一种基于e型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，包括输入端馈线、二端口输出端馈线、三端口输出端馈线、第一E型多模谐振器、第二E型多模谐振器、介质基板、金属接地板，第一和第二E型多模谐振器均为对称面枝节加载的多模谐振器；其中输入端馈线、二端口输出端馈线、三端口输出端馈线、第一E型多模谐振器和第二E型多模谐振器位于介质基板的上表面，金属接地板位于介质基板的下表面；第一E型多模谐振器包含两个四分之一波长谐振器和一个对称面枝节加载单元，第二多模谐振器包含两个四分之一波长谐振器和一个对称面枝节加载单元。本发明结构简单、损耗低、选择性好、具有较好的端口匹配特性，非常适用于现代无线通信系统。
【专利说明】
一种基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器
技术领域
[0001]本发明涉及微波无源器件技术领域，特别是一种基于E型多模谐振器的宽带巴伦带通滤波器。
【背景技术】
[0002]近年来，随着模块结构单元(Modular Building Block, MBB)和单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)的发展,低成本、高度集成、小型化是已经成为现代无线通信系统集成设计中非常重要的考虑因素。为实现这些设计目标，具有多功能集成特性的新型无源微波器件正成为当前国内外的研究热点，其中一个非常热门的课题就是高性能巴伦滤波器的设计。
[0003]巴伦滤波器是一个独立的微波无源器件，它在功能上实现了射频电路中滤波器和巴伦的有效结合，也就是说巴伦滤波器兼备了信号的滤波以及功率的等幅反向分配的功能。因此，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。
[0004]2007 年，Lap Kun Yeung 和 Ke-Li Wu 在 IEEE Transact1n.MicrowaveTheory Technique 期刊(vol.55，n0.11, pp.2406-2411，2007)上发表“A Dual-BandCoupled-Line Balun Filter”,提出在Marchand巴伦的理论基础上结合阶梯阻抗谐振器的谐振特性来实现巴伦滤波器的设计方法。这种设计方法虽然设计理论较为简单，但是由于该结构引入了阶梯阻抗谐振器，使得所设计的巴伦滤波器的带宽较窄。此外，由于该电路涉及到三线耦合，使得必须采用锯齿形的耦合形式来增强阶梯阻抗谐振器和主传输线间的耦合强度，因此该巴伦滤波器的结构较复杂，电路尺寸也较大。
[0005]2007 年，Eul-Young Jung 和 Hee-Yong Hwang 在 IEEE Microwave WirelessComponents Letters 期刊(vol.17，n0.9, pp.652-654，2007)上发表“A Balun-BPFUsing a Dual Mode Ring Resonator”,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。
[0006]2008 年，Vicente Gonzalez-Posadas, Carlos Martin-Pascual, Jose LuisJimenez-Martin, and Daniel Segovia-Vargas在 IEEE Transact1ns on Antennas andPropagat1n期刊(vol.01，n0.56, pp.2101-2107，2008)上发表“Lumped-Element Balunfor UHF UffB Printed Balanced Antennas”,提出通过低通和高通滤波器之间的相互搭配来设计巴伦滤波器的方法。虽然这种设计方法设计的巴伦在低频段具有体积小的优点，但是由于集总元件的相关特性，它也有损耗大、带宽较窄以及振幅和相位吻合度不高的缺点。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是利用E型多模谐振器的谐振机理和终端开路的主传输线的电场分布特性来提供一种结构简单、损耗低、选择性好、具有较好的端口匹配性能的宽带巴伦带通滤波器。
[0008]实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，包括输入端馈线、二端口输出端馈线、三端口输出端馈线、第一 E型多模谐振器、第二 E型多模谐振器、介质基板、金属接地板，第一 E型多模谐振器和第二 E型多模谐振器均为对称面枝节加载的E型多模谐振器；其中输入端馈线、二端口输出端馈线、三端口输出端馈线、第一 E型多模谐振器和第二 E型多模谐振器位于介质基板的上表面，金属接地板位于介质基板的下表面；第一 E型多模谐振器包含两个四分之一波长谐振器和一个对称面枝节加载单元，第二 E型多模谐振器包含两个四分之一波长谐振器和一个对称面枝节加载单
J Li ο
[0009]所述的输入端馈线包括输入端50欧姆微带线导带和终端开路的一个波长的主传输线；二端口输出端馈线包括二端口输出端50欧姆微带线导带和二端口输出端四分之一波长耦合线；三端口输出端馈线包括三端口输出端50欧姆微带线导带和三端口输出端四分之一波长耦合线；输入端一个波长的主传输线在距离一端口馈点的四分之二波长处与第一 E型多模谐振器的第二四分之一波长谐振器平行耦合，输入端一个波长的主传输线在距离一端口馈点的四分之三波长处与第二 E型多模谐振器的第三四分之一波长谐振器平行皁禹合；二端口输出端四分之一波长I禹合线和第一 E型多模谐振器的第一四分之一波长谐振器平行耦合；三端口输出端四分之一波长耦合线与第二 E型多模谐振器的第四四分之一波长谐振器平行耦合。
[0010]所述二端口输出端馈线和三端口输出端馈线的结构尺寸相同，第一 E型多模谐振器和第二 E型多模谐振器均为结构尺寸相同的对称面枝节加载的E型多模谐振器。
[0011]所述第一 E型多模谐振器的第一四分之一波长谐振器和第二四分之一波长谐振器相互连接，第一对称面枝节加载单元位于第一四分之一波长谐振器和第二四分之一波长谐振器中间并与二者相互垂直分布；第二 E型多模谐振器的第三四分之一波长谐振器和第四四分之一波长谐振器相互连接，第二对称面枝节加载单元位于第三四分之一波长谐振器和第四四分之一波长谐振器中间并与二者相互垂直分布。
[0012]本发明与现有技术相比，其显著优点为:(I)结构简单，可在单片PCB板上实现，便于加工集成，生产成本低；(2)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)选择性好、插入损耗小、输出端口具有良好匹配性能等特性。
【附图说明】
[0013]图1是本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器的立体结构示意图。
[0014]图2是本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器的俯视结构示意图。
[0015]图3是本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器实施例1的结构尺寸示意图。
[0016]图4是本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器实施例1的S参数仿真图。
[0017]图5是本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器实施例1的两个输出端口幅度差的仿真图。
[0018]图6是本发明一种基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器实施例1的两个输出端口相位差的仿真图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0020]结合图1~2，本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，包括输入端馈线1、二端口输出端馈线2、三端口输出端馈线3、第一 E型多模谐振器4、第二 E型多模谐振器5、介质基板6、金属接地板7,第一 E型多模谐振器4和第二 E型多模谐振器5均为对称面枝节加载的E型多模谐振器；其中输入端馈线1、二端口输出端馈线2、三端口输出端馈线3、第一 E型多模谐振器4和第二 E型多模谐振器5位于介质基板的上表面，金属接地板7位于介质基板6的下表面；第一 E型多模谐振器4包含第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42和第一对称面枝节加载单元43，第二多模谐振器包含包含第三四分之一波长谐振器52、第四四分之一波长谐振器51和第二对称面枝节加载单元53。
[0021]所述的输入端馈线包括输入端50欧姆微带线导带11和终端开路的一个波长的主传输线12 ;二端口输出端馈线2包括二端口输出端50欧姆微带线导带21和二端口输出端四分之一波长耦合线22 ;三端口输出端馈线3包括三端口输出端50欧姆微带线导带31和三端口输出端四分之一波长I禹合线32 ;输入端一个波长的主传输线12在距离一端口馈点的四分之一波长处与第一 E型多模谐振器4的第二四分之一波长谐振器42平行耦合，输入端一个波长的主传输线12在距离一端口馈点的四分之二波长处与第二 E型多模谐振器5的第三四分之一波长谐振器52平行I禹合；二端口输出端四分之一波长I禹合线22和第一E型多模谐振器的第一四分之一波长谐振器41平行I禹合；三端口输出端四分之一波长I禹合线32与第二 E型多模谐振器的第四四分之一波长谐振器51平行耦合。
[0022]所述二端口输出端馈线2和三端口输出端馈线3的结构尺寸相同，第一 E型多模谐振器4和第二 E型多模谐振器5均为结构尺寸相同的对称面枝节加载的E型多模谐振器。
[0023]所述第一 E型多模谐振器4的第一四分之一波长谐振器41和第二四分之一波长谐振器42相互连接，第一对称面枝节加载单元43分别与第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42相互垂直分布；第二 E型多模谐振器5的第三四分之一波长谐振器52和第四四分之一波长谐振器51相互连接，第二对称面枝节加载单元53分别与第三四分之一波长谐振器52、第四四分之一波长谐振器51相互垂直分布。
[0024]本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，其中第一 E型多模谐振器4和第二E型多模谐振器5的第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42、第三四分之一波长谐振器52、第四四分之一波长谐振器51的长度和宽度决定了通带的位置，调节第一对称面枝节加载单元43、第二对称面枝节加载单元53可以改变两个模式的位置，从而使得通带更加平坦；输入端一个波长的主传输线12和与其平行耦合的第一四分之一波长谐振器41、第三四分之一波长谐振器52的间距对其耦合的强度影响较大，间距越小耦合强度越大，两个输出端口的幅度和相位吻合度越高。
[0025]本发明基于多模谐振器的双模巴伦带通滤波器，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。
[0026]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
[0027]实施例1
基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器的结构如图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相对介电常数为3.38，厚度为0.508mm,损耗角正切为0.0035。输入端50欧姆微带线导带11、二端口输出端50欧姆微带线导带21和三端口输出端50欧姆微带线导带31的特性阻抗均为50欧姆，其宽度均为W1=1.2mm。结合图3,巴伦滤波器的各尺寸参数如下=W1=L 2臟，L1=Amm, W2=0.3臟，L2=4.3臟,W3=L 4mm,L3= 13mm, W4=0.3mm，L4= 13mm, W5=0.8mm，L5=9.6mm，W6=L 2mm，L6=9.5mm, L7=23mm，L8=4mmg=0.1mm。巴伦滤波器的整体面积为37 X 55mm，对应的导波长尺寸为0.67 XgX 1.011 Ag，其中Ag为通带中心频率对应的导波波长。
[0028]本实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3 GHz，相对带宽为20%，通带内回波损耗低于15dB。通带外分别有三个传输零点使得该实例巴伦滤波器具有很好的选择性。
[0029]图5是本实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。
[0030]图6是本实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 ± 5度以内。
[0031]综上所述，本发明基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，结合多模谐振器和终端开路的传输线的场分布特性实现了一种结构简单、损耗低、选择性好、具有较好的端口匹配性能的双模巴伦带通滤波器，该巴伦滤波器非常适用于现代无线通信系统。
【主权项】
1.一种基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，其特征在于:包括输入端馈线(I)、二端口输出端馈线(2)、三端口输出端馈线(3)、第一 E型多模谐振器(4)、第二 E型多模谐振器(5)、介质基板(6)、金属接地板(7),第一 E型多模谐振器(4)和第二 E型多模谐振器(5)均为对称面枝节加载的多模谐振器；其中输入端馈线(I)、二端口输出端馈线(2)、三端口输出端馈线(3)、第一 E型多模谐振器(4)和第二 E型多模谐振器(5)位于介质基板(6)的上表面,金属接地板(7)位于介质基板(6)的下表面；第一 E型多模谐振器(4)包含第一四分之一波长谐振器(41)、第二四分之一波长谐振器(42)、第一对称面枝节加载单元(43)，第二 E型多模谐振器(5)包含第三四分之一波长谐振器(52)、第四四分之一波长谐振器(51)、第二对称面枝节加载单元(53)。2.根据权利要求1所述的基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，其特征在于:所述的输入端馈线(I)包括输入端50欧姆微带线导带(11)和终端开路的一个波长的主传输线(12) ;二端口输出端馈线(2)包括二端口输出端50欧姆微带线导带(21)和二端口输出端四分之一波长耦合线(22);三端口输出端馈线(3)包括三端口输出端50欧姆微带线导带(31)和三端口输出端四分之一波长I禹合线(32);输入端一个波长的主传输线(12)在距离一端口馈点的四分之二波长处与第一 E型多模谐振器(4)的第二四分之一波长谐振器(42)平行耦合，输入端一个波长的主传输线(12)在距离一端口馈点的四分之三波长处与第二 E型多模谐振器(5)的第三四分之一波长谐振器(52)平行耦合；二端口输出端四分之一波长耦合线(22)和第一 E型多模谐振器(4)的第一四分之一波长谐振器(41)平行耦合；三端口输出端四分之一波长I禹合线(32)与第二 E型多模谐振器(5)的第四四分之一波长谐振器(51)平行耦合。3.根据权利要求1所述的基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，其特征在于:所述二端口输出端馈线(2)和三端口输出端馈线(3)的结构尺寸相同，第一 E型多模谐振器(4)和第二 E型多模谐振器(5)均为结构尺寸相同的对称面枝节加载的E型多模谐振器。4.根据权利要求1或2所述的基于E型多模谐振器的宽带三模巴伦带通滤波器，其特征在于:所述第一 E型多模谐振器(4)的第一四分之一波长谐振器(41)和第二四分之一波长谐振器(42)相互连接，第一对称面枝节加载单元(43)分别与第一四分之一波长谐振器(41)、第二四分之一波长谐振器(42)相互垂直分布；第二 E型多模谐振器(5)的第三四分之一波长谐振器(52)和第四四分之一波长谐振器(51)相互连接，第二对称面枝节加载单元(53)分别与第三四分之一波长谐振器(52)、第四四分之一波长谐振器(51)相互垂直分布。
【文档编号】H01P1/203GK105990629SQ201510051581
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】蔡传涛, 顾辉, 林善明, 黄烽, 王建朋
【申请人】南京理工大学