本发明属于微波无源器件技术领域，具体涉及一种基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器。
背景技术：
近年来，随着移动通信、无线局域网、卫星通信和雷达、遥感技术的快速发展，对通信系统中的射频微波器件提出了小型化的要求。
在微波滤波器产业中，双模滤波器通过引入一个双模谐振器就可以作为一个双调谐的谐振电路，所以对于同一个性能指标的滤波器来说，所需要的谐振器的数目就减半，这样就可以使滤波器的结构更加紧凑，尺寸更加小巧，也正因为如此，其越来越多地被应用于现代无线通信系统的设计中。
巴伦滤波器是一种将巴伦与滤波器功能结合起来的射频微波器件，它不但能够将不平衡信号转化为平衡信号，同时也能对信号起到滤波的功能。对于通信系统来说，将巴伦与滤波器集成在一起形成一个三端口器件，可以有效减少系统的的损耗和尺寸。
2007年，Eul-YoungJung和Hee-YongHwang在IEEEMicrowaveWirelessComponentsLetters期刊(vol.17,no.9,pp.652-654,2007)上发表“ABalun-BPFUsingaDualModeRingResonator”，提出在环形谐振器上对称地放置两个输出端口，同时引入开路短截线来实现信号的平衡输出以及双模的带通特性,但是，由于该结构引入了步进阻抗，使结构不再对称，导致巴伦滤波器的平衡输出性能较差，同时由于未引入电容加载，该巴伦滤波器的尺寸较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器，具有电路结构紧凑、尺寸小、插入损耗低、输出端口匹配特性良好的特点和性能，适用于小型化的现代无线通信系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器，包括介质基板，介质基板一面的金属板作为金属接地板，介质基板另一面的金属板上刻蚀有输入端馈线、二端口输出端馈线、三端口输出端馈线、电容加载方形谐振环、第一微扰短截线、第二微扰短截线；
所述的输入端馈线包括输入端微带线导带和输入端微带耦合线，输入端微带线导带在位于输入端微带耦合线的中心位置与输入端微带耦合线垂直连接，构成T型结构；
二端口输出端馈线包括二端口输出端微带线导带和二端口输出端微带耦合线，二端口输出端微带线导带在位于二端口输出端微带耦合线的中心位置与二端口输出端微带耦合线垂直连接，构成T型结构；
三端口输出端馈线包括三端口输出端微带线导带和三端口输出端微带耦合线，三端口输出端微带线导带在位于三端口输出端微带耦合线的中心位置与三端口输出端微带耦合线垂直连接，构成T型结构；
输入端微带耦合线、二端口输出端微带耦合线和三端口输出端微带耦合线分别与方形谐振环的三个边平行，且二端口输出端馈线和三端口输出端馈线对称设置在方形谐振环的两侧；
输入端微带耦合线、二端口输出端微带耦合线和三端口输出端微带耦合线的长度均与方形谐振环的边长相同；
输入端微带线导带、二端口输出端微带线导带和三端口输出端微带线导带的宽度相等；
输入端微带耦合线、二端口输出端微带耦合线和三端口输出端微带耦合线的宽度相等；
电容加载方形谐振环包含方形谐振环和四个结构相同的电容加载结构，四个电容加载结构分别位于方形谐振环内部的四个角上，相邻的两个电容加载结构关于方形谐振环的中轴线对称；
所述电容加载结构，包括第一微带短截线、第二微带短截线、第三微带短截线、第四微带短截线以及第五微带短截线；第五微带短截线位于方形谐振环的对角线上，第一微带短截线、第二微带短截线、第三微带短截线、第四微带短截线的一端均与第五微带短截线呈45°夹角连接；其中，第一微带短截线和第二微带短截线对称设置在第五微带短截线的两侧并分别与方形谐振环相邻的两个边平行，第三微带短截线和第四微带短截线对称设置在第五微带短截线的两侧并分别与方形谐振环相邻的两个边平行；位于第五微带短截线同一侧的第一微带短截线和第三微带短截线的另一端的端面位于平行于方形谐振环中轴线的同一直线上；
第一微扰短截线与第二微扰短截线以关于方形谐振环中心对称的位置分别与在两个电容加载结构的第五微带短截线连接。
较佳地，输入端微带耦合线、二端口输出端微带耦合线和三端口输出端微带耦合线的宽度小于输入端微带线导带、二端口输出端微带线导带和三端口输出端微带线导带宽度的二分之一。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，(1)巴伦滤波器的结构简单，可在单片PCB板上实现，便与加工，生产成本低；(2)巴伦滤波器具有提供等幅反向信号、阻抗匹配和频率上的滤波的作用，为平衡天线等射频元件馈电时无需再使用阻抗匹配段和滤波器；(3)巴伦滤波器的尺寸小、插入损耗小、输出端口具有良好匹配性能等特性。
附图说明
图1是本发明基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器的结构示意图。
图2是本发明基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器的侧视图。
图3是本发明基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器一个实施例具体尺寸示意图。
图4是图3所示双模巴伦带通滤波器的S参数仿真图。
图5是图3所示双模巴伦带通滤波器的两个输出端口幅度差的仿真图。
图6是图3所示双模巴伦带通滤波器的两个输出端口相位差的仿真图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器，包括介质基板8，介质基板8一面的金属板作为金属接地板7，介质基板8另一面的金属板上刻蚀有输入端馈线1、二端口输出端馈线2、三端口输出端馈线3、电容加载方形谐振环4、第一微扰短截线5、第二微扰短截线6；
所述的输入端馈线1包括输入端微带线导带11和输入端微带耦合线12，输入端微带线导带11在位于输入端微带耦合线12的中心位置与输入端微带耦合线12垂直连接，构成“T”型结构，输入端微带线导带11另一端在使用时外接SMA接头；
二端口输出端馈线2包括二端口输出端微带线导带21和二端口输出端微带耦合线22，二端口输出端微带线导带21在位于二端口输出端微带耦合线22的中心位置与二端口输出端微带耦合线22垂直连接，构成“T”型结构，二端口输出端微带线导带21另一端在使用时外接SMA接头；
三端口输出端馈线3包括三端口输出端微带线导带31和三端口输出端微带耦合线32，三端口输出端微带线导带31在位于三端口输出端微带耦合线32的中心位置与三端口输出端微带耦合线32垂直连接，构成“T”型结构，三端口输出端微带线导带31另一端在使用时外接SMA接头；
输入端微带耦合线12、二端口输出端微带耦合线22和三端口输出端微带耦合线32分别与方形谐振环41的三个边平行，且二端口输出端馈线2和三端口输出端馈线3对称设置在方形谐振环41的两侧。
输入端微带耦合线12、二端口输出端微带耦合线22和三端口输出端微带耦合线32的长度均与方形谐振环41的边长相同；输入端微带线导带11、二端口输出端微带线导带21和三端口输出端微带线导带31的宽度相等；输入端微带耦合线12、二端口输出端微带耦合线22和三端口输出端微带耦合线32的宽度相等；输入端微带耦合线12、二端口输出端微带耦合线22和三端口输出端微带耦合线32的宽度小于输入端微带线导带11、二端口输出端微带线导带21和三端口输出端微带线导带31宽度的二分之一；
电容加载方形谐振环4包含方形谐振环41和四个结构相同的电容加载结构42，四个电容加载结构42位于方形谐振环41内部的四个角上，相邻的两个电容加载结构42关于方形谐振环41的中轴线对称。
所述的位于方形谐振环41内部四个角上的电容加载结构42采用双重箭头形的结构，其中大箭头的两条棱分别为第一微带短截线422和第二微带短截线423，两者大小相同，相互垂直，且分别与方形谐振环41的两条边平行；小箭头的两条棱分别为第三微带短截线424和第四微带短截线425，两者大小相同，相互垂直，且分别与方形谐振环41的两条边平行；箭杆为第五微带短截线421，且与方形谐振器41的两个边成45度夹角，指向方形谐振环41的中心；第一微带短截线422和第三微带短截线424相互平行，第二微带短截线423和第四微带短截线425相互平行。
所述第一微扰短截线5和第一微扰短截线6大小相同，关于方形谐振环41的中心对称，分别位于方形谐振环41对角线上的一对电容加载结构42的第五微带短截线421的延长线上。
实施例
本实施例有关的尺寸规格如图3所示。
所采用的介质基板8相对介电常数为3.55，厚度为0.635mm，损耗角正切为0.0027。
输入端微带线导带11、二端口输出端微带线导带21和三端口输出端微带线导带31的特性阻抗均为50欧姆，其宽度均为W1＝1.4mm。
输入端微带耦合线12、二端口输出端微带耦合线22和三端口输出端微带耦合线32的宽度均为W2＝0.5mm；
第一微扰短截线5、第二微扰短截线6、第一微带短截线422、第二微带短截线423、第三微带短截线424、第四微带短截线425、第五微带短截线421的宽度、方形谐振环41四条边的宽度均为W3＝1mm；
第一微带短截线422和第二微带短截线423的长度为L1＝4.29mm，第三微带短截线424和第四微带短截线425的长度为L2＝2.29mm，第五微带短截线421的长度为L3＝4.81mm；
第一微扰短截线5和第二微扰短截线6的长度为L4＝0.92mm；
方形谐振环41的四条边的长度均为L5＝14.8mm；
输入端微带耦合线12和方形谐振环41之间的间隙宽度为S1＝0.1mm；
第一微带短截线422与方形谐振环41之间的间隙宽度为S2＝0.4mm，第一微带短截线422与第四微带短截线424之间的间隙宽度为S3＝1mm，二端口输出端微带耦合线22与方形谐振环41之间的间隙宽度、三端口输出端微带耦合线32与方形谐振环(41)之间的间隙宽度均为S4＝0.25mm。
巴伦滤波器的整体面积为26×26mm，对应的导波长尺寸为0.208λg×0.208λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
本实施例巴伦滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13中建模仿真的。图4是本实施例中巴伦滤波器的S参数仿真图，从图中可以看出，该巴伦滤波器的通带中心频率为2.39GHz，相对带宽为1.7％，通带内最小插入损耗为1.9dB，通带内回波损耗低于20dB。
图5是本实施例中巴伦滤波器的两个平衡输出端口幅度差，从图中可以看出，该实例巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口幅度差在0.4dB以内。
图6是本实施例中巴伦滤波器的两个平衡输出端口相位差，从图中可以看出，该实例巴伦滤波器通带内的两个平衡输出端口相位差在180±2.4度以内。
综上所述，本发明基于环形谐振器的双模巴伦带通滤波器，利用在环形谐振器内部引入电容加载结构和微扰单元实现了双模的巴伦带通滤波器，该巴伦滤波器具有尺寸小、插入损耗低、两输出端口匹配特性优异等优点。