[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及射頻前端電路的微波無(wú)源器件，尤其涉及一種功分濾波器。

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背景技術(shù)：
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近年來(lái)，隨著模塊結(jié)構(gòu)單元(modularbuildingblock,mbb)和單片微波集成電路(monolithicmicrowaveintegratedcircuit,mmic)的發(fā)展，低成本、高度集成、小型化已經(jīng)成為現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)中非常重要的考慮因素。通常，射頻前端電路由不同器件構(gòu)成，如濾波器，功分器等，而單獨(dú)設(shè)計(jì)這些器件無(wú)疑增加了前端電路的物理尺寸，因此，設(shè)計(jì)同時(shí)具有功分和濾波特性的器件成為了減小電路尺寸的最有效辦法。功分濾波器作為一種功能集成的無(wú)源元件，受到了學(xué)術(shù)研究者的廣泛關(guān)注。

文獻(xiàn)1[y.c.li,q.xueandx.y.zhang,“single-anddual-bandpowerdividersintegratedwithbandpassfilters,”ieeetrans.microw.theorytech.,vol.61,no.1,pp.69-76,jan.2013.]通過(guò)把威爾金森功分器的四分之一波長(zhǎng)傳輸線替換成雙通帶濾波器，實(shí)現(xiàn)了一種帶有增強(qiáng)滾降特性的雙通帶功分濾波器，但是，這種功分濾波器的兩個(gè)通帶帶寬窄，隔離度不高。

文獻(xiàn)2[q.li,y.zhangandy.fan,“dual-bandin-phasefilteringpowerdividersintegratedwithstub-loadedresonators,”ietmicrow.antennaspropag.,vol.9,no.7,pp.695-699,may2015.]通過(guò)集成兩個(gè)枝節(jié)加載型諧振器，設(shè)計(jì)了一種雙通帶功分濾波器，雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但是實(shí)現(xiàn)的仍然是兩個(gè)窄帶的通帶。

文獻(xiàn)3[s.s.gao,s.sunands.xiao,“anovelwidebandbandpasspowerdividerwithharmonic-suppressedringresonator,”ieeemicrow.wirelesscompon.lett.,vol.23,no.3,pp.119-121,march2013]通過(guò)利用環(huán)形諧振器，設(shè)計(jì)了一款選擇性高的寬帶功分濾波器，但是其帶內(nèi)的隔離水平欠佳。

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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、選擇性高、隔離度好的功分濾波器。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種功分濾波器，包括雙面、矩形的pcb板和兩個(gè)隔離電阻，pcb板包括頂面的電路層、介質(zhì)基板和底面的金屬接地板；電路層包括輸入端口饋線和兩組鏡像電路，兩組鏡像電路以pcb板的中軸線為對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)布置，所述的中軸線為pcb板的長(zhǎng)軸；輸入端口饋線沿pcb板的中軸線布置，起始于pcb板的前端，延伸至pcb板的后部，輸入端口饋線的后端與金屬接地板短接；鏡像電路包括輸出端口饋線、耦合微帶線條帶、四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線和二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線，耦合微帶線條帶靠近輸入端口饋線的后段，并與輸入端口饋線的后段平行布置；輸出端口饋線、四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線和二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線分別連接耦合微帶線條帶的前端，第一隔離電阻跨接于兩條耦合微帶線條帶的前端，第二隔離電阻跨接于兩條耦合微帶線條帶的后端。

以上所述的功分濾波器，輸入端口饋線包括由前向后串接的50歐姆微帶線導(dǎo)帶和終端短路主傳輸線，終端短路主傳輸線靠近與50歐姆微帶線導(dǎo)帶的前段包括s形等長(zhǎng)直角彎折，后段為直線段；s形等長(zhǎng)直角彎折由兩個(gè)等邊的門(mén)形的傳輸線串接而成；終端短路主傳輸線的后端通過(guò)金屬化過(guò)孔與金屬接地板短接。

以上所述的功分濾波器，輸出端口饋線為50歐姆微帶線導(dǎo)帶，包括串接的兩直線段，第一直線段起始于pcb板的長(zhǎng)邊，并與pcb板的長(zhǎng)邊正交；第二直線段的前端與第一直線段連接，后端與耦合微帶線條帶的前端連接；第二直線段與第一直線段的夾角為135°。

以上所述的功分濾波器，耦合微帶線條帶靠近終端短路主傳輸線的直線段，并與所述的直線段平行布置。

以上所述的功分濾波器，四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線布置在耦合微帶線條帶的外側(cè)，包括串接的兩段，四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線第一段的前端與耦合微帶線條帶連接，交角為45°；四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線第二段的前端與四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線第一段的后端連接，交角為135°。

以上所述的功分濾波器，二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線布置在四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線的外側(cè)，包括串接的兩段；二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線第一段與pcb板的中軸線正交，內(nèi)側(cè)與耦合微帶線條帶的前端連接；二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線第二段的后端與第一段的外端連接，二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線的第二段靠近pcb板的長(zhǎng)邊，并與pcb板的長(zhǎng)邊平行。

以上所述的功分濾波器，介質(zhì)基板相對(duì)介電常數(shù)為3.5-3.6，厚度為0.50-0.52mm，損耗角正切為0.0027。

本發(fā)明的功分濾波器結(jié)構(gòu)緊湊、選擇性高、插入損耗小、隔離度好，適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。

[附圖說(shuō)明]

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的俯視圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的尺寸圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的s參數(shù)仿真圖。

圖5本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的兩個(gè)輸出端口的匹配特性和隔離特性s參數(shù)仿真圖。

圖中，1-輸入端口饋線，2-第一輸出端口饋線，3-第二輸出端口饋線，4-第一耦合微帶線條帶，5-第二耦合微帶線條帶，6-第一四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線，7-第二四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線，8-第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線，9-第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線，10-金屬通孔，11-第一隔離電阻，12-第二隔離電阻；

101-50歐姆微帶線導(dǎo)帶，102-終端短路主傳輸線(阻抗匹配線)。

[具體實(shí)施方式]

本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖1至圖3所示，包括雙面、矩形的pcb板和兩個(gè)隔離電阻。

pcb板包括頂面的電路層、介質(zhì)基板13和底面的金屬接地板14。

電路層包括輸入端口饋線1和左右兩組鏡像電路，左右兩組鏡像電路以pcb板的中軸線為對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)布置，pcb板的中軸線為pcb板的長(zhǎng)軸。

輸入端口饋線1沿pcb板的中軸線布置，起始于pcb板的前端，延伸至pcb板的后部，輸入端口饋線1的后端與金屬接地板14短接。

輸入端口饋線1包括由前向后串接的50歐姆微帶線導(dǎo)帶101和終端短路主傳輸線102，終端短路主傳輸線102在靠近與50歐姆微帶線導(dǎo)帶101的前段有一個(gè)s形等長(zhǎng)直角彎折，后段為直線段。s形等長(zhǎng)直角彎折由兩個(gè)等邊的門(mén)形的傳輸線串接而成。終端短路主傳輸線102的后端通過(guò)金屬化過(guò)孔10與金屬接地板14短接。

左右鏡像電路各包括輸出端口饋線(第一輸出端口饋線2、第二輸出端口饋線3)、耦合微帶線條帶(第一耦合微帶線條帶4、第二耦合微帶線條帶5)、四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線(第一四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線6、第二四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線7)和二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線(第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8、第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線9)。

第一耦合微帶線條帶4和第二耦合微帶線條帶5分別布置在輸入端口饋線1終端短路主傳輸線102后部直線段的兩側(cè)，且靠近輸入端口饋線1終端短路主傳輸線102后部的直線段，與終端短路主傳輸線102后面的直線段平行。

第一輸出端口饋線2、第一四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線6和第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8分別連接第一耦合微帶線條帶4的前端。

第二輸出端口饋線3、第二四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線7和第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線9分別連接第二耦合微帶線條帶5的前端。

第一隔離電阻11跨接于兩條耦合微帶線條帶4和5的前端，第二隔離電阻12跨接于兩條耦合微帶線條帶4和5的后端。

輸出端口饋線2為50歐姆微帶線導(dǎo)帶，包括串接的兩直線段，第一直線段起始于pcb板的長(zhǎng)邊，并與pcb板的長(zhǎng)邊正交。第二直線段的前端與第一直線段連接，后端與耦合微帶線條帶4的前端連接。第二直線段與第一直線段的夾角為135°。

同樣，輸出端口饋線3為50歐姆微帶線導(dǎo)帶，包括串接的兩直線段，第一直線段起始于pcb板的長(zhǎng)邊，并與pcb板的長(zhǎng)邊正交。第二直線段的前端與第一直線段連接，后端與耦合微帶線條帶5的前端連接。第二直線段與第一直線段的夾角為135°。

第一四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線6布置在第一耦合微帶線條帶4的外側(cè)，包括串接的兩段，第一段的前端與第一耦合微帶線條帶4的前端連接，交角為45°。第二段的前端與第一段的后端連接，交角為135°。

與此對(duì)稱(chēng)地，第二四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線7布置在第二耦合微帶線條帶5的外側(cè)，包括串接的兩段，第一段的前端與第一耦合微帶線條帶5的前端連接，交角為45°。第二段的前端與第一段的后端連接，交角為135°。

第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8布置在第一四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線6的外側(cè)，包括串接的兩段。第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8的第一段與pcb板的中軸線垂直，內(nèi)側(cè)與第一耦合微帶線條帶4的前端連接。第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8第二段的后端與第一段的外端連接，第一二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8的第二段靠近pcb板的長(zhǎng)邊，并與pcb板的長(zhǎng)邊平行。

與此對(duì)稱(chēng)的是，第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線9布置在第二四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線7的外側(cè)，包括串接的兩段。第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線9的第一段與pcb板的中軸線垂直，內(nèi)側(cè)與第二耦合微帶線條帶5的前端連接。第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線9第二段的后端與第一段的外端連接，第二二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線9的第二段靠近另一側(cè)pcb板的長(zhǎng)邊，并與pcb板的長(zhǎng)邊平行。

本發(fā)明的功分濾波器中，耦合微帶線條帶4、5的長(zhǎng)度決定了通帶的位置，寬度、與輸入端口饋線的距離以及主傳輸線的寬度決定了耦合強(qiáng)度；四分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線6、7的長(zhǎng)度決定了兩個(gè)通帶之間零點(diǎn)的位置，長(zhǎng)度越長(zhǎng)零點(diǎn)頻率越低，寬度影響兩通帶內(nèi)的端口匹配特性；二分之一波長(zhǎng)開(kāi)路線8、9的長(zhǎng)度決定了兩個(gè)通帶帶外兩個(gè)零點(diǎn)的位置，長(zhǎng)度越長(zhǎng)零點(diǎn)頻率越低，寬度影響兩通帶內(nèi)的端口匹配特性；隔離電阻11、12影響輸出端口之間的隔離和端口匹配特性，調(diào)節(jié)隔離電阻阻值的大小，可獲得最佳隔離度和端口匹配。

本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器的有關(guān)尺寸規(guī)格如圖3所示。所采用的介質(zhì)基板7相對(duì)介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm，損耗角正切為0.0027。結(jié)合圖3，功分濾波器的各尺寸參數(shù)如下：wp＝1.18mm，w1＝0.4mm，w2＝0.1mm，w3＝0.1mm,w4＝1.6mm,l1＝2.4mm，l2＝3mm，l3＝4.2mm，l4＝3.9mm，l5＝14mm，l6＝7.89mm，l7＝8.7mm，l8＝10.5mm,l9＝18.4mm,lp1＝6mm，lp2＝7mm，lp3＝8.3mm，g＝0.1mm,r1＝600ω,r2＝520ω。功分濾波器不包括50歐姆微帶線導(dǎo)帶的總面積為33.45×25mm²，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波長(zhǎng)尺寸為0.54λg×0.4λg，其中λg為虛擬寬帶的中心頻率對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波波長(zhǎng)。

本發(fā)明實(shí)施例功分濾波器是在電磁仿真軟件ansysem16.1(hfss16.1)中建模仿真的。圖4是本實(shí)例中功分濾波器的s參數(shù)仿真圖，從圖中可以看出，該功分濾波器虛擬寬帶中心頻率為3ghz，兩通帶的中心頻率分別為2.33ghz和3.63ghz，相對(duì)帶寬分別為33.5％和21.2％，通帶內(nèi)回波損耗均低于18.5db，最小插入損耗分別為0.20db和0.34db。通帶外有三個(gè)傳輸零點(diǎn)使得該實(shí)例功分濾波器具有很好的頻率選擇性。

圖5是本實(shí)例中功分濾波器的兩個(gè)功率輸出端口匹配特性和隔離特性的s參數(shù)仿真圖，從圖中可以看出，該實(shí)例功分濾波器兩通帶內(nèi)的輸出端口回波損耗均低于15db，端口間隔離度均好于18.2db。

綜上，本發(fā)明在制造上通過(guò)印制電路板制造工藝對(duì)電路基板正面及背面的金屬面進(jìn)行加工腐蝕，從而形成所需的金屬圖案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在單片pcb板上實(shí)現(xiàn)，便于加工集成，生產(chǎn)成本低。同時(shí)，利用四分之一波長(zhǎng)終端短路的三線耦合結(jié)構(gòu)，結(jié)合枝節(jié)加載，和阻抗匹配原理，實(shí)現(xiàn)了功率分配和頻率選擇功能的集成，通過(guò)巧妙的在諧振器之間接隔離電阻，獲得了良好的端口隔離特性。由于本發(fā)明的雙功分濾波器選擇性高、插入損耗小、隔離度好，適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。