一种具有双频带滤波功能的功率分配器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及小型化射频电路技术领域，具体涉及一种可应用于射频前端电路的具 有双频带滤波功能的功率分配器，。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信的快速发展，对小型化射频电路的需求越来越紧迫。在移动通信、卫 星通信等无线设备中，需要减小设备体积或在有限空间内容纳更多的功能模块，因此小型 化是发展的必然趋势。由于射频前端的体积占据了无线设备中很大的一部分，对其小型化 开展深入研究，具有重要的理论意义和应用价值。
[0003] 过去对射频器件的小型化研究以单个元器件的性能提升和小型化为主。经过近几 年的研究探索，采用多器件协同设计的方式将多个器件集成为一个器件，使一个器件具有 多种功能，从而减小器件数量实现小型化。目前，具有单通带滤波功能的功率分配器已经被 研发出来，大大减小了射频电路的体积。然而具有双通带滤波特性的功率分配器却鲜有发 现。
[0004] 功率分配器具有分配/合成信号的功能，在很多天线阵列和平衡电路中都要用 到，是一个基础的微波电路。而带通滤波电路可以分离出所需频带的功能，也是无线通信系 统中另一种不可或缺的组件。这两种元件经常共存于系统中，因此受到学者们的广泛关注。 在滤波器与功率分配器集成化设计方面，综合起来主要有以下方法：1)把滤波电路与功分 电路融合使其具有两种功能；2)用滤波电路取代功率分配器中的四分之一波长传输线。所 设计电路有滤波功率分配器、滤波耦合器和滤波混合环等，不仅获得良好电性能，而且体积 小。
[0005] 国内外学者已经开始重视这个方向并做了一些探索，但目前该方向只是处于起 步阶段。在双频带的滤波电路方面，常规做法是使用双模谐振器，已有很多研究成果，但 是，具有双频带滤波功能的功率分配器的公开文献还比较少。在文献《X. Tang，and K. Mouthaan, "Filter integrated Wilkinson power dividers, '，Microw. Opt. Tech. Lett. , vol. 52，no. 12，pp. 2830 - 2833，Dec. 2010》、《Y. C. Li, Q. Xue，and X. Y. Zhang 和《X· Y. Zhang, K. -X. Wang, and B. -J. Hu, "Compact filtering power divider with enhanced second-harmonic suppression, '，IEEE Microv. Wireless. (?尊vol. 23，no. 9，pp. 483 - 485，Sep. 2013.》中用滤波电路取代功率分 配器中的四分之一波长传输线，实现了单频滤波功能的功率分配器。在文献"Single- and dual-band power divider integrated with bandpass filters, IEEE Trans. Microv. TXeo/y TfecA，vol. 61，no. 1，pp. 69 - 76，Jan. 2013.》中，通过加入多模式的谐振电 路作为滤波网络，实现了双频滤波功能的功率分配器。然而，文章采用中心对称加载的开路 线谐振器构成滤波网络，对于电路的小型化程度还有待于大幅提高。为了填补这一空白，本 发明提出了采用具有枝节加载的四分之一波长短路线谐振器构成滤波网络，大大减少了电 路体积，同时输出端口的隔离度和通带的选择性能也有大幅提升。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提出了一种具有双频带滤波功 能的功率分配器。
[0007] 为实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下。
[0008] -种具有双频带滤波功能的功率分配器，包括上层微带结构、隔离电阻、中间介质 基板和底层金属地板；上层微带结构包括四个谐振器、三条馈电线和一个隔离电阻，上层微 带结构排布成上下中心对称的两个带通滤波电路；四个谐振器均采用具有枝节加载的四分 之一波长短路线谐振器，每个谐振器均包含一路主传输线和一路加载的开路线枝节，通过 对主传输线和枝节长度的控制实现两个通带的中心频率独立可调节；主传输线是四分之一 波长短路线，主传输线的谐振频率提供了第一个通带的工作频率，主传输线的长度L为第 一个通带谐振频率f对应的波长議的四分之一，其中L为实际微带线长度；在主传输线上加 载开路线枝节，通过改变开路线枝节的长度实现对第二个通带工作频率的控制和调节，使 在保证第一个通带的中心频率几乎不变的情况下，能对第二个通带进行调节；四个具有枝 节加载的四分之一波长短路线谐振器和三条输入输出馈电线通过电磁耦合连接在一起，三 条馈电线之间引入原负载耦合，在每个通带的两侧各产生两个传输零点，使得两个通带均 具有选择性；上层微带结构中呈上下对称的上部分与下部分之间通过隔离电阻实现两路输 出间的隔离。
[0009] 进一步优化地，位于上方的带通滤波电路由所述三条馈电线中第一馈电线的上半 部分与第二馈电线以及所述的四个谐振器中第一谐振器与第二谐振器组成；其中第一馈电 线的上半部分为依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线和第四微带线构成的微 带线；第二馈电线为依次连接的第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微 带线和第十微带线构成的微带线；第一谐振器包含依次连接的第十一微带线、第十二微带 线、第十三微带线、第十四微带线和第十五微带线构成的微带线；第一谐振器的主传输线是 四分之一波长短路线，由所述第十一微带线、第十二微带线和第十五微带线构成的微带线 组成，加载的开路线枝节是由第十三微带线和第十四微带线构成的微带线；第二谐振器包 含依次连接的第十六微带线、第十七微带线、第十八微带线和第十九微带线和第二十微带 线构成的微带线，第二谐振器的主传输线由所述第十六微带线、第十七微带线和第二十微 带线构成的微带线组成，加载的开路线枝节是由第十八微带线和第十九微带线构成的微带 线；第一谐振器和第二谐振器共用一个接地短路端；所述功率分配器具有三个端口，其中 输入端口位于第一馈电线的中间部位，第一输出端口从第十微带线的末端引出，第二输出 端口在位于下方的带通滤波电路中且与第一输出端口呈上下对称。
[0010] 进一步优化地，具有枝节加载的四分之一波长短路线谐振器选择四分之一波长短 路线作为主传输线，从而确定了第一个通带的中心频率；在主传输线上加载一路开路线枝 节，通过改变枝节的长度调节第二个通带的中心频率；第一谐振器和第二谐振器共用一个 接地短路端，通过电磁耦合连接在一起；第一谐振器和第二谐振器加载的开路线枝节均为 弯折形，既能使两个谐振器之间产生相互耦合，又能在很大程度上减少电路的面积。
[0011] 进一步优化地，每个通带左右各有一个传输零点，两个通带共四个传输零点，四个 传输零点由第一馈电线分别与第二馈电线和第三馈电线相互靠近形成源负载耦合产生。
[0012] 进一步优化地，从输入端口到第一输出端口和第二输出端口的路径上下对称结 构，实现了相等功率分配比。
[0013] 进一步优化地，第一馈电线弯折成矩形，所述的第一微带线和第十一微带线相互 平行靠近形成耦合，第二微带线和第十二微带线相互平行靠近形成耦合，第三微带线和第 十五微带线相互平行靠近形成耦合，第六微带线和第十六微带线相互平行靠近形成耦合， 第七微带线和第十七微带线相互平行靠近形成耦合，第八微带线和第二十微带线相互平行 靠近形成耦合，第十五微带线和第十六微带线相互平行靠近形成耦合。上述的一种具有双 频带滤波功能的功率分配器，其特征在于所述的四个谐振器的长度为所述的带通滤波电路 的工作频率对应的波长的四分之一。
[0014] 上述的一种具有双频带滤波功能的功率分配器，隔离电阻加在第一馈电线的两 端，增强了电路的两个输出端口的隔离效果；其传输特性中的四个传输零点由第一馈电线 分别与第二馈电线和第三馈电线相互靠近形成源负载耦合产生。
[0015] 上述的一种具有双频带滤波功能的功率分配器，从输入端口到第一输出端口和第 二输出端口的路径完全相同，实现了 1 :1的功率分配比。输入输出阻抗均为50欧姆，通过 调节隔离电阻的值和各微带线之间的耦合实现匹配。该双频带滤波功能的功率分配器，隔 离元件为电阻、电容或电感。
[0016] 本发明中，整个电路结构上下对称，实现了功率分配比为1 :1 ;两对相互耦合的具 有枝节加载的四分之一波长短路线谐振器形成了两个滤波网络，实现了双频带滤波的特 性；连接两个滤波网络的电阻实现了电路的3个端口的匹配和两输出端口的隔离；在四分 之一波长短路线谐振器上加载一个枝节实现了双频率独立可调；此外，利用源负载耦合来 引入四个传输零点，使得本发明不但具有很高的选择性，阻带抑制效果也很好。
[0017] 与现有技术相比，本发明还具有如下优点和技术效果： (1)在传统的功率分配器中集成了带通滤波功能，可以同时实现功率分配和滤波效果， 相对于级联的滤波电路和功率分配器具有更小的尺寸和更小的损耗，同时该电路滤波网络 采用的谐振器为四分之一波长短路线枝节加载谐振器，进一步减少了电路的尺寸，更有利 于射频前端电路的集成化应用。
[0018] (2)本发明提出了双频带滤波功能的功率分配器，实现了两个通带工作频率独立 可调，且输出端口的隔离度、通带的选择性能以及电路尺寸均达到很高的标准。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明一种具有双频带滤波功能的功率分配器的结构图。
[0020] 图2是本发明一种具有双频带滤波功能的功率分配器的尺寸标注图。
[0021] 图3是双频带通滤波电路的传输特性曲线。
[0022] 图4是实例中S11参数、S 21参数和S 31参数的实测结果图。
[0023] 图5是实例中S23参数、S 22参数和S 33参数的实测结果图。
【具体实施方式】
[0024] 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。
[0025] 如图1所示，一种具有双频带滤波功能的功率分配器包括上层微带结构、隔离电 阻、中间介质基板和底层金属地板，上层微带结构附着在中间介质基板的上表面，中间介质 基板下表面为底层金属地板；其特征在于：所述上层微带结构包括四个谐振器，三条馈电 线和三个端口，排布成上下对称的两个带通滤波电路；位于上方的带通滤波电路