一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)基板和底層金屬地板，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及濾波-K變換器，其中第一濾波K變換器連接在第一端口及第二端口之間，第二濾波K變換器連接在第一端口及第三端口之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口及第四端口之間。本發(fā)明體積小、諧波抑制性能好、有寬阻帶特性和好的隔離度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無(wú)線通信的迅猛發(fā)展，無(wú)線設(shè)備的復(fù)雜度及其對(duì)便攜性的要求不斷提升，這對(duì)無(wú)線通信設(shè)備的小型化提出了更高要求。射頻/微波前端電路是無(wú)線系統(tǒng)設(shè)備和終端的重要組成部分，除了包括有源器件(如放大器、混頻器等)外，混合環(huán)等無(wú)源器件也是其重要組件。有源器件的小型化技術(shù)已經(jīng)很成熟，而無(wú)源器件仍然面臨小型化的關(guān)鍵技術(shù)難題。
[0003]混合環(huán)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代微波電路系統(tǒng)中，例如混頻器、功率放大器和天線饋電結(jié)構(gòu)等。傳統(tǒng)的混合環(huán)由3段四分之一波長(zhǎng)傳輸線和I段四分之三波長(zhǎng)傳輸線構(gòu)成，體積大且存在高次諧波。
[0004]針對(duì)小型化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用的設(shè)計(jì)方法主要有:1)用結(jié)構(gòu)緊湊的元件來(lái)取代四分之一波長(zhǎng)傳輸線或四分之三波長(zhǎng)傳輸線；2)其他小型化方法，例如采用微波C元件、折疊線、缺陷地結(jié)構(gòu)、階躍阻抗結(jié)構(gòu)、T型等效結(jié)構(gòu)、耦合線、改良后的T等效電路模型等。
[0005]針對(duì)諧波抑制，主要采用以下方法:1)缺陷地結(jié)構(gòu)和階躍阻抗的引入，不但實(shí)現(xiàn)了混合環(huán)的小型化，而且抑制了諧波；2)平行線耦合結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)小型化和諧波抑制；3)用兩組并聯(lián)準(zhǔn)集中繞線電感器和叉指電容，產(chǎn)生兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，從而抑制高次諧波:4)采用高阻抗傳輸線和叉指電容來(lái)抑制二次諧波。
[0006]在射頻前端電路中，混合環(huán)和帶通濾波器經(jīng)常共存于一個(gè)系統(tǒng)中，常規(guī)設(shè)計(jì)方法是把兩個(gè)器件都是獨(dú)立設(shè)計(jì)后級(jí)聯(lián)為一體，整體電路體積沒(méi)有顯著降低。為進(jìn)一步減小整體電路體積，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了以下設(shè)計(jì)方案:1)用四TEOl模介質(zhì)諧振器來(lái)集成二者；2)基于微帶網(wǎng)狀濾波器的高阻帶隔離的混合環(huán)；3)基于四分之一波長(zhǎng)和半波長(zhǎng)微帶諧振器的結(jié)構(gòu)緊湊的180度濾波電橋；4)基于支節(jié)線加載階躍阻抗諧振器的雙通帶混合環(huán)；5)基于LTCC的小型化帶通混合環(huán)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于采用四個(gè)具有帶通響應(yīng)特性的濾波土K變換器來(lái)取代傳統(tǒng)混合環(huán)中的四分之一波長(zhǎng)傳輸線或四分之三波長(zhǎng)傳輸線，提供一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)基板和底層金屬地板，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及濾波-K變換器，其中第一濾波K變換器連接在第一端口及第二端口之間，第二濾波K變換器連接在第一端口及第三端口之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口及第四端口之間。
[0010]所述第一、第二、第三濾波K變換器結(jié)構(gòu)相同，均由2根兩端加載了電容C的短路傳輸線構(gòu)成，且2根短路傳輸線折疊成L型，由電容Ce串聯(lián)構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)即II型耦合結(jié)構(gòu)。
[0011]所述濾波-K變換器也由2根兩端加載電容C的短路傳輸線構(gòu)成，且2根短路傳輸線折疊成U型，由電容Ce并聯(lián)構(gòu)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)即I型耦合結(jié)構(gòu)。
[0012]所述構(gòu)成濾波K變換器和濾波-K變換器的短路傳輸線的參數(shù)相同，長(zhǎng)度為36.1謹(jǐn)，寬度為0.3謹(jǐn)。
[0013]所述中間介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為3.38,厚度為0.81mm。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
[0015]本發(fā)明體積小、諧波抑制性能良好、具有寬頻阻帶特性和良好的隔離度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種集成了濾波功能的小型化混合環(huán)的原理框圖；
[0017]圖2 (a)是本發(fā)明濾波-K變換器(I型耦合結(jié)構(gòu))的等效電路，圖2 (b)是本發(fā)明濾波K變換器(II型耦合結(jié)構(gòu))的等效電路。
[0018]圖3是本發(fā)明I型耦合結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果；
[0019]圖4是本發(fā)明II型耦合結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果；
[0020]圖5 Ca)是第一端口到第四端口的雙通道結(jié)構(gòu)；
[0021]圖5 (b)是本發(fā)明第一端口激勵(lì)時(shí)的等效電路；
[0022]圖6是本發(fā)明第四端口激勵(lì)時(shí)的等效電路；
[0023]圖7是本發(fā)明一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)電路結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖8是本發(fā)明實(shí)施例1中第一端口激勵(lì)時(shí)，第一端口和第四端口間隔離度的仿真和實(shí)測(cè)值比較圖；
[0025]圖9 Ca)是第一端口激勵(lì)時(shí)，同相工作時(shí)的Sn、S21和S31的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖；
[0026]圖9 (b)是第一端口激勵(lì)時(shí)，同相工作時(shí)的通帶內(nèi)S21和S31的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果細(xì)節(jié)對(duì)比圖；
[0027]圖9 (C)是第一端口激勵(lì)時(shí)，同相工作時(shí)的Z S21- Z S31仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖；
[0028]圖10 (a)、(b)、(C)是第一端口激勵(lì)時(shí)，反向工作時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果比較圖，其中圖10 Ca)是第一端口激勵(lì)時(shí)，反相工作時(shí)的Sn、S21和S31的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖；圖10 (b)是第一端口激勵(lì)時(shí)，反相工作時(shí)的Z S21- Z S3的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果細(xì)節(jié)對(duì)比圖；圖10(C)是第一端口激勵(lì)時(shí)，反相工作時(shí)的S22，S33和S41仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0030]實(shí)施例
[0031]如圖1所示，一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)基板和底層金屬地板，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一端口 P1、第二端口 P2、第三端口 P3、第四端口P4、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及濾波-K變換器，第一、第二、第三濾波K變換器用來(lái)取代四分之一波長(zhǎng)傳輸線，-K濾波變換器用來(lái)取代四分之三波長(zhǎng)傳輸線，具體結(jié)構(gòu)為:第一濾波K變換器連接在第一端口 P1及第二端口 P2之間，第二濾波K變換器連接在第一端口 P1及第三端口 P3之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口 P2及第四端口 P4之間。
[0032]如圖6所示，所述第一、第二、第三濾波K變換器結(jié)構(gòu)相同，均由2根兩端加載了電容C的短路傳輸線構(gòu)成，且2根短路傳輸線折疊成L型，由電容Ce串聯(lián)構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，所述濾波K變換器的等效電路II型耦合結(jié)構(gòu)如圖2 (b)所示，耦合結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算如下:Θ =2
7.5°，Θ 2=5.2°，C=8.2pF, CE=1.2pF。工作頻率在 470MHz，二次諧波在 2.8GHz (6f。)。
[0033]所述濾波-K變換器由2根兩端加載電容C的短路傳輸線構(gòu)成，且2根短路傳輸線折疊成U型，由電容4并聯(lián)構(gòu)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其等效電路I型耦合結(jié)構(gòu)如圖2 (a)所示，I型耦合結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果如圖3所示，耦合結(jié)構(gòu)參數(shù)為θ1=27.5°，θ2=5.2°，C=8.2pF，CE=1.2pF?？梢?jiàn)，工作頻率fQ在470MHz，二次諧波在2.8GHz (6f0)o
[0034]由圖3和圖4帶寬相同可知，兩種耦合結(jié)構(gòu)的Q6和耦合長(zhǎng)度相同，這樣可使得混合環(huán)具有濾波功能。
[0035]因此兩種耦合結(jié)構(gòu)可等效為±K變換器，故可以用耦合結(jié)構(gòu)來(lái)取代傳統(tǒng)混合環(huán)中的四分之一波長(zhǎng)支節(jié)線和四分之三波長(zhǎng)支節(jié)線，本發(fā)明可以同相工作，也可以反向180度工作，具體過(guò)程如下:
[0036](I)同相工作
[0037]同相工作時(shí)，所有從第一端口的輸入功率應(yīng)該同相等分到第二端口和第三端口，沒(méi)有功率從第一端口反射出來(lái)，也沒(méi)有電流流入第四端口。
[0038]電路分析如下:首先，整個(gè)電路應(yīng)該考慮到所有輸入功率都被分配到第二端口和第三端口。其次，分析如何去實(shí)現(xiàn)等功率系數(shù)和同相移。
[0039]根據(jù)匹配電路，當(dāng)?shù)谝欢丝诒患?lì)時(shí)，這個(gè)端口應(yīng)該是匹配的。此外，第四端口不可以出現(xiàn)功率損耗。必要條件可表達(dá)如下:
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結(jié)構(gòu)、中間介質(zhì)基板和底層金屬地板，其特征在于，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及-濾波K變換器，其中第一濾波K變換器連接在第一端口及第二端口之間，第二濾波K變換器連接在第一端口及第三端口之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口及第四端口之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述第一、第二、第三濾波K變換器結(jié)構(gòu)相同，均由2根兩端加載了電容C的短路傳輸線構(gòu)成，且2根短路傳輸線折疊成L型，由電容Ce串聯(lián)構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述濾波-K變換器由2根兩端加載電容C的短路傳輸線構(gòu)成，且2根短路傳輸線折疊成U型，由電容Ce并聯(lián)構(gòu)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，構(gòu)成濾波K變換器和構(gòu)成濾波-K變換器的短路傳輸線的參數(shù)相同，所述短路傳輸線的長(zhǎng)度為36.1_，寬度為0.3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述中間介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為3.38，厚度為0.81mm。
【文檔編號(hào)】H01P5/16GK103904398SQ201410075108
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】趙小蘭, 王凱旭, 薛成戴, 章秀銀 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)