CN219457984U - 一种基于交叉耦合的滤波移相器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型旨在提供一种基于交叉耦合的滤波移相器，包括设于介质基板上的参考线0和主线；所述的参考线0包括由一根微带线折叠而成的横向段Ⅰ1、横向段Ⅱ2、横向段Ⅲ3、竖向段Ⅰ4、竖向段Ⅱ5；所述的主线包括折叠微带线Ⅰ6、折叠微带线Ⅱ7、高阻微带线Ⅰ8、高阻抗微带线Ⅱ9、低阻抗微带线Ⅰ10、低阻抗微带线Ⅱ11低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线Ⅱ11的下端通过横向微带线16连接。该滤波移相器具有小型化、高性能、低成本等特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波射频滤波移相器技术领域，具体涉及一种基于交叉耦合的滤波移相器。
背景技术
电磁波作为无线电技术的能量和信息的载体，其最基本的物理量为幅度和相位。移相器是用来改变信号相位的模块，在无线通信、相控阵系统、PAM4接收机发射机等系统中发挥关键作用，其作为应用相位信息最基本的功能器件，和幅度应用中的放大器、滤波器和衰减器一样具有同等的地位和作用。
随着集成电路的不断发展和电子设备的成本和尺寸的降低，相控阵系统不再局限于军事用途，已逐渐向民用领域的应用发展。目前民用相控阵被广泛应用于天气预报系统中，其快速扫描可以显著降低恶劣天气的影响，提高天气预报的准确性和警告极端天气事件发生的时间；相控阵同时应用于高效的空中管制系统，更迅速和灵活地完成飞行器的监视任务，同时具备更高的分辨率。此外，相控阵可以进行跟踪空降的化学、生物类物质，诊断潜在的空气质量。
发明内容
本实用新型旨在提供一种基于交叉耦合的滤波移相器，该移相器具有小型化、高性能、低成本等特性。
所述的基于交叉耦合的滤波移相器，包括设于介质基板上的参考线0和主线；
所述的参考线0包括由一根微带线折叠而成的横向段Ⅰ1、横向段II2、横向段Ⅲ3、竖向段Ⅰ4、竖向段II5；所述的横向段Ⅰ1的左端与端口P1连接，右端与竖向段Ⅰ4的下端连接处为折叠点之一，竖向段Ⅰ4的上端与横向段II2的左端连接处为折叠点之二，横向段II2的右端与竖向段II5的上端连接处为折叠点之三，竖向段II5的下端与横向段Ⅲ3的左端连接处为折叠点之四，横向段Ⅲ3的右端与端口P2连接；
所述的主线包括折叠微带线Ⅰ6、折叠微带线II7、高阻微带线Ⅰ8、高阻抗微带线II9、低阻抗微带线Ⅰ10、低阻抗微带线II11；所述的折叠微带线Ⅰ6包括横向段Ⅳ12和竖向段Ⅲ13，横向段Ⅳ12的左端与端口P3连接，横向段Ⅳ12的右端与竖向段Ⅲ13的上端连接处为折叠点；所述的折叠微带线II7包括横向段Ⅴ14和竖向段Ⅳ15，横向段Ⅴ14的右端与端口P3连接，横向段Ⅴ14的左端与竖向段Ⅳ15的上端连接处为折叠点；所述的高阻微带线Ⅰ8和高阻抗微带线II9设于竖向段Ⅲ13和竖向段Ⅳ15之间，竖向段Ⅲ13、高阻微带线Ⅰ8、高阻抗微带线II9、竖向段Ⅳ15一一对应；
所述的竖向段Ⅲ13的下端与低阻抗微带线Ⅰ10的上端连接，竖向段Ⅳ15的下端与低阻抗微带线II11的上端连接；所述的低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11相互对应，并且低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11的下端通过横向微带线16连接。
所述的横向段Ⅰ1和横向段Ⅲ3的中心线位于同一直线上；所述的横向段Ⅳ12和横向段Ⅴ14的中心线位于同一直线上；所述的横向段Ⅰ1和横向段Ⅲ3与横向段Ⅳ12和横向段Ⅴ14之间留有12mm以上的间距。
组成参考线0的微带线为50欧姆铜线。
横向段Ⅳ12和横向段Ⅴ1450欧姆铜线。
所述的竖向段Ⅲ13和竖向段Ⅳ15为0.7-1.1mm铜线。
所述的高阻微带线Ⅰ8和高阻抗微带线II9为0.4-0.5mm铜线。
所述的低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11为6.2-7.3mm铜线；所述的横向微带线16为0.2-0.4mm铜线。
所述的竖向段Ⅲ13和高阻微带线Ⅰ8之间的间距与高阻抗微带线II9和竖向段Ⅳ15之间的间距相等，为0.2-0.5mm。
所述的高阻微带线Ⅰ8和高阻抗微带线II9之间的间距与低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11之间的间距相等，为0.2-0.4mm。
所述的介质基板型号为罗杰斯5880，厚度为1.54mm，介电常数为2.2。
本实用新型中参考线结构为一条同样宽度的折叠的微带线，用来改变滤波移相器的相移值。主线结构的多模谐振器是在经典的多模谐振器基础上改进，由一对能实现交叉耦合的高阻抗耦合线和电长度为四分之一波长的折叠的低阻抗耦合线组成。主线插入相移减去参考线插入相移可得到需要设计的相移值。
本实用新型的工作原理如下：
如图1所示，滤波移相器的滤波具体工作原理是，交叉耦合多模谐振器具有带通滤波器响应特性。ZHe,ZHo分别为高阻抗微带线Ⅰ和高阻抗微带线II组成耦合线的偶模阻抗和奇模阻抗，ZLe,ZLo是低阻抗微带线Ⅰ和低阻抗微带线II组成耦合线的偶模阻抗和奇模阻抗，通过控制高阻抗线和低阻抗线的阻抗比可以控制通带的特性和带外的传输零点对，从而得到较好的带外抑制效果。
滤波移相器的移相具体工作原理是，同样宽度的折叠的微带线所提供的插入相移的相位斜率相同，主线插入相移减去参考线插入相移可得到需要设计的相移值ΔΦ＝ΔΦm-ΔΦr。滤波移相器主线和参考线可以ABCD矩阵和电气参数θ表示为：
ΔΦr＝∠S43＝-Kθ (2)
主线和参考线在中心频率θ＝θ0处斜处相等便可实现恒定的相移值：
其中，P1、P2、P3、P4分别是SAM接头，接入相应的设备中，其中一种应用就是移相器接在混频器和可变低噪声放大器中间。
本实用新型提供的基于交叉耦合的滤波移相器，具有小型化、高性能、低成本等特性。其在工作时的滤波特性具有选择性高、插入损耗低等优点；其在工作时的相移特性具有相移值覆盖广泛，误差小等优点，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的基于交叉耦合的滤波移相器的原理图；
图2为实施例1的基于交叉耦合的滤波移相器的结构示意图；
图3为实施例2的基于交叉耦合的滤波移相器的S参数仿真图；
图4为实施例2的基于交叉耦合的滤波移相器的90°相移仿真图；
图5为实施例2的基于交叉耦合的滤波移相器的三种相移仿真图。
图中各序号和名称如下：
0-参考线，1-横向段Ⅰ，2-横向段II，3-横向段Ⅲ，4-竖向段Ⅰ，5-竖向段II，6-折叠微带线Ⅰ，7-折叠微带线II，8-高阻微带线Ⅰ，9-高阻抗微带线II，10-低阻抗微带线Ⅰ，11-低阻抗微带线II，12-横向段Ⅳ，13-竖向段Ⅲ，14-横向段Ⅴ，15-竖向段Ⅳ，16-横向微带线。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图和实施例具体说明本实用新型。
实施例1
如图1和2所示，所述的基于交叉耦合的滤波移相器，包括设于介质基板上的参考线0和主线；
所述的参考线0包括由一根微带线折叠而成的横向段Ⅰ1、横向段II2、横向段Ⅲ3、竖向段Ⅰ4、竖向段II5；所述的横向段Ⅰ1的左端与端口P1连接，右端与竖向段Ⅰ4的下端连接处为折叠点之一，竖向段Ⅰ4的上端与横向段II2的左端连接处为折叠点之二，横向段II2的右端与竖向段II5的上端连接处为折叠点之三，竖向段II5的下端与横向段Ⅲ3的左端连接处为折叠点之四，横向段Ⅲ3的右端与端口P2连接；
所述的主线包括折叠微带线Ⅰ6、折叠微带线II7、高阻微带线Ⅰ8、高阻抗微带线II9、低阻抗微带线Ⅰ10、低阻抗微带线II11；所述的折叠微带线Ⅰ6包括横向段Ⅳ12和竖向段Ⅲ13，横向段Ⅳ12的左端与端口P3连接，横向段Ⅳ12的右端与竖向段Ⅲ13的上端连接处为折叠点；所述的折叠微带线II7包括横向段Ⅴ14和竖向段Ⅳ15，横向段Ⅴ14的右端与端口P3连接，横向段Ⅴ14的左端与竖向段Ⅳ15的上端连接处为折叠点；所述的高阻微带线Ⅰ8和高阻抗微带线II9设于竖向段Ⅲ13和竖向段Ⅳ15之间，竖向段Ⅲ13、高阻微带线Ⅰ8、高阻抗微带线II9、竖向段Ⅳ15一一对应；
所述的竖向段Ⅲ13的下端与低阻抗微带线Ⅰ10的上端连接，竖向段Ⅳ15的下端与低阻抗微带线II11的上端连接；所述的低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11相互对应，并且低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11的下端通过横向微带线16连接。
所述的横向段Ⅰ1和横向段Ⅲ3的中心线位于同一直线上；所述的横向段Ⅳ12和横向段Ⅴ14的中心线位于同一直线上；所述的横向段Ⅰ1和横向段Ⅲ3与横向段Ⅳ12和横向段Ⅴ14之间留有12mm以上的间距。
组成参考线0的微带线为50欧姆铜线。
横向段Ⅳ12和横向段Ⅴ1450欧姆铜线。
所述的竖向段Ⅲ13和竖向段Ⅳ15为1mm铜线。
所述的高阻微带线Ⅰ8和高阻抗微带线II9为0.5mm铜线。
所述的低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11为6.5mm铜线；所述的横向微带线16为0.3mm铜线。
所述的竖向段Ⅲ13和高阻微带线Ⅰ8之间的间距与高阻抗微带线II9和竖向段Ⅳ15之间的间距相等，为0.2mm。
所述的高阻微带线Ⅰ8和高阻抗微带线II9之间的间距与低阻抗微带线Ⅰ10和低阻抗微带线II11之间的间距相等，为0.3mm。
所述的介质基板为罗杰斯Rogers5880，厚度为1.54mm，介电常数为2.2。
实施例2
具体组成规格及仿真实验
如图1和2所示，实施例1的基于交叉耦合的滤波移相器的仿真版图包括：一对能实现交叉耦合的高阻抗耦合线和电长度为四分之一波长的折叠的低阻抗耦合线，一条同样宽度的折叠的微带线。交叉耦合多模谐振器具有带通滤波器响应特性，同样宽度的折叠的微带线所提供的插入相移的相位斜率相同。介质基板为罗杰斯5880，厚度为1.54mm，介电常数为2.2；根据实际优化后的微带线大小尺寸见图1标注所示，单位毫米(mm)。
图3为基于交叉耦合的滤波移相器的S参数仿真图，从图中可见，滤波器中心频率f0＝3.6GHz(符合5G通信频率范围)，在通带范围内|S11|>15dB，|S21|<0.2dB，相对带宽为66.7％，在通带范围外实现30db的带外抑制。
图4为基于交叉耦合的滤波移相器的90°相移仿真图，从图中可见，在2.8-4.7GHz(50％)的频率范围内，滤波移相器的移相值为90°±8°。
图5为基于交叉耦合的滤波移相器的三种相移仿真图，从图中可见，在2.8-4.7GHz(50％)的频率范围内，滤波移相器的移相值可以覆盖45°(±2°)、90°(±8°)、135°(±8°)三个度数。
Claims (10)
1.一种基于交叉耦合的滤波移相器，包括设于介质基板上的参考线（0）和主线；其特征在于：
所述的参考线（0）包括由一根微带线折叠而成的横向段Ⅰ（1）、横向段Ⅱ（2）、横向段Ⅲ（3）、竖向段Ⅰ（4）、竖向段Ⅱ（5）；所述的横向段Ⅰ（1）的左端与端口P1连接，右端与竖向段Ⅰ（4）的下端连接处为折叠点之一，竖向段Ⅰ（4）的上端与横向段Ⅱ（2）的左端连接处为折叠点之二，横向段Ⅱ（2）的右端与竖向段Ⅱ（5）的上端连接处为折叠点之三，竖向段Ⅱ（5）的下端与横向段Ⅲ（3）的左端连接处为折叠点之四，横向段Ⅲ（3）的右端与端口P2连接；
所述的主线包括折叠微带线Ⅰ（6）、折叠微带线Ⅱ（7）、高阻微带线Ⅰ（8）、高阻抗微带线Ⅱ（9）、低阻抗微带线Ⅰ（10）、低阻抗微带线Ⅱ（11）；所述的折叠微带线Ⅰ（6）包括横向段Ⅳ（12）和竖向段Ⅲ（13），横向段Ⅳ（12）的左端与端口P3连接，横向段Ⅳ（12）的右端与竖向段Ⅲ（13）的上端连接处为折叠点；所述的折叠微带线Ⅱ（7）包括横向段Ⅴ（14）和竖向段Ⅳ（15），横向段Ⅴ（14）的右端与端口P3连接，横向段Ⅴ（14）的左端与竖向段Ⅳ（15）的上端连接处为折叠点；所述的高阻微带线Ⅰ（8）和高阻抗微带线Ⅱ（9）设于竖向段Ⅲ（13）和竖向段Ⅳ（15）之间，竖向段Ⅲ（13）、高阻微带线Ⅰ（8）、高阻抗微带线Ⅱ（9）、竖向段Ⅳ（15）一一对应；
所述的竖向段Ⅲ（13）的下端与低阻抗微带线Ⅰ（10）的上端连接，竖向段Ⅳ（15）的下端与低阻抗微带线Ⅱ（11）的上端连接；所述的低阻抗微带线Ⅰ（10）和低阻抗微带线Ⅱ（11）相互对应，并且低阻抗微带线Ⅰ（10）和低阻抗微带线Ⅱ（11）的下端通过横向微带线（16）连接。
2.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的横向段Ⅰ（1）和横向段Ⅲ（3）的中心线位于同一直线上；所述的横向段Ⅳ（12）和横向段Ⅴ（14）的中心线位于同一直线上；所述的横向段Ⅰ（1）和横向段Ⅲ（3）与横向段Ⅳ（12）和横向段Ⅴ（14）之间留有12mm以上的间距。
3.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：组成参考线（0）的微带线为50欧姆铜线。
4.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：横向段Ⅳ（12）和横向段Ⅴ（14）50欧姆铜线。
5.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的竖向段Ⅲ（13）和竖向段Ⅳ（15）为0.7-1.1mm铜线。
6.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的高阻微带线Ⅰ（8）和高阻抗微带线Ⅱ（9）为0.4-0.5mm铜线。
7.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的低阻抗微带线Ⅰ（10）和低阻抗微带线Ⅱ（11）为6.2-7.3mm铜线；所述的横向微带线（16）为0.2-0.4mm铜线。
8.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的竖向段Ⅲ（13）和高阻微带线Ⅰ（8）之间的间距与高阻抗微带线Ⅱ（9）和竖向段Ⅳ（15）之间的间距相等，为0.2-0.5mm。
9.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的高阻微带线Ⅰ（8）和高阻抗微带线Ⅱ（9）之间的间距与低阻抗微带线Ⅰ（10）和低阻抗微带线Ⅱ（11）之间的间距相等，为0.2-0.4mm。
10.如权利要求1所述的基于交叉耦合的滤波移相器，其特征在于：所述的介质基板型号为罗杰斯5880，厚度为1.54mm，介电常数为2.2。
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