帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，包括第一微波介質(zhì)基片、第二微波介質(zhì)基片；第一微波介質(zhì)基片的朝向第二微波介質(zhì)基片的一面設(shè)有作為公共地的第一金屬層，第一金屬層上設(shè)有兩條正交且長度不相等的第一縫隙；第一微波介質(zhì)基片的遠離第二微波介質(zhì)基片的一面設(shè)有第一貼片諧振器，第一貼片諧振器設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第二縫隙，第一貼片諧振器設(shè)有一輸入端；第二微波介質(zhì)基片的遠離第一微波介質(zhì)基片的一面設(shè)有第二貼片諧振器，第二貼片諧振器上設(shè)有兩條正交且長度不等的第三縫隙，第二貼片諧振器在與輸入端正交的兩端設(shè)有兩個輸出端。本發(fā)明具有兩個雙模通帶，且各通帶帶寬和諧振頻率獨立可控的有益效果。
【專利說明】帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及濾波器領(lǐng)域，尤其涉及一種帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信系統(tǒng)的高速發(fā)展，空間環(huán)境中廣泛存在著多頻段、多標(biāo)準(zhǔn)、多模式的無線信號，為了降低通信系統(tǒng)成本，尋求一種能兼容多個通信頻段和標(biāo)準(zhǔn)的通用系統(tǒng)已成為業(yè)內(nèi)的共識。因此，微波雙通帶或多通帶濾波器已受到了業(yè)內(nèi)較多關(guān)注。雙模諧振器的一個諧振單元可以起到兩個諧振器的作用，這樣就可以大大減小電路的尺寸同時保證電路的性能不受到影響。目前，多種多樣的設(shè)計方法已驗證了多種雙模諧振器，比如，貼片諧振器、矩形環(huán)，加載枝節(jié)的半波長諧振器等，這些諧振器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雙通帶帶通濾波器的設(shè)計中。
[0003]在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，平衡式電路由于具有抑制環(huán)境噪聲和電磁串?dāng)_的優(yōu)勢，得到了廣泛的研究。巴倫基于能將平衡信號和非平衡信號進行相互轉(zhuǎn)換的特性，作為一種重要的器件已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在平衡式混頻器，平衡式推挽放大器和天線的差分饋電網(wǎng)絡(luò)等電路中。另一方面在很多情況下在平衡式電路的輸入或者輸出需要連接濾波器來實現(xiàn)對信號的選擇。為了減小電路的尺寸和成本，實現(xiàn)一個器件的多功能，將巴倫和濾波器集成在一起形成巴倫濾波器的概念被提了出來，其中采用雙模環(huán)形諧振器和雙模的貼片諧振器設(shè)計的單通帶巴倫濾波器已經(jīng)被設(shè)計了出來，它們的結(jié)構(gòu)簡單尺寸也比較小。但隨著無線通信的發(fā)展，對雙通帶和多通帶系統(tǒng)的需求也越來越多。為了滿足這種需求，對于雙通帶巴倫濾波器的研究也越來越受到關(guān)注，一些雙通帶的巴倫濾波器也已經(jīng)被設(shè)計了出來，例如采用階躍阻抗諧振器設(shè)計的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，采用一端開路的平衡式混合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器。這些巴倫濾波器的頻率和帶寬都是一一對應(yīng)的?？梢娫谝酝碾p通帶巴倫濾波器設(shè)計中，普遍都是頻率或帶寬的單獨可控。在實際的設(shè)計和應(yīng)用中往往需要對巴倫濾波器的工作頻率和帶寬進行分別控制，目前已有的研究中這方面的工作還很少。設(shè)計一個工作頻率和帶寬同時獨立可控的雙通帶巴倫濾波器也成為一個難點。目前，尚缺少一種簡單的耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并通過計算簡單地實現(xiàn)具有雙通帶頻率和帶寬獨立可控的雙模雙通帶巴倫濾波器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的諧振頻率和帶寬無法獨立可控的缺陷，提供一種諧振頻率和帶寬獨立可控的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)手段是:提供一種帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，包括第一微波介質(zhì)基片、第二微波介質(zhì)基片以及用于連接所述第一微波介質(zhì)基片和所述第二微波介質(zhì)基片的連接機構(gòu)，所述第一微波介質(zhì)基片和所述第二微波介質(zhì)基片相互平行且正對；
[0006]所述第一微波介質(zhì)基片的朝向所述第二微波介質(zhì)基片的一面設(shè)置有作為公共地的第一金屬層或者所述第二微波介質(zhì)基片的朝向所述第一微波介質(zhì)基片的一面設(shè)置有作為公共地的第一金屬層；
[0007]所述第一金屬層上設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第一縫隙；所述第一微波介質(zhì)基片的遠離所述第二微波介質(zhì)基片的一面設(shè)置有第一貼片諧振器，所述第一貼片諧振器設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第二縫隙，所述第一貼片諧振器設(shè)置有一輸入端；所述第二微波介質(zhì)基片的遠離所述第一微波介質(zhì)基片的一面設(shè)置有第二貼片諧振器，所述第二貼片諧振器上設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第三縫隙，所述第二貼片諧振器設(shè)置有兩個輸出信號幅度相同且相位相反的輸出端；
[0008]兩條所述第二縫隙分別與兩條所述第三縫隙平行，兩條所述第一縫隙分別與兩條所述第三縫隙平行；兩條所述第二縫隙的正交點、兩條所述第三縫隙的正交點以及兩條所述第一縫隙的正交點位于同一直線上。
[0009]在本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器中，所述連接機構(gòu)為半固化片，所述第一微波介質(zhì)基片、所述半固化片以及所述第二微波介質(zhì)基片依次層疊設(shè)置。
[0010]在本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器中，所述連接機構(gòu)為塑料螺絲。
[0011]在本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器中，所述第一貼片諧振器和所述第二貼片諧振器均呈正方形，所述第一貼片諧振器和所述第二貼片諧振器在一平行于所述第一微波介質(zhì)基片的平面上的投影重合。
[0012]在本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器中，兩條所述第二縫隙分別位于所述第一貼片諧振器的兩條對角線上，兩條所述第三縫隙分別位于所述第二貼片諧振器的兩條對角線上。
[0013]在本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器中，所述第一微波介質(zhì)基片和所述第二微波介質(zhì)基片具有相同的介電常數(shù)和厚度。
[0014]在本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器中，所述輸入端和兩個所述輸出端均為微帶線，所述輸入端在所述第二貼片諧振器上的投影與兩個所述輸出端垂直。
[0015]實施本發(fā)明具有以下有益效果:通過分別控制兩條第一縫隙的長度，可以分別控制對應(yīng)通帶的帶寬，通過控制兩條第二縫隙以及第三縫隙的長度，可以分別控制對應(yīng)通帶的中心頻率，利用新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)了獨立控制兩個通帶帶寬和中心頻率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實施例中的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是圖1所示實施例中的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的第一貼片諧振器層電路的示意圖；[0019]圖3是圖1所示實施例中的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的中間公共地層電路的示意圖；
[0020]圖4是圖1所示實施例中的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的第二貼片諧振器層電路的示意圖；
[0021]圖5是第一貼片諧振器以及第二貼片諧振器的諧振頻率隨著I1和I2變化時的響應(yīng)圖；
[0022]圖6是本發(fā)明的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的耦合方案中，模1A2A之間的耦合系數(shù)和模1b2b之間的耦合系數(shù)隨中間層公共地上縫隙長度gl變化趨勢曲線圖；
[0023]圖7是對應(yīng)的二端口雙通帶帶通濾波器的耦合方案示意圖；
[0024]圖8是圖1所示實施例中的三端口的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器耦合方案示意圖；
[0025]圖9是改變沿著對角面A-A1方向延伸的第二縫隙以及第三縫隙的長度I1所對應(yīng)的通帶的頻率變化的仿真響應(yīng)曲線；
[0026]圖10是改變沿著對角面A-A1方向延伸的第一縫隙的長度gl所對應(yīng)的通帶的帶寬變化的仿真響應(yīng)曲線；
[0027]圖11是圖1所示實施例中的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的仿真和測試的頻率響應(yīng)曲線對照圖；
[0028]圖12是圖11中仿真和測試的頻率響應(yīng)曲線對照圖的局部示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細的說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明提供的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器包括第一微波介質(zhì)基片10、第二微波介質(zhì)基片20以及用于連接所述第一微波介質(zhì)基片10和所述第二微波介質(zhì)基片20的連接機構(gòu)30,第一微波介質(zhì)基片10和第二微波介質(zhì)基片20相互平行且正對。
[0031]第一微波介質(zhì)基片10的朝向第二微波介質(zhì)基片20的一面設(shè)置有作為公共地的第一金屬層11，第一金屬層11上設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第一縫隙111。第一微波介質(zhì)基片10的遠離第二微波介質(zhì)基片20的一面設(shè)置有第一貼片諧振器12，第一貼片諧振器12設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第二縫隙121，第一貼片諧振器12設(shè)置有一輸入端122。第二微波介質(zhì)基片20的遠離第一微波介質(zhì)基片10的一面設(shè)置有第二貼片諧振器21，第二貼片諧振器21上設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第三縫隙211，第二貼片諧振器21設(shè)置有兩個輸出信號幅度且相同相位相反的輸出端212。第一縫隙111、第二縫隙121以及第三縫隙211的設(shè)置方式可以采用腐蝕，但不限于此。
[0032]當(dāng)然可以理解地，該作為公共地的第一金屬層11還可以設(shè)置在第二微波介質(zhì)基片20的朝向第一微波介質(zhì)基片10的一面上。
[0033]在本實施例中，兩條第二縫隙121分別和兩條第三縫隙211平行且正對，也即是兩條第二縫隙121分別和兩條和第三縫隙211平行且正對在第一微波介質(zhì)基片10上的投影重合。兩條第一縫隙111分別與兩條第二縫隙121平行；兩條第二縫隙121的正交點、兩條第三縫隙211的正交點以及兩條第一縫隙111的正交點位于同一直線上。兩條第二縫隙121分別與兩條第三縫隙221長度相等。
[0034]第一貼片諧振器12和第二貼片諧振器21通過第一金屬層11上的兩條相互正交且長度不相等的第一縫隙111來實現(xiàn)耦合，通過調(diào)整第二縫隙121和第三縫隙211的長度可以調(diào)整雙通帶頻率，通過調(diào)整第一縫隙111的長度可以調(diào)整帶寬。因此，本發(fā)明具有雙通帶頻率和帶寬獨立可控的有益效果。
[0035]在本實施例中，該第一微波介質(zhì)基片10和第二微波介質(zhì)基片20的厚度和介電常數(shù)相同，當(dāng)然可以理解地，也可以不相同。該第一貼片諧振器12為設(shè)置于第一微波介質(zhì)基片10上的金屬層，該第二貼片諧振器21為設(shè)置于第二微波介質(zhì)基片20上的金屬層，優(yōu)選地，第一貼片諧振器12和第二貼片諧振器21均呈正方形。并且，兩條第二縫隙121的正交點與第一貼片諧振器12的幾何中心重合，兩條第二縫隙121分別位于第一貼片諧振器12的兩條對角線上。兩條第三縫隙211的正交點與第二貼片諧振器21的幾何中心重合，兩條第三縫隙211分別位于第二貼片諧振器21的兩條對角線上。
[0036]在本實施例中，輸入端122和兩個輸出端212均為50 Ω微帶線，并且該兩個輸出端212相對于該第一貼片諧振器21對稱，以達到兩個輸出端212輸出的信號具有幅度相同、信號相反的效果。該輸入端122在第二貼片諧振器21上的投影分別與兩個輸出端212垂直。
[0037]該連接機構(gòu)30可以采用半固化片或者塑料螺絲。采用半固化片時，第一微波介質(zhì)基片10、半固化片30以及第二微波介質(zhì)基片20依次層疊設(shè)置。
[0038]如圖2和圖4所示，第一貼片諧振器12和第二貼片諧振器21為邊長為a的正方形。其中電流沿第一貼片諧振器12和第二貼片諧振器21的對角面A-A1分布的模定義為模A，電流沿對角面B-B1分布的模定義為模B。模A在模B分布的方向上幾乎為零，模B在模A的分布方向上也幾乎為零，可以明確得到模A和模B之間是不相互影響的。
[0039]如圖5所示，改變第一貼片諧振器12和第二貼片諧振器21上兩個模式分別對應(yīng)的第二縫隙121和第三縫隙211的長度時，第一貼片諧振器12和第二貼片諧振器21的諧振頻率的響應(yīng)?？梢钥吹?，當(dāng)?shù)谝毁N片諧振器12以及第二貼片諧振器21分別改變沿著對角面A-A1方向延伸的第二縫隙121以及第三縫隙211的長度時，模A的諧振頻率發(fā)生改變。當(dāng)?shù)谝毁N片諧振器12以及第二貼片諧振器21分別改變沿著對角面B-B1方向延伸的第二縫隙121以及第三縫隙211的長度時，模B的諧振頻率發(fā)生改變。因此，模A的諧振頻率由第一貼片諧振器12以及第二貼片諧振器21沿著對角面A-A1方向延伸的第二縫隙121以及第三縫隙211的長度11控制。模B的諧振頻率由第一貼片諧振器12以及第二貼片諧振器21分別沿著對角面B-B1方向延伸的第二縫隙121以及第三縫隙211的長度12控制。也即是，模A和模B的諧振頻率可以得到獨立地控制。
[0040]如圖6，在第一金屬層11上設(shè)置相互正交的第一縫隙111來為兩個貼片諧振器之間兩種模式提供獨立的耦合路徑，因此模1A2A之間的耦合，模1B2B之間的耦合強度可通過改變對應(yīng)的第一金屬層11上的第一縫隙111的長度可以得到獨立控制。
[0041]如圖7所示為對應(yīng)的雙通帶濾波器的耦合方案，其中路徑S-1a-2a_L(S指的是源，L指的是負(fù)載)形成第一個通帶，路徑S-1B-2B-L(S指的是源，L指的是負(fù)載)形成第二個通帶，根據(jù)所給的雙通帶濾波器的指標(biāo)得到雙通帶濾波器的耦合矩陣。依據(jù)將雙通帶濾波器的耦合方案轉(zhuǎn)化為三端口的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的耦合方案。如圖8所示，在轉(zhuǎn)換的過程中，帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器耦合矩陣中的所有耦合系數(shù)和非平衡輸入端口的外部品質(zhì)因數(shù)Qes都與二端口的雙通帶帶通濾波器耦合矩陣中的相同，除了平衡輸出端口的外部品質(zhì)因數(shù)Q&相應(yīng)的計算公式以及經(jīng)過轉(zhuǎn)換后所得到的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器的耦合
矩陣如下:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，包括第一微波介質(zhì)基片(10)、第二微波介質(zhì)基片(20)以及用于連接所述第一微波介質(zhì)基片(10)和所述第二微波介質(zhì)基片(20)的連接機構(gòu)(30)，所述第一微波介質(zhì)基片(10)和所述第二微波介質(zhì)基片(20)相互平行且正對； 所述第一微波介質(zhì)基片(10)的朝向所述第二微波介質(zhì)基片(20)的一面設(shè)置有作為公共地的第一金屬層(11)或者所述第二微波介質(zhì)基片的朝向所述第一微波介質(zhì)基片(10)的一面設(shè)置有作為公共地的第一金屬層(11); 所述第一金屬層(11)上設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第一縫隙(111);所述第一微波介質(zhì)基片(10)的遠離所述第二微波介質(zhì)基片(20)的一面設(shè)置有第一貼片諧振器(12)，所述第一貼片諧振器(12)設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第二縫隙(121)，所述第一貼片諧振器(12)設(shè)置有一輸入端(122);所述第二微波介質(zhì)基片(20)的遠離所述第一微波介質(zhì)基片(10)的一面設(shè)置有第二貼片諧振器(21)，所述第二貼片諧振器(21)上設(shè)置有兩條正交且長度不相等的第三縫隙(211)，所述第二貼片諧振器(21)設(shè)置有兩個輸出信號幅度相同且相位相反的輸出端(212)； 兩條所述第二縫隙(121)分別與兩條所述第三縫隙(211)平行，兩條所述第一縫隙(111)分別與兩條所述第三縫隙(211)平行；兩條所述第二縫隙(121)的正交點、兩條所述第三縫隙(211)的正交點以及兩條所述第一縫隙(111)的正交點位于同一直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，所述連接機構(gòu)(30)為半固化片，所述第一微波介質(zhì)基片(10)、所述半固化片以及所述第二微波介質(zhì) 基片(20)依次層疊設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，所述連接機構(gòu)(30)為塑料螺絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，所述第一貼片諧振器(12)和所述第二貼片諧振器(21)均呈正方形，所述第一貼片諧振器(12)和所述第二貼片諧振器(21)在一平行于所述第一微波介質(zhì)基片(10)的平面上的投影重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，兩條所述第二縫隙(121)分別位于所述第一貼片諧振器(12)的兩條對角線上，兩條所述第三縫隙(211)分別位于所述第二貼片諧振器(21)的兩條對角線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，所述第一微波介質(zhì)基片(10)和所述第二微波介質(zhì)基片(20)具有相同的介電常數(shù)和厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所示的帶寬和工作頻率獨立可控的多層雙模雙通帶巴倫濾波器，其特征在于，所述輸入端(122)和兩個所述輸出端(212)均為微帶線，所述輸入端(122)在所述第二貼片諧振器(21)上的投影與兩個所述輸出端(212)垂直。
【文檔編號】H01P1/20GK104022318SQ201410210133
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】唐慧, 陳建新, 張國慶, 施金, 褚慧, 周立衡, 包志華 申請人:南通大學(xué)