集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，包括：输入端口；第一输出端口和第二输出端口，均位于介质板顶部；三对耦合线水平连接，另外两对耦合线垂直放置。包括两条微带线，分别和两对耦合线末端连接。介质板，为印刷电路的基板，用于承载整个电路。过孔用于耦合线末端与接地面之间的连接。本发明的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器实现了超宽通带，超宽带隔离带，且在通带范围内，有较小的插入损耗，相位差稳定，能实现良好的匹配和隔离，具有良好的推广前景。
【专利说明】
集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器
技术领域
[0001]本发明涉及一种集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，实现了超宽通带，超宽带隔离带的性能，属于微波传输器件的技术领域。
【背景技术】
[0002]功率分配器简称功分器，是无线通信系统中重要的微波无源器件。功分器广泛的应运在无线通信领域，如军用的雷达、电子探测、电子对抗、手机通信、电视、遥控等需要将电子信号分配处理方面。功分器是一个简单的三端口网络，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时称之为功率合成器。
[0003]功分器的发展趋势是体积小，承受功率大，频带宽，相位差稳定，较宽的频段内能实现良好的匹配和隔离效果。早期Wilkinson提出的等幅同相输出的功分器拓扑结构，是利用四分之一波长传输线的阻抗变换特性来实现的，这种设计结构简单，但其只能工作在单一的频段，已经远远不能满足现代无线通信的双频、多频和宽带的要求。随着移动通信、卫星通信及国防电子系统的微型化的迅速发展，对功分器的要求也越来越高，采用耦合线结构实现单频或双频性能的功分器相继出现，然而这些功分器没有对阻带内的谐波抑制做深入研究。到目前为止，功率分配器的技术依然存在很大的发展空间，现代通讯的发展需要更尚性能的功分器。
[0004]因此有必要提供一种结构简单，插入损耗小，隔离效果好，有较宽的通带带宽，且具有抑制高次谐波和宽带带通滤波功能的功分器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器。本发明的耦合线功分器具有结构简单，集成了抑制高次谐波和宽带带通滤波的功能，实现了超宽通带，超宽带隔离带的性能等优点。
[0006]本发明的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，包括:介质板
(15)和布设于介质板(15)上的功分器电路。
[0007]介质板(15)的正面设置集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器电路，背面设置金属接地面(14)，该介质板(15)还设置有贯穿正面和背面的过孔(13)，过孔
(13)设置在第五组耦合微带线(8)的末端和金属接地面(14)之间。
[0008]集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器电路包括输入端口(I)、第一输出端口(2)、第二输出端口(3)、第一组耦合微带线(4)、第二组耦合微带线(5)、第三组耦合微带线(6)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)、微带线(9)和微带线
(10)、集总电阻(11)和集总电阻(12)。
[0009]第一组耦合微带线(4)、第二组耦合微带线(5)、第三组耦合微带线(6)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)均由两条平行设置的微带线形成；
[0010]第一组耦合微带线(4)中两条平行微带线的一端相连接，形成顶端，顶端与输入端口( I)一端连接，输入端口( I)另一端延伸至介质板(15)的边缘；
[0011]第二组耦合微带线(5)中两条平行微带线的一端相连接，形成顶端，顶端与微带线
(9)一端连接，微带线(9)另一端处于开路状态；
[0012]第三组耦合微带线(6)中两条平行微带线的一端相连接，形成顶端，顶端与微带线
(10)—端连接，微带线(10)—端与第三组耦合微带线(6)连接，另一端处于开路状态；
[0013]第四组耦合微带线(7)由两条平行的微带线组成，两条平行微带线的顶端分别与第五组耦合微带线(8)中两条平行微带线连接，第一输出端口(2)、第二输出端口(3)的一端分别和第四组耦合微带线(7)两个顶端垂直连接，第一输出端口(2)、第二输出端口(3)的另一端延伸至介质板(15)的边缘；
[0014]第二组耦合微带线(5)中两条平行微带线的另一端分别与第一组耦合微带线(4)中的一条微带线末端和第四组耦合微带线(7)中的一条微带线末端垂直连接；
[0015]第三组耦合微带线(6)中两条平行微带线的另一端分别与第一组耦合微带线(4)中的另一条微带线末端和第四组耦合微带线(7)中的另一条微带线末端垂直连接；
[0016]第五组耦合微带线(8)中两条平行微带线的另一端相连，形成第五组耦合微带线
(8)的末端;
[0017]集总电阻(11)和集总电阻(12)，分别设置在第四组耦合微带线(7)的两端；
[0018]过孔(13)用于耦合微带线(8)的末端与地面(14)之间的连接；
[0019]所述的第一组耦合微带线(4)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)的长度分别为Li = 11.37mm，L2 = 12.22mm，L3 = 44.63mm，宽度分别为Wi = 0.72mm，W2 = 0.95mm，W3=2.56mm，线间距分别为Si = 0.62mm，S2 = 0.22mm，S3 = 1.37mm。第二组親合微带线(5)和第三组親合微带线(6)的尺寸相同，长度，宽度，线间距均为L4=ll.97mm，W4 = 0.33mm，S4 =
0.2mm。微带线(9)和微带线(10)的尺寸相同，且长度，宽度均为L5 = 11.2mm，W5= 1mm。输入端口(I)，第一输出端口⑵和第二输出端口⑶的尺寸相同，且长度，宽度均为L0 = 25mm，W0 =1.72mm。集总电阻(11)和集总电阻(12)的阻值分别为R1 = WOQ，R2 = 280 Q。过孔(13)的半径 r = 0.7mm0
[0020]第一组耦合微带线(4)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)的各参数满足下述条件:Ζβ?=130Ω，ζο1 = 80Ω ,θ1 = 22.5° ,Ze2 = IlOQ ,Ζο2 = 85Ω，θ2 = 22.5° ,Ze3 = 40Ω ,Ζο3 = 35Ω , 03 = 90° ;第二组耦合微带线(5)和第三组耦合微带线(6)的各参数均为Ze4 =125Ω，Ζ04 = 55 Ω，θ4 = 22.5。;微带线(9)和微带线(10)的各参数均为 Ζ5 = 78 Ω，θ5 = 22.5°。
[0021]Ze^U1分别为第一组耦合微带线⑷的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度，Ze2，Zo2，02分别为第四组耦合微带线(7)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度，Ze33，Zo3，θ3分别为第五组耦合微带线(8)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度，Ze^Zci4, θ4分别为第二组耦合微带线(5)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度，Ζ5，θ5*微带线(9)的特性阻抗和电长度。
[0022]本发明的优点在于:
[0023](I)本发明通过使用耦合微带线结构电路结构简单、对称、紧凑、实用；
[0024](2)本发明的耦合线功分器具有抑制高次谐波和宽带带通滤波的功能；
[0025](3)本发明的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器实现了超宽通带，超宽带隔离带，且在通带范围内，有较小的插入损耗，相位差稳定，波动幅度不大，在较宽的频段内能实现良好的匹配和隔离效果。
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例的耦合线功分器的三维结构示意图；
[0027]图2为本发明实施例的耦合线功分器在奇模激励下的等效电路图；
[0028]图3为本发明实施例的耦合线功分器在偶模激励下的等效电路图；
[0029]图4为本发明实施例的耦合线功分器的仿真S21，Sn参数图；
[0030]图5为本发明实施例的耦合线功分器的仿真S22，S23参数图；
[0031 ]图6为本发明实施例的耦合线功分器的相位差图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0033]如图1所示，本发明优选实施例的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，包括介质板15和布设于介质板15上的功分器电路。
[0034]参见图1，所述介质板15构成本发明功分器的印刷电路基板，用于承载整个功分器电路。本发明的一个具体实施例中，介质板15的厚度设置为0.762mm，介电常数设置为3.48。功分器电路设置在介质板15的正面，介质板15的背面设置有金属接地面14。此外，介质板15设有贯穿正面和背面的过孔13。过孔13连接在耦合微带线(8)的末端与地面(14)之间。
[0035]参见图1，功分器电路包括第一组耦合微带线(4)、第二组耦合微带线(5)、第三组耦合微带线(6)和第四组耦合微带线(7);
[0036]其中，第一组耦合微带线(4)和第四组耦合微带线(7)均由两条平行设置的微带线形成，第一组耦合微带线(4)一端与输入端口(I)连接，另一端分别与第四组耦合微带线(7)的末端连接。
[0037]第二组耦合微带线(5)由两条平行设置的微带线组成，该两条微带线的末端分别与第一组耦合微带线(4)和第四组耦合微带线(7)的其中一条微带线末端垂直连接;第三组耦合微带线(6)由两条平行设置的微带线组成，该两条微带线的末端分别与第一组耦合微带线(4)和第四组耦合微带线(7)的另外一条微带线的末端垂直连接；
[0038]如图1所示，输入端口(I)和第一输出端口(2)、第二输出端口(3)形成为微带线，输入端口( I)一端与第一组親合微带线(4)连接，一端延伸至介质板(15)的边缘;第一输出端口(2)及第二输出端口(3)的一端分别和第四组耦合微带线(7)的顶端垂直连接，另一端延伸至介质板(15)的边缘；
[0039]其中，第五组耦合微带线(8)—端与第四组耦合微带线(7)顶端连接，一端与过孔
(13)连接。
[0040]其中，微带线(9)一端与第二组耦合微带线(5)连接，另一端处于开路状态;微带线
(1)—端与第三组耦合微带线(6)连接，另一端处于开路状态；
[0041]如图1所示，集总电阻(11)和集总电阻(12)分别设置在第四组耦合微带线(7)的末端和顶端。
[0042]如图1所示，第一组耦合微带线(4)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)的长度分别为L1，L2，L3，宽度分别为W1 ,W2^ff3，线间距分别SS1，S2，S3。第二组耦合微带线(5)和第三组耦合微带线(6)的尺寸相同，长度，宽度，线间距均为L4，W4，S4，微带线(9)和微带线
(1)的尺寸相同，且长度，宽度均为L5，W5。输入端口(I)，第一输出端口(2)和第二输出端口
(3)的尺寸相同，且长度，宽度均为Lo，Wo。集总电阻(11)和集总电阻(12)的阻值分别为R1,R2。过孔(13)的半径为r。
[0043]本发明的一个优选实施例中，其具体尺寸如下:Wi = 0.72mm,W2 = 0.95mm，W3 =2.56mm，Li = 11.37mm,L2 = 12.22mm, L3 = 44.63mm，Si = 0.62mm，S2 = 0.22mm，S3 = 1.37mm,ff4= 0.33mm,L4=ll.97mm, S4 = 0.2mm, Ws = lmm, Ls = 11.2mm,Wo= I.72mm，Lo = 25mm，r = 0.7mm，Ri= 120 Ω ,R2 = 280 Q。
[0044]在奇模激励下，本发明的耦合线功分器的奇模等效电路如图2所示，Zc^e1为第一组耦合微带线(4)的奇模特性阻抗和电长度，Zci2, θ2为第四组耦合微带线(7)的奇模特性阻抗和电长度，Z03，θ3为第五组耦合微带线(8)的奇模特性阻抗和电长度，Ze4，Z04，θ4为第二组耦合微带线(5)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度，Ζ5，θ5*微带线(9)的特性阻抗和电长度，Zo为端口的特性阻抗，Ri，R2分别为集总电阻(11)和集总电阻(12)的阻值；
[0045]在偶模激励下，本发明的耦合线功分器的偶模等效电路如图3所示，Zel，Q1为第一组耦合微带线(4)的偶模特性阻抗和电长度，Ze2，02为第四组耦合微带线(7)的偶模特性阻抗和电长度，Ze3，03为第五组耦合微带线(8)的偶模特性阻抗和电长度，Ze^Zcl4, θ4为第二组耦合微带线(5)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度，Ζ5，θ5*微带线(9)的特性阻抗和电长度，Zo为端口的特性阻抗；
[0046]下面描述本发明的一个具体实施例。
[0047]在本发明的该具体实施例中，输入端口和输出端口的特性阻抗均为Ζο= 50Ω，电路的各个参数为 Zei = 130 Ω，ζο1 = 80Ω ,θ1 = 22.5° ,Ze2=IlOQ ,Ζο2 = 85Ω，θ2 = 22.5° ,Ze3 =40 Ω，ζο3 = 35Ω ,03 = 90° ,Ζθ4=125Ω，ζο4 = 55Ω，θ4 = 22.5°，Ζ5 = 78Ω，θ5 = 22.5°，Ri = 120Ω ,R2 = 280 Q ο
[0048]根据上述介质板的介电常数、厚度，通过传输线计算软件得出如下参数，输入端口和输出端口微带线的长度和宽度分别为Lo = 25mm，W()=1.72mm;第一组耦合微带线(4)、第四组親合微带线(7)、第五组親合微带线(8)的长度分别为Li = 11.37mm，L2= 12.22mm,L3 =44.63mm，宽度分别为 Wi = 0.72mm, W2 = 0.95mm，W3 = 2.56mm，线间距分别为 Si = 0.62mm，S2 =
0.22mm, S3 = 1.37mm;第二组耦合微带线(5)和第三组耦合微带线(6)的尺寸相同，长度，宽度，线间距均为L4= 11.97mm，W4 = 0.33mm,S4 = 0.2mm;微带线(9)和微带线(10)的尺寸相同，且长度，宽度均为U = Il.2mm，W5 = Imm;过孔(I3)的半径r = 0.7mm;集总电阻(11)和集总电阻(12)的阻值分别为R1=WOQ ,R2 = 280 Q 0
[0049]图4显示了本发明实施例的耦合线功分器的仿真S21，Sn参数图，；
[0050]图5显示了本发明实施例的耦合线功分器的仿真S22，S23参数图；
[0051 ]图6显示了本发明实施例的耦合线功分器的相位差图。
[0052]其中，S参数用于描述各个端口之间传递信号的情况。S11是指所有端口接匹配负载时向i端口看去的反射系数;Slj表示其他端口接匹配负载时，j端口到i端口的传输系数。
[0053]如图4和图5所示，优选实施例的耦合线功分器工作在0.858GHz到1.259GHz的宽频带上，|S21| ( |S31| )为-3.02dB，相对带宽为37.9%，且回波损耗I S11I大于20dB，| S221大于15dB，两个输出端口间的隔离值(|S23|)大于15dB，表明该耦合线功分器在较宽的频段内能实现良好的匹配和隔离，具有宽带带通滤波的功能。此外，该耦合线功分器在1.801GHz到5.961GHz间达到较宽的阻带，且谐波抑制大于20dB。
[0054]如图6所示，第一输出端口(2)和第二输出端口(3)的相位差在O?2GHz之间为0，相位差稳定，波动幅度不大，能够实现本发明的设计目的。
[0055]如上所示，本发明的耦合线功分器，通过使用耦合微带线结构电路结构简单、对称、紧凑、实用，具有抑制高次谐波和宽带带通滤波的功能。本发明的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器实现了超宽通带，超宽带隔离带，且在通带范围内，有较小的插入损耗，相位差稳定，波动幅度不大，在较宽的频段内能实现良好的匹配和隔离。
[0056]应当理解的是，本发明的上述【具体实施方式】仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
【主权项】
1.集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，包括:介质板(15)和布设于介质板(15)上的功分器电路； 介质板(15)的正面设置集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的功分器电路，背面设置金属接地面(14)，该介质板(15)还设置有贯穿正面和背面的过孔(13)，过孔(13)设置在第五组耦合微带线(8)的末端和金属接地面(14)之间。2.根据权利要求1所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的功分器电路包括输入端口(I)、第一输出端口(2)、第二输出端口(3)、第一组親合微带线(4)、第二组耦合微带线(5)、第三组耦合微带线(6)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)、微带线(9)和微带线(10)、集总电阻(11)和集总电阻(12); 第一组耦合微带线(4)、第二组耦合微带线(5)、第三组耦合微带线(6)、第四组耦合微带线(7)、第五组耦合微带线(8)均由两条平行设置的微带线形成； 第一组耦合微带线(4)中两条平行微带线的一端相连接，形成顶端，顶端与输入端口(I)一端连接，输入端口( I)另一端延伸至介质板(15)的边缘； 第二组耦合微带线(5)中两条平行微带线的一端相连接，形成顶端，顶端与微带线(9)一端连接，微带线(9)另一端处于开路状态； 第三组耦合微带线(6)中两条平行微带线的一端相连接，形成顶端，顶端与微带线(10)一端连接，微带线(10)—端与第三组耦合微带线(6)连接，另一端处于开路状态； 第四组耦合微带线(7)中两条平行微带线的顶端分别与第五组耦合微带线(8)中两条平行微带线连接，第一输出端口(2)、第二输出端口(3)的一端分别和第四组耦合微带线(7)两条平行微带线的顶端垂直连接，第一输出端口(2)、第二输出端口(3)的另一端延伸至介质板(15)的边缘； 第二组耦合微带线(5)中两条平行微带线的另一端分别与第一组耦合微带线(4)中的一条微带线末端和第四组耦合微带线(7)中的一条微带线末端垂直连接； 第三组耦合微带线(6)中两条平行微带线的另一端分别与第一组耦合微带线(4)中的另一条微带线末端和第四组耦合微带线(7)中的另一条微带线末端垂直连接； 第五组耦合微带线(8)中两条平行微带线的另一端相连，形成第五组耦合微带线(8)的末端； 集总电阻(11)和集总电阻(12)，分别设置在第四组耦合微带线(7)的两端。3.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的第一组親合微带线(4)的长度、宽度、线间距分别为Li = 11.37mm、Wi = 0.72mm、Si =0.62mm,第一组耦合微带线(4)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Zel = 130 Ω，Ζο? = 80Ω ,θι = 22.5°。4.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的第四组耦合微带线(7)的长度、宽度、线间距分别为L2 = 12.22mm、W2 = 0.95mm、S2 =0.22mm，第四组耦合微带线(7)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Ze2 = 110 Ω，Ζο2 = 85Ω，02 = 22.5。ο5.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的第五组親合微带线(8)的长度、宽度、线间距分别为L3 = 44.63mm、W3 = 2.56mm、S3 =1.37mm，第五组耦合微带线(8)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为Ζθ3 = 40Ω，Ζο3 = 35Ω ,03 = 90° ο6.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的第二组耦合微带线(5)和第三组耦合微带线(6)的尺寸相同，长度，宽度，线间距分别为L4 = 11.97mm、W4 = 0.33mm、S4 = 0.2mm，第二组親合微带线(5)和第三组親合微带线(6)的偶模特性阻抗、奇模特性阻抗和电长度分别为2(34=125 0，2。4=55 0，04 = 22.5°。7.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的微带线(9)和微带线(10)的尺寸相同，长度、宽度分别为L5= 11.2mm，W5 = 1mm，微带线(9)和微带线(1)的特性阻抗和电长度分别为Z5 = 78 Ω，θ5 = 22.5°。8.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的输入端口(I)、第一输出端口(2)和第二输出端口(3)的尺寸相同，长度、宽度分别为L0=25mm,Wo= I.72mm09.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的集总电阻(11)和集总电阻(12)的阻值分别为Ri=120Q，R2 = 280 Q。10.根据权利要求2所述的集成高次谐波抑制和宽带带通滤波功能的耦合线功分器，所述的过孔(13)的半径r = 0.7mm。
【文档编号】H01P5/16GK105977598SQ201610308677
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】吴永乐, 南丽霞, 庄正, 王卫民, 黎淑兰, 刘元安
【申请人】北京邮电大学