本發(fā)明涉及微波無(wú)源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種尺寸小，帶寬寬的基于三模諧振器的緊湊型寬帶功分濾波器。

背景技術(shù)：

功分濾波器是一個(gè)獨(dú)立的微波無(wú)源器件，它在功能上實(shí)現(xiàn)了射頻電路中功分器和濾波器的有效結(jié)合，也就是說(shuō)功分濾波器兼?zhèn)淞诵盘?hào)的功率分配和濾波功能。因此，高性能的功分濾波器不僅能夠有效減小系統(tǒng)的尺寸，而且能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信系統(tǒng)的低成本、高性能、小型化設(shè)計(jì)。

近年來(lái)，隨著模塊結(jié)構(gòu)單元(Modular Building Block,MBB)和單片微波集成電路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)的發(fā)展，低成本、高集成度、小型化的高性能功分濾波器成為了研究熱點(diǎn)。

2016年，Y.J.Deng,J.P.Wang和J.L.Li在IEEE Electronics Letters期刊(vol.52,no.16,pp.1387-1389,2016)上發(fā)表“Design of compact wideband filtering power divider with extended isolation and rejection bandwidth”，提出在基于三模諧振器和分立隔離網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的功分濾波器。這種設(shè)計(jì)方法雖然產(chǎn)生較寬的帶寬，但由于隔離網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，導(dǎo)致電路尺寸較大。

2015年，Kaijun Song在IEEE Electronics Letters期刊(vol.51,no.6,pp.495-497,2015)上發(fā)表“Compact filtering power divider with high frequency selectivity and wide stopband using embedded dual-mode resonator”，提出通過(guò)嵌入雙模諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)功分和濾波功能，同時(shí)利用源載耦合引入帶外零點(diǎn)提高帶外抑制，信號(hào)選擇性較好。但是，由于該結(jié)構(gòu)單純使用雙模諧振器實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合，通帶帶寬較窄。

總之，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：功分濾波器尺寸較大，帶寬較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種緊湊型寬帶功分濾波器，尺寸較小，帶寬寬。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種緊湊型寬帶功分濾波器，包括下表面覆有金屬接地板的介質(zhì)基板，

在所述介質(zhì)基板的上表面設(shè)有輸入端饋線、第一輸出端饋線、第二輸出端饋線、第一三模諧振器、第二三模諧振器、第一四分之一波長(zhǎng)傳輸線、第二四分之一波長(zhǎng)傳輸線、隔離電阻，所述第一三模諧振器、第二三模諧振器的輸入端分別與輸入端饋線耦合，其輸出端分別與第一輸出端饋線、第二輸出端饋線耦合，所述第一四分之一波長(zhǎng)傳輸線與第一輸出端饋線的輸出端相連，第二四分之一波長(zhǎng)傳輸線與第二輸出端饋線的輸出端相連，輸入端饋線的輸出端穿過(guò)介質(zhì)基板與金屬接地板相連。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

1、尺寸較?。含F(xiàn)有功分濾波器一般尺寸較大，本專利提出的電路設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)三模諧振器的合理變形和折疊，在保持電路性能的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)較小的電路尺寸。

2、帶寬較寬：現(xiàn)有的功分濾波器結(jié)構(gòu)一般帶寬較窄，本專利提出基于三模諧振器的功分濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的通帶。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明緊湊型寬帶功分濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

圖4是實(shí)施例的S11、S21、S31和S23參數(shù)仿真圖。

圖5是實(shí)施例的兩個(gè)輸出端口幅度差的仿真圖。

圖6是實(shí)施例的兩個(gè)輸出端口相位差的仿真圖。

圖中，介質(zhì)基板9，金屬接地板10，

輸入端饋線1，第一輸出端饋線2，第二輸出端饋線3，第一三模諧振器4，第二三模諧振器5，第一四分之一波長(zhǎng)傳輸線6，第二四分之一波長(zhǎng)傳輸線7，隔離電阻8，

第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶11，第一四分之一波長(zhǎng)主傳輸線12，第二四分之一波長(zhǎng)主傳輸線13，

第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶21，第一微帶傳輸線22，

第三50歐姆微帶線導(dǎo)帶31，第二微帶傳輸線32，

第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41，第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42，第一對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器43，第一對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器44，

第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51，第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52，第二對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器53，第二對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器54。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明緊湊型寬帶功分濾波器，包括下表面覆有金屬接地板10的介質(zhì)基板9，

在所述介質(zhì)基板9的上表面設(shè)有輸入端饋線1、第一輸出端饋線2、第二輸出端饋線3、第一三模諧振器4、第二三模諧振器5、第一四分之一波長(zhǎng)傳輸線6、第二四分之一波長(zhǎng)傳輸線7、隔離電阻8，

所述第一三模諧振器4、第二三模諧振器5的輸入端分別與輸入端饋線1耦合，其輸出端分別與第一輸出端饋線2、第二輸出端饋線3耦合，所述第一四分之一波長(zhǎng)傳輸線6與第一輸出端饋線2的輸出端相連，第二四分之一波長(zhǎng)傳輸線7與第二輸出端饋線3的輸出端相連。輸入端饋線1的輸出端穿過(guò)介質(zhì)基板9與金屬接地板10相連。

如圖1所示，所述介質(zhì)基板9為矩形，輸入端饋線1靠近其一個(gè)寬邊，其輸入端置于該寬邊上，第一輸出端饋線2、第二輸出端饋線3靠近另一個(gè)寬邊且與該寬邊平行，第一輸出端饋線2的輸出端置于介質(zhì)基板9的一個(gè)窄邊上，第二輸出端饋線3的輸出端置于介質(zhì)基板9的另一個(gè)窄邊上，第一三模諧振器4置于輸入端饋線1與第一輸出端饋線2之間，第二三模諧振器5置于輸入端饋線1與第二輸出端饋線3之間。

如圖2所示，所述輸入端饋線1包括與矩形介質(zhì)基板9寬邊垂直的第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶11、與該寬邊平行的第一四分之一波長(zhǎng)主傳輸線12和第二四分之一波長(zhǎng)主傳輸線13，所述第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶11的輸入端位于與其靠近的矩形介質(zhì)基板9的寬邊中點(diǎn)，所述第一四分之一波長(zhǎng)主傳輸線12和第二四分之一波長(zhǎng)主傳輸線13相對(duì)于第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶11軸對(duì)稱，其輸入端均與第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶11的輸出端相連，其輸出端穿過(guò)介質(zhì)基板9與金屬接地板10相連。

如圖2所示，所述第一輸出端饋線2包括與矩形介質(zhì)基板9寬邊平行的第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶21和第一微帶傳輸線22；

所述第一微帶傳輸線22的輸出端與第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶21的輸入端相連，所述第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶21的輸出端位于矩形介質(zhì)基板9的一個(gè)窄邊上；

所述第一四分之一波長(zhǎng)傳輸線6為L(zhǎng)形折線，其一端與第一微帶傳輸線22垂直相連；

所述第二輸出端饋線3包括與矩形介質(zhì)基板9寬邊平行的第三50歐姆微帶線導(dǎo)帶31和第二微帶傳輸線32；

所述第二微帶傳輸線32的輸出端與第三50歐姆微帶線導(dǎo)帶31的輸入端相連，所述第三50歐姆微帶線導(dǎo)帶31的輸出端位于矩形介質(zhì)基板9的另一個(gè)窄邊上；

所述第二四分之一波長(zhǎng)傳輸線7為L(zhǎng)形折線，其一端與第二微帶傳輸線32垂直相連。

如圖2所示，所述第一三模諧振器4包括第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41、第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42、第一對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器43、第一對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器44，

所述第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41和第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42與矩形介質(zhì)基板9寬邊平行，第一對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器43的軸線和第一對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器44的軸線均與矩形介質(zhì)基板9寬邊平行，

第一對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器43的一端同時(shí)與第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41的輸出端和第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42的輸入端相連，其另一端與第一對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器44的中軸相連，

所述第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41與第一四分之一波長(zhǎng)主傳輸線12平行耦合，第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42與第一微帶傳輸線22平行耦合；

所述第二三模諧振器5包括第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器53、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器54，

所述第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51和第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52與矩形介質(zhì)基板9寬邊平行，第二對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器53的軸線和第二對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器54的軸線均與矩形介質(zhì)基板9寬邊平行，

第二對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器53的一端同時(shí)與第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51的輸出端和第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52的輸入端相連，其另一端與第二對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器54的中軸相連，

所述第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51與第二四分之一波長(zhǎng)主傳輸線13平行耦合，第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52與第二微帶傳輸線32平行耦合。

所述隔離電阻8位于第一三模諧振器4和第二三模諧振器5之間，兩端分別與第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41和第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51的輸出端相連。

本發(fā)明基于三模諧振器的緊湊型寬帶功分濾波器，其中第一三模諧振器4和第二三模諧振器5的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41、第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42、第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52的長(zhǎng)度和寬度決定了通帶的位置，調(diào)節(jié)第一對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器43、第一對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器44、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載低阻抗諧振器53、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載高阻抗諧振器54可以改變兩個(gè)模式的位置，從而使得通帶更加平坦；第一四分之一波長(zhǎng)主傳輸線12和第二四分之一波長(zhǎng)主傳輸線13分別和與其平行耦合的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41、第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51的間距以及第一微帶傳輸線22和第二微帶傳輸線32分別和與其平行耦合的第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52的間距對(duì)其耦合的強(qiáng)度影響較大，間距越小耦合強(qiáng)度越大，兩個(gè)輸出端口的幅度和相位吻合度越高。

本發(fā)明基于三模諧振器的緊湊型寬帶功分濾波器，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。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例

基于分立元件隔離網(wǎng)絡(luò)及三模諧振器的緊湊型寬帶功分濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，俯視圖如圖2所示，有關(guān)尺寸規(guī)格如圖3所示。所采用的介質(zhì)基板10相對(duì)介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm，損耗角正切為0.0027。輸入端50歐姆微帶線導(dǎo)帶11、二端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶21和三端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶31的特性阻抗均為50歐姆，其寬度均為w₁＝1.11mm。結(jié)合圖3，功分濾波器的各尺寸參數(shù)如下：w₁＝1.08mm，L₁＝4mm，w₂＝0.28mm，L₂＝18.5mm，w₃＝0.28mm，L₃＝17.4mm，w₄＝5.5mm，L₄＝2.72mm，w₅＝0.2mm，L₅＝24.72mm，w₆＝0.1mm，L₆＝1.25mm,L₇＝3.5mm,L₈＝16.9mm,L₉＝22mm,L₁₀＝1.6mm,L₁₁＝10.5mm,L₁₂＝1.9mm,L₁₃＝0.92mm,g₁＝0.1mm,g₂＝0.16mm。功分濾波器的整體面積為18.5×60mm，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波長(zhǎng)尺寸為0.23λ_g×0.75λ_g，其中λ_g為通帶中心頻率對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波波長(zhǎng)。

本實(shí)例功分濾波器是在電磁仿真軟件HFSS.13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，該功分濾波器的通帶中心頻率為2.0GHz，相對(duì)帶寬為32.5％，通帶內(nèi)回波損耗低于23dB。

圖5是本實(shí)例中功分濾波器的兩個(gè)輸出端口幅度差，從圖中可以看出，該實(shí)例功分濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)平衡輸出端口幅度差在0.03dB以內(nèi)。

圖6是本實(shí)例中功分濾波器的兩個(gè)輸出端口相位差，從圖中可以看出，該實(shí)例功分濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)平衡輸出端口相位差在0±1.2度以內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明基于三模諧振器的緊湊型寬帶功分濾波器，實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)緊湊，帶寬較寬的三模緊湊型寬帶功分濾波器，該功分濾波器非常適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。