基于微带线‑槽线的宽带反相功分滤波器的制作方法

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紧凑、频带宽、隔离度高、相位偏差小的基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器。

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，功分滤波器作为一种集功分和滤波于一体的多功能器件，受到越来越多的关注。目前，多数功分滤波器的研究集中在同相输出，但对于一些诸如推挽式电路，反相功分滤波通常必不可少，因为这些器件必须使用高隔离度的反相信号激励。到目前，关于很多关于反相功分器的设计方法已经被研究报道，但大多数研究工作都没有考虑滤波功能。

文献1(u.t.ahmedanda.m.abbosh,“widebandout-of-phasepowerdividerusingtightlycoupledlinesandmicrostriptoslotlinetransitions,”electron.lett.,vol.52,no.2,pp.126-128,jan.2016.)中提出了一种基于微带线-槽线的反相功分器，该功分器在一定频率范围内具有较好的功分特性，但是并没有考虑到滤波特性的集成。

文献2(c.f.chenandc.y.lin,“compactmicrostripfilteringpowerdividerswithgoodin-bandisolationperformance,”ieeemicrow.wirelesscompon.lett.,vol.24,no.1,pp.17-19,jan.2014.)利用四个折叠网状谐振器设计了一个带有二阶切比雪夫滤波器响应的反相功分滤波器，然而该设计仅适用于窄带带宽。

文献3(x.y.zhang,x.f.liu,y.c.li,w.l.zhan,q.y.luandj.x.chen,“ltccout-of-phasefilteringpowerdividerbasedonmultiplebroadsidecoupledlines,”ieeetrans.compon.,packag.manuf.technol.,vol.7,no.5,pp.777-785,may2017.)采用宽边耦合线形式，基于低温共烧陶瓷(ltcc)技术，设计了一个紧凑的反相功分滤波器，然而该器件的端口隔离度和相位差仍有待改善，而且其加工工艺较为复杂。

总之，现有技术存在的问题是：反相功分器无法兼顾结构紧凑、频带宽、隔离度高滤波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微带线-槽线的宽带反相功分滤波器，频带宽、隔离度高、滤波性能好、相位偏差小。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器，包括矩形的上介质基板、下介质基板和金属地板，所述金属地板位于上介质基板与下介质基板之间；所述下介质基板的下表面设有输入端口馈线，所述上介质基板的上表面设有输出端口馈线，所述金属地板上蚀刻有开路槽线；所述上介质基板的上表面还设有四分之一波长传输线和隔离电阻，所述四分之一波长传输线一端与输出端口馈线相连，另一端与隔离电阻的一端相连，所述隔离电阻的另一端与贯通上介质基板的金属通孔的上端相连，所述金属通孔的下端与金属地板相接，所述金属通孔的下端与金属地板的连接点位于开路槽线的一端。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明的结构紧凑，尺寸小于0.5λg×0.5λg,，利用双层pcb板，便于加工集成，生产成本低。

(2)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)本发明采用隔离电阻接地的方式，在输出端口对称面上加载四分之一波长低阻抗线和接地电阻，获得了高于19db的输出端口隔离度。

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是本发明基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器的立体结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的仰视图。

图4、图5是实施例1的结构尺寸示意图。

图6是实施例1的s参数仿真曲线图。

图7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。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器，包括矩形的上介质基板1、下介质基板3和金属地板2，所述金属地板2位于上介质基板1与下介质基板3之间；

所述下介质基板3的下表面设有输入端口馈线4，所述上介质基板1的上表面设有输出端口馈线5，所述金属地板2上蚀刻有开路槽线9；

所述上介质基板1的上表面还设有四分之一波长传输线6和隔离电阻7，所述四分之一波长传输线6一端与输出端口馈线5相连，另一端与隔离电阻7的一端相连，所述隔离电阻7的另一端与贯通上介质基板的金属通孔8的上端相连，所述金属通孔8的下端与金属地板2相接，所述金属通孔8的下端与金属地板2的连接点位于开路槽线9的一端。

如图3所示，所述输入端口馈线4包括均呈l型直角弯折的50欧姆微带线导带41和四分之一波长开路谐振器42，所述50欧姆微带线导带41的输入端口位于下介质基板3的一个窄边上，且该输入端口所在的50欧姆微带线导带41的一臂与下介质基板3窄边垂直，其另一臂与下介质基板3窄边平行，50欧姆微带线导带41的输出端口与四分之一波长开路谐振器42的首端相连，所述四分之一波长开路谐振器42的末端所在臂与下介质基板3窄边垂直，其延伸方向指向50欧姆微带线导带41的输入端口所在的下介质基板3的窄边；

四分之一波长开路谐振器42的末端与下介质基板3窄边之间设有间隙。

如图2所示，所述输出端口馈线5包括与上介质基板1宽边垂直的第一50欧姆输出馈线51、第二50欧姆输出馈线53，以及呈u型弯折的二分之一波长传输线52，所述第一50欧姆输出馈线51的输出端位于上介质基板1的一个宽边上，第二50欧姆输出馈线53的输出端位于上介质基板1的另一个宽边上，所述二分之一波长传输线52的两端分别与关于上介质基板1窄边中线对称的第一50欧姆输出馈线51和第二50欧姆输出馈线53的输入端相连；

所述二分之一波长传输线52的u型中段平行位于输入端口馈线4中段的正上方，其u型开口与输入端口馈线4开口方向相反；

所述四分之一波长传输线6位于上介质基板1窄边中线上，一端与二分之一波长传输线52的中点相连，另一端朝向二分之一波长传输线52的u型开口，并与隔离电阻7的一端相连。

如图1、2、3所示，所述开路槽线9包括圆形蚀刻面91和条形蚀刻面92，所述圆形蚀刻面91的圆心和条形蚀刻面92的轴线均位于金属地板2的窄边中线上，条形蚀刻面92的一端靠近金属通孔8的下端，其另一端与圆形蚀刻面91相接，所述条形蚀刻面92与圆形蚀刻面91的连接点与二分之一波长传输线52的中点外侧竖向对齐。即二分之一波长传输线52在金属地板2上的投影与条形蚀刻面92垂直相交，该投影外侧与圆形蚀刻面91相切，使得馈电位置在开路槽线9的开路端，从而满足场强最大的边界条件。

如图2所示，所述二分之一波长传输线6由矩形低阻抗线经切除四角的三角形而成，切角可补偿微带的不连续性。

本发明基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器中，圆形开路槽线9中长条形蚀刻面92的长度决定了中心频率，对应中心频率位置为四分之波长，其宽度决定了耦合强度；输入端口馈线4中的四分之一波长开路谐振器的长度决定了通带内的模式位置，选择四分之波长使得通带关于中心频率对称，其宽度以及输出馈线中的二分之一波长传输线的宽度决定了通带内的阻抗匹配。此外，信号由输入端口馈线进入，经过微带线到槽线再到微带线的过渡，经输出馈线耦合，从两个输出端口等幅反相输出。由于槽线谐振器自身特性，在两倍中心频率附近产生了两个零点，从而实现了良好的滤波效果。最后，四分之一波长传输线6的宽度和隔离电阻阻值的大小对输出端口阻抗匹配影响较大，选择合适的宽度可以得到较好的阻抗匹配和端口隔离。

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，可在两片pcb板上实现，生产成本低。同时，利用微带线-槽线的过渡特性以及对称面加载隔离电阻，具有宽的工作频带，良好的频率选择特性和端口隔离特性。由于本发明的反相功分滤波器结构紧凑、频带宽、相位偏差小、隔离度高，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

基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器的立体结构如图1所示，俯视图如图2所示，仰视图如图3所示，有关尺寸规格如图4、5所示。图4为俯视尺寸规格，图5为仰视尺寸规格。所采用的介质基板1和3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4、5，功分滤波器的各尺寸参数如下：wp＝1.18mm，wm1＝1.6mm，wm3＝0.3mm，wmr＝6mm，ws＝0.1mm，lp1＝17.21mm，lp2＝7.6mm，lm1＝11.32mm，lm2＝14.7mm，lm3＝16.7mm，lmr＝14mm，ls＝16.8mm，d＝4mm，wd＝1mm。反相功分滤波器包括50欧姆微带线导带的总面积为26.7×31.8mm²，对应的导波长尺寸为0.39λg×0.46λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。

本实例反相功分滤波器是在电磁仿真软件hfss.13.0中建模仿真的。图6是本实例中反相功分滤波器的s参数仿真图，从图中可以看出，该反相功分滤波器的通带中心频率为2.63ghz，3-db分数带宽为82％，带内回波损耗好于19.4db，隔离好于17db，通带外位于0.1ghz，4.86ghz和5.38ghz处的三个零点提高了该实例反相功分滤波器的频率选择性。

图7是本实例反相功分滤波器两个输出端口的相位差和幅度差，从图中可以看出，该实例反相功分滤波器在工作频率范围内的输出端口相位差在180±1°以内，其幅度差在±0.1db以内。

综上所述，本发明基于微带线-槽线的宽带反相功分滤波器，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，实现带有宽频带滤波特性的反相功分器，利用对称面加载终端接隔离电阻的四分之一波长传输线，实现反相输出端口之间的高度隔离。该反相功分滤波器非常适用于现代无线通信系统。