基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器的制作方法

本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种同时具备结构简单、选择性高、端口匹配特性好、相位偏差小的基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器。

背景技术：

近年来，现代无线通信系统蓬勃发展，增加了对小型化，低成本，多功能微波器件的需求。其中，巴伦滤波器作为一种集信号滤波和平衡与不平衡信号转换功能于一体的多功能器件，受到越来越多的关注。高性能的巴伦滤波器不仅能够有效减小系统的尺寸，而且能够简化系统设计的复杂度，从而进一步实现无线通信系统的低成本、高性能、小型化设计。

文献1(j.x.xuandx.y.zhang,“compactltccbalunwithbandpassresponsebasedonmarchandbalun,”ieeemicrowwirelesscompon.lett.,vol.26,no.7,pp.493-495,jul.2016.)基于低温共烧陶瓷技术(ltcc)，利用marchandbalun设计了一种小型化的巴伦滤波器，然而这种工艺设计复杂度高，插入损耗大。

文献2(g.-q.zhang,j.-x.chen,j.shi,h.tang,h.chu,andz.-h.bao,“designofmultilayerbalunfilterwithindependentlycontrollabledualpassbands,”ieeemicrow.wirelesscompon.lett.,vol.25,no.1,pp.10-12,jan.2015.)基于多层pcb工艺，利用十字开槽的贴片谐振器，设计了一款双通带可独立控制的巴伦滤波器，然而该巴伦滤波器的带内匹配特性效果一般。

文献3(j.p.wang,f.huang,l.zhu,c.t.cai,andw.wu,“studyofanewplanar-typebaluntopologyforapplicationinthedesignofbalunbandpassfilters,”ieeetrans.microw.theorytechn.,vol.43,no.24,pp.2824-2832,sep.2016.)利用二分之一波长场分布特性设计了两款巴伦滤波器，但是这两款巴伦滤波器需要两个或两个以上多模谐振器形成滤波响应，无疑增大了设计复杂度。

总之，现有技术存在的问题是：巴伦滤波器无法兼顾结构简单、选择性高、端口匹配性能好和相位偏差小的特性，不利于在现代无线通信系统的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器，结构简单、选择性高、端口匹配性能好、相位偏差小。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器，包括下表面设有金属接地板的矩形介质基板，在所述矩形介质基板的上表面设有输入端口馈线，第一输出端口馈线和第二输出端口馈线，所述输入端口馈线的输入端位于矩形介质基板的一个窄边中间，所述第一输出端口馈线的输出端位于矩形介质基板的一个宽边、第二输出端口馈线的输出端位于矩形介质基板的另一个宽边。在所述输入端口馈线与第一输出端口馈线之间设有短路二分之一波长谐振器和枝节加载型谐振器，在所述金属接地板上蚀刻有弯折型二分之一波长槽线。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)结构简单：本发明可在单层pcb板上实现，便于加工集成，生产成本低。

(2)平衡特性好：本发明利用微带线到槽线的过渡，实现两输出端口的等幅反相，具有稳定的幅度差和相位差特性。

(3)选择性好：本发明巧妙利用单个多模谐振器设计巴伦带通滤波器，选择性高，设计灵活，应用范围广。

(4)端口匹配特性好：本发明基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器带内回波损耗小于20db。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器的立体结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是实施例1的结构尺寸示意图。

图4是实施例1的s参数仿真曲线图。

图5是实施例1的两个输出端口相位差及幅度差的仿真曲线图。

图中，输入端口馈线1，第一输出端口馈线2，第二输出端口馈线3，短路二分之一波长谐振器4，枝节加载型谐振器5，弯折型二分之一波长槽线6，矩形介质基板7，金属接地板8，

50欧姆微带线导带11，四分之一波长耦合线12，

第一短路柱41，第二短路柱42，二分之波长传输线43，

二分之一波长开路谐振器51，加载枝节52，

前臂61，中臂62，后臂63。

具体实施方式

结合图1、2所示，本发明一种基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器，包括下表面设有金属接地板8的矩形介质基板7，在所述矩形介质基板7的上表面设有输入端口馈线1、第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3；所述输入端口馈线1的输入端位于矩形介质基板7的一个窄边中点，所述第一输出端口馈线2的输出端位于矩形介质基板7的一个宽边，所述第二输出端口馈线3的输出端位于矩形介质基板7的另一个宽边；在所述输入端口馈线1与第一输出端口馈线2之间设有短路二分之一波长谐振器4和枝节加载型谐振器5，在所述金属接地板8上蚀刻有连续弯折型二分之一波长槽线6。

所述输入端口馈线1包括50欧姆微带线导带11和四分之一波长耦合线12，所述50欧姆微带线导带11的输入端位于矩形介质基板7的一个窄边中点，其输出端与四分之一波长耦合线12一端相连，所述四分之一波长耦合线12呈l型直角弯折后其自由端指向矩形介质基板7的一宽边。

所述第一输出馈线2为l型直角弯折的50欧姆微带线，其输出端位于与四分之一波长耦合线12自由端指向相反的矩形介质基板7宽边上，该输出端所在的一臂与矩形介质基板7的宽边垂直，第一输出馈线2的另一臂垂直指向输入端口馈线1所在的矩形介质基板7的窄边。

所述第二输出馈线3为l型直角弯折的50欧姆微带线，其输出端位于与四分之一波长耦合线12自由端相同的矩形介质基板7宽边上，该输出端所在的一臂与矩形介质基板7的宽边垂直，第二输出馈线3的另一臂垂直指向与50欧姆微带线导带11的输入端相对的矩形介质基板7另一窄边。

所述连续弯折型二分之一波长槽线6包括依次垂直相连的前臂61、中臂62和后臂63，所述中臂62与金属接地板8的窄边中线垂直，且中臂62的中点位于金属接地板8窄边中线上，所述前臂61与后臂63关于所述中臂62中点呈中心对称。

所述第一输出馈线2与第二输出馈线3关于连续弯折型二分之一波长槽线6的中臂62中点在矩形介质基板7上表面的投影成中心对称。

所述短路二分之一波长谐振器4包括呈非闭合环形直角弯折的二分之波长传输线43，所述二分之波长传输线43一端位于介质基板7的窄边中线上，并通过第一短路柱41穿过介质基板7与金属接地板8相连；

所述二分之波长传输线43的另一端通过第二短路柱42穿过介质基板7与金属接地板8相连。

所述第一短路柱41紧邻中臂62靠近前臂61一侧，所述前臂61位于第一短路柱41与第二短路柱42之间，所述第一短路柱41下端位于金属接地板8窄边中线上。

所述枝节加载型谐振器5包括二分之一波长开路谐振器51和加载枝节52，所述加载枝节52加载于二分之一波长开路谐振器51的中心，所述二分之一波长开路谐振器51两端分别与短路二分之一波长谐振器4和输入端口馈线1的四分之一波长耦合线12平行耦合，所述二分之一波长开路谐振器51的开口端朝向第一输出端口馈线2。

本发明基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器中，枝节加载谐振器5的奇偶模谐振频率决定了通带内两个谐振极点的位置，其中，二分之波长开路谐振器51的长度决定了奇模谐振频率的位置，加载枝节52的长度可以独立控制偶模谐振频率的位置。二分之一波长开路谐振器51两端与短路二分之一波长谐振器4和输入端口馈线1的四分之一波长耦合线12之间的间距以及线宽决定了耦合强度。第一二输出端口2、3与弯折型二分之一波长槽线6正交的位置可以调节阻抗匹配。此外，信号由输入端口馈线进入耦合到枝节加载谐振器上谐振，经过二分之一短路谐振器的耦合输出，过渡到金属接地板上的槽线中，由于槽线两边电场反相分布，分别提取两边信号由输出端口馈线输出，从而得到等幅反相的输出信号。

本发明在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀，从而形成所需的金属图案，结构紧凑，可在单片pcb板上实现，生产成本低。同时，利用槽线两边电场分布的反相特性，具有稳定的相位差特性，采用多模谐振器构建滤波响应，具有宽的工作频带和良好的频率选择性。由于本发明基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器结构简单、选择性高、端口匹配性能好、相位偏差小，适用于现代无线通信系统。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器的立体结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。所采用的介质基板7的相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。结合图3，巴伦带通滤波器各尺寸参数如下：wp＝1.18mm，wm1＝0.6mm，wm2＝1.2mm，wd＝1.18mm，ws＝0.2mm，lp1＝6mm，lp2＝13.68mm，lp3＝11mm，lp4＝1.4mm，lm1＝1.6mm，lm2＝13.4mm，lm3＝2.15mm，lm4＝13.5mm，lm5＝9.4mm，lm6＝2mm，ls1＝11.8mm，ls2＝3.92mm，ls3＝8.6mm，g＝0.1mm。巴伦带通滤波器包括50欧姆微带线导带的总面积为33.6×34mm²，对应的导波长尺寸为0.52λg×0.53λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。

本实例巴伦带通滤波器是在电磁仿真软件hfss.13.0中建模仿真的。图4是本实例中巴伦带通滤波器的s参数仿真图，从图中可以看出，该巴伦带通滤波器的通带中心频率为2.8ghz，3-db分数带宽为23.6％，带内回波损耗小于-22db，插入损耗好于0.6db。通带内有两个谐振极点，通带外有一个谐振零点，使得该实例巴伦滤波器具有很好的频率选择性。

图5是本实例巴伦带通滤波器两个输出端口的相位差和幅度差，从图中可以看出，该实例巴伦带通滤波器在工作频率范围内的输出端口相位差在180±3.5°以内，其幅度差在±0.2db以内。

综上所述，本发明基于槽线和微带多模谐振器的巴伦带通滤波器，根据槽线两边电场反相分布的特性，结合微带线到槽线、槽线到微带线的过渡结构，实现巴伦滤波器的稳定的平衡特性，通过嵌入微带多模谐振器，设计出具有多模响应的巴伦带通滤波器。该巴伦带通滤波器非常适用于现代无线通信系统。