本发明属于微波和射频技术领域，具体是一种差分功率分配器，可应用于无线通信系统射频前端。
背景技术：
滤波器和功率分配器是现代移动通信系统中不可或缺的两个关键器件，可以分别实现信号的选取以及信号功率的分配/合成。近些年，随着移动通信技术的快速发展，通信系统的小型化、低成本化要求越来越高，一些传统单功能器件的继续使用势必会导致系统的体积变大、成本增加。基于此趋势，一些双功能器件，比如具有滤波特性的功率分配器，得到了广泛的研究。另一方面，由于差分系统对环境噪声具有较好的抑制作用，能够提高系统的灵敏度，满足了现代通信系统高质量的通信要求。因此，为了提高无线通信系统的抗干扰性，实现通信系统的小型化，近些年国内外很多研究机构和学者都致力于差分滤波功率分配器的研究。
2013年Lin-Sheng Wu等学者在微波领域的顶级期刊IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES上发表文章Balanced-to-Balanced Gysel Power Divider With Bandpass Filtering Response，但这种滤波功率分配器的选择性较差。
2010年Chiau-Ling Huang等学者在2013 Asia-Pacific Microwave Conference上发表论文Filtering Power Divider for Differential Input and Output Signals。文中基于三个级联互耦的U型谐振器设计了一种差分形式的滤波功分器，但由于结构问题导致共模抑制不理想。
2017年Ming Luo等人在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS期刊上发表论文A Compact Balanced-to-Balanced Filtering Gysel Power Divider Using λg/2 Resonators and Short-Stub-Loaded Resonator。文中采用新结构改善了差分滤波功分器的共模抑制，但是插入损耗却较大。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术缺陷，提供一种具有滤波特性的差分功率分配器，以降低插入损耗，提高选择性和共模抑制度，满足了移动通信系统对优良性能的需求。
为实现上述目的，本发明具有滤波特性的差分功率分配器，包括微带介质基板1和金属接地板4，微带介质基板1的上表面设有一个U型输入微带馈线2、两个U型输出微带馈线3，两条第一L型阶梯阻抗微带线5和两条第二L型阶梯阻抗微带线10；金属接地板4位于微带介质基板1的下表面，其特征在于：
金属接地板4上设有依次蚀刻相连的第一阶梯阻抗缝隙线结构7和T型均匀阻抗缝隙线结构8；该T型均匀阻抗缝隙线结构8的两条支路末端分别设有对称的两条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9；该两条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9的正前方设有两条对称的第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11；该第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11的末端均设有第二阶梯阻抗缝隙线结构12；
U型输入微带馈线2位于第一阶梯阻抗缝隙线结构7正上方；U型输出微带馈线3位于每个第二阶梯阻抗缝隙线结构12的正上方；两条第一L型阶梯阻抗微带线5分别位于每个第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9的正上方；两条第二L型阶梯阻抗微带线10分别位于每个第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11的正上方；
两条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9之间设有第一均匀阻抗缝隙线13，该第一均匀阻抗缝隙线13中心位置跨接第一隔离电阻R1；两条第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11之间设有第二均匀阻抗缝隙线14，该第二均匀阻抗缝隙线14中心位置跨接有第二隔离电阻R2。
作为优选，所述每条第一L型阶梯阻抗微带线5与第二L型阶梯阻抗微带线10之间设有枝节加载型谐振器6；第一L型阶梯阻抗微带线5与第二L型阶梯阻抗微带线10相对于枝节加载型谐振器6对称。
作为优选，所述T型缝隙线结构8，由一条均匀阻抗缝隙竖线和两条相同的均匀阻抗缝隙横线组成，用以实现输入信号功率的平均分配。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明由于采用加载隔离电阻的缝隙线结构，提升了两个输出端口间差模隔离度，从而降低了输出端口间信号的相互干扰。
2.本发明由于采用枝节加载型谐振器和其两侧对称的L型阶梯阻抗微带线，可在差模通带的两侧各产生了一个传输零点，从而提高了选择性。
3.本发明由于采用T型缝隙线结构，可实现功率分配特性，且尺寸小，结构简单，易于实现。
4.本发明由于采用U型微带馈线以及位于其正下方的阶梯阻抗缝隙线结构，可实现差模信号的过渡传输和对共模信号的抑制。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的顶部结构图；
图3为本发明的底部结构图；
图4为本发明的差模回波损耗和差模插入损耗的S参数仿真和实测图；
图5为本发明的差模隔离度的S参数仿真和实测图；
图6为本发明的幅度与相位不平衡度的仿真和实测图；
图7为本发明共模回波损耗和共模插入损耗的S参数仿真和实测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：
参照图1，本实施例的具有滤波特性的差分功率分配器通过双面敷铜板实现，它包括一个微带介质基板1、一个金属接地板4，一个U型输入微带馈线2、两个U型输出微带馈线3，两条第一L型阶梯阻抗微带线5、两个枝节加载型谐振器6和两条第二L型阶梯阻抗微带线10；金属接地板4上蚀刻有第一阶梯阻抗缝隙线结构7、T型均匀阻抗缝隙线结构8、两条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9、两条第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11和两条第二阶梯阻抗缝隙线结构12，其中：
所述微带介质基板1采用介电常数为2.2，大小为70mm×40mm，厚度为0.8mm的F4BM-2材料；U型输入微带馈线2、U型输出微带馈线3、第一L型阶梯阻抗微带线5、枝节加载型谐振器6和第二L型阶梯阻抗微带线10位于微带介质基板1的上表面；所述金属接地板4位于该微带介质基板1的下表面。
参照图2和图3，所述U型输入微带馈线2，由两条50欧姆的微带竖线和一条微带横线相连构成，两条50欧姆微带竖线用来输入差模信号，中间的一条微带横线作为U型微带馈线的底边，并与其正下方的第一阶梯阻抗缝隙线结构7组成过渡结构，用于传输差模信号和抑制共模信号。U型输入微带馈线2的两条平行50欧姆微带竖线的长度L1为14.0mm-15.0mm，线宽W1为2.2-2.5mm，本实施例取但不限于L1为14.0mm，W1为2.4mm。U型输入微带馈线2的微带横线长度L2为14.0mm-15.0mm，线宽W2为2.5mm-3.0mm，本实施例取但不限于L2为14.4mm，W2为2.8mm；
所述第一阶梯阻抗缝隙线结构7的总长度为四分之一导波波长，用以顺利实现微带线到缝隙线的信号过渡。该第一阶梯阻抗缝隙线结构7的第一阶缝隙线长度Ls1为5.0mm-7.0mm，宽度Ws1为7.0mm-9.0mm，本实施例取但不限于Ls1为6.0mm，Ws1为8.0mm；第二阶缝隙线的长度Ls2为2.5mm-3mm，宽度Ws2为0.2mm-0.5mm，本实施例取但不限于Ls1为2.8mm，Ws1为0.3mm。
所述T型均匀阻抗缝隙线结构8连接在第一阶梯阻抗缝隙线结构7末端，该T型均匀阻抗缝隙线结构8由一条均匀阻抗缝隙竖线和两条相同的均匀阻抗缝隙横线组成，用以实现输入信号功率的平均分配。T型缝隙线结构8的一条均匀阻抗缝隙竖线和两条相同的均匀阻抗缝隙横线的宽度相同，其宽度Ws3为0.1mm-0.4mm，均匀阻抗微带竖线长度Ls3为3.0mm-6.0mm，均匀阻抗缝隙横线长度Ls4为13.0mm-15.0mm。本实施例取但不限于Ws3为0.2mm，Ls3为4.0mm，Ls4为14.4mm。
所述两条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9分别左右对称的连接在所述T型均匀阻抗缝隙线结构8的两条支路末端，该第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9的第二阶缝隙线总长度为四分之一导波波长，用以顺利实现信号从缝隙线到微带线的过渡；第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9的第一阶缝隙线的长度Ls5为2.0mm-4.0mm，宽度Ws4为0.1mm-0.3mm，本实施例取但不限于Ls5为3.0mm，Ws4为0.2mm；第二阶缝隙线的总长度Ls6为12.0mm-14.0mm，宽度Ws5为0.8mm-1.2mm。本实施例取但不限于Ls6为13.5mm，Ws5为1.0mm。
所述两条第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11位于所述第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9的正前方，且左右对称，该第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11第一阶缝隙线总长度为四分之一导波波长，用以顺利实现信号从微带线到缝隙线的过渡。该第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11的第一阶缝隙线的总长度Ls7为12.0mm-14.0mm，宽度Ws6为0.8mm-1.2mm，本实施例取但不限于Ls7为13.5mm，Ws6为1.0mm；第二阶缝隙线的长度Ls8为3.0mm-6.0mm，宽度Ws7为0.1mm-0.3mm，本实施例取但不限于Ls8为5.0mm，Ws7为0.2mm。
所述两条第一L型阶梯阻抗微带线5分别位于每条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9的正上方，且左右对称，该第一L型阶梯阻抗微带线5的第一阶微带线总长度为四分之一导波波长，以顺利实现信号从缝隙线到微带线的过渡；两条第二L型阶梯阻抗微带线10分别位于每条第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11的正上方，且左右对称；枝节加载型谐振器6位于每条第一L型阶梯阻抗微带线5与每条第二L型阶梯阻抗微带线10之间，且左右对称；所述第一L型阶梯阻抗微带线5与所述第二L型阶梯阻抗微带线10相对于所述枝节加载型谐振器6左右对称。
所述第一L型阶梯阻抗微带线5的第一阶微带线的总长度L3为13.0mm-15.5mm，宽度W3为0.9mm-1.5mm，本实施例取但不限于L3为14.0mm，W3为1.2mm；第二阶微带线的长度L4为14.5mm-16.5mm，宽度W4为0.3mm-0.6mm，本实施例取但不限于L4为16.0mm，W4为0.5mm。
所述每个枝节加载型谐振器6的总长度Lr为40.0mm-45.0mm，宽度Wr为0.4mm-0.6mm，本实施例取但不限于Lr为42.0mm，Wr为0.5mm；其加载的开路枝节长度Lrt为15.0mm-18.0mm，宽度Wrt为0.8mm-1.4mm，本实施例取但不限于Lrt为17.0mm，Wrt为1.2mm；该枝节加载型谐振器6与所述第一L型阶梯阻抗微带线5和所述第二L型阶梯阻抗微带线10的间距相等，其间距g为0.1mm-0.4mm，本实施例取但不限于g为0.3mm。
所述第二阶梯阻抗缝隙线结构12分别连接在每条第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11的末端，且左右对称；该第二阶梯阻抗缝隙线结构12的总长度为四分之一导波波长，用以顺利实现信号从缝隙线到微带线的过渡。该第二阶梯阻抗缝隙线结构12的第一阶缝隙线长度Ls9为2.5mm-3.0mm，宽度Ws8为0.2mm-0.6mm，本实施例取但不限于Ls9为2.8mm，Ws1为0.4mm；第二阶缝隙线的长度Ls10为5.0mm-9.0mm，宽度Ws9为4.0mm-7.0mm，本实施例取但不限于Ls10为8.0mm，Ws1为5.0mm。
所述两个U型输出微带馈线3分别位于所述两个第二阶梯阻抗缝隙线结构12正上方，且左右对称，用以实现信号从缝隙线到微带线的过渡输出；该U型输出微带馈线3与所述U型输入微带馈线2大小结构相同、方向相反。
第一均匀阻抗缝隙线13位于两条第一L型阶梯阻抗缝隙线结构9之间；第二均匀阻抗缝隙线14位于两条第二L型阶梯阻抗缝隙线结构11之间；所述第一均匀阻抗缝隙线13与第二均匀阻抗缝隙线14宽度相同，其宽度Wt为0.1mm-0.4mm，本实施例取但不限于Wt为0.2mm。
第一隔离电阻R1跨接在第一均匀阻抗缝隙线13中心位置；第二隔离电阻R2跨接在第二均匀阻抗缝隙线14中心位置。所述第一隔离电阻R1的阻值为50ohm-200ohm，本实施例取但不限于R1的阻值为100ohm；所述第二隔离电阻R2的阻值为50ohm-200ohm本实施例取但不限于R2的阻值为100ohm。
本发明的效果可通过以下仿真与测试进一步说明。
仿真实测1，分别对上述实施例的具有滤波特性的差分功率分配器进行差模回波损耗和差模插入损耗的仿真与实测，结果如图4所示。
从图4的仿真结果可以看出，本实施例的工作频段为2.6GHz-3.0GHz，相对带宽为14.3％；最大差模回波损耗为26dB；最小差模插入损耗为3.5dB；在通带两侧各存在一个传输零点，分别位于2.36GHz和3.24GHz处，提高了选择性。
从图4的实测结果可以看出，本实施例的工作频段为2.7GHz-3.0GHz，相对带宽为10.5％；最大差模回波损耗为24dB；最小差模插入损耗为3.3dB；在通带两侧各存在一个传输零点，分别位于2.46GHz和3.24GHz处，提高了选择性。
仿真实测2，分别对上述实施例的具有滤波特性的差分功率分配器进行差模隔离度的仿真与实测，结果如图5所示。
从图5的仿真结果可以看出，在工作频段范围内，差模隔离度大于等于12dB，实现了两个输出端口间良好的隔离。
从图5的实测结果可以看出，在工作频段范围内，差模隔离度大于等于15dB，实现了两个输出端口间良好的隔离。
仿真实测3，分别对上述实施例的具有滤波特性的差分功率分配器进行幅度平衡度与相位平衡度的的仿真与实测，结果如图6所示。
从图6的仿真结果可以看出，在工作频段范围内，两个输出端口的幅度差小于等于0.2dB；在工作频段范围内，两个输出端口信号的相位差小于等于2度。
从图6的仿真结果可以看出，在工作频段范围内，两个输出端口的幅度差小于等于0.3dB；在工作频段范围内，两个输出端口信号的相位差小于等于3度。
仿真实测4，分别对上述实施例的基于平行耦合缝隙线结构的差分超宽带功率分配器进行共模回波损耗和共模插入损耗进行仿真与实测，结果如图7所示。
从图6的仿真结果可以看出，在工作频段范围内，共模回波损耗小于等于0.25dB，共模插入损耗大于等于50dB，实现了良好的共模抑制。
从图6的实测结果可以看出，在工作频段范围内，共模回波损耗小于等于0.35dB，共模插入损耗大于等于45dB，实现了良好的共模抑制。
上述四个仿真结果均与实测结果基本一致。