一种具有滤波功能的改进型Marchand巴伦的制作方法

本发明涉及滤波巴伦技术领域，特别涉及一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦。

背景技术

随着无线通信系统对于高性能、小型化需求的日益增加，业内设计人员逐渐将单个射频无源器件的功能集成到一个器件中实现，融合设计出多功能的器件。滤波巴伦，兼具滤波器及巴伦的功能，将滤除不需要的频率信号和不平衡与平衡信号间的转换功能集成在一个器件中，得到了广泛的关注和研究。在现有的报道中，已有基于基片集成波导工艺、低温共烧陶瓷工艺及槽线等实现的滤波巴伦。平面marchand巴伦由于简单的设计流程得到了广泛的使用。一般的，平面marchand巴伦由一条半波长开路微带线及两条四分之一波长短路微带线组成，但基于此结构将使得该巴伦具有较差的阻带抑制、较大的输出端不平衡性及极窄的耦合缝隙，在设计过程中通常需要额外的连接线进行端平衡性补偿，同时过窄的缝隙无法实现精确加工。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦，包括：基板和设置在基板上的电路结构，所述电路结构包括：带有输入端的第一耦合线、带有第一输出端的第二耦合线、带有第二输出端的第三耦合线、以及阶跃阻抗谐振器，所述第二耦合线和所述第三耦合线均设置在所述第一耦合线一侧，所述阶跃阻抗谐振器设置在第一耦合线与第二耦合线、第一耦合线与第三耦合线之间间隙中。

在本发明实施例上述的具有滤波功能的改进型marchand巴伦中，所述阶跃阻抗谐振器，包括：

两个对称设置且中间留有耦合缝隙的高低阻抗线，其中一个高低阻抗线外侧与第一耦合线边缘耦合，另一个高低阻抗线外侧分别与第二耦合线和第三耦合线边缘耦合。

在本发明实施例上述的具有滤波功能的改进型marchand巴伦中，所述高低阻抗线包括：低阻抗的宽线部分和高阻抗的窄线部分，所述窄线部分与设置在其两端的所述宽线部分连接。

在本发明实施例上述的具有滤波功能的改进型marchand巴伦中，所述第一耦合线的长度为半波长，所述第二耦合线、所述第三耦合线、以及所述高低阻抗线的长度为四分之一波长，所述波长为所述改进型marchand巴伦预设的波长。

在本发明实施例上述的具有滤波功能的改进型marchand巴伦中，所述输入端采用抽头式的结构，且设置在第一耦合线非中点处，所述第一输出端设置在第二耦合线的一端，所述第二耦合线的另一端接地，所述第二输出端设置在第三耦合线的一端，所述第三耦合线的另一端接地，所述第二耦合线与所述第三耦合线沿经过所述第一耦合线中点的横截面对称设置。

在本发明实施例上述的具有滤波功能的改进型marchand巴伦中，所述输入端、所述第一输出端、所述第二输出端均采用线宽为1.13mm的50ω微带线制备。

在本发明实施例上述的具有滤波功能的改进型marchand巴伦中，所述电路结构为单层平面结构，且印制于所述基板上。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在第一耦合线与第二耦合线、第一耦合线与第三耦合线之间间隙间加载阶跃阻抗谐振器，其构成的改进型marchand巴伦，具有了优越的频率选择特性及宽阻带抑制特性，阶跃阻抗谐振器的加载也提升了第一耦合线与第二耦合线、第一耦合线与第三耦合线之间的耦合强度，进而避免了传统marchand巴伦中过窄的耦合缝隙。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦中电路结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种阶跃阻抗谐振器的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦的仿真结果示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种传统抽头式平面marchand巴伦的仿真结果示意图；

图5是本发明实施例一提供的一种改进型marchand巴伦与传统抽头式平面marchand巴伦的输出端口幅度差及相位差的对比结果示意图；

图6是本发明实施例一提供的一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦的宽频带响应结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种具有滤波功能的改进型marchand巴伦，参见图1，包括：

基板(附图中未标示)和设置在基板上的电路结构，该电路结构包括：带有输入端11的第一耦合线1、带有第一输出端21的第二耦合线2、带有第二输出端31的第三耦合线3、以及阶跃阻抗谐振器4，第二耦合线2和第三耦合线3均设置在第一耦合线1一侧，阶跃阻抗谐振器4设置在第一耦合线1与第二耦合线2、第一耦合线1与第三耦合线3之间间隙中。

在本实施例中，基板可以采用厚度为0.508mm的rogers4003c型板材制备而成。上述电路结构不仅能够有效提高marchand巴伦的频率选择性，而且能够改善marchand巴伦的阻带抑制，从而实现滤波巴伦。同时，阶跃阻抗谐振器的加载能够增强耦合微带线(即第一耦合线1与第二耦合线2之间、第一耦合线1与第三耦合线3之间)间的耦合强度，进而避免平面marchand巴伦中需要极窄的缝隙来实现耦合。即该改进型marchand巴伦将一对阶跃阻抗谐振器加载到平面marchand巴伦中，得益于阶跃阻抗谐振器的小尺寸和宽阻带，以及滤波器设计中的传输零点控制，改进型marchand巴伦具有了优越的频率选择特性及宽阻带抑制特性。阶跃阻抗谐振器的加载也提升了微带线间的耦合强度，进而避免了平面marchand中过窄的耦合缝隙。

具体地，参见图2，阶跃阻抗谐振器4可以包括：两个对称设置且中间留有耦合缝隙的高低阻抗线41，其中一个高低阻抗线41外侧与第一耦合线1边缘耦合，另一个高低阻抗线41外侧分别与第二耦合线2和第三耦合线3边缘耦合。

在本实施例中，阶跃阻抗谐振器的加载能够增强耦合微带线(即第一耦合线1与第二耦合线2之间、第一耦合线1与第三耦合线3之间)间的耦合强度，进而避免平面marchand巴伦中需要极窄的缝隙来实现耦合。在该改进型marchand巴伦中，最窄的缝隙位于第一耦合线1、第二耦合线2、第三耦合线3与阶跃阻抗谐振器4的边缘耦合处，最窄缝隙为0.2mm，现代的微波电路加工工艺完全能够实现这一宽度的缝隙，而没有加载阶跃阻抗谐振器的巴伦中位于第一耦合线与第二耦合线和第三耦合线边缘耦合处，最小缝隙为0.02mm，其数值相比之下提高了近十倍，大大降低了marchand巴伦的制备难度。

进一步地，参见图2，高低阻抗线41可以包括：低阻抗的宽线部分411和高阻抗的窄线部分412，窄线部分412与设置在其两端的宽线部分411连接。

进一步地，第一耦合线1的长度为半波长，第二耦合线2、第三耦合线3、以及高低阻抗线41的长度为四分之一波长，波长为所述改进型marchand巴伦预设的波长。

可选地，参见图1，输入端11采用抽头式的结构，且设置在第一耦合线1非中点处(即与第一耦合线1的一端较为接近)，第一输出端设置在第二耦合线2的一端，第二耦合线2的另一端接地，第二输出端设置在第三耦合线3的一端，第三耦合线3的另一端接地，第二耦合线2与第三耦合线3沿经过第一耦合线1中点的横截面对称设置。

在本实施例中，输入端11采用抽头式的结构，且设置在第一耦合线1非中点处，这样可以实现输出端口平衡性的初步补偿。

进一步地，输入端11、第一输出端21、第二输出端31均采用线宽为1.13mm的50ω微带线制备，电路结构为单层平面结构，且印制于所述基板上。

下面先结合图1-2，对本申请的具有滤波功能的改进型marchand巴伦进行分析，其耦合矩阵m如下：

在此基础上对应的滤波巴伦物理尺寸可以在仿真软件hfss中通过指定最小的插入损耗、最好的带内阻抗匹配得到。其具体的物理尺寸如下所示：半波长λg/2＝34.5,w0＝1.13,go＝0.5；l1＝6.25,l2＝12,w1＝2,w2＝0.5；g1＝0.2,g2＝0.5,g3＝0.25,d＝6.9，上述数值单位均为毫米。

参见图3-6，如图3所示，上述改进型marchand巴伦仿真得到的散射参数与通过耦合矩阵综合得到的散射参数具有很好的吻合度。两个传输零点分别产生在频率为2.47ghz及2.97ghz处，有效的提高了滤波巴伦的带外抑制性。该具有滤波功能的改进型marchand巴伦具有5.6％的3db相对带宽，中心频点为2.7ghz，带内回波损耗优于15db且最小插入损耗为3+0.2db。图4为抽头式传统平面marchand巴伦的仿真结果，从该图4可以看出，基于传统结构设计的巴伦不具有频率选择性，且输出端的平衡性较差。图5展示了该具有滤波功能的改进型marchand巴伦与抽头式传统平面marchand巴伦的输出端口幅度差及相位差的对比，其中抽头式传统平面marchand巴伦这两个值分别为1.1db及180°±10.5°，而该具有滤波功能的改进型marchand巴伦的输出端幅度差及相位差分别为0.2db及180°±1.5°。此外，众所周知，无线通信系统的诸多应用场合中要求器件具有宽阻带抑制性能，该具有滤波功能的改进型marchand巴伦的另一个优势便是具有同于阶跃阻抗谐振器的宽阻带抑制特性。通过选择阶跃阻抗谐振器中适当的高低阻抗线，该具有滤波功能的改进型marchand巴伦不仅可以实现以较小的尺寸的加载到平面marchand巴伦中，而且其谐波在通带的高频端被有效抑制。图6为所设计的滤波巴伦的宽频带响应，可见，其-10db阻带被拓宽到3.32f0。该设计可以同时实现高频率选择性、宽阻带抑制性以及较好的输出端口平衡性。此外，用于耦合微带线之间的窄缝隙也因为阶跃阻抗谐振器的加载而使其宽度显著增加，减小了加工实现的难度。最后，仿真结果证实了上述分析设计方法的可行性。结果表明，设计的滤波巴伦案例具有5.6％的相对带宽，中心频率为f0＝2.7ghz，-10db阻带拓宽到3.32f0处，同时得到的幅度差及相位差分别为0.2db及180°±2°。

本发明实施例通过在第一耦合线与第二耦合线、第一耦合线与第三耦合线之间间隙间加载阶跃阻抗谐振器，其构成的改进型marchand巴伦，具有了优越的频率选择特性及宽阻带抑制特性，阶跃阻抗谐振器的加载也提升了第一耦合线与第二耦合线、第一耦合线与第三耦合线之间的耦合强度，进而避免了传统marchand巴伦中过窄的耦合缝隙。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。