一种带滤波功能的小型化混合环的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带滤波功能的小型化混合环，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一滤波K变换器、第二滤波K变换器、第三滤波K变换器及滤波-K变换器，其中第一滤波K变换器连接在第一端口及第二端口之间，第二滤波K变换器连接在第一端口及第三端口之间，第三滤波K变换器连接在第三端口及第四端口之间，滤波-K变换器连接在第二端口及第四端口之间。本发明体积小、谐波抑制性能好、有宽阻带特性和好的隔离度。
【专利说明】一种带滤波功能的小型化混合环
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波通信【技术领域】，特别涉及一种带滤波功能的小型化混合环。
【背景技术】
[0002]随着无线通信的迅猛发展，无线设备的复杂度及其对便携性的要求不断提升，这对无线通信设备的小型化提出了更高要求。射频/微波前端电路是无线系统设备和终端的重要组成部分，除了包括有源器件(如放大器、混频器等)外，混合环等无源器件也是其重要组件。有源器件的小型化技术已经很成熟，而无源器件仍然面临小型化的关键技术难题。
[0003]混合环广泛应用在现代微波电路系统中，例如混频器、功率放大器和天线馈电结构等。传统的混合环由3段四分之一波长传输线和I段四分之三波长传输线构成，体积大且存在高次谐波。
[0004]针对小型化问题，国内外学者采用的设计方法主要有:1)用结构紧凑的元件来取代四分之一波长传输线或四分之三波长传输线；2)其他小型化方法，例如采用微波C元件、折叠线、缺陷地结构、阶跃阻抗结构、T型等效结构、耦合线、改良后的T等效电路模型等。
[0005]针对谐波抑制，主要采用以下方法:1)缺陷地结构和阶跃阻抗的引入，不但实现了混合环的小型化，而且抑制了谐波；2)平行线耦合结构，以实现小型化和谐波抑制；3)用两组并联准集中绕线电感器和叉指电容，产生两个传输零点，从而抑制高次谐波:4)采用高阻抗传输线和叉指电容来抑制二次谐波。
[0006]在射频前端电路中，混合环和带通滤波器经常共存于一个系统中，常规设计方法是把两个器件都是独立设计后级联为一体，整体电路体积没有显著降低。为进一步减小整体电路体积，国内外学者提出了以下设计方案:1)用四TEOl模介质谐振器来集成二者；2)基于微带网状滤波器的高阻带隔离的混合环；3)基于四分之一波长和半波长微带谐振器的结构紧凑的180度滤波电桥；4)基于支节线加载阶跃阻抗谐振器的双通带混合环；5)基于LTCC的小型化带通混合环。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于采用四个具有带通响应特性的滤波土K变换器来取代传统混合环中的四分之一波长传输线或四分之三波长传输线，提供一种带滤波功能的小型化混合环。
[0008]本发明采用如下技术方案:
[0009]一种带滤波功能的小型化混合环，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一滤波K变换器、第二滤波K变换器、第三滤波K变换器及滤波-K变换器，其中第一滤波K变换器连接在第一端口及第二端口之间，第二滤波K变换器连接在第一端口及第三端口之间，第三滤波K变换器连接在第三端口及第四端口之间，滤波-K变换器连接在第二端口及第四端口之间。
[0010]所述第一、第二、第三滤波K变换器结构相同，均由2根两端加载了电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成L型，由电容Ce串联构成非对称结构即II型耦合结构。
[0011]所述滤波-K变换器也由2根两端加载电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成U型，由电容Ce并联构成对称结构即I型耦合结构。
[0012]所述构成滤波K变换器和滤波-K变换器的短路传输线的参数相同，长度为36.1謹，宽度为0.3謹。
[0013]所述中间介质基板的相对介电常数为3.38,厚度为0.81mm。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明体积小、谐波抑制性能良好、具有宽频阻带特性和良好的隔离度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明一种集成了滤波功能的小型化混合环的原理框图；
[0017]图2 (a)是本发明滤波-K变换器(I型耦合结构)的等效电路，图2 (b)是本发明滤波K变换器(II型耦合结构)的等效电路。
[0018]图3是本发明I型耦合结构的仿真结果；
[0019]图4是本发明II型耦合结构的仿真结果；
[0020]图5 Ca)是第一端口到第四端口的双通道结构；
[0021]图5 (b)是本发明第一端口激励时的等效电路；
[0022]图6是本发明第四端口激励时的等效电路；
[0023]图7是本发明一种带滤波功能的小型化混合环电路结构图；
[0024]图8是本发明实施例1中第一端口激励时，第一端口和第四端口间隔离度的仿真和实测值比较图；
[0025]图9 Ca)是第一端口激励时，同相工作时的Sn、S21和S31的仿真和实测结果对比图；
[0026]图9 (b)是第一端口激励时，同相工作时的通带内S21和S31的仿真和实测结果细节对比图；
[0027]图9 (C)是第一端口激励时，同相工作时的Z S21- Z S31仿真和实测结果对比图；
[0028]图10 (a)、(b)、(C)是第一端口激励时，反向工作时的仿真和实测结果比较图，其中图10 Ca)是第一端口激励时，反相工作时的Sn、S21和S31的仿真和实测结果对比图；图10 (b)是第一端口激励时，反相工作时的Z S21- Z S3的仿真和实测结果细节对比图；图10(C)是第一端口激励时，反相工作时的S22，S33和S41仿真和实测结果对比图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0030]实施例
[0031]如图1所示，一种带滤波功能的小型化混合环，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构包括第一端口 P1、第二端口 P2、第三端口 P3、第四端口P4、第一滤波K变换器、第二滤波K变换器、第三滤波K变换器及滤波-K变换器，第一、第二、第三滤波K变换器用来取代四分之一波长传输线，-K滤波变换器用来取代四分之三波长传输线，具体结构为:第一滤波K变换器连接在第一端口 P1及第二端口 P2之间，第二滤波K变换器连接在第一端口 P1及第三端口 P3之间，第三滤波K变换器连接在第三端口及第四端口之间，滤波-K变换器连接在第二端口 P2及第四端口 P4之间。
[0032]如图6所示，所述第一、第二、第三滤波K变换器结构相同，均由2根两端加载了电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成L型，由电容Ce串联构成非对称结构，所述滤波K变换器的等效电路II型耦合结构如图2 (b)所示，耦合结构参数计算如下:Θ =2
7.5°，Θ 2=5.2°，C=8.2pF, CE=1.2pF。工作频率在 470MHz，二次谐波在 2.8GHz (6f。)。
[0033]所述滤波-K变换器由2根两端加载电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成U型，由电容4并联构成对称结构，其等效电路I型耦合结构如图2 (a)所示，I型耦合结构的仿真结果如图3所示，耦合结构参数为θ1=27.5°，θ2=5.2°，C=8.2pF，CE=1.2pF。可见，工作频率fQ在470MHz，二次谐波在2.8GHz (6f0)o
[0034]由图3和图4带宽相同可知，两种耦合结构的Q6和耦合长度相同，这样可使得混合环具有滤波功能。
[0035]因此两种耦合结构可等效为±K变换器，故可以用耦合结构来取代传统混合环中的四分之一波长支节线和四分之三波长支节线，本发明可以同相工作，也可以反向180度工作，具体过程如下:
[0036](I)同相工作
[0037]同相工作时，所有从第一端口的输入功率应该同相等分到第二端口和第三端口，没有功率从第一端口反射出来，也没有电流流入第四端口。
[0038]电路分析如下:首先，整个电路应该考虑到所有输入功率都被分配到第二端口和第三端口。其次，分析如何去实现等功率系数和同相移。
[0039]根据匹配电路，当第一端口被激励时，这个端口应该是匹配的。此外，第四端口不可以出现功率损耗。必要条件可表达如下:
[0040]
【权利要求】
1.一种带滤波功能的小型化混合环，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，其特征在于，所述上层微带结构包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一滤波K变换器、第二滤波K变换器、第三滤波K变换器及-滤波K变换器，其中第一滤波K变换器连接在第一端口及第二端口之间，第二滤波K变换器连接在第一端口及第三端口之间，第三滤波K变换器连接在第三端口及第四端口之间，滤波-K变换器连接在第二端口及第四端口之间。
2.根据权利要求1所述的一种带滤波功能的小型化混合环，其特征在于，所述第一、第二、第三滤波K变换器结构相同，均由2根两端加载了电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成L型，由电容Ce串联构成非对称结构。
3.根据权利要求1所述的一种带滤波功能的小型化混合环，其特征在于，所述滤波-K变换器由2根两端加载电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成U型，由电容Ce并联构成对称结构。
4.根据权利要求1所述的一种带滤波功能的小型化混合环，其特征在于，构成滤波K变换器和构成滤波-K变换器的短路传输线的参数相同，所述短路传输线的长度为36.1_，宽度为0.3mm。
5.根据权利要求1所述的一种带滤波功能的小型化混合环，其特征在于，所述中间介质基板的相对介电常数为3.38，厚度为0.81mm。
【文档编号】H01P5/16GK103904398SQ201410075108
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】赵小兰, 王凯旭, 薛成戴, 章秀银 申请人:华南理工大学