一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，包括輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一多模諧振器、第二多模諧振器、介質(zhì)基板、金屬接地板，第一多模諧振器和第二多模諧振器均為對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器；其中輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一多模諧振器和第二多模諧振器位于介質(zhì)基板的上表面，金屬接地板位于介質(zhì)基板的下表面；第一多模諧振器包含兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)諧振器、兩個(gè)對(duì)稱面枝節(jié)加載單元，第二多模諧振器包含兩個(gè)四分之一波長(zhǎng)諧振器、兩個(gè)對(duì)稱面枝節(jié)加載單元。本發(fā)明巴倫帶通濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配特性，非常適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微波無(wú)源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]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、高度集成、小型化是已經(jīng)成為現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)中非常重要的考慮因素。為實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有多功能集成特性的新型無(wú)源微波器件正成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，其中一個(gè)非常熱門(mén)的課題就是高性能巴倫濾波器的設(shè)計(jì)。
[0003]巴倫濾波器是一個(gè)獨(dú)立的微波無(wú)源器件，它在功能上實(shí)現(xiàn)了射頻電路中濾波器和巴倫的有效結(jié)合，也就是說(shuō)巴倫濾波器兼?zhèn)淞诵盘?hào)的濾波以及功率的等幅反向分配的功能。因此，高性能的巴倫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)。
[0004]2OO7 年，Lap Kun Yeung 和 Ke-Li Wu 在 IEEE Transact1n.Microwave TheoryTechnique 期刊(vol.55, n0.11, pp.2406-2411, 2007)上發(fā)表“A Dual-Band Coupled-LineBalun Filter”，提出在Marchand巴倫的理論基礎(chǔ)上結(jié)合階梯阻抗諧振器的諧振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)巴倫濾波器的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法雖然設(shè)計(jì)理論較為簡(jiǎn)單，但是由于該結(jié)構(gòu)引入了階梯阻抗諧振器，使得所設(shè)計(jì)的巴倫濾波器的帶寬較窄。此外，由于該電路涉及到三線耦合，使得必須采用鋸齒形的耦合形式來(lái)增強(qiáng)階梯阻抗諧振器和主傳輸線間的耦合強(qiáng)度，因此該巴倫濾波器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，電路尺寸也較大。
[0005]2007 年，Eul-Young Jung 和 Hee-Yong Hwang 在 IEEE Microwave WirelessComponents Letters 期刊(vol.17, n0.9, pp.652-654, 2007)上發(fā)表 “A Balun-BPF Usinga Dual Mode Ring Resonator”，提出在環(huán)形諧振器上對(duì)稱地放置兩個(gè)輸出端口，同時(shí)引入開(kāi)路短截線來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的平衡輸出以及雙模的帶通特性，但是，由于該結(jié)構(gòu)引入了步進(jìn)阻抗，使結(jié)構(gòu)不再對(duì)稱，導(dǎo)致巴倫濾波器的平衡輸出性能較差，同時(shí)由于未引入電容加載，該巴倫濾波器的尺寸較大。
[0006]2008 年，Vicente Gonzalez-Posadas, Carlos Martln-Pascual, JoseLuisJimenez-Martln, and Daniel Segovia-Vargas在 IEEE Transact1ns on Antennas andPropagat1n 期刊(vol.01, n0.56, pp.2101-2107, 2008)上發(fā)表 “Lumped-Element Balunfor UHF UffB Printed Balanced Antennas”，提出通過(guò)低通和高通濾波器之間的相互搭配來(lái)設(shè)計(jì)巴倫濾波器的方法。雖然這種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的巴倫在低頻段具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，但是由于集總元件的相關(guān)特性，它也有損耗大、帶寬較窄以及振幅和相位吻合度不高的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是利用多模諧振器的諧振機(jī)理和終端開(kāi)路的主傳輸線的電場(chǎng)分布特性來(lái)提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配性能的雙模巴倫帶通濾波器。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，包括輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一多模諧振器、第二多模諧振器、介質(zhì)基板、金屬接地板，第一多模諧振器和第二多模諧振器均為對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器；其中輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一多模諧振器和第二多模諧振器位于介質(zhì)基板的上表面，金屬接地板位于介質(zhì)基板的下表面；第一多模諧振器包含第一四分之一波長(zhǎng)諧振器、第二四分之一波長(zhǎng)諧振器、第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元，第二多模諧振器包含第三四分之一波長(zhǎng)諧振器、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器、第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元。
[0009]所述的輸入端饋線包括輸入端50歐姆微帶線導(dǎo)帶和終端開(kāi)路的一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線；二端口輸出端饋線包括二端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶和二端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線；三端口輸出端饋線包括三端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶和三端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線；輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線在距離一端口饋點(diǎn)的四分之一波長(zhǎng)處與第一多模諧振器的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器平行耦合，輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線在距離一端口饋點(diǎn)的四分之三波長(zhǎng)處與第二多模諧振器的第四四分之一波長(zhǎng)諧振器平行耦合；二端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線和第一多模諧振器的第二四分之一波長(zhǎng)諧振器平行耦合；三端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線與第二多模諧振器的第三四分之一波長(zhǎng)諧振器平行耦合。
[0010]所述二端口輸出端饋線和三端口輸出端饋線的結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一多模諧振器和第二多模諧振器均為結(jié)構(gòu)尺寸相同的對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器。
[0011 ] 所述第一多模諧振器的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器和第二四分之一波長(zhǎng)諧振器相互垂直，第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元相互連接，并分別與第一四分之一波長(zhǎng)諧振器、第二四分之一波長(zhǎng)諧振器成45度角分布，第二多模諧振器的第三四分之一波長(zhǎng)諧振器、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器相互垂直，第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元相互連接，并分別與第三四分之一波長(zhǎng)諧振器、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器成45度角分布。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:(I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在單片PCB板上實(shí)現(xiàn)，便于加工集成，生產(chǎn)成本低；(2)具有提供等幅反向信號(hào)、阻抗匹配和頻率上的濾波的作用，為平衡天線等射頻元件饋電時(shí)無(wú)需再使用阻抗匹配段和濾波器；(3)選擇性好、插入損耗小、輸出端口具有良好匹配性能等特性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明基于多模諧振器的多模巴倫帶通濾波器實(shí)施例1的S參數(shù)仿真圖。
[0017]圖5是本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器實(shí)施例1的兩個(gè)輸出端口幅度差的仿真圖。
[0018]圖6是本發(fā)明一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器實(shí)施例1的兩個(gè)輸出端口相位差的仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0020]結(jié)合圖1?2，本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，包括輸入端饋線1、二端口輸出端饋線2、三端口輸出端饋線3、第一多模諧振器4、第二多模諧振器5、介質(zhì)基板
6、金屬接地板7，第一多模諧振器4和第二多模諧振器5均為對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器；其中輸入端饋線1、二端口輸出端饋線2、三端口輸出端饋線3、第一多模諧振器4和第二多模諧振器5位于介質(zhì)基板6的上表面，金屬接地板7位于介質(zhì)基板6的下表面；第一多模諧振器4包含第一四分之一波長(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)加載單元43、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元44，第二多模諧振器5包含第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52、第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元54。
[0021]所述的輸入端饋線I包括輸入端50歐姆微帶線導(dǎo)帶11和終端開(kāi)路的一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線12 ;二端口輸出端饋線2包括二端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶21和二端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線22 ;三端口輸出端饋線3包括三端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶31和三端口輸出端四分之一波長(zhǎng)親合線32 ;輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線12在距離一端口饋點(diǎn)的四分之一波長(zhǎng)處與第一多模諧振器4的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41平行耦合，輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線12在距離一端口饋點(diǎn)的四分之三波長(zhǎng)處與第二多模諧振器5的第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52平行親合；二端口輸出端四分之一波長(zhǎng)親合線22和第一多模諧振器4的第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42平行親合；三端口輸出端四分之一波長(zhǎng)親合線32與第二多模諧振器5的第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51平行親合。
[0022]所述二端口輸出端饋線2和三端口輸出端饋線3的結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一多模諧振器4和第二多模諧振器5均為結(jié)構(gòu)尺寸相同的對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器。
[0023]所述第一多模諧振器4的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41和第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42相互垂直，第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元43、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元44相互連接，并分別與第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41、第二四分之一波長(zhǎng)諧振器42成45度角分布，第二多模諧振器5的第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52相互垂直，第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元54相互連接，并分別與第三四分之一波長(zhǎng)諧振器51、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器52成45度角分布。
[0024]本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，其中第一多模諧振器4和第二多模諧振器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)加載單元43、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元44、第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元54可以改變兩個(gè)模式的位置，從而使得通帶更加平坦；輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線12和與其平行耦合的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器41、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。
[0025]本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，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。
[0026]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。
[0027]實(shí)施例1
[0028]基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器的結(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(duì)介電常數(shù)為3.38，厚度為0.635mm，損耗角正切為0.0035。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= 1.4mm。結(jié)合圖3，巴倫濾波器的各尺寸參數(shù)如下-W1= 1.4mm，L1= 4mm, W2= 1.2mm，L2= 69mm,W3= 1.4mm，L 3= 4mm，ff 4= 0.7mm，L 4= 14.35mm，ff 5= 0.7mm，L 5= 28.3mm，W6= 0.6mm，L6= 1.2mm，W7=L 6mm，L 7= 2.6mm，S1=0.1mm，S2=0.1mm。巴倫濾波器的整體面積為35 X 75mm，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波長(zhǎng)尺寸為0.75 λ gX 1.63 λ g，其中λ 通帶中心頻率對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波波長(zhǎng)。
[0029]本實(shí)例巴倫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)例中巴倫濾波器的S參數(shù)仿真圖，從圖中可以看出，該巴倫濾波器的通帶中心頻率為3.45GHz，相對(duì)帶寬為17.4%，通帶內(nèi)回波損耗低于15dB。通帶外分別有四個(gè)傳輸零點(diǎn)使得該實(shí)例巴倫濾波器具有很好的選擇性。
[0030]圖5是本實(shí)例中巴倫濾波器的兩個(gè)平衡輸出端口幅度差，從圖中可以看出，該實(shí)例巴倫濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)平衡輸出端口幅度差在0.4dB以內(nèi)。
[0031]圖6是本實(shí)例中巴倫濾波器的兩個(gè)平衡輸出端口相位差，從圖中可以看出，該實(shí)例巴倫濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)平衡輸出端口相位差在180 ± 5度以內(nèi)。
[0032]綜上所述，本發(fā)明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，結(jié)合多模諧振器和終端開(kāi)路的傳輸線的場(chǎng)分布特性實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配性能的雙模巴倫帶通濾波器，該巴倫濾波器非常適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，其特征在于:包括輸入端饋線(1)、二端口輸出端饋線(2)、三端口輸出端饋線(3)、第一多模諧振器(4)、第二多模諧振器(5)、介質(zhì)基板出)、金屬接地板(7)，第一多模諧振器(4)和第二多模諧振器(5)均為對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器；其中輸入端饋線(I)、二端口輸出端饋線(2)、三端口輸出端饋線(3)、第一多模諧振器(4)和第二多模諧振器(5)位于介質(zhì)基板￠)的上表面，金屬接地板(7)位于介質(zhì)基板出)的下表面；第一多模諧振器(4)包含第一四分之一波長(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)加載單元(43)、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(44)，第二多模諧振器(5)包含第三四分之一波長(zhǎng)諧振器(51)、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器(52)、第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(53)、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(54)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，其特征在于:所述的輸入端饋線(I)包括輸入端50歐姆微帶線導(dǎo)帶(11)和終端開(kāi)路的一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線(12);二端口輸出端饋線(2)包括二端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶(21)和二端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線(22);三端口輸出端饋線(3)包括三端口輸出端50歐姆微帶線導(dǎo)帶(31)和三端口輸出端四分之一波長(zhǎng)親合線(32);輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線(12)在距離一端口饋點(diǎn)的四分之一波長(zhǎng)處與第一多模諧振器(4)的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器(41)平行耦合，輸入端一個(gè)波長(zhǎng)的主傳輸線(12)在距離一端口饋點(diǎn)的四分之三波長(zhǎng)處與第二多模諧振器(5)的第四四分之一波長(zhǎng)諧振器(52)平行親合；二端口輸出端四分之一波長(zhǎng)親合線(22)和第一多模諧振器(4)的第二四分之一波長(zhǎng)諧振器(42)平行耦合；三端口輸出端四分之一波長(zhǎng)耦合線(32)與第二多模諧振器(5)的第三四分之一波長(zhǎng)諧振器(51)平行耦入口 ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，其特征在于:所述二端口輸出端饋線(2)和三端口輸出端饋線(3)的結(jié)構(gòu)尺寸相同，第一多模諧振器(4)和第二多模諧振器(5)均為結(jié)構(gòu)尺寸相同的對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，其特征在于:所述第一多模諧振器(4)的第一四分之一波長(zhǎng)諧振器(41)和第二四分之一波長(zhǎng)諧振器(42)相互垂直，第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(43)、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(44)相互連接，并分別與第一四分之一波長(zhǎng)諧振器(41)、第二四分之一波長(zhǎng)諧振器(42)成45度角分布，第二多模諧振器(5)的第三四分之一波長(zhǎng)諧振器(51)、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器(52)相互垂直，第三對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(53)、第四對(duì)稱面枝節(jié)加載單元(54)相互連接，并分別與第三四分之一波長(zhǎng)諧振器(51)、第四四分之一波長(zhǎng)諧振器(52)成45度角分布。
【文檔編號(hào)】H01P1/203GK105826640SQ201510005660
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日
【發(fā)明人】蔡傳濤, 黃烽, 林善明, 顧輝, 王建朋
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)