一种双通带宽带反相滤波功分器

：本发明属于微波无源器件，具体涉及一种双通带宽带反相滤波功分器。

背景技术

0、
背景技术：

1、随着现代通信技术的不断发展，单一功能的无源微波器件不能满足射频通信系统对多功能、小型化、高性能器件的大量需求，同一个通信终端上集成了越来越多的通信系统和功能，导致射频前端电路的可用面积愈加拮据。为提高设备平台的利用率，功能融合、多通信频带的小型化电路备受青睐。其中，反相滤波功分器因集成滤波与等幅反相功率分配和端口隔离工作特性于一体，广泛应用于差分放大器、阵列天线馈电网络或差分混频器等系统，获得了大量研究，为满足多频通信系统需求，高性能双通带反相滤波器的实现成为了热点研究问题之一。

2、文献1(w.yu,l.xu,x.y.zhang and j.-x.chen,"dual-band dual-modedielectric resonator filtering power divider with flexible output phasedifference and power split ratio,"in ieee transactions on microwave theoryand techniques,vol.70,no.1,pp.190-199,jan.2022.)利用六边体介质谐振器的多模谐振特性实现了两款带外抑制水平高的双通带反相滤波功分器，但介质谐振器的三维尺寸较大，不利于平面电路系统的小型化，同时，该文献中的反相滤波功分器未考虑输出端口隔离响应的设计，多个连接器件间易产生信号串扰和端口阻抗失配。

3、文献2(a.m.zaidi,m.t.beg,b.k.kanaujia,mainuddin and k.rambabu,"acompact dual-band out of phase power divider having microstripcompatibility,"in ieee transactions on circuits and systems ii:expressbriefs,vol.67,no.12,pp.2998-3002,dec.2020.)利用双频四分之一波长传输线和180°传输线的相位特性设计了一款双通带反相功分器，该设计电路具有相对紧凑的结构布局，但未考虑滤波性能的集成，在应用中仍需要滤波器的级联。

4、文献3(w.qin,j.-x.chen,l.-h.zhou,z.-h.bao,q.xue,“dual-band in-/anti-phase filtering power dividers,”in microwave and optical technology letters,vol.58,no.11,pp.2537-2786,nov.2016.)利用枝节加载谐振器的奇偶模特性，设计了一款两通带相位差不同的双通带滤波功分器，但该设计方法难以实现双通带均为反相的相位输出，并且双模谐振器的带宽难以提高。

5、综合当前已发表的论文和成果可以发现，现有的双通带反相滤波功分器设计技术存在的问题是利用介质谐振器可实现良好的滤波响应集成和反相功分特性，但输出端口间的高水平隔离度难以实现，并且介质谐振器的使用通常使得器件尺寸较大，而利用双频四分之一波长传输线设计的双通带反相功分器虽具有紧凑的尺寸，但未能实现滤波功能的集成，此外，利用微带多模谐振器的设计方法，难以实现宽带的相位反相。换句话说，当前技术下的双通带反相滤波功分器设计无法兼顾尺寸紧凑、滤波选择性好、反相带宽大与输出端口隔离度高的特性，不利于在现代无线通信系统中推广应用。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种双通带宽带反相滤波功分器。

2、本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种双通带宽带反相滤波功分器，包括输入端口匹配线、第一三端口短路耦合线结构、第二三端口短路耦合线结构、四分之一波长短路线、第一半波长短路线、第二半波长短路线、半波长连接线、隔离网络、第一输出端口和第二输出端口；所述第一三端口短路耦合线结构包括第一直通耦合线和第一短路耦合线，所述第二三端口短路耦合线结构包括第二直通耦合线和第二短路耦合线；所述第一直通耦合线的输入端与输入端口匹配线的输出端连接，输出端与第二直通耦合线输入端连接，第一短路耦合线一端为短路端，另一端连接第一输出端口；所述第二直通耦合线的输出端与四分之一波长短路线的输入端相连，四分之一波长短路线的终端短路；第二短路耦合线一端为短路端，另一端连接第二输出端口；所述第一半波长短路线终端短路，另一端与第一输出端口相连；所述第二半波长短路线终端短路，另一端与第二输出端口相连；所述半波长连接线的两端分别与第一输出端口和第二输出端口相连；所述隔离网络连接在半波长连接线的中心点处。

4、进一步的，信号由输入端口匹配线的输入端口输入，通过第一三端口短路耦合线结构的耦合端输出到第一输出端口，通过第一三端口短路耦合线结构的直通端连接第二三端口短路耦合线结构，由第二三端口短路耦合线结构的耦合端输出到第二输出端口，由耦合线两边端口的不同相位产生等幅反相输出信号，实现相位相反的等功率分配；此外，第二三端口短路耦合线结构的直通端连接的四分之一波长短路线能产生两个传输零点，第一输出端口和第二输出端口处连接的第一半波长短路线和第二半波长短路线能产生一个传输零点，从而形成双通带宽带滤波响应；最后，输出端通过半波长连接线接入的隔离网络实现了第一输出端口和第二输出端口之间的高水平隔离。

5、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

6、进一步的，所述隔离网络包括第三半波长短路线和接地隔离电阻；所述第三半波长短路线的终端短路，另一端与接地隔离电阻相连；所述第三半波长短路线与隔离电阻的连接点位于半波长连接线的中心点处。

7、进一步的，所述输入端口匹配线包括输入端口和阻抗匹配线，输入端口位于阻抗匹配线的一端，由50ω微带线和50ω带状线连接构成，阻抗匹配线的另一端连接第一直通耦合线的输入端。

8、进一步的，所述第一三端口短路耦合线结构和第二三端口短路耦合线结构均为平行耦合传输线结构；所述第一短路耦合线的短路端靠近第一直通耦合线的输入端；所述第二短路耦合线的短路端靠近第二直通耦合线的输出端。

9、进一步的，所述第一输出端口和第二输出端口分别由50ω微带线构成。

10、进一步的，所述输入端口匹配线、四分之一波长短路线、第一半波长短路线、第二半波长短路线、半波长连接线和第三半波长短路线为各自具有一定特性阻抗的平面微波传输线。

11、进一步的，本发明还设置有由上到下依次分布的第一基板、第二基板、第三基板、第四基板、第五基板、第六基板、第七基板和第八基板；所述第一基板上表面设置隔离网络，下表面设置第一金属接地板；所述第三基板上表面设置第一半波长短路线、第二半波长短路线、半波长连接线、第一输出端口和第二输出端口，下表面设置第二金属接地板；所述第四基板下表面设置第一短路耦合线和第二短路耦合线；所述第六基板上表面设置第一直通耦合线和第二直通耦合线；所述第七基板上表面设置第三金属接地板，下表面设置输入端口匹配线和四分之一波长短路线；所述第八基板下表面设置有第四金属接地板。

12、进一步的，所述第一基板和第二基板在第一输出端口和第二输出端口的50ω微带线处开设有矩形槽，露出第一输出端口和第二输出端口的50ω微带线，与外部电路连接。

13、进一步的，所述第八基板在输入端口的50ω微带线处开设有矩形槽，露出第七基板下表面的50ω微带线，与外部电路连接。

14、进一步的，所述第一三端口短路耦合线结构和第二三端口短路耦合线结构的耦合强度决定了双通带宽带反相滤波功分器的带宽，耦合强度越大，双通带宽带反相滤波功分器的带宽越大。

15、进一步的，所述输入端口匹配线中，阻抗匹配线的宽度用于调节两通带内的阻抗匹配。

16、进一步的，所述四分之一波长短路线的长度和宽度控制两滤波通带两侧的传输零点的位置，长度越长，两传输零点的频率越小，宽度越大，两传输零点的距离越近。

17、进一步的，所述第一半波长短路线和第二半波长短路线的长度决定了双通带宽带反相滤波功分器两个通带间的传输零点位置，长度越长，传输零点的频率越低，并使得低频通带的带宽越小，高频通带的带宽越大，可以用于控制两通带的带宽之比；所述第一半波长短路线和第二半波长短路线的宽度可控制两通带的阻抗匹配。

18、进一步的，所述接地隔离电阻用于吸收输出端口反射的部分信号，实现输出端口间一定的隔离度；所述第三半波长短路线用于增加隔离响应中的零点个数，从而提高输出端口间隔离度，所述第三半波长短路线的长度为双通带中心频率的半波长，宽度影响隔离水平，宽度越小，隔离水平越高。

19、本发明的有益效果：

20、相比于现有技术，本发明具有尺寸紧凑、滤波选择性好、反相带宽大与输出端口隔离度高的优势，具体表现为：

21、(1)尺寸紧凑：本发明采用传输线结构，可利用多层介质层叠结构实现，传输线易于弯折，便于实现小型化。

22、(2)滤波选择性好：本发明采用枝节谐振器加载的方式，产生多个传输零点，双通带边沿均具有陡峭的频率选择特性。

23、(3)反相带宽大：本发明采用短路耦合线的反相相差，在理论上，具有全频段的等幅反相特性。

24、(4)输出端口隔离度高：本发明采用隔离电阻与传输线谐振器相结合的隔离网络设计方法，在隔离响应中增加传输零点，能够提高反相功分器在宽频带范围内的端口隔离水平。