本發(fā)明涉及微波無源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高選擇性寬帶功分濾波器。

背景技術(shù)：

近年來，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、高度集成、小型化已經(jīng)成為現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)集成設(shè)計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，而單獨設(shè)計這些器件無疑增加了前端電路的物理尺寸，因此，設(shè)計同時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源元件，受到了學(xué)術(shù)研究者的廣泛關(guān)注。

文獻1[C.F.Chen,T.Y.Huang,T.M.Shen and R.B.Wu,"Design of Miniaturized Filtering Power Dividers for System-in-a-Package,"IEEE Transactions on Components,Packaging and Manufacturing Technology,vol.3,no.10,pp.1663-1672,Oct.2013]通過利用網(wǎng)式諧振器，實現(xiàn)了一種帶有切比雪夫和準(zhǔn)橢圓帶通響應(yīng)的威爾金森功分器，但是，為了改善高階響應(yīng)的帶內(nèi)隔離特性，該種功分濾波器需要多層的隔離電阻才能實現(xiàn)，加大了交叉耦合拓撲的實現(xiàn)難度。

文獻2[W.M.Chau,K.W.Hsu and W.H.Tu,"Filter-Based Wilkinson Power Divider,"IEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.24,no.4,pp.239-241,April 2014]通過將一個帶通濾波器和兩個低通濾波器與威爾金森功分器集成，提出了一種具有寬阻帶性能的功分濾波器，然而，其插損大、選擇性差的問題限制了該功分濾波器的廣泛應(yīng)用。

文獻3[S.S.Gao,S.Sun and S.Xiao,"A Novel Wideband Bandpass Power Divider With Harmonic-Suppressed Ring Resonator,"IEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.23,no.3,pp.119-121,March 2013]通過利用環(huán)形諧振器，設(shè)計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。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高選擇性寬帶功分濾波器，同時具備結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、選擇性高、隔離度好以及良好的帶外抑制特性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高選擇性寬帶功分濾波器，包括下表面設(shè)有金屬接地板的多邊形介質(zhì)基板，在所述多邊形介質(zhì)基板的上表面設(shè)有輸入端口饋線、第一輸出端口饋線和第二輸出端口饋線，所述第一輸出端口饋線與所述第二輸出端口饋線分別靠近所述多邊形介質(zhì)基板的兩個垂直相鄰的長邊，在所述第一輸出端口饋線與輸入端口饋線之間設(shè)有第一枝節(jié)加載型多模諧振器，在所述第二輸出端口饋線與輸入端口饋線之間設(shè)有第二枝節(jié)加載型多模諧振器。在所述第一枝節(jié)加載型多模諧振器與第二枝節(jié)加載型多模諧振器之間設(shè)有隔離電阻。

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

(1)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊，可在單片PCB板上實現(xiàn)，便于加工集成，生產(chǎn)成本低。

(2)本發(fā)明利用枝節(jié)加載型多模諧振器的諧振機理和主傳輸線的電場分布特性，具有高選擇性和寬頻帶特性。

(3)本發(fā)明利用一個波長主傳輸線與諧振器耦合以及開路枝節(jié)產(chǎn)生零點的特性，具有良好的帶外抑制特性。

(4)本發(fā)明的功分濾波器利用諧振器之間接隔離電阻，隔離度好，適用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)。

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種高選擇性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是實施例1的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖4是實施例1的S參數(shù)仿真圖；

圖5是實施例1的兩個輸出端口的匹配特性和隔離特性S參數(shù)仿真圖。

附圖中：輸入端口饋線1、第一輸出端口饋線2、第二輸出端口饋線3、第一枝節(jié)加載型多模諧振器4、第二枝節(jié)加載型多模諧振器5、隔離電阻6、多邊形介質(zhì)基板7、金屬接地板8、

50歐姆微帶線導(dǎo)帶11、阻抗匹配線12、一個波長主傳輸線13、

第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶21、第一終端開路枝節(jié)22、第一耦合輸出線23、

第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶31、第二終端開路枝節(jié)32、第二耦合輸出線33、

第一二分之一波長諧振器41、第一對稱面枝節(jié)加載單元42、第二對稱面枝節(jié)加載單元43、

第二二分之一波長諧振器51、第三對稱面枝節(jié)加載單元52、第四對稱面枝節(jié)加載單元53。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種高選擇性寬帶功分濾波器，包括下表面設(shè)有金屬接地板8的多邊形介質(zhì)基板7，在所述多邊形介質(zhì)基板7的上表面設(shè)有輸入端口饋線1、第一輸出端口饋線2和第二輸出端口饋線3，所述第一輸出端口饋線2與所述第二輸出端口饋線3分別靠近所述多邊形介質(zhì)基板7的兩個垂直相鄰的長邊，在所述第一輸出端口饋線2與輸入端口饋線1之間設(shè)有第一枝節(jié)加載型多模諧振器4，在所述第二輸出端口饋線3與輸入端口饋線1之間設(shè)有第二枝節(jié)加載型多模諧振器5。在所述第一枝節(jié)加載型多模諧振器4與第二枝節(jié)加載型多模諧振器5之間設(shè)有隔離電阻6。

所述多邊形介質(zhì)基板7為等腰梯形切角的正方形，關(guān)于原正方形的對角線對稱。

所述輸入端口饋線1包括50歐姆微帶線導(dǎo)帶11，阻抗匹配線12和一個波長主傳輸線13，所述一個波長主傳輸線13在其中心處呈90°彎折，在末端呈U型彎折，并關(guān)于多邊形介質(zhì)基板7的對稱面左右對稱，所述50歐姆微帶線導(dǎo)帶11一個端面與阻抗匹配線12相接，另一端面在多邊形介質(zhì)基板7梯形凹面的上底面，阻抗匹配線12與50歐姆微帶線導(dǎo)帶11沿多邊形介質(zhì)基板7的對稱面相接與一個波長主傳輸線13的中心相接。

所述第一輸出端口饋線2包括第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶21、第一終端開路枝節(jié)22和第一耦合輸出線23，所述第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶21一端位于多邊形介質(zhì)基板7兩相鄰垂直長邊的一邊，另一端與呈L型彎折的第一耦合輸出線23的短邊端面相接，所述第一耦合輸出線23的L型長邊與多邊形介質(zhì)基板7的相鄰長邊平行，并指向多邊形介質(zhì)基板7的對稱面，所述第一終端開路枝節(jié)垂直端接于第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶21與第一耦合輸出線23相接位置處。

所述第二輸出端口饋線3包括第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶31、第二終端開路枝節(jié)32和第二耦合輸出線33，所述第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶31一端位于多邊形介質(zhì)基板7兩相鄰垂直長邊的另一邊，另一端與呈L型彎折的第二耦合輸出線33的短邊端面相接，所述第二耦合輸出線33的L型長邊與多邊形介質(zhì)基板7的相鄰長邊平行，并指向多邊形介質(zhì)基板7的對稱面，所述第二終端開路枝節(jié)垂直端接于第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶31與第二耦合輸出線33相接位置處。

所述第一枝節(jié)加載型多模諧振器4與第二枝節(jié)加載型多模諧振器5關(guān)于多邊形介質(zhì)基板7對稱面對稱，其開口方向分別朝向多邊形介質(zhì)基板7上表面的兩個對稱直角短邊。所述第一枝節(jié)加載型多模諧振器4在第一輸出端口饋線2和輸入端口饋線1的左臂之間，所述第二枝節(jié)加載型多模諧振器5在第二輸出端口饋線3和輸入端口饋線1的右臂之間。

所述第一枝節(jié)加載型多模諧振器4包括第一二分之一波長諧振器41、第一對稱面枝節(jié)加載單元42和第二對稱面枝節(jié)加載單元43，所述第一對稱面枝節(jié)加載單元42加載于呈U型彎折的第一二分之一波長諧振器41的中心，并與一個波長主傳輸線13靠近中心位置的一段線段平行，所述第二對稱面枝節(jié)加載單元43呈U型彎折，內(nèi)置于第一二分之一波長諧振器41中，并于其中心處與第一對稱面加載單元42相交。

所述第二枝節(jié)加載型多模諧振器5包括第二二分之一波長諧振器51、第三對稱面枝節(jié)加載單元52和第四對稱面枝節(jié)加載單元53，所述第三對稱面枝節(jié)加載單元52加載于呈U型彎折的第二二分之一波長諧振器51的中心，并與一個波長主傳輸線13靠近中心位置的另一線段平行，所述第四對稱面枝節(jié)加載單元53呈U型彎折，內(nèi)置于第二二分之一波長諧振器51中，并于其中心處與第三對稱面加載單元52相交。

所述隔離電阻6通過小三角形貼片連接于第一枝節(jié)加載型諧振器4與第二枝節(jié)加載型諧振器5距離最近位置處，即靠近阻抗匹配線12與一個波長主傳輸線13相交位置。

本發(fā)明運用多模諧振器的諧振機理，利用一個波長傳輸線的場分布原理，實現(xiàn)功率分配和濾波功能的集成，同時，巧妙的設(shè)計隔離電阻的位置，實現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、選擇性高、隔離度好以及具有良好的帶外抑制特性的高選擇性寬帶功分濾波器，該功分濾波器非常適用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用。

本發(fā)明一種高選擇性寬帶功分濾波器中，信號由所述輸入端口饋線1進入，激勵起一個波長主傳輸線13上對稱分布的電場，信號均分兩路，分別通過第一和第二枝節(jié)加載型多模諧振器4、5耦合傳輸至第一和第二輸出端口饋線2、3后輸出，從而產(chǎn)生功率等分的特性；所述第一和第二諧振器4、5由于模式諧振，在通帶內(nèi)產(chǎn)生三個傳輸極點，在通帶外產(chǎn)生兩個傳輸零點，從而獲得了寬帶和高選擇性的特性；由于所述一個波長主傳輸線13與第一和第二枝節(jié)加載型多模諧振器間4、5特殊的耦合拓撲，通帶兩側(cè)產(chǎn)生了兩個額外的傳輸零點，同時，通過在輸出端口處加載開路枝節(jié)，帶外產(chǎn)生了第5個位于二次諧波處的零點，從而改善了該功分濾波器的帶外抑制性能；此外，通過巧妙地在諧振器之間引入隔離電阻，提高了該功分器兩輸出端口間的隔離水平和端口匹配性能。

本發(fā)明一種高選擇性寬帶功分濾波器中，枝節(jié)加載型多模諧振器4、5的二分之一波長諧振器41和51的長度和寬度決定了通帶的位置，調(diào)節(jié)對稱面枝節(jié)加載單元42、43、52、53的長度和寬度可以改變通帶的帶寬以及平坦度，一個波長主傳輸線13二分之一波長諧振器41和51之間的耦合間距以及耦合輸出線23、33分別與二分之一波長諧振器41、52之間的耦合間距對耦合強度影響較大，間距越小耦合強度越大；終端開路枝節(jié)22和32的長度對二次諧波抑制水平影響較大，調(diào)節(jié)該長度可實現(xiàn)二次諧波抑制終端開路枝節(jié)22和32寬度對帶內(nèi)匹配特性有一定影響，線寬越窄，匹配特性越好；此外，隔離電阻6對兩輸出端口的隔離度影響較大，調(diào)節(jié)隔離電阻阻值的大小，可獲得最佳隔離度。

本發(fā)明在制造上通過印制電路板制造工藝對電路基板正面及背面的金屬面進行加工腐蝕，從而形成所需的金屬圖案，結(jié)構(gòu)簡單，可在單片PCB板上實現(xiàn)，便于加工集成，生產(chǎn)成本低。同時，利用枝節(jié)加載型多模諧振器和一個波長主傳輸線場分布特性，獲得良好的功率分配特性和濾波特性，通過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)明的寬帶功分濾波器選擇性高、插入損耗小、帶外抑制性能好，適用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1

一種高選擇性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7相對介電常數(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：W_p＝1.18mm，W＝0.4mm，W_stub＝0.1mm，L₁＝38.4mm，L₂＝15.5mm，L₃＝20.9mm，L₄＝17.8mm，L₅＝6.8mm，L₆＝1mm，L₇＝1.6mm，L_p1＝6mm，L_f1＝7mm，L_p2＝6mm，L_f2＝4.8mm，L_stub＝10mm，g＝0.2mm,R＝80Ω。功分濾波器不包括50歐姆微帶線導(dǎo)帶的總面積為40.6×27.9mm²，對應(yīng)的導(dǎo)波長尺寸為0.54λ_g×0.37λ_g，其中λ_g為通帶中心頻率對應(yīng)的導(dǎo)波波長。

本實例功分濾波器是在電磁仿真軟件HFSS.13.0中建模仿真的。圖4是本實例中功分濾波器的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2.47GHz，相對帶寬為22.3％，通帶內(nèi)回波損耗低于15dB，最小插入損耗為0.44dB。通帶外有六個傳輸零點使得該實例功分濾波器具有很好的頻率選擇性和二次諧波抑制性。

圖5是本實例中功分濾波器的兩個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，該實例功分濾波器通帶內(nèi)的輸出端口回波損耗低于12.1dB，隔離度好于15dB。

綜上所述，本發(fā)明一種高選擇性寬帶功分濾波器，結(jié)合枝節(jié)加載型多模諧振器和一個波長終端開路傳輸線的場分布特性，利用諧振器間接隔離電阻，輸出端加載開路枝節(jié)，實現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低、選擇性高、隔離度好、具有較好帶外抑制性能的寬帶功分濾波器，該功分濾波器非常適用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)。