[技術領域]

本發(fā)明涉及射頻前端電路的微波無源器件，尤其涉及一種功分濾波器。

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背景技術：
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近年來，隨著模塊結構單元(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)代無線通信系統(tǒng)集成設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成，如濾波器，功分器等，而單獨設計這些器件無疑增加了前端電路的物理尺寸，因此，設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，受到了學術研究者的廣泛關注。

文獻1[y.c.li,q.xueandx.y.zhang,“single-anddual-bandpowerdividersintegratedwithbandpassfilters,”ieeetrans.microw.theorytech.,vol.61,no.1,pp.69-76,jan.2013.]通過把威爾金森功分器的四分之一波長傳輸線替換成雙通帶濾波器，實現(xiàn)了一種帶有增強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通帶帶寬窄，隔離度不高。

文獻2[q.li,y.zhangandy.fan,“dual-bandin-phasefilteringpowerdividersintegratedwithstub-loadedresonators,”ietmicrow.antennaspropag.,vol.9,no.7,pp.695-699,may2015.]通過集成兩個枝節(jié)加載型諧振器，設計了一種雙通帶功分濾波器，雖然結構緊湊，但是實現(xiàn)的仍然是兩個窄帶的通帶。

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

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技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種結構緊湊、損耗低、選擇性高、隔離度好的功分濾波器。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是，一種功分濾波器，包括雙面、矩形的pcb板和兩個隔離電阻，pcb板包括頂面的電路層、介質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板的中軸線為對稱軸對稱布置，所述的中軸線為pcb板的長軸；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、四分之一波長開路線和二分之一波長開路線，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、四分之一波長開路線和二分之一波長開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歐姆微帶線導帶的前段包括s形等長直角彎折，后段為直線段；s形等長直角彎折由兩個等邊的門形的傳輸線串接而成；終端短路主傳輸線的后端通過金屬化過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歐姆微帶線導帶，包括串接的兩直線段，第一直線段起始于pcb板的長邊，并與pcb板的長邊正交；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，四分之一波長開路線布置在耦合微帶線條帶的外側，包括串接的兩段，四分之一波長開路線第一段的前端與耦合微帶線條帶連接，交角為45°；四分之一波長開路線第二段的前端與四分之一波長開路線第一段的后端連接，交角為135°。

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

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

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

[附圖說明]

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明實施例功分濾波器的立體結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例功分濾波器的俯視圖。

圖3是本發(fā)明實施例功分濾波器的尺寸圖。

圖4是本發(fā)明實施例功分濾波器的s參數(shù)仿真圖。

圖5本發(fā)明實施例功分濾波器的兩個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-第一四分之一波長開路線，7-第二四分之一波長開路線，8-第一二分之一波長開路線，9-第二二分之一波長開路線，10-金屬通孔，11-第一隔離電阻，12-第二隔離電阻；

101-50歐姆微帶線導帶，102-終端短路主傳輸線(阻抗匹配線)。

[具體實施方式]

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

pcb板包括頂面的電路層、介質基板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板的中軸線為對稱軸對稱布置，pcb板的中軸線為pcb板的長軸。

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歐姆微帶線導帶101的前段有一個s形等長直角彎折，后段為直線段。s形等長直角彎折由兩個等邊的門形的傳輸線串接而成。終端短路主傳輸線102的后端通過金屬化過孔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)、四分之一波長開路線(第一四分之一波長開路線6、第二四分之一波長開路線7)和二分之一波長開路線(第一二分之一波長開路線8、第二二分之一波長開路線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，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、第一四分之一波長開路線6和第一二分之一波長開路線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、第二四分之一波長開路線7和第二二分之一波長開路線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歐姆微帶線導帶，包括串接的兩直線段，第一直線段起始于pcb板的長邊，并與pcb板的長邊正交。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歐姆微帶線導帶，包括串接的兩直線段，第一直線段起始于pcb板的長邊，并與pcb板的長邊正交。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°。

第一四分之一波長開路線6布置在第一耦合微帶線條帶4的外側，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°。

與此對稱地，第二四分之一波長開路線7布置在第二耦合微帶線條帶5的外側，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°。

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

與此對稱的是，第二二分之一波長開路線9布置在第二四分之一波長開路線7的外側，包括串接的兩段。第二二分之一波長開路線9的第一段與pcb板的中軸線垂直，內側與第二耦合微帶線條帶5的前端連接。第二二分之一波長開路線9第二段的后端與第一段的外端連接，第二二分之一波長開路線9的第二段靠近另一側pcb板的長邊，并與pcb板的長邊平行。

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度；四分之一波長開路線6、7的長度決定了兩個通帶之間零點的位置，長度越長零點頻率越低，寬度影響兩通帶內的端口匹配特性；二分之一波長開路線8、9的長度決定了兩個通帶帶外兩個零點的位置，長度越長零點頻率越低，寬度影響兩通帶內的端口匹配特性；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)明實施例功分濾波器的有關尺寸規(guī)格如圖3所示。所采用的介質基板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歐姆微帶線導帶的總面積為33.45×25mm²，對應的導波長尺寸為0.54λg×0.4λg，其中λg為虛擬寬帶的中心頻率對應的導波波長。

本發(fā)明實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，相對帶寬分別為33.5％和21.2％，通帶內回波損耗均低于18.5db，最小插入損耗分別為0.20db和0.34db。通帶外有三個傳輸零點使得該實例功分濾波器具有很好的頻率選擇性。

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，該實例功分濾波器兩通帶內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，結構簡單，可在單片pcb板上實現(xiàn)，便于加工集成，生產成本低。同時，利用四分之一波長終端短路的三線耦合結構，結合枝節(jié)加載，和阻抗匹配原理，實現(xiàn)了功率分配和頻率選擇功能的集成，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)代無線通信系統(tǒng)。