CN206564312U - 一种应用于wlan的双频滤波功分器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于WLAN的双频滤波功分器，包括基板(1)、宽带功分器(2)以及双频滤波器(3)。本实用新型集成了滤波和功率分配功能于一体，并且可以产生两个位于WLAN工作频段的谐振点，用于WLAN通信系统中有利于小型化设计。本实用新型的宽带功分器(2)利用T形节结构实现，不仅可以实现宽带性能，并且插入损耗优于传统的威尔金森功分器。本实用新型中双频滤波器(3)基本形式采用两阶的阶跃阻抗谐振器(SIR)，通过调整SIR的两段微带线的宽度和长度，可以得到不同的两个谐振点。
Description
技术领域
本实用新型属于微波毫米波技术领域，具体涉及一种应用于WLAN的双频滤波功分器的设计。
背景技术
科学技术的快速发展使人类社会进入了信息时代，而信息时代的主要标志之一就是信息的快速广泛的传递。为了适应人们对信息传递的便捷性和实时性的要求，信息传递的主要方式已经从有线传输方式逐渐演变为无线传输方式。随着无线传输方式发展起来了一系列通信系统，其中WLAN(Wireless Local Area Network，室内无线局域网)正以迅猛的势头在通信系统中占领着自己的一席之地。
另外，现代无线通信系统的快速发展对系统的小型化，低损耗提出了更高得到要求，滤波器和功分器作为无线通信系统中必不可少的器件，也同时占据了系统的很大空间。因此，为了减小尺寸消耗，一个新的设计思路应运而生，即设计同时具有滤波和功率分配性能的器件FPD(filtering power divider)。而双频滤波功分器不仅可以集成滤波器和功分器的性能，还可以使多个工作频点共用一个收发机系统，大大的减小系统的尺寸，非常有利于通信系统的小型化。相应的，双频滤波功分器的设计难度也会大大增加，例如覆盖两个频点的功分器需要是超宽带的，超宽带的功分器相应的尺寸又会变大，因此在满足超宽带功分的同时减小尺寸是其中一个设计难点。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中无法在满足超宽带功分的同时设计出较小尺寸的滤波功分器的问题，提出了一种应用于WLAN的双频滤波功分器。
本实用新型的技术方案为：一种应用于WLAN的双频滤波功分器，包括基板、宽带功分器以及双频滤波器；宽带功分器和双频滤波器分别固定设置于基板上，双频滤波器包括两个相同且镜像对称设置于基板上的双阶SIR滤波器，两个双阶SIR滤波器的输出端为双频滤波功分器的输出端，宽带功分器设置于两个双阶SIR滤波器之间，宽带功分器的输入端为双频滤波功分器的输入端，输出端分别与两个双阶SIR滤波器的输入端连接。
优选地，宽带功分器包括阻抗变换枝节及宽带功分枝节，阻抗变换枝节的输入端为宽带功分器的输入端，输出端连接于宽带功分枝节的输入端；宽带功分枝节采用T形节结构，两个输出端为宽带功分器的输出端。
优选地，阻抗变换枝节采用渐变结构。
优选地，宽带功分枝节的两个输出端之间采用三角形镂空结构。
优选地，宽带功分枝节的特性阻抗为50欧姆。
优选地，双阶SIR滤波器包括第一阶SIR滤波器和第二阶SIR滤波器，两阶SIR滤波器结构相同且对称设置；每阶SIR滤波器均包括顺次连接的外接微带线端口、平行耦合馈线枝节、第一SIR微带线以及第二SIR微带线。
优选地，平行耦合馈线枝节与第一SIR微带线之间采用耦合连接的方式进行连接。
优选地，第一阶SIR滤波器的外接微带线端口作为双阶SIR滤波器的输入端，第二阶SIR滤波器的外接微带线端口作为双阶SIR滤波器的输出端。
优选地，第二SIR微带线采用折叠微带线结构。
优选地，基板采用0.508mm的Rogers 5880基片。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型集成了滤波和功率分配功能于一体，并且可以产生两个位于WLAN工作频段的谐振点，用于WLAN通信系统中有利于小型化设计。
(2)本实用新型的宽带功分器利用T形节结构实现，不仅可以实现宽带性能，并且插入损耗优于传统的威尔金森功分器。
(3)本实用新型中双频滤波器基本形式采用两阶的阶跃阻抗谐振器(SIR)，通过调整SIR的两段微带线的宽度和长度，可以得到不同的两个谐振点。
(4)本实用新型的宽带功分器设置于两个双阶SIR滤波器之间，在一定程度上减小了空间占用，利于整个双频滤波功分器的小型化设计。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种应用于WLAN的双频滤波功分器结构框图。
图2为本实用新型的宽带功分器结构框图。
图3为本实用新型的双阶SIR滤波器结构框图。
图4为本实用新型实施例的SIR基本电路结构示意图。
图5为本实用新型实施例的反射系数仿真结果示意图。
图6为本实用新型实施例的传输系数仿真结果示意图。
附图标记说明：1—基板、2—宽带功分器、3—双频滤波器；21—阻抗变换枝节、22—宽带功分枝节；31—外接微带线端口、32—平行耦合馈线枝节、33—第一SIR微带线、34—第二SIR微带线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明。
本实用新型提供了一种应用于WLAN的双频滤波功分器，如图1所示，包括基板1、宽带功分器2以及双频滤波器3。宽带功分器2和双频滤波器3分别固定设置(如焊接、粘贴等方式)于基板1上。双频滤波器3包括两个相同且镜像对称设置于基板1上的双阶SIR滤波器，两个双阶SIR滤波器的输出端为双频滤波功分器的输出端。宽带功分器2设置于两个双阶SIR滤波器之间，在一定程度上减小了空间占用，利于整个双频滤波功分器的小型化设计。宽带功分器2的输入端为双频滤波功分器的输入端，输出端分别与两个双阶SIR滤波器的输入端连接。
其中，基板1采用0.508mm的Rogers 5880基片，此款基片在低频时可以实现较小的插损。
如图2所示，宽带功分器2包括阻抗变换枝节21及宽带功分枝节22。阻抗变换枝节21的输入端为宽带功分器2的输入端，是整个双频滤波功分器的能量馈入端口，本实用新型实施例中其微带线宽度为0.76mm。阻抗变换枝节21的输出端连接于宽带功分枝节22的输入端，本实用新型实施例中其微带线宽度为2mm。宽带功分枝节22采用T形节结构，两个输出端为宽带功分器2的输出端。T形节的作用是实现宽带阻抗匹配，从而扩展宽带功分器2的带宽。相较于威尔金森功分器，T形节功分器的优点是带宽大，并且插损小。
阻抗变换枝节21采用渐变结构，用于将输入端25欧姆的特性阻抗变换为输出端50欧姆的标准同轴输入阻抗。宽带功分枝节22的特性阻抗为50欧姆，两个输出端之间采用三角形镂空结构，用于实现宽带阻抗匹配，从而提高宽带功分器2的带宽，三角形部分的具体尺寸可以仿真优化得到。经过宽带功分枝节22的宽带功分后，能量分别由宽带功分枝节22的两个输出端进入两个双阶SIR滤波器。
如图3所示，双阶SIR滤波器包括第一阶SIR滤波器和第二阶SIR滤波器，两阶SIR滤波器结构相同且对称设置。每阶SIR滤波器均包括顺次连接的外接微带线端口31、平行耦合馈线枝节32、第一SIR微带线33以及第二SIR微带线34。
其中，平行耦合馈线枝节32与第一SIR微带线33之间采用耦合连接的方式进行连接。在形式上，第二SIR微带线34采用折叠微带线结构，可以减小空间占用。第一阶SIR滤波器的外接微带线端口31作为双阶SIR滤波器的输入端，第二阶SIR滤波器的外接微带线端口31作为双阶SIR滤波器的输出端。
双阶SIR滤波器可产生两个谐振频率，且均位于WLAN的工作频段(2.4GHz和5.2GHz)。主体部分采用两阶的阶跃阻抗谐振器(SIR)的形式，相比于均匀阻抗谐振器(UIR)，SIR可产生两个不同的谐振点，并且通过调整两端微带，即平行耦合馈线枝节32与第一SIR微带线33的特性阻抗比值和长度的比值，可以自由的改变两个谐振点的位置。
下面详细介绍SIR产生两个谐振频率的具体原理：
如图4所示为阶跃阻抗谐振器(SIR)的基本电路结构，其传输矩阵为：
其中，Z1,Z2分别为SIR的两端微带线的特性阻抗，θ1,θ2分别为SIR的两段微带线的电长度。因此从开路端看进去的输入导纳为：
当Yin＝0时，发生谐振，因此谐振条件为：
一般情况下取θ1＝θ2，此时有：
公式(4)为SIR的参数确定式，fSB1和f0即为SIR的两个谐振频率。
另外双阶SIR滤波器的馈电方式采用耦合线馈电，终端开路的平行耦合馈线枝节32因自身传输特性，将会产生多个传输零点，从而可以优化滤波器带外抑制的功能。
能量从第一阶SIR滤波器的外接微带线端口31进入(本实用新型实施例中，其特性阻抗为50欧姆，微带线宽度为0.76mm)，功分到平行耦合馈线枝节32上，平行耦合馈线枝节32的宽度需要优化确定，之后再通过平行耦合馈线枝节32耦合进入第一SIR微带线33。SIR由两段不同特性阻抗的微带线组成，图3中第一SIR微带线33和第二SIR微带线34即为它的两段不同的微带线，通过改变第一SIR微带线33和第二SIR微带线34的特性阻抗的比值和长度的比值，可以调整谐振点的位置，而通过改变平行耦合馈线枝节32与第一SIR微带线33之间的耦合间距可以调节谐振点的深度。
利用软件HFSS对本实用新型提供的一种应用于WLAN的双频滤波功分器进行仿真，仿真结果如图5及图6所示，从图中可以看出，该双频功分滤波器可实现两个工作频点，分别为2.4GHz和5.2GHz，均位于WLAN频段。由图5可知两工作频点的回波损耗均小于-20dB，由图6可知滤波功分器两个输出端口S21和S31的插损分别为1dB和1.3dB，并且两个输出端口有较好的幅度一致性。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种应用于WLAN的双频滤波功分器，其特征在于，包括基板(1)、宽带功分器(2)以及双频滤波器(3)；所述宽带功分器(2)和双频滤波器(3)分别固定设置于基板(1)上；所述双频滤波器(3)包括两个相同且镜像对称设置于基板(1)上的双阶SIR滤波器，两个双阶SIR滤波器的输出端为双频滤波功分器的输出端；所述宽带功分器(2)设置于两个双阶SIR滤波器之间，宽带功分器(2)的输入端为双频滤波功分器的输入端，输出端分别与两个双阶SIR滤波器的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述宽带功分器(2)包括阻抗变换枝节(21)及宽带功分枝节(22)；所述阻抗变换枝节(21)的输入端为宽带功分器(2)的输入端，输出端连接于宽带功分枝节(22)的输入端；所述宽带功分枝节(22)采用T形节结构，两个输出端为宽带功分器(2)的输出端。
3.根据权利要求2所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述阻抗变换枝节(21)采用渐变结构。
4.根据权利要求2所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述宽带功分枝节(22)的两个输出端之间采用三角形镂空结构。
5.根据权利要求2所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述宽带功分枝节(22)的特性阻抗为50欧姆。
6.根据权利要求1-5任一所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述双阶SIR滤波器包括第一阶SIR滤波器和第二阶SIR滤波器，两阶SIR滤波器结构相同且对称设置；每阶SIR滤波器均包括顺次连接的外接微带线端口(31)、平行耦合馈线枝节(32)、第一SIR微带线(33)以及第二SIR微带线(34)。
7.根据权利要求6所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述平行耦合馈线枝节(32)与第一SIR微带线(33)之间采用耦合连接的方式进行连接。
8.根据权利要求6所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述第一阶SIR滤波器的外接微带线端口(31)作为双阶SIR滤波器的输入端，第二阶SIR滤波器的外接微带线端口(31)作为双阶SIR滤波器的输出端。
9.根据权利要求6所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述第二SIR微带线(34)采用折叠微带线结构。
10.根据权利要求1所述的双频滤波功分器，其特征在于，所述基板(1)采用0.508mm的Rogers 5880基片。
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