CN219873998U - 滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种滤波功分器的上层微带结构，所述滤波功分器的上层微带结构包括滤波阻抗变换组件和隔离网络，所述隔离网络包括高阻抗微带组件、电感组件、电容组件和电阻组件，所述滤波阻抗变换组件的输入端口作为器件的输入端，所述滤波阻抗变换组件的输出端口连接所述高阻抗微带组件，所述电容组件连接在所述高阻抗微带组件之间，所述电感组件和电阻组件均平行于所述高阻抗微带组件末端，所述电阻组件接地处理。本实用新型提供的滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器，既保留了Gysel滤波器能在大功率场景下工作的优点，又让其体积得到了大幅度的缩小，此外，通带旁的两个传输零点也让信号具有了优秀的频率选择性。

Description

滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器

技术领域

本实用新型涉及功率分配器件技术领域，尤其涉及一种滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器。

背景技术

功分器和滤波器作为射频前端器件中重要的组成部分，一直都具有很高的研究热度。而随着无线通信技术的不断发展，对于射频前端系统小型化和高性能的要求越来越高，而将滤波器和功分器进行融合设计研究可以大幅度精简电路结构，降低插入损耗，这将具有很高的应用价值。

传统的设计方法是将两种器件单独进行设计，再通过另外的匹配器件将其进行连接，这样的方法体积和损耗都比较大；之后便出现了将两种器件的输入输出匹配合并设计，舍去了匹配网络的体积，但这样的精简程度是有限的；目前主流的设计方法是利用具有90°相位特性的滤波结构替代功分器中的四分之一波长微带线来实现两种功能的结合。利用这样的设计方法，许多学者结合Gysel和Wilkinson两种拓扑结构设计出了多种滤波功分器。

目前的滤波功分器都是基于Gysel和Wilkinson两种功分器拓扑结构进行设计的，Wilkinson功分器在等分的情况下，体积比Gysel更小，设计难度比起Gysel功分器更低，但是由于其内部隔离电阻并没有接地的设计使得其会将热量进行累积，并不具备在大功率场景下运行的能力；Gysel功分器则是有着两个接地隔离电阻，能够辅助器件进行散热，可以实现高功率运行。对于如何在保证Gysel功分器散热能力的前提下进一步降低体积的方法却很少，融合滤波器的设计则是仍然没有相关的办法。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器，用于实现在降低了Gysel功分器的体积情况下仍保持高功率场景应用。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种滤波功分器的上层微带结构，所述滤波功分器的上层微带结构包括滤波阻抗变换组件和隔离网络，所述隔离网络包括高阻抗微带组件、电感组件、电容组件和电阻组件，所述滤波阻抗变换组件的输入端口作为器件的输入端，所述滤波阻抗变换组件的输出端口连接所述高阻抗微带组件，所述电容组件连接在所述高阻抗微带组件之间，所述电感组件和电阻组件均平行于所述高阻抗微带组件末端，所述电阻组件接地处理。

在一些实施方式中，所述滤波阻抗变换组件包括两个通带内具有90°相位特性的滤波阻抗变换器，两个所述滤波阻抗变换器的等效阻抗相同并对称耦合组成上半阻抗变换器和下半阻抗变换器。

在一些实施方式中，所述隔离网络中所述高阻抗微带组件为两根高阻抗微带线、所述电感组件为两个电感器件、所述电容组件为两个电容器件以及所述电阻组件为两个电阻器件，两个所述滤波阻抗变换器共用一个输入端口P1作为器件的输入端，分别以P2、P3作为输出端口，两根所述高阻抗微带线分别连接在输出端口P2、P3上，所述电容器件连接在两根所述高阻抗微带线之间，所述电感器件和所述电阻器件均平行于所述高阻抗微带线末端，所述电阻器件接地处理。

在一些实施方式中，两根所述高阻抗微带线特性阻抗和电长度相同。

在一些实施方式中，所述上半阻抗变换器/下半阻抗变换器由两个半波长谐振器耦合组成第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器的上侧包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线和第七微带线，所述第一谐振器的下侧与所述第一微带线、第二微带线、所述第三微带线、所述第四微带线、所述第五微带线、第六微带线和第七微带线对称放置；所述第二谐振器由与第一谐振器中心对称的微带结构组成。

在一些实施方式中，所述隔离网络结构包括第一分支线、与所述第一分支线对称的下半部分，所述第一分支线包括第八微带线以及与所述的第八微带线一端连接的第九微带线，第一电容并联在所述第九微带线的另一端与所述第九微带线对称的下半部分微带线之间，第一电感平行于所述第九微带线并连接在所述第九微带线末端，所述第二电感平行于与所述第九微带线对称的下半部分并连接在与所述第九微带线对称下半部分的末端，第二电容并联在所述第一电感和所述第二电感的另一端，第一电阻和第二电阻平行于所述第一电感和第二电感并分别连接在所述第一电感和所述第二电感的末端，所述第一电阻和第二电阻的另一端均接地。

本实用新型另一种技术方案，提供一种新型Gysel滤波功分器，所述新型Gysel滤波功分器包括上述的上层微带结构。

在一些实施方式中，所述新型Gysel滤波功分器还包括隔离元器件、中间层介质板和下层接地金属板，上层微带结构和隔离元器件附着在中间层介质板上表面，下层接地金属板附在中间层介质板的下表面，所述隔离元器件连接在所述上层微带结构中的高阻抗微带组件上。

本实用新型的一种滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器，利用在通带内具有90°相移特性的滤波器替代了Gysel功分器中的四分之一波长阻抗变换器，其等效输入输出阻抗可以通过对谐振器的端口位置和耦合强度进行调整；此外，还对经典Gysel拓扑结构中的隔离网络进行了修改，利用集总器件和微带线结合的方式替代了本身的四根四分之一波长微带线，这很大程度上降低了器件体积，也使得本身的空间利用率更高；最后，在通带附近引入的两个传输零点使得信号的频率选择性得到了提高。该结构将滤波结构融入到了功分器设计中，使得结构可以同时实现功率分配和频率选择的功能。通过调节上半或下半阻抗变换器的谐振器间的耦合强度和端口位置，可以灵活调节结构等效阻抗和带宽；调节电感电容的大小可以调整第一分支线的长度，从而根据滤波器大小来合理调整为微带线长度来实现更紧凑的结构。设计起来比较简单，调整也灵活，既保留了Gysel滤波器能在大功率场景下工作的优点，又让其体积得到了大幅度的缩小。此外，通带旁的两个传输零点也让信号具有了优秀的频率选择性。综上所述，本实用新型的有益效果为：调整灵活，结构简单；相比起现有的功分滤波器，在保留了Gysel功分器的高功率应用的优点之外进一步精简了体积，有助于通信系统的小型化；具有两个传输零点，保证了信号的频率选择性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中新型Gysel滤波功分器的平面结构示意图；

图2是本实用新型实施例中新型Gysel滤波功分器的隔离网络的平面结构示意图；

图3是本实用新型实施例中新型Gysel滤波功分器的传输特性曲线图；

图4是本实用新型实施例中新型Gysel滤波功分器的输出回波损耗和隔离系数示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种滤波功分器的上层微带结构，所述滤波功分器的上层微带结构包括滤波阻抗变换组件和隔离网络，所述隔离网络包括高阻抗微带组件、电感组件、电容组件和电阻组件，所述滤波阻抗变换组件的输入端口作为器件的输入端，所述滤波阻抗变换组件的输出端口连接所述高阻抗微带组件，所述电容组件连接在所述高阻抗微带组件之间，所述电感组件和电阻组件均平行于所述高阻抗微带组件末端，所述电阻组件接地处理。

所述滤波阻抗变换组件包括两个通带内具有90°相位特性的滤波阻抗变换器，两个所述滤波阻抗变换器的等效阻抗相同并对称耦合组成上半阻抗变换器和下半阻抗变换器。

所述隔离网络中所述高阻抗微带组件为两根高阻抗微带线、所述电感组件为两个电感器件、所述电容组件为两个电容器件以及所述电阻组件为两个电阻器件，两个所述滤波阻抗变换器共用一个输入端口P1作为器件的输入端，分别以P2、P3作为输出端口，两根所述高阻抗微带线分别连接在输出端口P2、P3上，两根所述高阻抗微带线特性阻抗和电长度相同，所述电容器件连接在两根所述高阻抗微带线之间，所述电感器件和所述电阻器件均平行于所述高阻抗微带线末端，所述电阻器件接地处理。

所述上半阻抗变换器/下半阻抗变换器由两个半波长谐振器耦合组成第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器的上侧包括第一微带线，第二微带线，第三微带线，第四微带线，第五微带线、第六微带线和第七微带线，所述第一谐振器的下侧与所述第二微带线，所述第三微带线、所述第四微带线、所述第五微带线、第六微带线和第七微带线对称放置；所述第二谐振器由与第一谐振器中心对称的微带结构组成。

所述隔离网络结构包括第一分支线、与所述第一分支线对称的下半部分，所述第一分支线包括第八微带线以及与所述的第八微带线一端连接的第九微带线，第一电容并联在所述第九微带线的另一端与所述第九微带线对称的下半部分微带线之间，第一电感平行于所述第九微带线并连接在所述第九微带线末端，所述第二电感平行于与所述第九微带线对称的下半部分并连接在与所述第九微带线对称下半部分的末端，第二电容并联在所述第一电感和所述第二电感的另一端，第一电阻和第二电阻平行于所述第一电感和第二电感并分别连接在所述第一电感和所述第二电感的末端，所述第一电阻和第二电阻的另一端均接地。

参见图1、图2，本实用新型提供的一种新型Gysel滤波功分器的结构包括上层微带结构和隔离元器件、中间层介质板和下层接地金属板，上层微带结构和隔离元器件附着在中间层介质板上表面，下层接地金属板附在中间层介质板的下表面，所述上层微带结构包括滤波阻抗变换组件和隔离网络，所述隔离网络包括高阻抗微带组件、电感组件、电容组件和电阻组件，所述滤波阻抗变换组件的输入端口作为器件的输入端，所述滤波阻抗变换组件的输出端口连接所述高阻抗微带组件，所述电容组件连接在所述高阻抗微带组件之间，所述电感组件和电阻组件均平行于所述高阻抗微带组件末端，所述电阻组件接地处理，所述隔离元器件连接在所述上层微带结构中的高阻抗微带组件上，所述滤波阻抗变换组件包括两个滤波阻抗变换器，两个阻抗变换器的等效阻抗相同，以实现等功率分配的效果，两个滤波阻抗变换器的等效阻抗相同并对称耦合组成上半阻抗变换器和下半阻抗变换器，所述上半阻抗变换器由两个半波长谐振器耦合组成，所述半波长谐振器的长度L为所述滤波阻抗变换器的谐振频率f对应波长λ的二分之一，所述长度L为实际微带线长度。所述滤波阻抗变换器通带内具有90°相位特性。

参见图1、图2，所述隔离网络中所述高阻抗微带组件为两根高阻抗微带线、所述电感组件为两个电感器件、所述电容组件为两个电容器件以及所述电阻组件为两个电阻器件，两个所述滤波阻抗变换器共用一个输入端口P1作为器件的输入端，分别以P2、P3作为输出端口，两个阻抗变换器的等效阻抗相同，以实现等功率分配的效果；两根所述高阻抗微带线分别连接在输出端口P2、P3上，两根所述高阻抗微带线的特性阻抗和电长度相同，所述电容器件连接在两根所述高阻抗微带线之间，所述电感器件和所述电阻器件均平行于所述高阻抗微带线末端，所述电阻器件接地处理。

参见图1、图2，所述上半阻抗变换器/下半阻抗变换器由两个半波长谐振器耦合组成第一谐振器1和第二谐振器2，所述第一谐振器1的上侧包括第一微带线4，第二微带线5，第三微带线6，第四微带线7，第五微带线8、第六微带线9和第七微带线10，所述第一谐振器的下侧与所述第一微带线4、所述第二微带线5，所述第三微带线6、所述第四微带线7、所述第五微带线8、第六微带线9和第七微带线10对称放置；所述第二谐振器2由与第一谐振器中心对称的微带结构组成。

所述第一谐振器中的第七微带线10与第二谐振器中与所述第七微带线10对应微带线的耦合称为第一耦合结构，所述第一谐振器下侧与所述第七微带线10对称的微带线与第二谐振器中对应微带线的耦合称为第二耦合结构，通过调节所述第一耦合机构和所述第二耦合结构的耦合强度和端口位置来控制等效阻抗和带宽。

参见图1-图2，所述隔离网络结构包括第一分支线3、与所述第一分支线3对称的下半部分以及第一分支线3与其下半部之间的集总器件网络，所述第一分支线3包括第八微带线11以及与所述的第八微带线11一端连接的第九微带线12，如图2，第一电容并联在所述第九微带线的另一端与所述第九微带线对称的下半部分微带线之间，第一电感平行于所述第九微带线并连接在所述第九微带线末端，所述第二电感平行于与所述第九微带线对称的下半部分并连接在与所述第九微带线对称下半部分的末端，第二电容并联在所述第一电感和所述第二电感的另一端，第一电阻和第二电阻平行于所述第一电感和第二电感并分别连接在所述第一电感和所述第二电感的末端，所述第一电阻和第二电阻的另一端均接地。

所述第一分支线13及其对称部分具有相同的电长度，电长度可以根据滤波器的实际大小和系统设计的实际需要对其实际的折叠情况进行调整，可提高了对空间的利用。

本实用新型的新型Gysel滤波功分器，通过调节上半或下半阻抗变换器的谐振器间的耦合强度和端口位置，可以灵活调节结构等效阻抗和带宽；调节电感电容的大小可以调整第一分支线的长度，从而根据滤波器大小来合理调整为微带线长度来实现更紧凑的结构。设计起来比较简单，调整也灵活，既保留了Gysel滤波器能在大功率场景下工作的优点，又让其体积得到了大幅度的缩小。此外，通带旁的两个传输零点也让信号具有了优秀的频率选择性

本实用新型的新型Gysel滤波功分器，半波长谐振器的长度L为所述滤波阻抗变换器的谐振频率f对应的波长λ的二分之一，该长度为实际微带线长度。第一分支线及其对称部分具有相同的电长度，电长度可以根据滤波器的实际大小和系统设计的实际需要对其实际的折叠情况进行调整，可提高了对空间的利用。

实施例

本实用新型的新型Gysel滤波功分器结构如图1所示，其中发介质基板的厚度为0.81mm，相对介电常数为3.38。

图3和图4是根据上述条件设计的新型Gysel滤波功分器的传输特性仿真和测试结果。图中横轴表示频率，纵轴表示以dB为单位的传输特性。图3中，S11表示双频等分Gysel功分滤波器的输入回波损耗，S21和S31分别表示在输入端口P1匹配时，第一输出端口P2和第二输出端口P3到输入端口P1的插入损耗，实测结果显示：新型Gysel功分滤波器工作频率为2.08GHz；输入回波损耗S11在工作频点附近的通带内低于-15dB，最低为-16.75dB,；插入损耗曲线S21和S31基本重合，在2.08GHz左右的工作频点处为-4.02dB；在通带附近共有两个个传输零点，增强了滤波功分器的频率选择性。图4中，S22和S33分别表示第一输出端口P2和第二输出端口P3的输出回波损耗，S23表示第一输出端口P2和第二输出端口P3的隔离系数。实测结果显示：输出回波损耗曲线S22和S33基本重合，在工作频点附近的通带内低于-15dB，其呈现轻微的过耦合，这也使得实际的带宽微微大于仿真结果。在2.08GHz的工作频点处为-16.7dB，最低为-21.04dB；隔离系数S23在工作频点附近的通带内整体低于-15dB，在2.08GHz的工作频点处为-20.1dB，最低为-23.3dB。并且，最终的实物大小约为0.15λ_g*0.27λ_g，其不仅大幅度地缩小了Gysel滤波功分器的体积，还可以根据实际的滤波器体积对隔离部分微带线进行修改，以使得空间利用率得到大幅度提升。该器件还保留了Gysel滤波功分器优秀的散热特性，具有在高功率场景下应用的能力。

实施例的测试结果表明上述新型Gysel滤波功分器可以实现等功率分配和滤波功能。

综合上述实施例提供的滤波功分器的上层微带结构及新型Gysel滤波功分器，利用在通带内具有90°相移特性的滤波器替代了Gysel功分器中的四分之一波长阻抗变换器，其等效输入输出阻抗可以通过对谐振器的端口位置和耦合强度进行调整；此外，还对经典Gysel拓扑结构中的隔离网络进行了修改，利用集总器件和微带线结合的方式替代了本身的四根四分之一波长微带线，这很大程度上降低了器件体积，也使得本身的空间利用率更高；最后，在通带附近引入的两个传输零点使得信号的频率选择性得到了提高。该结构将滤波结构融入到了功分器设计中，使得结构可以同时实现功率分配和频率选择的功能。通过调节上半或下半阻抗变换器的谐振器间的耦合强度和端口位置，可以灵活调节结构等效阻抗和带宽；调节电感电容的大小可以调整第一分支线的长度，从而根据滤波器大小来合理调整为微带线长度来实现更紧凑的结构。设计起来比较简单，调整也灵活，既保留了Gysel滤波器能在大功率场景下工作的优点，又让其体积得到了大幅度的缩小。此外，通带旁的两个传输零点也让信号具有了优秀的频率选择性。综上所述，本发明的有益效果为：调整灵活，结构简单；相比起现有的功分滤波器，在保留了Gysel功分器的高功率应用的优点之外进一步精简了体积，有助于通信系统的小型化；具有两个传输零点，保证了信号的频率选择性。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滤波功分器的上层微带结构，其特征在于，所述滤波功分器的上层微带结构包括滤波阻抗变换组件和隔离网络，所述隔离网络包括高阻抗微带组件、电感组件、电容组件和电阻组件，所述滤波阻抗变换组件的输入端口作为器件的输入端，所述滤波阻抗变换组件的输出端口连接所述高阻抗微带组件，所述电容组件连接在所述高阻抗微带组件之间，所述电感组件和电阻组件均平行于所述高阻抗微带组件末端，所述电阻组件接地处理。

2.根据权利要求1所述的滤波功分器的上层微带结构，其特征在于，所述滤波阻抗变换组件包括两个通带内具有90°相位特性的滤波阻抗变换器，两个所述滤波阻抗变换器的等效阻抗相同并对称耦合组成上半阻抗变换器和下半阻抗变换器。

3.根据权利要求2所述的滤波功分器的上层微带结构，其特征在于，所述隔离网络中所述高阻抗微带组件为两根高阻抗微带线、所述电感组件为两个电感器件、所述电容组件为两个电容器件以及所述电阻组件为两个电阻器件，两个所述滤波阻抗变换器共用一个输入端口P1作为器件的输入端，分别以P2、P3作为输出端口，两根所述高阻抗微带线分别连接在输出端口P2、P3上，所述电容器件连接在两根所述高阻抗微带线之间，所述电感器件和所述电阻器件均平行于所述高阻抗微带线末端，所述电阻器件接地处理。

4.根据权利要求3所述的滤波功分器的上层微带结构，其特征在于，两根所述高阻抗微带线特性阻抗和电长度相同。

5.根据权利要求2所述的滤波功分器的上层微带结构，其特征在于，所述上半阻抗变换器/下半阻抗变换器由两个半波长谐振器耦合组成第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器的上侧包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线和第七微带线，所述第一谐振器的下侧与所述第一微带线、第二微带线、所述第三微带线、所述第四微带线、所述第五微带线、第六微带线和第七微带线对称放置；所述第二谐振器由与第一谐振器中心对称的微带结构组成。

6.根据权利要求1所述的滤波功分器的上层微带结构，其特征在于，所述隔离网络结构包括第一分支线、与所述第一分支线对称的下半部分，所述第一分支线包括第八微带线以及与所述的第八微带线一端连接的第九微带线，第一电容并联在所述第九微带线的另一端与所述第九微带线对称的下半部分微带线之间，第一电感平行于所述第九微带线并连接在所述第九微带线末端，第二电感平行于与所述第九微带线对称的下半部分并连接在与所述第九微带线对称下半部分的末端，第二电容并联在所述第一电感和所述第二电感的另一端，第一电阻和第二电阻平行于所述第一电感和第二电感并分别连接在所述第一电感和所述第二电感的末端，所述第一电阻和第二电阻的另一端均接地。

7.一种新型Gysel滤波功分器，其特征在于，所述新型Gysel滤波功分器包括权利要求1-5任一项所述的上层微带结构。

8.根据权利要求7所述的新型Gysel滤波功分器，其特征在于，所述新型Gysel滤波功分器还包括隔离元器件、中间层介质板和下层接地金属板，上层微带结构和隔离元器件附着在中间层介质板上表面，下层接地金属板附在中间层介质板的下表面，所述隔离元器件连接在所述上层微带结构中的高阻抗微带组件上。