專利名稱：一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波通訊領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器。
背景技術(shù)：
微帶線環(huán)濾波器是一種常見的窄帶濾波器，其結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，因此在微波通訊領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。但是由于其尺寸與微波波長成正比而難于小型化。并且，當(dāng)出射耦合臂和入射耦合臂不對稱，即相位失配時(shí)，其透射峰會發(fā)生劈裂，而導(dǎo)致其無法在原頻率實(shí)現(xiàn)功率等額分配。因此在微帶線環(huán)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種兼具小型化及等功率分配特性的窄帶濾波多路等功分器將有重要的理論參考價(jià)值以及潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
近年來，一種可以實(shí)現(xiàn)特殊電磁參數(shù)(如負(fù)介電系數(shù)、負(fù)磁導(dǎo)率)的人工電磁材料一特異材料一受到了人們的廣泛關(guān)注。在合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)下，結(jié)構(gòu)的體介電常數(shù)(介電常數(shù)乘以厚度)的平均值和體磁導(dǎo)率的平均值可以同時(shí)為零。此時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)可等效為折射率為零的材料，它對電磁波是完全透明的。這種等效零折射率材料可通過在微帶線上串聯(lián)加載特定的分布/集總式電容和并聯(lián)加載特定的分布/集總式電感來實(shí)現(xiàn)。由等效零折射率材料構(gòu)成的微帶線環(huán)的結(jié)構(gòu)大小與其工作頻率無關(guān)，因此可實(shí)現(xiàn)小型化。同時(shí)，由于微帶線環(huán)上任意兩點(diǎn)之間相位為零，因此，此時(shí)在其上任何位置加載多個(gè)輸出耦合臂不會因?yàn)橄喔梢种贫x原工作頻率，并且其輸入功率可在各輸出端口之間等額分配。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可實(shí)現(xiàn)小型化的，能進(jìn)行窄帶濾波、等功率分配，且工藝簡單、成本低廉的基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特征在于，該等功分器包括微帶線金屬底板、介質(zhì)、微帶線環(huán)、多個(gè)集總電感、一條入射耦合臂、至少一條出射耦合臂，所述的介質(zhì)設(shè)置在微帶線金屬底板上，所述的微帶線環(huán)由多個(gè)扇環(huán)和多個(gè)電容交錯(cuò)連接而成，所述的微帶線環(huán)固定設(shè)置在介質(zhì)上，并在至少兩處扇環(huán)所在位置的介質(zhì)上開設(shè)孔，孔內(nèi)設(shè)置有所述電感，該電感的兩端分別與微帶線環(huán)、金屬底板連接，所述的入射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接，所述的出射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接。
所述的金屬底板為銅制成的金屬底板。
所述的微帶線環(huán)的扇環(huán)為銅制成的扇環(huán)。
所述的介質(zhì)材料為環(huán)氧樹脂復(fù)合玻璃纖維。
所述的出射耦合臂數(shù)量為一時(shí)，該等功分器為濾波器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、由等效零折射率材料構(gòu)成的微帶線環(huán)的結(jié)構(gòu)大小與其工作頻率無關(guān)，因此可實(shí)3現(xiàn)小型化。通過調(diào)節(jié)加載電容和電感值的大小可調(diào)節(jié)其尺寸，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)前加工技術(shù)所能支持的最小器件大小。
2、由于此時(shí)微帶線環(huán)上任意兩點(diǎn)之間相位差為零，透射頻率不隨耦合端口圍繞其中心旋轉(zhuǎn)的角度而改變，所以可以在不同的角度放置多個(gè)耦合臂，從而構(gòu)建多路等功分器。
3、本發(fā)明工藝簡單，成本低廉。


圖1為微帶線環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖4為實(shí)施例1的透射譜；
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖6為實(shí)施例2的透射譜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
本發(fā)明是通過在微帶線環(huán)上串聯(lián)加載特定的集總電容和并聯(lián)加載特定集總電感來實(shí)現(xiàn)特定頻率的零有效折射率材料(我們稱之為Balanced CRLH微帶線環(huán))。
條件加載的電感值和加載的電容值之比等于微帶線的分布電感與分布電容之比 (微帶線的特征阻抗的平方)時(shí)，在一特定的頻率fo處，其平均折射率為零。此時(shí)，只有該頻率的微波信號才可以透射通過Balanced CRLH微帶線環(huán)，并從以其為中心旋轉(zhuǎn)任意角度的耦合臂耦合出來，而其它頻率的電磁波則不能通過。因?yàn)榈刃Я阏凵渎什牧蠘?gòu)成的微帶線環(huán)的結(jié)構(gòu)大小與其工作頻率無關(guān)，所以可以通過調(diào)節(jié)加載電容和電感值的大小來調(diào)節(jié)它的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)前加工技術(shù)所能支持的最小器件大小。由于此時(shí)微帶線環(huán)上任意兩點(diǎn)之間相位差為零，透射頻率不隨耦合端口圍繞其中心旋轉(zhuǎn)的角度而改變，所以可以在不同的角度放置多個(gè)耦合臂，從而構(gòu)建多路等功分器。
首先，根據(jù)所使用的微帶線環(huán)、所需的中心頻率&和在微帶線上加載的單元周期數(shù)，依據(jù)條件計(jì)算出所需的電感和電容的值。然后在微帶線環(huán)上周期性地加載相應(yīng)大小的并聯(lián)電感及串聯(lián)電容，即可制備得到基于零有效折射率材料的微帶線環(huán)(Balanced CRLH微帶線環(huán))。
通過一個(gè)輸入臂將微波耦合到Balanced CRLH微帶線環(huán)，此時(shí)只有滿足平均折射率為零條件的&頻率的微波信號才能通過此微帶線環(huán)。應(yīng)用其它一個(gè)或多個(gè)輸出臂將此頻率的微波信號耦合出來，即可達(dá)到窄帶濾波或窄帶多路等功率分配的目的。
如圖1 3所示，一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，是一個(gè)單元周期數(shù)為2 (上邊一個(gè)單元，下邊一個(gè)單元)的Balanced CRLH微帶線環(huán)(為了對稱，圖中用兩個(gè)電容對稱加載在電感兩邊來代替一個(gè)電容。因?yàn)閮蓚€(gè)相同電容串聯(lián)的總電容為單個(gè)電容的一半，此時(shí)電容值要加倍)。該等功分器包括由銅制成的微帶線金屬底板6、由介電常數(shù)為4. 7的環(huán)氧樹脂復(fù)合玻璃纖維制成的介質(zhì)5、微帶線環(huán)、兩個(gè)電感4、一條入射耦合臂7、一條出射耦合臂8。介質(zhì)5設(shè)置在微帶線金屬底板6上。微帶線環(huán)由四個(gè)銅制成的扇環(huán) 3和四個(gè)電容1交錯(cuò)連接而成，微帶線環(huán)固定設(shè)置在介質(zhì)5上，并在其中兩個(gè)相對扇環(huán)的所在位置的介質(zhì)上開設(shè)孔2，孔2內(nèi)各設(shè)置有電感4，該電感4的兩端分別與微帶線環(huán)、微帶線金屬底板6連接。入射耦合臂7設(shè)置在介質(zhì)5上并與微帶線環(huán)耦合連接，出射耦合臂8設(shè)置在介質(zhì)5上并與微帶線環(huán)耦合連接。此時(shí)本發(fā)明具有濾波器的功能，且入射耦合臂7和出射耦合臂8可以任意角度圍繞微帶線環(huán)旋轉(zhuǎn)。圖4是圖3中θ分別為0、25、50、75度時(shí)的透射譜圖，從圖4可見，旋轉(zhuǎn)不同角度的透射峰基本上都重合在一起。也就是說，其工作頻率不隨旋轉(zhuǎn)角度而發(fā)生變化。如果周期數(shù)為3，則需要三個(gè)電感、六個(gè)電容、六個(gè)扇環(huán)，其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)變化；如果周期數(shù)為4，則需要四個(gè)電感、八個(gè)電容、八個(gè)扇環(huán)，其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)變化；以此類推。
實(shí)施例2
如圖5所示，一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，該等功分器包括由銅制成的微帶線金屬底板、由介電常數(shù)為4. 7的環(huán)氧樹脂復(fù)合玻璃纖維制成的介質(zhì)、 微帶線環(huán)、兩個(gè)電感、一條入射耦合臂、三條出射耦合臂。介質(zhì)設(shè)置在微帶線金屬底板上。 微帶線環(huán)由四個(gè)銅制成的扇環(huán)和四個(gè)電容交錯(cuò)連接而成，微帶線環(huán)固定設(shè)置在介質(zhì)上，并在其中兩個(gè)相對扇環(huán)的所在位置的介質(zhì)上開設(shè)孔，孔內(nèi)各設(shè)置有電感，該電感的兩端分別與微帶線環(huán)、金屬底板連接。入射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接，三條出射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接。微波從耦合臂9中耦合到微帶線環(huán)中，然后通過零有效折射率微帶線環(huán)的濾波，只讓頻率為fo的微波信號通過。接著通過第一出射耦合臂10、第二耦合11、第三耦合臂12將該頻率微波信號的能量平均地耦合出來，從而達(dá)到窄帶濾波三路等功率分配的目的。其透射率的微波測試結(jié)果如圖5所示，S21、S31、S41是電磁波從耦合臂9端口進(jìn)去后，分別從第一出射耦合臂10、第二耦合臂11、第三耦合臂12透射出來的功率透射率。由此可見，S21、S31、S41的透射峰的位置不因耦合臂的旋轉(zhuǎn)角度及其數(shù)量增加而改變，從而實(shí)現(xiàn)了多路等功分器的功能。
權(quán)利要求
1.一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特征在于，該等功分器包括微帶線金屬底板、介質(zhì)、微帶線環(huán)、多個(gè)集總電感、一條入射耦合臂、至少一條出射耦合臂， 所述的介質(zhì)設(shè)置在微帶線金屬底板上，所述的微帶線環(huán)由多個(gè)扇環(huán)和多個(gè)電容交錯(cuò)連接而成，所述的微帶線環(huán)固定設(shè)置在介質(zhì)上，并在至少兩處扇環(huán)所在位置的介質(zhì)上開設(shè)孔，孔內(nèi)設(shè)置有所述電感，該電感的兩端分別與微帶線環(huán)、金屬板連接，所述的入射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接，所述的出射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特征在于，所述的金屬底板為銅制成的金屬底板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特征在于，所述的微帶線環(huán)的扇環(huán)為銅制成的扇環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特征在于，所述的介質(zhì)材料為環(huán)氧樹脂復(fù)合玻璃纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特征在于，所述的出射耦合臂數(shù)量為一時(shí)，該等功分器為濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，該等功分器包括微帶線金屬底板、介質(zhì)、微帶線環(huán)、多個(gè)集總電感、一條入射耦合臂、至少一條出射耦合臂，所述的介質(zhì)設(shè)置在微帶線金屬底板上，所述的微帶線環(huán)由多個(gè)扇環(huán)和多個(gè)電容交錯(cuò)連接而成，所述的微帶線環(huán)固定設(shè)置在介質(zhì)上，并在至少兩處扇環(huán)所在位置的介質(zhì)上開設(shè)孔，孔內(nèi)設(shè)置有所述電感，該電感的兩端分別與微帶線環(huán)、金屬板連接，所述的入射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接，所述的出射耦合臂設(shè)置在介質(zhì)上并與微帶線環(huán)耦合連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可實(shí)現(xiàn)小型化，能進(jìn)行窄帶濾波、等功率分配，且工藝簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01P5/12GK102544668SQ201010583340
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者張麗宏, 李云輝, 江海濤, 陳鴻 申請人:同濟(jì)大學(xué)