本發(fā)明涉及微波無(wú)源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著模塊結(jié)構(gòu)單元(modularbuildingblock,mbb)和單片微波集成電路(monolithicmicrowaveintegratedcircuit,mmic)的發(fā)展，低成本、高度集成、小型化是已經(jīng)成為現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)中非常重要的考慮因素。

巴倫濾波器是一個(gè)獨(dú)立的微波無(wú)源器件，它在功能上實(shí)現(xiàn)了射頻電路中濾波器和巴倫的有效結(jié)合，也就是說(shuō)巴倫濾波器兼?zhèn)淞诵盘?hào)的濾波以及功率的等幅反向分配的功能。因此，高性能的巴倫濾波器不僅能夠有效減小系統(tǒng)的尺寸，而且能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信系統(tǒng)的低成本、高性能、小型化設(shè)計(jì)。

文獻(xiàn)1(lapkunyeungandke-liwu,adual-bandcoupled-linebalunfilter,ieeetransactiononmicrowavetheorytechnique,2007,55,(11)：2406–2411)中提出在marchand巴倫的理論基礎(chǔ)上結(jié)合階梯阻抗諧振器的諧振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)巴倫濾波器的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法雖然設(shè)計(jì)理論較為簡(jiǎn)單，但是由于該結(jié)構(gòu)引入了階梯阻抗諧振器，使得所設(shè)計(jì)的巴倫濾波器的帶寬較窄。此外，由于該電路涉及到三線耦合，使得必須采用鋸齒形的耦合形式來(lái)增強(qiáng)階梯阻抗諧振器和主傳輸線間的耦合強(qiáng)度，因此該巴倫濾波器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，電路尺寸也較大。

文獻(xiàn)2(wenjiefengandwenquanche,novelwidebanddifferentialbandpassfiltersbasedont-sharpedstructure,ieeetransactiononmicrowavetheorytechnique,2012,60,(6)：1560–1568)中提出基于加載開路枝節(jié)與短路枝節(jié)的t型結(jié)構(gòu)的諧振器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的平衡輸出以及雙模的帶通特性，這種設(shè)計(jì)方法雖然結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是共模抑制效果僅為14.5db，且其差模帶外抑制較差。

文獻(xiàn)3(vicentegonzález-posadas,carlosmartín-pascual,joséluisjiménez-martín,anddanielsegovia-vargas,lumped-elementbalunforuhfuwbprintedbalancedantennas,ieeetransactionsonantennasandpropagation,2008,1,(56)：2101–2107)提出通過(guò)低通和高通濾波器之間的相互搭配來(lái)設(shè)計(jì)巴倫濾波器的方法。雖然這種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的巴倫在低頻段具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，但是由于集總元件的相關(guān)特性，它也有損耗大、帶寬較窄以及振幅和相位吻合度不高的缺點(diǎn)。

總之，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：巴倫濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損耗高、選擇性差、端口匹配特性不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配性能。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器，包括下表面滿貼金屬接地板的矩形介質(zhì)基板，在所述矩形介質(zhì)基板的上表面設(shè)有輸入端口饋線、第一輸出端口饋線和第二輸出端口饋線；所述輸入端口饋線與介質(zhì)基板寬邊平行，其輸入端位于介質(zhì)基板的一個(gè)窄邊中點(diǎn)，所述第一輸出端口饋線的輸出端位于矩形介質(zhì)基板的一個(gè)寬邊的中點(diǎn)，所述第二輸出端口饋線的輸出端位于矩形介質(zhì)基板的另一個(gè)寬邊的中點(diǎn)；在所述第一輸出端口饋線與輸入端口饋線之間設(shè)有第一多模諧振器，在所述第二輸出端口饋線與輸入端口饋線之間設(shè)有第二多模諧振器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：本發(fā)明由兩個(gè)多模諧振器和三個(gè)輸入輸出饋線組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

2、損耗低：本發(fā)明的插入損耗小于0.6db；

3、選擇性好：本發(fā)明在通帶兩側(cè)有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)，選擇性好；

4、端口匹配特性好：本發(fā)明帶內(nèi)回波損耗小于15db，端口匹配特性好。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

圖4是實(shí)施例1的s參數(shù)仿真圖。

圖5是實(shí)例1中巴倫濾波器的兩個(gè)輸出端口幅度差與相位差圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、2，本發(fā)明基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器，包括下表面滿貼金屬接地板6的矩形介質(zhì)基板7，在所述矩形介質(zhì)基板7的上表面設(shè)有輸入端口饋線1、第一輸出端口饋線2和第二輸出端口饋線3；

所述輸入端口饋線1與介質(zhì)基板7寬邊平行，其輸入端位于介質(zhì)基板7的一個(gè)窄邊中點(diǎn)，所述第一輸出端口饋線2的輸出端位于矩形介質(zhì)基板7的一個(gè)寬邊的中點(diǎn)，所述第二輸出端口饋線3的輸出端位于矩形介質(zhì)基板7的另一個(gè)寬邊的中點(diǎn)；

在所述第一輸出端口饋線2與輸入端口饋線1之間設(shè)有第一多模諧振器4，在所述第二輸出端口饋線3與輸入端口饋線1之間設(shè)有第二多模諧振器5。

優(yōu)選地，

所述輸入端口饋線1包括50歐姆線導(dǎo)帶11和二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12，所述50歐姆線導(dǎo)帶11的一端位于介質(zhì)基板7的一個(gè)窄邊中點(diǎn)，其另一端與二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12相連。

優(yōu)選地，

所述第一輸出端口饋線2包括與介質(zhì)基板7寬邊垂直的第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶21和與介質(zhì)基板7寬邊平行的第一四分之一波長(zhǎng)耦合線22，所述第一50歐姆微帶線導(dǎo)帶21的一端位于矩形介質(zhì)基板7一個(gè)寬邊的中點(diǎn)，其另一端與第一四分之一波長(zhǎng)耦合線22的一端相連，所述第一四分之一波長(zhǎng)耦合線22的另一端指向輸入端口饋線1輸入端所在的介質(zhì)基板7的一個(gè)窄邊。

優(yōu)選地，

所述第二輸出端口饋線3包括與介質(zhì)基板7寬邊垂直的第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶31和與介質(zhì)基板7寬邊平行的第二四分之一波長(zhǎng)耦合線32，所述第二50歐姆微帶線導(dǎo)帶31的一端位于矩形介質(zhì)基板7另一個(gè)寬邊的中點(diǎn)，其另一端與第二四分之一波長(zhǎng)耦合線32的一端相連，所述第二四分之一波長(zhǎng)耦合線32的另一端指向與輸入端口饋線1輸入端所在介質(zhì)基板7窄邊相反的另一窄邊。

優(yōu)選地，

所述第一多模諧振器4與第二多模諧振器5形狀相同，關(guān)于介質(zhì)基板7上表面幾何中心成中心對(duì)稱排列，第一多模諧振器4和第二多模諧振器5的開口均朝向介質(zhì)基板7上表面的長(zhǎng)邊中線。

所述第一多模諧振器4、第二多模諧振器5為內(nèi)嵌環(huán)形對(duì)稱面枝節(jié)加載的多模諧振器。

優(yōu)選地，

所述第一多模模諧振器4包括第一短路柱41、第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42、第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元43、第一環(huán)形加載單元44，所述第一短路柱41加載于第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42的中心，所述第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42成c型直角彎折，開口方向與二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12平行，所述第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元43加載于第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42的中心，并與二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12平行，所述第一環(huán)形加載單元44以第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元43的中軸線為軸對(duì)稱地加載于第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42上，相對(duì)的另一邊與第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元43垂直，并與第一對(duì)稱面枝節(jié)加載單元43遠(yuǎn)離第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42的端面相接。

由于第一多模諧振器4與第二多模諧振器5形狀相同，且關(guān)于介質(zhì)基板7上表面幾何中心成中心對(duì)稱排列，故所述第二多模模諧振器5包括第二短路柱51、第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52、第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53、第二環(huán)形加載單元54，所述第二短路柱51加載于第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52的中心，所述第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52成c型直角彎折，開口方向與二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12平行，所述第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53加載于第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52的中心，并與二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12平行，所述第二環(huán)形加載單元54以第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53的中軸線為軸對(duì)稱地加載于第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52上，相對(duì)的另一邊與第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53垂直，并與第二對(duì)稱面枝節(jié)加載單元53遠(yuǎn)離第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52的端面相接。

所述二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12與第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42之間形成非對(duì)稱耦合，所述二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12與第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52之間形成非對(duì)稱耦合。

本發(fā)明中基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器中，第一多模諧振器4和第二多模諧振器5的第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42和第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52的長(zhǎng)度和寬度決定了奇模諧振頻率，由此確定中心頻率位置，第一多模諧振器4和第二多模諧振器5的第一環(huán)形加載單元44和第一環(huán)形加載單元54在二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12垂線方向的開口距離決定了偶模諧振頻率的位置，據(jù)此可以粗略估計(jì)濾波器的工作帶寬，二分之一波長(zhǎng)主傳輸線12與第一二分之一波長(zhǎng)諧振器42和第二二分之一波長(zhǎng)諧振器52之間的耦合間距以及二分之一波長(zhǎng)主傳輸線的寬度對(duì)耦合強(qiáng)度影響較大，間距越小、寬度越窄耦合強(qiáng)度越大，兩個(gè)輸出端口的幅度和相位吻合度越高。

本發(fā)明基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器，在制造上通過(guò)印制電路板制造工藝對(duì)電路基板正面及背面的金屬面進(jìn)行加工腐蝕，從而形成所需的金屬圖案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在單片pcb板上實(shí)現(xiàn)，便于加工集成，生產(chǎn)成本低。由于本發(fā)明的濾波器選擇性好、插入損耗小，適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

抽頭式饋電的雙模巴倫帶通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，俯視圖如圖2所示，有關(guān)尺寸規(guī)格如圖3所示。所采用的介質(zhì)基板7相對(duì)介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm，損耗角正切為0.0027。結(jié)合圖3，巴倫濾波器的各尺寸參數(shù)如下：w＝1.13mm，w1＝0.8mm，w2＝0.4mm，w4＝0.8mm，l1＝35.1mm，l2＝16mm，l3＝6mm，l4＝4mm，l5＝1.4mm，g＝0.2mm。巴倫濾波器不包括50歐姆微帶線導(dǎo)帶的總面積為16.4×35.1mm²，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波長(zhǎng)尺寸為0.21λg×0.45λg，其中λg為通帶中心頻率對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波波長(zhǎng)。

本實(shí)例巴倫濾波器是在電磁仿真軟件hfss.13.0中建模仿真的。圖4是本實(shí)例中巴倫濾波器的s參數(shù)仿真圖，從圖中可以看出，該巴倫濾波器的通帶中心頻率為2.4ghz，相對(duì)帶寬為19.2％，通帶內(nèi)回波損耗低通帶內(nèi)最大插損0.6db，回波損耗低于15db。通帶內(nèi)有三個(gè)諧振點(diǎn)，通帶外有三個(gè)傳輸零點(diǎn)，使得該實(shí)例巴倫濾波器具有高帶寬與很好的選擇性。

圖5是本實(shí)例中巴倫濾波器的兩個(gè)輸出端口幅度差與相位差，從圖中可以看出，該實(shí)例巴倫濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)輸出端口幅度差在0.3db以內(nèi)。該實(shí)例巴倫濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)輸出端口相位差在180±5度以內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明基于非對(duì)稱耦合線的三模巴倫帶通濾波器，結(jié)合三模諧振器和非對(duì)稱耦合結(jié)構(gòu)的特性實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配性能的三模巴倫帶通濾波器，該巴倫濾波器非常適用于現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)。