一种具有宽带外抑制的平面滤波功率分配器

1.本发明属于射频与微波无源器件技术领域，涉及一种具有宽带外抑制的平面滤波功率分配器。


背景技术：

2.随着射频微波技术研究朝着集成化和多功能化方向飞速发展，研究者们很少关注只具备单个功能的射频组件或电路，而拥有多功能集成化的组件或电路将越来越被重视。滤波器和功分器作为两款核心无源微波器件，以及基于单层平面结构和多层准平面结构设计的无源电路，常级联应用于通信系统的射频前端的电路中，由于这两款无源器件在射频前端占据比较大的空间，在很大程度上限制了无线通信系统的小型化级联设计，同时其功率损耗较大，导致其应用性不广。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有宽带外抑制的平面滤波功率分配器，降低功率损耗，实现尺寸小、应用广以及宽阻带抑制和超宽带隔离的目的。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种具有宽带外抑制的平面滤波功率分配器，该功率分配器包括第一端口1、第二端口2、第三端口3以及对称设置的第一支路微带线结构和第二支路微带线结构；
6.所述第一端口1分别与所述第一支路微带线结构和第二支路微带线结构连接，第一支路微带线结构与所述第二端口2连接，第二支路微带线结构与所述第三端口3连接。
7.进一步，所述第一支路微带线结构包括第一阶跃阻抗谐振器ⅰ、第二阶跃阻抗谐振器ⅰ、第一开路枝节线ⅰ、第二开路枝节线ⅰ、第五微带线ⅰ405、第六微带线ⅰ406、第十一微带线ⅰ411、第十四微带线ⅰ414、第一耦合线ⅰ408和第二耦合线ⅰ412；
8.所述第一端口1、第一阶跃阻抗谐振器ⅰ、第一开路枝节线ⅰ、第五微带线ⅰ405、第六微带线ⅰ406、第一耦合线ⅰ408、第二阶跃阻抗谐振器ⅰ、第十一微带线ⅰ411、第二耦合线ⅰ412、第十四微带线ⅰ414和第二端口2依次连接；
9.第二开路枝节线ⅰ包括第七微带线ⅰ407和第十三微带线ⅰ413，第七微带线ⅰ407与第一耦合线ⅰ408连接，并与第六微带线ⅰ406位于第一耦合线ⅰ408的同一端；第十三微带线ⅰ413与第二耦合线ⅰ412上端连接，并与第十四微带线ⅰ414位于第二耦合线ⅰ412的同一端。
10.进一步，所述第一阶跃阻抗谐振器ⅰ包括第一微带线ⅰ401和第二微带线ⅰ402，第一开路枝节线ⅰ包括第三微带线ⅰ403和第四微带线ⅰ404，第二阶跃阻抗谐振器ⅰ包括第九微带线ⅰ409和第十微带线ⅰ410。
11.所述第一微带线ⅰ401和第二微带线ⅰ402依次连接，第三微带线ⅰ403和第四微带线ⅰ404连接并设置在第二微带线ⅰ402和第五微带线ⅰ405之间，与第五微带线ⅰ405垂直；第九微带线ⅰ409一端分别与第一耦合线ⅰ408和第十一微带线ⅰ411连接，另一端与第十微带线ⅰ410连接，第十微带线ⅰ410另一端开路。
12.进一步，所述第二支路微带线结构包括第一阶跃阻抗谐振器ⅱ、第二阶跃阻抗谐振器ⅱ、第一开路枝节线ⅱ、第二开路枝节线ⅱ、第五微带线ⅱ505、第六微带线ⅱ506、第十一微带线ⅱ511、第十四微带线ⅱ514、第一耦合线ⅱ508和第二耦合线ⅱ512；
13.所述第一端口1、第一阶跃阻抗谐振器ⅱ、第一开路枝节线ⅱ、第五微带线ⅱ505、第六微带线ⅱ506、第一耦合线ⅱ508、第二阶跃阻抗谐振器ⅱ、第十一微带线ⅱ511、第二耦合线ⅱ512、第十四微带线ⅱ514和第三端口3依次连接；
14.第二开路枝节线ⅱ包括第七微带线ⅱ507和第十三微带线ⅱ513，第七微带线ⅱ507与第一耦合线ⅱ508连接，并与第六微带线ⅱ506位于第一耦合线ⅱ508的同一端；第十三微带线ⅱ513与第二耦合线ⅱ512上端连接，并与第十四微带线ⅱ514位于第二耦合线ⅱ512的同一端。
15.进一步，所述第一阶跃阻抗谐振器ⅱ包括第一微带线ⅱ501和第二微带线ⅱ502，第一开路枝节线ⅱ包括第三微带线ⅱ503和第四微带线ⅱ504，第二阶跃阻抗谐振器ⅱ包括第九微带线ⅱ509和第十微带线ⅱ510；
16.所述第一微带线ⅱ501和第二微带线ⅱ502依次连接，第三微带线ⅱ503和第四微带线ⅱ504连接并设置在第二微带线ⅱ502和第五微带线ⅱ505之间，与第五微带线ⅱ505垂直；第九微带线ⅱ509一端分别与第一耦合线ⅱ508和第十一微带线ⅱ511连接，另一端与第十微带线ⅱ510连接，第十微带线ⅱ510另一端开路。
17.进一步，第一阶跃阻抗谐振器ⅰ、第一阶跃阻抗谐振器ⅱ、第二阶跃阻抗谐振器ⅰ、第二阶跃阻抗谐振器ⅱ、第六微带线ⅰ406以及第六微带线ⅱ506均为弯折结构。
18.进一步，该平面滤波功率分配器还包括隔离电阻ⅰ6、隔离电阻ⅱ7、介质基板和金属地；
19.隔离电阻ⅰ6设置在第四微带线ⅰ404和第四微带线ⅱ504之间，隔离电阻ⅱ7设置在第六微带线ⅰ406和第六微带线ⅱ506之间；隔离电阻ⅰ和ⅱ均为贴片电阻。
20.第一端口1、第二端口2、第三端口3、第一微带线支路结构以及第二微带线支路结构设置在所述介质基板的一个表面，金属地设置在介质基板的另一表面。
21.本发明的有益效果在于：
22.(1)本发明在s波段具有良好的输入回波损耗及1.5ghz宽频带滤波响应，相对带宽达52.9％；
23.(2)本发明在带外具有3.96ghz～11.1ghz(3.89f0)的宽阻带抑制，以及dc～12ghz的超宽带隔离的性能，均优于20db；
24.(3)本发明通过将滤波器和功分器结合设置在同一介质基板上，具有尺寸小、成本低、应用性广、功率损耗低的优点。
25.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
26.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优
选的详细描述，其中：
27.图1为具有宽带外抑制的平面滤波功率分配器的结构示意图；
28.图2为平面滤波功率分配器的结构尺寸示意图；
29.图3为平面滤波功率分配器s
11
、s
21
、s
31
参数的仿真与实测结果图；
30.图4为平面滤波功率分配器s
22
、s
23
参数的仿真与实测结果图。
31.附图标记：1-第一端口；2-第二端口；3-第三端口；6-隔离电阻ⅰ；7-隔离电阻ⅱ；
32.401-第一微带线ⅰ；402-第二微带线ⅰ；403-第三微带线ⅰ；404-第四微带线ⅰ；405-第五微带线ⅰ；406-第六微带线ⅰ；407-第七微带线ⅰ；408-第一耦合线ⅰ；409-第九微带线ⅰ；410-第十微带线ⅰ；411-第十一微带线ⅰ；412-第二耦合线ⅰ；413-第十三微带线ⅰ；414-第十四微带线ⅰ；
33.501-第一微带线ⅱ；502-第二微带线ⅱ；503-第三微带线ⅱ；504-第四微带线ⅱ；505-第五微带线ⅱ；506-第六微带线ⅱ；507-第七微带线ⅱ；508-第一耦合线ⅱ；509-第九微带线ⅱ；510-第十微带线ⅱ；511-第十一微带线ⅱ；512-第二耦合线ⅱ；513-第十三微带线ⅱ；514-第十四微带线ⅱ。
具体实施方式
34.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
36.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
37.请参阅图1和图2，为具有宽带外抑制的平面滤波功率分配器的结构示意图和尺寸示意图。该平面滤波功率分配器包括上层的微带线结构、隔离电阻、中间层的介质基板和底层的金属地。其中介质基板板材为rogers4350b，相对介电常数为3.48，介质基板厚度为h＝0.762mm，损耗角正切为0.0037；金属地的厚度为0.035mm，总体结构尺寸为l
×
w＝43.6mm
×
49.0mm。
38.上层的微带线结构包括第一端口、第二端口、第三端口，第一支路微带线结构和第二支路微带线结构。第一端口分别与第一支路微带线结构和第二支路微带线结构连接，其
中第一支路微带线结构再连接到第二端口，第二支路微带线结构再连接到第三端口。三个端口均为50欧姆微带线，且尺寸一致，长为l0＝5mm，宽为w0＝1.62mm。
39.第一支路微带线结构中包括依次连接的第一微带线ⅰ、第二微带线ⅰ、第五微带线ⅰ、第六微带线ⅰ、第七微带线ⅰ、第一耦合线ⅰ、第九微带线ⅰ、第十一微带线ⅰ、第二耦合线ⅰ、第十四微带线ⅰ，此外还包括第三微带线ⅰ、第四微带线ⅰ、第七微带线ⅰ、第十微带线ⅰ、第十三微带线ⅰ。第三微带线ⅰ和第四微带线ⅰ相连构成第一开路枝节线ⅰ(第三微带线ⅰ未与第四微带线ⅰ连接的一端开路，第二支路微带线结构中的第三微带线ⅱ同理)，设置在第二微带线ⅰ和第五微带线ⅰ之间，并与第五微带线ⅰ垂直。第七微带线ⅰ一端与第一耦合线ⅰ连接，另一端开路(第二支路微带线结构中，第七微带线ⅱ为相同设置)。第十微带线ⅰ一端与第九微带线ⅰ连接，另一端开路。第十三微带线ⅰ一端与第二耦合线ⅰ连接，另一端开路(第十三微带线ⅱ为相同设置)。第二支路微带线结构与第一支路微带线结构为相同结构，并与第一支路微带线结构对称设置在介质基板上的一个表面上。
40.第一微带线ⅰ和ⅱ均为弯折结构，且尺寸相同，分别为w1＝0.94mm，l1＝7.94mm，l2＝4.38mm。第二微带线ⅰ和ⅱ均为弯折结构，且尺寸相同，分别为w2＝0.3mm，l3＝1.9mm，半径r1＝1.9mm。第三微带线和第四微带线的宽度相同，为w3＝1.2mm，第三微带线ⅰ和ⅱ的长度均为l4＝7.25mm，第四微带线ⅰ和ⅱ的长度均为l5＝2.31mm。第五微带线ⅰ和ⅱ的尺寸相同，分别为w4＝0.5mm，l6＝1.9mm。第六微带线ⅰ和ⅱ均为弯折结构，且尺寸相同，分别为w5＝0.25mm，l7＝10.8mm。第七微带线ⅰ和ⅱ的尺寸均为w6＝0.1mm，l8＝5.64mm。第一耦合线ⅰ和ⅱ的尺寸均为w5＝0.25mm，l9＝11.65mm，其中第一耦合线ⅰ中处于下方的一条线左端与第六微带线ⅰ连接，右端开路，处于上方的一条线左端与第七微带线ⅰ连接，右端与第九微带线ⅰ连接，两条线之间的间距为s1＝0.16mm；同样的，第一耦合线ⅱ中处于上方的一条线左端与第六微带线ⅱ连接，处于下方的一条线左端与第七微带线ⅱ连接，右端与第九微带线ⅱ连接，两条线的间距也为s1。第九微带线ⅰ和ⅱ均为弯折结构，尺寸均为w7＝4.18mm，l
10
＝8.04mm。第十微带线ⅰ和ⅱ均为弯折结构，且尺寸均为w8＝0.22mm，l
11
＝23.81mm。第二耦合线ⅰ中处于左边的一条线下端与第十一微带线ⅰ连接，上端与第十三微带线ⅰ连接，处于右边的一条线上端与第十四微带线ⅰ连接，其尺寸为w9＝0.29mm，l
12
＝13.91mm，两线间隔为s2＝0.17mm；第二耦合线ⅱ与第一耦合线ⅰ为对称设置，且尺寸、两线间隔相同。第十一微带线ⅰ和ⅱ的半径均为r2＝1.7mm，第十四微带线ⅰ和ⅱ的半径均为r3＝2.2mm，第十一微带线和第十四微带线的宽度与第二耦合线的宽度相同，为0.29mm；第十三微带线ⅰ和ⅱ的尺寸均为w
10
＝0.1mm，l
13
＝1.1mm。
41.隔离电阻有两个，均为贴片电阻，能较好的改善本发明平面滤波功率分配器的端口隔离性能，其中隔离电阻ⅰ设置在第四微带线ⅰ和ⅱ之间，阻值为80欧姆，隔离电阻ⅱ设置在第六微带线ⅰ和ⅱ之间，阻值为840欧姆。
42.图3为平面滤波功率分配器s
11
、s
21
、s
31
参数的仿真和实测结果对比图，实测该滤波功分器的中心频率为2.85ghz，带内回波损耗在2.1ghz～3.61ghz，优于-18.5db，相对带宽达52.9％，在中心频率2.85ghz下测得的s
21
和s
31
分别为-3.49db和-3.62db，在上阻带抑制范围中，从3.96ghz～11.1ghz(3.89f0)的超宽带抑制度优于-20db，实测与仿真结果基本一致。
43.图4为平面滤波功率分配器s
22
、s
23
参数的仿真与实测结果图，实测该滤波功分器
的输出匹配s
22
在2.05ghz～3.49ghz之间，优于-18.3db，带内隔离度s
23
优于-24.4db，带外隔离从dc～2.13ghz和3.6ghz～12ghz(4.21f0)的超宽带范围内优于-26db，实测与仿真结果基本一致。
44.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。