本发明属于通信技术领域,更进一步涉及无线通信射频技术领域的一种基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器。本发明可用于在无线通信系统中的射频前端进行功率分配及滤波。
背景技术:
滤波功分器是将无线通信系统中必不可少的滤波器和功分器进行集成设计的结果。滤波功分器具有功分器的功率分配功能,可以实现将一路信号分成两路或多路信号,同时,也具有良好的频率选择性,可以从众多信号中选择出所需要的频率的信号,使其顺利传输,抑制不需要的频率的信号。将滤波器和功分器集成设计可大大减小射频前端电路的结构尺寸并改善通带的插入损耗。目前,在很多场合会要求滤波功分器在两个频带内实现不等分功率分配的功能,双频不等分滤波功分器应用而生。
北京遥测技术研究所在其申请的专利文献“一种平面不等功分波导h-t功分网络”(申请号201310304652.x申请日2013.07.18公布号cn103414001a公布日2013.11.27)中提出一种平面不等功分波导h-t功分器。该波导功分器包括波导输入臂、第一波导输出臂、第二波导输出臂、功率分配膜片、阻抗相位调节块和阻抗调谐膜片。该功分器在h-t波导中引入阻抗相位调节块、功率分配膜片和阻抗调谐膜片,使得功分器的两个输出臂具有相等臂长,结构简单,加工成本低。但是,该功分器仍然存在的不足之处是,由于阻抗匹配对频率变化不敏感,不具有良好的频率选择性,而且不适用于微带结构实现不等分功率分配的需求。
电子科技大学在其申请的专利文献“一种双频段电调滤波型功分器”(申请号201510579668.0,申请日2015.09.12,公布号cn105140612a,公布日2015.12.09)中提出了一种双频电调滤波功分器。该滤波功分器采用在功分器内部集成滤波器的方式,实现了滤波特性。该滤波功分器将一分二的wilkinson型功分器的四分之一波长结构替换为双频滤波结构,并由一直线型50欧姆微带线构成输入端,两条弯折50欧姆微带线构成输出端,使得该滤波功分器在两个频段内集成了滤波功能。但是,该滤波功分器仍然存在的不足之处是,该滤波功分器的两个通路具有相同的阻抗变换,只能实现等功率分配,无法满足射频前端中不等分功率分配的工作要求。
技术实现要素:
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种基于耦合微带线的双频不等分滤波功分器。
实现本发明目的的思路是,用具有双频滤波特性的e型谐振器替代传统一分二的wilkinson型功分器中的
本发明包括贴覆于矩形介质基板下表面的金属地板和贴覆于介质基板上表面的输入端馈线、第一个e型谐振器、第二个e型谐振器、第一个输出端馈线、第二个输出端馈线、隔离电阻。所述输入端馈线位于介质基板的bb’边上,第一个输出端馈线与第二个输出端馈线分别位于介质基板的aa’边上。两个形状和结构相同的第一个e型谐振器与第二个e型谐振器、两个形状和结构相同的第一个输出端馈线与第二个输出端馈线分别关于介质基板的长边中线对称布置。所述第一个e型谐振器位于输入端馈线与第一个输出端馈线之间,第二个e型谐振器位于输入端馈线与第二个输出端馈线之间,所述第一个e型谐振器与第二个e型谐振器之间通过隔离电阻连接。两个e型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于e型谐振器的臂长。所述第一个e型谐振器和第二个e型谐振器分别与输入端馈线耦合,所述第一个输出端馈线与第一个e型谐振器耦合,第二个输出端馈电线与第二个e型谐振器耦合。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
第一,由于本发明的两个e型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于e型谐振器的臂长,由此使其两个模式工作在两个频段内,具有了双频滤波特性,克服了现有技术中不等分功分器不具有良好的频率选择性的问题,使得本发明具有在实现不等分功率分配的同时也实现了良好的频率选择性的优点。
第二,由于在本发明的结构中第一个e型谐振器和第二个e型谐振器分别与输入端馈线耦合,第一个输出端馈线与第一个e型谐振器耦合,第二个输出端馈电线与第二个e型谐振器耦合,通过控制耦合强度使得两个通路具有不同的输入阻抗,由此滤波功分器能够在两个频段内实现不等分功率分配,克服了现有技术中微带双频滤波功分器只能实现等功率分配的问题,使得本发明具有能在两个频带内同时实现不等分功率分配的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明的俯视图;
图3是本发明的结构尺寸示意图;
图4是本发明的仿真和实测图。
具体实现方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照附图1,对本发明的整体结构做进一步的详细描述。
本发明包括贴覆于矩形介质基板1下表面的金属地板2和贴覆于介质基板1上表面的输入端馈线3、第一个e型谐振器4、第二个e型谐振器5、第一个输出端馈线6、第二个输出端馈线7、隔离电阻8。所述输入端馈线3位于介质基板1的bb’边上,第一个输出端馈线6与第二个输出端馈线7分别位于介质基板1的aa’边上。两个形状和结构相同的第一个e型谐振器4与第二个e型谐振器5、两个形状和结构相同的第一个输出端馈线6与第二个输出端馈线7分别关于介质基板1的长边中线对称布置。所述第一个e型谐振器4位于输入端馈线3与第一个输出端馈线6之间,第二个e型谐振器5位于输入端馈线3与第二个输出端馈线7之间,所述第一个e型谐振器4与第二个e型谐振器5之间通过隔离电阻8连接。两个e型谐振器采用对称面加载枝节的结构且所加载枝节的长度小于e型谐振器的臂长。所述第一个e型谐振器4和第二个e型谐振器5分别与输入端馈线3耦合,所述第一个输出端馈线6与第一个e型谐振器4耦合,第二个输出端馈电线7与第二个e型谐振器5耦合。
参照附图2,第一个e型谐振器4包括第一个
所述第一个
所述第一个
参照附图3,对本发明各部件的结构尺寸作进一步说明。本发明所采用的介质基板1的相对介电常数为2.65,厚度为0.8mm,损耗角正切为0.002。输入端50欧姆微带线导带31、第一个输出端50欧姆微带线导带61和第二个输出端50欧姆微带线导带71的特性阻抗均为50欧姆,宽度均为2.2mm。本发明的输入端馈线3、第一个e型谐振器4、第二个e型谐振器5、第一个输出端馈线6、第二个输出端馈线7的尺寸及相互位置关系如下:l1=14.8mm,l2=7.5mm,l2’=7.5mm,w2=2.0mm,l3=9.4mm,l3’=8.9mm,w1=1.0mm,l4=3.0mm,l5=2.0mm,l6=2.5mm,s1=0.72mm,s2=0.33mm,s3=0.82mm,s4=0.48mm。隔离电阻为180欧姆,双频不等分滤波功分器的整体面积为33.0×24.4mm,对应的导波长尺寸为0.56λg×0.41λg,其中,λg为第一个通带中心频率对应的导波波长。
下面结合仿真实验对本发明的有益效果作进一步说明:
本发明的仿真实验是在计算机上,利用商业仿真软件hfss15.0,对本发明的s11、s21、s31和s23参数随频率的变化进行了仿真。为验证仿真效果,利用anritsums46322a矢量网络分析仪对本发明的双频不等分滤波功分器的s11、s21、s31和s23参数随频率的变化进行了实物测量。将仿真得到的s11的模值|s11|和s23的模值|s23|的随频率变化曲线和实测得到的s11的模值|s11|和s23的模值|s23|参数的随频率变化曲线绘制成图4(a)所示的四条曲线。图4(a)中的横坐标表示频率,单位是ghz,纵坐标表示仿真和实测的参数,单位是db。在图4(a)中以实线标示的曲线表示|s11|随频率变化的仿真结果曲线,以带方格的实线标示的曲线表示|s23|随频率变化的仿真结果曲线,以虚线标示的曲线表示|s11|随频率变化的实测结果曲线,以带圆圈的虚线标示的曲线表示|s23|随频率变化的实测结果曲线。将仿真得到的s21的模值|s21|和s31的模值|s31|随频率变化的曲线和实测得到的s21的模值|s21|和s31的模值|s31|随频率变化的曲线绘制成如图4(b)所示的四条曲线。图4(b)中,横坐标表示频率,单位是ghz,纵坐标表示仿真和实测的参数,单位是db。在图4(b)中以带方格的实线标示的曲线表示|s21|随频率变化的仿真结果曲线,以实线标示的曲线表示|s31|随频率变化的仿真结果曲线,以虚线标示的曲线表示|s31|随频率变化的实测结果曲线,以带圆圈的虚线标示的曲线表示|s21|随频率变化的实测结果曲线。
从图4(a)可以看到,该滤波功分器可以在3.57ghz和4.96ghz两个频段进行工作,而且在两个工作频带内的|s11|均小于-15db。说明本发明可以在3.57ghz和4.96ghz两个频段内工作。
从图4(b)可以看到,在低频段的中心频率处,|s21|和|s31|的测量值分别为5.94db和3.3db,在高频段的中心频率处,|s21|和|s31|的测量值分别为5.6db和3.2db。说明本发明在两个频段内同时实现了功分比为2:1的不等分功率分配。