超寬帶濾波響應功率分配器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種超寬帶濾波響應功率分配器，主要解決現有技術的功率分配器帶寬過窄問題。其包括微帶介質基板(1)，輸入端口(2)，兩個輸出端口(7，8)，上下兩個寬帶濾波器(3，4)，上寬帶濾波器(3)由高通濾波單元(31)、階梯阻抗傳輸線(32)和低通濾波單元(33)級聯而成。高通濾波單元由主傳輸線和一對短路枝節組成，低通濾波單元由三段低阻抗傳輸線和四對高阻抗枝節交替級聯而成，高、低通濾波單元之間通過階梯阻抗傳輸線匹配連接；下寬帶濾波器(4)與上寬帶濾波器(3)結構相同，對稱設置，兩者之間設有隔離電阻(6)。本發明能實現3GHz到16GHz的帶通濾波響應，可用于無線通信系統射頻前端。
【專利說明】
超寬帶濾波響應功率分配器
技術領域
[0001] 本發明屬于微波器件技術領域，特別涉及超寬帶濾波響應功率分配器，可用于無 線通信系統射頻前端。
【背景技術】
[0002] 隨著通信技術的迅速發展，人們對信息傳輸系統的要求越來越高，希望獲得更多 的頻譜資源，來提高數據的傳輸速率、提高系統的安全性以及減小生產成本等。在此背景之 下，超寬帶UWB技術以其系統結構簡單、成本低、功耗小、安全性高、不易產生干擾、數據傳輸 速率高等特點成為目前無線通信領域的一個研究熱點。在無線通信系統中，功分器與濾波 器是兩款重要的微波器件，經常一起被應用于通信系統的射頻前端的電路中，由于這兩款 無源器件在射頻前端占據比較大的空間，在很大程度上限制了無線通信系統的小型化設 計。傳統的方法是將功分器和濾波器進行單獨的小型化設計，這樣能使整個系統在一定程 度上得到縮小，但是整體縮小的空間比較有限，此外，在對功分器和濾波器的小型化設計 中，有一部分是以犧牲插入損耗作為代價的。近年來，逐漸有一部分研究人員提出了一種將 濾波器與功分器集成化設計的方案，在一個電路結構中，同時實現功分器與濾波器的功能， 這樣不僅能減小電路的體積，還能使系統的損耗得到改善。
[0003] 超寬帶UWB技術最早以軍事雷達為主要用途，后于2002年2月14日解禁，美國聯邦 通信委員會FCC規定："在發送功率低于美國放射噪音規定值一41.3dBm/MHz，即功率則為 lmW/MHz的條件下，可將3.1G~10.6GHz的頻帶用于對地下和隔墻之物進行掃描的成像系 統、汽車防撞雷達以及在家電終端和便攜式終端間進行測距和無線數據通信"。
[0004] 2008年3月Zhewang Ma和Wenqing He等人在IEEE MTT-S International會議 (June .15-20，ρρ· 435-438,2008)上發表了 "A Novel Compact Ultra-Wideband Bandpass Filter Using Microstrip Stub-Loaded Dual-Mode Resonator Doublets"，提出了一種 超寬帶濾波器，該濾波器能實現3.3-10.4GHz的超寬帶，超寬帶工作帶寬僅覆蓋3.3-10.4GHz，且不能進行功分。
[0005] 2010年 1 月Kaijun Song,等人在IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS 期刊（vol .20, no. l，pp. 28-30，2011)上發表了" Novel Ultra-Wideband(UWB) Multilayer Slotline Power Divider With Bandpass Response"，提出一種超寬帶具有 濾波特性的功分器，該方法雖能進行功分，但是頻段覆蓋只能達到3.1GHz到11.5GHz，這只 是剛剛覆蓋超寬帶所定義頻段范圍，無法進一步延伸，以達到更寬的頻帶范圍，以至于無法 使用在衛星通信的Ku波段，同時此濾波響應通帶邊緣下降速率較慢，裙邊陡峭程度較低。

【發明內容】

[0006] 本發明目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種能進一步延伸帶寬的超寬帶 濾波響應功率分配器，以將通帶帶寬延伸到能覆蓋五個倍頻程，即實現3GHz到16GHz的頻 段，滿足14/12GHZ衛星通信業務的頻段要求。
[0007] 為實現上述目的，本發明的超寬帶濾波響應功率分配器，包括微帶介質基板、輸入 端口、兩個輸出端口、上下對稱的兩個寬帶濾波器;該兩個寬帶濾波器和輸入輸出端口刻蝕 在介質基板的上面，介質基板的下面為金屬接地板;上寬帶濾波器的兩端分別與輸入端口 和第一輸出端口連接，下寬帶濾波器的兩端分別與輸入端口和第二輸出端口連接，其特征 在于，每個寬帶濾波器，由高通濾波單元，階梯阻抗傳輸線，低通濾波單元級聯而成；
[0008] 所述高通濾波單元，由主傳輸線和一對短路枝節組成，用于實現3GHz高通濾波響 應；
[0009] 所述低通濾波單元，選用串萌蘆型高低阻抗諧振器結構，由三段低阻抗傳輸線和 四對高阻抗枝節交替級聯而成，用于實現16GHz低通濾波響應；
[0010] 高通濾波單元與低通濾波單元通過階梯阻抗傳輸線匹配連接，即主傳輸線與四對 高阻抗枝節分別連接到階梯阻抗傳輸線的兩端，實現超寬帶濾波功能。
[0011] 本發明具有以下優點：
[0012] 1.本發明由于在功率分配器的兩條支路采用了多級傳輸線級聯的結構，實現功分 器的超寬帶特性；
[0013] 2.本發明通過在功率分配器的主傳輸線上加載一對短路枝節組成了高通濾波單 元，實現功分器頻率低端的濾波特性，將通帶低端截止頻率降低到3GHz;
[0014] 3.本發明通過在功率分配器的輸出端口前級聯了串萌蘆型高低阻抗諧振器結構 的低通濾波單元，實現了功分器頻率高端的濾波特性，將通帶高端截止頻率提升到16GHz。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明的三維結構圖；
[0016] 圖2為本發明中上、下對稱的兩個寬帶濾波器結構圖；
[0017] 圖3為本發明中低通濾波單元放大結構圖；
[0018] 圖4為本發明實施例的輸入端口到輸出端口傳輸系數曲線圖；
[0019] 圖5為本發明實施例的輸入端口的回波損耗和輸出端口隔離曲線圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：
[0021] 參照圖1、圖2和圖3,本發明主要由微帶介質基板1，輸入端口 2,兩個輸出端口 7、8， 上下兩個寬帶濾波器3、4,上下兩個高通濾波單元31、41，上下兩根階梯阻抗傳輸線32、42， 上下兩個低通濾波單元33、43，金屬接地板5，隔離電阻6組成，其中：
[0022]所述微帶介質基板1，采用介電常數為2.45,板厚為1mm的雙面覆銅介質基板，雙面 覆銅板下面為金屬接地板5;
[0023] 所述上下兩個高通濾波單元31、41結構相同，且對稱放置，即上高通濾波單元31由 長為Li，寬為奶的傳輸線311和長為L 4,寬為W4的兩個并聯短路枝節312組成，與之相同，下高 通濾波單元41由長為U '，寬為W1 '的傳輸線411和長為L4 '，寬為W4'的兩個并聯短路枝節412 組成，其中 Li = Li，=18mm，wi=wi，=4mm，L4 = L4, =3 · 2mm、W4=W4, =0 · 5mm，通過這兩個高通 濾波單元31、41實現36抱的高通響應；
[0024] 所述上下兩個低通濾波單元33,43均選用串萌蘆型高低阻抗諧振器結構實現，且 對稱放置，即上低通濾波單元33分別由低阻抗線331和高阻抗線332組成，其中，低阻抗線分 為三段，左邊段與右邊段的長均為W9 = 2*L6+W7，寬均為L7，中間段的長為W6，寬為L7 ;高阻抗 線分為四段，每段長均為U，寬均為W5。與之相同，下低通濾波單元43分別由低阻抗線431與 高阻抗線432組成，其中，低阻抗線分為三段，左邊段與右邊段長均為 W9 ' = 2*L6 ' +w7 '，寬均 為IV，中間段長為W6'，寬為IV;高阻抗線分為四段，長均為L5'，寬均為w 5'，如圖3所示。其中 W9=W9' = 12.4mm，L7 = L7' = 0.4mm，W6=W6' = 4mm ； Ls = Ls' = 0.4mm，W5=W5' = 0.8mm，通過這 種串萌蘆型高低阻抗諧振器結構可實現16GHz的低通響應。
[0025] 上高通濾波單元31與上低通濾波單元33通過50歐姆級聯傳輸線32匹配連接，共同 組成上寬帶濾波器3,與之相同，下寬帶濾波器4也由這三部分組成，即下高通濾波單元41與 下低通濾波單元43通過50歐姆級聯傳輸線42匹配連接，它們共同組成了上下對稱的兩個寬 帶濾波器3和4。其中，傳輸線32的長為L3 = 8mm，寬為W3 = 2.73mm。
[0026] 所述隔離電阻6設置在該上下對稱的兩個寬帶濾波器3和4之間，隔離電阻6的大小 決定了功分器的隔離特性，本實例共設有七個阻值相同電阻，即：
[0027] 1^ = 1^2 = 1^3 = 1^4=1^5 = 1^6 = 1^7 = 2〇〇 Ω。
[0028] 本發明的效果可通過以下仿真進一步說明：
[0029] 仿真1，對本發明超寬帶濾波響應功分器的傳輸特性進行仿真，結果由圖4,其中， S21(dB)曲線代表輸入端口 2到第一輸出端口 7之間的傳輸特性;S31(dB)曲線代表了輸入端 口 2到第二輸出端口 8之間的傳輸特性。
[0030] 由圖4可知，該超寬帶濾波響應功分器實現了3-16GHZ頻段內的濾波功分響應，分 配和插入損耗小于4.5dB。
[0031] 仿真2,對本發明超寬帶濾波響應功分器的反射特性與隔離度特性進行仿真，結果 由圖5，其中Sn (dB)曲線代表輸入端口 2的反射特性，S23 (dB)代表輸出端口 7和輸出端口 8之 間的隔離度特性曲線。
[0032] 由圖5可知，本發明超寬帶濾波器的反射特性曲線Sn中最大值小于_8dB，輸出端口 之間隔離度S23大于10dB。
[0033] 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種超寬帶濾波響應功率分配器，包括微帶介質基板（1)、輸入端口（2)、兩個輸出端 口（7,8)、上下兩個寬帶濾波器(3,4);該兩個寬帶濾波器和輸入輸出端口刻蝕在介質基板 (1)的上面，介質基板（1)的下面為金屬接地板(5);上寬帶濾波器(3)的兩端分別與輸入端 口（2)和第一輸出端口（7)連接，下寬帶濾波器(4)的兩端分別與輸入端口（2)和第二輸出端 口（8)連接，其特征在于， 所述上寬帶濾波器（3)，由高通濾波單元（31)，階梯阻抗傳輸線（32)，低通濾波單元 (33)級聯而成； 該高通濾波單元(31)，由主傳輸線（311)和一對短路枝節（312)組成，用于實現3G化高 通濾波響應； 該低通濾波單元(33)，選用串葫蘆型高低阻抗諧振器結構，由Ξ段低阻抗傳輸線（331) 和四對高阻抗枝節(332)交替級聯而成，用于實現16G化低通濾波響應； 高通濾波單元(33)與低通濾波單元(31)通過階梯阻抗傳輸線(32)匹配連接，即主傳輸 線(311)與四對高阻抗枝節(332)分別連接到階梯阻抗傳輸線(32)的兩端，實現超寬帶濾波 功能； 所述下寬帶濾波器(4)，與上寬帶濾波器(3)結構相同，且對稱放置。2. 根據權利要求1所述的超寬帶濾波響應功率分配器，其特征在于，上寬帶濾波器(3) 與下寬帶濾波器(4)分別位于第一輸出端口（7)與第二輸出端口（8)，上寬帶濾波器(3)中的 主傳輸線與下寬帶濾波器(4)對稱的主傳輸線中間加載有屯個相同的隔離電阻(6)用于對 第一輸出端口（7)與第二輸出端口（8)進行隔離，實現超寬帶功率分配。3. 根據權利要求1所述的超寬帶濾波響應功率分配器，其特征在于，高通濾波單元上主 傳輸線（311)的特征阻抗小于50歐姆，長度^滿足AgL/4 < ^ <AgL，其中，AgL表示中間變量， 義W =C/訴X^)，fcL為高通濾波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介 電常數。4. 根據權利要求1所述的超寬帶濾波響應功率分配器，其特征在于一對短路枝節(312) 的長度L4 = AgL/4組成，兩枝節之間的間距滿足Ls = AgL/2,其中，AgL表示中間變量， 二c/(/；￡ X Vi)，f CL為高通濾波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介 電常數。5. 根據權利要求1所述的超寬帶濾波響應功率分配器，其特征在于，低阻抗線（331)特 性阻抗小于50歐姆，長度b<AgH/4,其中AgH表示中間變量，igM =c/(，心X ，fcH為低通濾 波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介電常數。6. 根據權利要求1所述的超寬帶濾波響應功率分配器，其特征在于，高阻抗線（332)特 性阻抗大于50歐姆，長度Ls<AgH/4，其中AgH表示中間變量，Igg = c/(/w X ，fCH為低通 濾波器的截止頻率，C為真空中的光速，Ee為微帶板的有效介電常數。7. 根據權利要求1所述的超寬帶濾波響應功率分配器，其特征在于微帶介質基板（1)采 用介電常數為2.45,板厚為1mm的雙面覆銅板，其上面為金屬刻蝕面作為微帶線面，下面的 金屬面作為接地板(5)。
【文檔編號】H01P5/16GK106099298SQ201610472931
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】吳邊, 劉津林, 徐揚, 夏磊, 李龍
【申請人】西安電子科技大學