超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，主要解決現(xiàn)有技術(shù)的功率分配器帶寬過窄問題。其包括微帶介質(zhì)基板(1)，輸入端口(2)，兩個(gè)輸出端口(7，8)，上下兩個(gè)寬帶濾波器(3，4)，上寬帶濾波器(3)由高通濾波單元(31)、階梯阻抗傳輸線(32)和低通濾波單元(33)級聯(lián)而成。高通濾波單元由主傳輸線和一對短路枝節(jié)組成，低通濾波單元由三段低阻抗傳輸線和四對高阻抗枝節(jié)交替級聯(lián)而成，高、低通濾波單元之間通過階梯阻抗傳輸線匹配連接；下寬帶濾波器(4)與上寬帶濾波器(3)結(jié)構(gòu)相同，對稱設(shè)置，兩者之間設(shè)有隔離電阻(6)。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)3GHz到16GHz的帶通濾波響應(yīng)，可用于無線通信系統(tǒng)射頻前端。
【專利說明】
超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，可用于無 線通信系統(tǒng)射頻前端。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對信息傳輸系統(tǒng)的要求越來越高，希望獲得更多 的頻譜資源，來提高數(shù)據(jù)的傳輸速率、提高系統(tǒng)的安全性以及減小生產(chǎn)成本等。在此背景之 下，超寬帶UWB技術(shù)以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗小、安全性高、不易產(chǎn)生干擾、數(shù)據(jù)傳輸 速率高等特點(diǎn)成為目前無線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在無線通信系統(tǒng)中，功分器與濾波 器是兩款重要的微波器件，經(jīng)常一起被應(yīng)用于通信系統(tǒng)的射頻前端的電路中，由于這兩款 無源器件在射頻前端占據(jù)比較大的空間，在很大程度上限制了無線通信系統(tǒng)的小型化設(shè) 計(jì)。傳統(tǒng)的方法是將功分器和濾波器進(jìn)行單獨(dú)的小型化設(shè)計(jì)，這樣能使整個(gè)系統(tǒng)在一定程 度上得到縮小，但是整體縮小的空間比較有限，此外，在對功分器和濾波器的小型化設(shè)計(jì) 中，有一部分是以犧牲插入損耗作為代價(jià)的。近年來，逐漸有一部分研究人員提出了一種將 濾波器與功分器集成化設(shè)計(jì)的方案，在一個(gè)電路結(jié)構(gòu)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功分器與濾波器的功能， 這樣不僅能減小電路的體積，還能使系統(tǒng)的損耗得到改善。
[0003] 超寬帶UWB技術(shù)最早以軍事雷達(dá)為主要用途，后于2002年2月14日解禁，美國聯(lián)邦 通信委員會(huì)FCC規(guī)定："在發(fā)送功率低于美國放射噪音規(guī)定值一41.3dBm/MHz，即功率則為 lmW/MHz的條件下，可將3.1G~10.6GHz的頻帶用于對地下和隔墻之物進(jìn)行掃描的成像系 統(tǒng)、汽車防撞雷達(dá)以及在家電終端和便攜式終端間進(jìn)行測距和無線數(shù)據(jù)通信"。
[0004] 2008年3月Zhewang Ma和Wenqing He等人在IEEE MTT-S International會(huì)議 (June .15-20，ρρ· 435-438,2008)上發(fā)表了 "A Novel Compact Ultra-Wideband Bandpass Filter Using Microstrip Stub-Loaded Dual-Mode Resonator Doublets"，提出了一種 超寬帶濾波器，該濾波器能實(shí)現(xiàn)3.3-10.4GHz的超寬帶，超寬帶工作帶寬僅覆蓋3.3-10.4GHz，且不能進(jìn)行功分。
[0005] 2010年 1 月Kaijun Song,等人在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS 期刊（vol .20, no. l，pp. 28-30，2011)上發(fā)表了" Novel Ultra-Wideband(UWB) Multilayer Slotline Power Divider With Bandpass Response"，提出一種超寬帶具有 濾波特性的功分器，該方法雖能進(jìn)行功分，但是頻段覆蓋只能達(dá)到3.1GHz到11.5GHz，這只 是剛剛覆蓋超寬帶所定義頻段范圍，無法進(jìn)一步延伸，以達(dá)到更寬的頻帶范圍，以至于無法 使用在衛(wèi)星通信的Ku波段，同時(shí)此濾波響應(yīng)通帶邊緣下降速率較慢，裙邊陡峭程度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種能進(jìn)一步延伸帶寬的超寬帶 濾波響應(yīng)功率分配器，以將通帶帶寬延伸到能覆蓋五個(gè)倍頻程，即實(shí)現(xiàn)3GHz到16GHz的頻 段，滿足14/12GHZ衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的頻段要求。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，包括微帶介質(zhì)基板、輸入 端口、兩個(gè)輸出端口、上下對稱的兩個(gè)寬帶濾波器;該兩個(gè)寬帶濾波器和輸入輸出端口刻蝕 在介質(zhì)基板的上面，介質(zhì)基板的下面為金屬接地板;上寬帶濾波器的兩端分別與輸入端口 和第一輸出端口連接，下寬帶濾波器的兩端分別與輸入端口和第二輸出端口連接，其特征 在于，每個(gè)寬帶濾波器，由高通濾波單元，階梯阻抗傳輸線，低通濾波單元級聯(lián)而成；
[0008] 所述高通濾波單元，由主傳輸線和一對短路枝節(jié)組成，用于實(shí)現(xiàn)3GHz高通濾波響 應(yīng)；
[0009] 所述低通濾波單元，選用串萌蘆型高低阻抗諧振器結(jié)構(gòu)，由三段低阻抗傳輸線和 四對高阻抗枝節(jié)交替級聯(lián)而成，用于實(shí)現(xiàn)16GHz低通濾波響應(yīng)；
[0010] 高通濾波單元與低通濾波單元通過階梯阻抗傳輸線匹配連接，即主傳輸線與四對 高阻抗枝節(jié)分別連接到階梯阻抗傳輸線的兩端，實(shí)現(xiàn)超寬帶濾波功能。
[0011] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 1.本發(fā)明由于在功率分配器的兩條支路采用了多級傳輸線級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功分 器的超寬帶特性；
[0013] 2.本發(fā)明通過在功率分配器的主傳輸線上加載一對短路枝節(jié)組成了高通濾波單 元，實(shí)現(xiàn)功分器頻率低端的濾波特性，將通帶低端截止頻率降低到3GHz;
[0014] 3.本發(fā)明通過在功率分配器的輸出端口前級聯(lián)了串萌蘆型高低阻抗諧振器結(jié)構(gòu) 的低通濾波單元，實(shí)現(xiàn)了功分器頻率高端的濾波特性，將通帶高端截止頻率提升到16GHz。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明中上、下對稱的兩個(gè)寬帶濾波器結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明中低通濾波單元放大結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的輸入端口到輸出端口傳輸系數(shù)曲線圖；
[0019] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的輸入端口的回波損耗和輸出端口隔離曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：
[0021] 參照圖1、圖2和圖3,本發(fā)明主要由微帶介質(zhì)基板1，輸入端口 2,兩個(gè)輸出端口 7、8， 上下兩個(gè)寬帶濾波器3、4,上下兩個(gè)高通濾波單元31、41，上下兩根階梯阻抗傳輸線32、42， 上下兩個(gè)低通濾波單元33、43，金屬接地板5，隔離電阻6組成，其中：
[0022]所述微帶介質(zhì)基板1，采用介電常數(shù)為2.45,板厚為1mm的雙面覆銅介質(zhì)基板，雙面 覆銅板下面為金屬接地板5;
[0023] 所述上下兩個(gè)高通濾波單元31、41結(jié)構(gòu)相同，且對稱放置，即上高通濾波單元31由 長為Li，寬為奶的傳輸線311和長為L 4,寬為W4的兩個(gè)并聯(lián)短路枝節(jié)312組成，與之相同，下高 通濾波單元41由長為U '，寬為W1 '的傳輸線411和長為L4 '，寬為W4'的兩個(gè)并聯(lián)短路枝節(jié)412 組成，其中 Li = Li，=18mm，wi=wi，=4mm，L4 = L4, =3 · 2mm、W4=W4, =0 · 5mm，通過這兩個(gè)高通 濾波單元31、41實(shí)現(xiàn)36抱的高通響應(yīng)；
[0024] 所述上下兩個(gè)低通濾波單元33,43均選用串萌蘆型高低阻抗諧振器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，且 對稱放置，即上低通濾波單元33分別由低阻抗線331和高阻抗線332組成，其中，低阻抗線分 為三段，左邊段與右邊段的長均為W9 = 2*L6+W7，寬均為L7，中間段的長為W6，寬為L7 ;高阻抗 線分為四段，每段長均為U，寬均為W5。與之相同，下低通濾波單元43分別由低阻抗線431與 高阻抗線432組成，其中，低阻抗線分為三段，左邊段與右邊段長均為 W9 ' = 2*L6 ' +w7 '，寬均 為IV，中間段長為W6'，寬為IV;高阻抗線分為四段，長均為L5'，寬均為w 5'，如圖3所示。其中 W9=W9' = 12.4mm，L7 = L7' = 0.4mm，W6=W6' = 4mm ； Ls = Ls' = 0.4mm，W5=W5' = 0.8mm，通過這 種串萌蘆型高低阻抗諧振器結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)16GHz的低通響應(yīng)。
[0025] 上高通濾波單元31與上低通濾波單元33通過50歐姆級聯(lián)傳輸線32匹配連接，共同 組成上寬帶濾波器3,與之相同，下寬帶濾波器4也由這三部分組成，即下高通濾波單元41與 下低通濾波單元43通過50歐姆級聯(lián)傳輸線42匹配連接，它們共同組成了上下對稱的兩個(gè)寬 帶濾波器3和4。其中，傳輸線32的長為L3 = 8mm，寬為W3 = 2.73mm。
[0026] 所述隔離電阻6設(shè)置在該上下對稱的兩個(gè)寬帶濾波器3和4之間，隔離電阻6的大小 決定了功分器的隔離特性，本實(shí)例共設(shè)有七個(gè)阻值相同電阻，即：
[0027] 1^ = 1^2 = 1^3 = 1^4=1^5 = 1^6 = 1^7 = 2〇〇 Ω。
[0028] 本發(fā)明的效果可通過以下仿真進(jìn)一步說明：
[0029] 仿真1，對本發(fā)明超寬帶濾波響應(yīng)功分器的傳輸特性進(jìn)行仿真，結(jié)果由圖4,其中， S21(dB)曲線代表輸入端口 2到第一輸出端口 7之間的傳輸特性;S31(dB)曲線代表了輸入端 口 2到第二輸出端口 8之間的傳輸特性。
[0030] 由圖4可知，該超寬帶濾波響應(yīng)功分器實(shí)現(xiàn)了3-16GHZ頻段內(nèi)的濾波功分響應(yīng)，分 配和插入損耗小于4.5dB。
[0031] 仿真2,對本發(fā)明超寬帶濾波響應(yīng)功分器的反射特性與隔離度特性進(jìn)行仿真，結(jié)果 由圖5，其中Sn (dB)曲線代表輸入端口 2的反射特性，S23 (dB)代表輸出端口 7和輸出端口 8之 間的隔離度特性曲線。
[0032] 由圖5可知，本發(fā)明超寬帶濾波器的反射特性曲線Sn中最大值小于_8dB，輸出端口 之間隔離度S23大于10dB。
[0033] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，包括微帶介質(zhì)基板（1)、輸入端口（2)、兩個(gè)輸出端 口（7,8)、上下兩個(gè)寬帶濾波器(3,4);該兩個(gè)寬帶濾波器和輸入輸出端口刻蝕在介質(zhì)基板 (1)的上面，介質(zhì)基板（1)的下面為金屬接地板(5);上寬帶濾波器(3)的兩端分別與輸入端 口（2)和第一輸出端口（7)連接，下寬帶濾波器(4)的兩端分別與輸入端口（2)和第二輸出端 口（8)連接，其特征在于， 所述上寬帶濾波器（3)，由高通濾波單元（31)，階梯阻抗傳輸線（32)，低通濾波單元 (33)級聯(lián)而成； 該高通濾波單元(31)，由主傳輸線（311)和一對短路枝節(jié)（312)組成，用于實(shí)現(xiàn)3G化高 通濾波響應(yīng)； 該低通濾波單元(33)，選用串葫蘆型高低阻抗諧振器結(jié)構(gòu)，由Ξ段低阻抗傳輸線（331) 和四對高阻抗枝節(jié)(332)交替級聯(lián)而成，用于實(shí)現(xiàn)16G化低通濾波響應(yīng)； 高通濾波單元(33)與低通濾波單元(31)通過階梯阻抗傳輸線(32)匹配連接，即主傳輸 線(311)與四對高阻抗枝節(jié)(332)分別連接到階梯阻抗傳輸線(32)的兩端，實(shí)現(xiàn)超寬帶濾波 功能； 所述下寬帶濾波器(4)，與上寬帶濾波器(3)結(jié)構(gòu)相同，且對稱放置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，其特征在于，上寬帶濾波器(3) 與下寬帶濾波器(4)分別位于第一輸出端口（7)與第二輸出端口（8)，上寬帶濾波器(3)中的 主傳輸線與下寬帶濾波器(4)對稱的主傳輸線中間加載有屯個(gè)相同的隔離電阻(6)用于對 第一輸出端口（7)與第二輸出端口（8)進(jìn)行隔離，實(shí)現(xiàn)超寬帶功率分配。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，其特征在于，高通濾波單元上主 傳輸線（311)的特征阻抗小于50歐姆，長度^滿足AgL/4 < ^ <AgL，其中，AgL表示中間變量， 義W =C/訴X^)，fcL為高通濾波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介 電常數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，其特征在于一對短路枝節(jié)(312) 的長度L4 = AgL/4組成，兩枝節(jié)之間的間距滿足Ls = AgL/2,其中，AgL表示中間變量， 二c/(/；￡ X Vi)，f CL為高通濾波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介 電常數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，其特征在于，低阻抗線（331)特 性阻抗小于50歐姆，長度b<AgH/4,其中AgH表示中間變量，igM =c/(，心X ，fcH為低通濾 波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介電常數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，其特征在于，高阻抗線（332)特 性阻抗大于50歐姆，長度Ls<AgH/4，其中AgH表示中間變量，Igg = c/(/w X ，fCH為低通 濾波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介電常數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶濾波響應(yīng)功率分配器，其特征在于微帶介質(zhì)基板（1)采 用介電常數(shù)為2.45,板厚為1mm的雙面覆銅板，其上面為金屬刻蝕面作為微帶線面，下面的 金屬面作為接地板(5)。
【文檔編號】H01P5/16GK106099298SQ201610472931
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】吳邊, 劉津林, 徐揚(yáng), 夏磊, 李龍
【申請人】西安電子科技大學(xué)