，可以实现大于35dB的隔离性能。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种隔离度高的滤波功分器，包括输入端口、第一输出端口以及第二输出端口，所述输入端口的一端连接有两个第一微带线两个第一微带线均呈折形结构且折形处依次分为L₁、L₂、L₃和L₄，两个所述第一微带线的一端均连接于输入端口的一端，两个所述第一微带线的另一端均连接有第二微带线，两个所述第二微带线的一端均设置有滤波通道，两个所述第二微带线的另一端连接于对应第一微带线的另一端；

所述滤波通道包括耦接于第二微带线一端的第一谐振器，两个所述第一谐振器的一端均耦接有第二谐振器，两个所述第一谐振器的另一端均耦接于对应第二微带线的一端，两个所述第一谐振器之间还设置有隔离电阻，两个所述第二谐振器的一端分别连接于第一输出端口以及第二输出端口，两个所述第二谐振器的另一端均耦接于对应第一谐振器的另一端。

所述第一微带线的L₁远离L₂的一端均连接于输入端口的一端，L₄远离L₃的一端均连接于第二微带线的一端，仅仅使滤波功分器电路尺寸增加很小就能换来隔离性能的显著提高。

本发明取得的技术效果为：

本发明的一种隔离度高的滤波功分器，工作时，信号能量从输入端口依次传递给两个微带线，第一谐振器和第二谐振器进行滤波，再分别从第一输出端口以及第二输出端口输出，引入特性阻抗为100Ω的第一微带线后，其长度的变化会引起隔离性能的变化，但是对滤波性能没有影响，合适长度的微带线的引入能，增加了滤波功分器设计自由度，可以实现大于35dB的隔离性能。

本发明的一种隔离度高的滤波功分器，第一微带线呈折形结构且折形处依次分为L₁、L₂、L₃和L₄，仅仅使滤波功分器电路尺寸增加很小就能换来隔离性能的显著提高。

附图说明

图1是本发明的滤波功分器的电路图；

图2是本发明的滤波功分器的耦合结构图；

图3是现有的滤波功分器的电路图；

图4是图3的偶模电路的电路图；

图5是图3的奇模电路的电路图；

图6是本发明的奇偶模电路的耦合结构图；

图7是本发明的滤波功分器的隔离特性曲线例。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

P1、输入端口；P2、第一输出端口；P3、第二输出端口；R1、第一谐振器；R2、第二谐振器；R3、隔离电阻；4、第一微带线；5、第二微带线。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

实施例一：

如图1-7所示，一种隔离度高的滤波功分器，包括输入端口P1、第一输出端口P2以及第二输出端口P3，输入端口P1的一端连接有两个第一微带线4，两个第一微带线4均呈折形结构且折形处依次分为L₁、L₂、L₃和L₄，两个第一微带线4的一端均连接于输入端口P1的一端，两个第一微带线4的另一端均连接有第二微带线5，两个第二微带线5的一端均设置有滤波通道，两个第二微带线5的另一端连接于对应第一微带线4的另一端；

滤波通道包括耦接于第二微带线5一端的第一谐振器R1，两个第一谐振器R1的一端均耦接有第二谐振器R2，优选为微带间隙电容耦合的方式进行耦接，两个第一谐振器R1的另一端均耦接于对应第二微带线5的一端，两个第一谐振器R1之间还设置有隔离电阻R3，两个第二谐振器R2的一端分别连接于第一输出端口P2以及第二输出端口P3，优选为抽头线耦合的方式进行耦接，两个第二谐振器R2的另一端均耦接于对应第一谐振器R1的另一端，工作时，信号能量从输入端口P1分别传递给第一微带线4、第二微带线5，两个第一谐振器R1和第二谐振器R2进行滤波，再分别从第一输出端口P2以及第二输出端口P3输出，引入特性阻抗为100Ω的第一微带线4后构成滤波功分器，第一微带线4其长度的变化会引起隔离性能的变化，但是对滤波性能没有影响，合适长度的第一微带线4的引入能增加滤波功分器设计自由度，可以实现大于35dB的隔离性能。

其中，输入端口P1、第一输出端口P2、第二输出端口P3、第一谐振器R1、第二谐振器R2、第一微带线4和隔离谐振器均设置在微带介质基板上，外部加装壳体及对应散热器，即为滤波功分器成品。

如图1、图2和图3所示，第一微带线4的L₁远离L₂的一端均连接于输入端口P1的一端，L₄远离L₃的一端均连接于第二微带线5的一端，相较图3中现有的滤波功分器，仅仅使滤波功分器电路尺寸增加很小就能换来隔离性能的显著提高。

实施例二：

为了论证实施了一种35dB的隔离性能的可能性，本发明记载了详细的论证过程：

如图6所示，偶模电路中的端口1的阻抗为100欧姆，奇模电路中隔离电阻R3的阻值变为原来的一半，端口1被短路；奇模电路本来是只含端口2的单端口电路，但是为方便分析，将减半的隔离电阻R3等效为一个端口，称为端口1＇，此处端口1＇的阻抗为隔离电阻R3阻抗的一半。根据奇偶模分析方法，存在如下的公式：

上述公式中，S₂₂和S₂₃分别是滤波功分器端口2的反射系数和端口2与端口3之间的隔离度。S_22e和S_22o分别是偶模电路和奇模电路端口2的反射系数。由公式可知，如果能够实现S_22e＝S_22o，则就实现了完全的隔离效果。而要实现S_22e＝S_22o，根据图3、图4和图5，需要满足两个条件：

一是，偶模电路中端口1的外部品质因数等于奇模电路中端口1＇的外部品质因数；

二是，奇模电路中端口1接地后与之连接的谐振器的谐振频率不发生变化；

第一个条件很容易就能满足，只要调整隔离电阻R3的阻值就可以了，问题是第二个条件很难满足，因为端口1接地后，谐振器不再是一个半波长的谐振器，这必然会导致谐振频率的变化，而仅仅调整隔离电阻R3的阻值是没法改变谐振器的谐振频率的。这必然导致S_22e＝S_22o不可能真正的实现，所以说最优的隔离性能是没有办法仅仅通过调整隔离电阻R3的阻值而达到的。有没有办法能够调整端口1接地后变化的谐振器频率呢？当然这种调整是不能影响偶模电路的性能的。

我们在输入端口P1引入第一微带线4后，如图6所示，偶模情况下，S＇表示电阻加倍后的源。奇模情况下，输入谐振器在某点被短路，隔离电阻R3的阻值减半。为方便描述，图中另外用P1、P2和P3来表示分别对应的端口。根据滤波特性把偶模电路设计好后，S₂₂即已确定，且表现出带通的特性。奇模情况下，将减半的隔离电阻R3等效成一个端口后，其与偶模电路的唯一区别是输入谐振器在某点被接地了，如果调整隔离电阻R3阻值和输入谐振器的谐振频率，使其特性与偶模时的相同，则可以实现S_22e＝S_22o，其也表现出带通的特性。从而达到最优的隔离特性。可能在中心频率处S_22e与S_22o虽都很小，但有较小的差别，它们的差值，即为隔离值S₂₃。在一般情况下，这个值有25dB左右。而在中心频率两边，

S_22e与S_22o都非常接近1，它们的差值就非常接近零，于是在中心频率两边，隔离值较大，一般超过30dB。所以总体上表现出“凸”字形的特征。在目前大部分文献的研究中，由于奇模电路中输入谐振器的谐振频率不能调整，使得即使在中心频率附近，S_22e与S_22o有较大的差值，这时在中心频率处隔离特性不理想，这个“凸”字形就更加的明显。以上分析采用仿真软件分别得到S_22e与S_22o，进行比较就可以得到验证，参考图7中本技术方案的滤波功分器的隔离特性曲线。以上分析采用的是成熟的微波传输线理论和奇偶模分析方法，具有高可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (1)

1.一种隔离度高的滤波功分器，包括输入端口(P1)、第一输出端口(P2)以及第二输出端口(P3)，其特征在于：所述输入端口(P1)的一端连接有两个第一微带线(4)，两个所述第一微带线(4)均呈折形结构且折形处依次分为L₁、L₂、L₃和L₄，两个所述第一微带线(4)的一端均连接于输入端口(P1)的一端，两个所述第一微带线(4)的另一端均连接有第二微带线(5)，两个所述第二微带线(5)的一端均设置有滤波通道；

所述滤波通道包括耦接于第二微带线(5)一端的第一谐振器(R1)，两个所述第一谐振器(R1)的一端均耦接有第二谐振器(R2)，两个所述第二谐振器(R2)的一端分别连接于第一输出端口(P2)以及第二输出端口(P3)。