一種基于e型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，包括輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一E型多模諧振器、第二E型多模諧振器、介質基板、金屬接地板，第一和第二E型多模諧振器均為對稱面枝節加載的多模諧振器；其中輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一E型多模諧振器和第二E型多模諧振器位于介質基板的上表面，金屬接地板位于介質基板的下表面；第一E型多模諧振器包含兩個四分之一波長諧振器和一個對稱面枝節加載單元，第二多模諧振器包含兩個四分之一波長諧振器和一個對稱面枝節加載單元。本發明結構簡單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配特性，非常適用于現代無線通信系統。
【專利說明】
一種基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器
技術領域
[0001]本發明涉及微波無源器件技術領域，特別是一種基于E型多模諧振器的寬帶巴倫帶通濾波器。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著模塊結構單元(Modular Building Block, MBB)和單片微波集成電路(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)的發展,低成本、高度集成、小型化是已經成為現代無線通信系統集成設計中非常重要的考慮因素。為實現這些設計目標，具有多功能集成特性的新型無源微波器件正成為當前國內外的研究熱點，其中一個非常熱門的課題就是高性能巴倫濾波器的設計。
[0003]巴倫濾波器是一個獨立的微波無源器件，它在功能上實現了射頻電路中濾波器和巴倫的有效結合，也就是說巴倫濾波器兼備了信號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的尺寸，而且能夠簡化系統設計的復雜度，從而進一步實現無線通信系統的低成本、高性能、小型化設計。
[0004]2007 年，Lap Kun Yeung 和 Ke-Li Wu 在 IEEE Transact1n.MicrowaveTheory Technique 期刊(vol.55，n0.11, pp.2406-2411，2007)上發表“A Dual-BandCoupled-Line Balun Filter”,提出在Marchand巴倫的理論基礎上結合階梯阻抗諧振器的諧振特性來實現巴倫濾波器的設計方法。這種設計方法雖然設計理論較為簡單，但是由于該結構引入了階梯阻抗諧振器，使得所設計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增強階梯阻抗諧振器和主傳輸線間的耦合強度，因此該巴倫濾波器的結構較復雜，電路尺寸也較大。
[0005]2007 年，Eul-Young Jung 和 Hee-Yong Hwang 在 IEEE Microwave WirelessComponents Letters 期刊(vol.17，n0.9, pp.652-654，2007)上發表“A Balun-BPFUsing a Dual Mode Ring Resonator”,提出在環形諧振器上對稱地放置兩個輸出端口，同時引入開路短截線來實現信號的平衡輸出以及雙模的帶通特性，但是，由于該結構引入了步進阻抗，使結構不再對稱，導致巴倫濾波器的平衡輸出性能較差，同時由于未引入電容加載，該巴倫濾波器的尺寸較大。
[0006]2008 年，Vicente Gonzalez-Posadas, Carlos Martin-Pascual, Jose LuisJimenez-Martin, and Daniel Segovia-Vargas在 IEEE Transact1ns on Antennas andPropagat1n期刊(vol.01，n0.56, pp.2101-2107，2008)上發表“Lumped-Element Balunfor UHF UffB Printed Balanced Antennas”,提出通過低通和高通濾波器之間的相互搭配來設計巴倫濾波器的方法。雖然這種設計方法設計的巴倫在低頻段具有體積小的優點，但是由于集總元件的相關特性，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。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是利用E型多模諧振器的諧振機理和終端開路的主傳輸線的電場分布特性來提供一種結構簡單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配性能的寬帶巴倫帶通濾波器。
[0008]實現本發明目的的技術解決方案為:一種基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，包括輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一 E型多模諧振器、第二 E型多模諧振器、介質基板、金屬接地板，第一 E型多模諧振器和第二 E型多模諧振器均為對稱面枝節加載的E型多模諧振器；其中輸入端饋線、二端口輸出端饋線、三端口輸出端饋線、第一 E型多模諧振器和第二 E型多模諧振器位于介質基板的上表面，金屬接地板位于介質基板的下表面；第一 E型多模諧振器包含兩個四分之一波長諧振器和一個對稱面枝節加載單元，第二 E型多模諧振器包含兩個四分之一波長諧振器和一個對稱面枝節加載單
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[0009]所述的輸入端饋線包括輸入端50歐姆微帶線導帶和終端開路的一個波長的主傳輸線；二端口輸出端饋線包括二端口輸出端50歐姆微帶線導帶和二端口輸出端四分之一波長耦合線；三端口輸出端饋線包括三端口輸出端50歐姆微帶線導帶和三端口輸出端四分之一波長耦合線；輸入端一個波長的主傳輸線在距離一端口饋點的四分之二波長處與第一 E型多模諧振器的第二四分之一波長諧振器平行耦合，輸入端一個波長的主傳輸線在距離一端口饋點的四分之三波長處與第二 E型多模諧振器的第三四分之一波長諧振器平行皁禹合；二端口輸出端四分之一波長I禹合線和第一 E型多模諧振器的第一四分之一波長諧振器平行耦合；三端口輸出端四分之一波長耦合線與第二 E型多模諧振器的第四四分之一波長諧振器平行耦合。
[0010]所述二端口輸出端饋線和三端口輸出端饋線的結構尺寸相同，第一 E型多模諧振器和第二 E型多模諧振器均為結構尺寸相同的對稱面枝節加載的E型多模諧振器。
[0011]所述第一 E型多模諧振器的第一四分之一波長諧振器和第二四分之一波長諧振器相互連接，第一對稱面枝節加載單元位于第一四分之一波長諧振器和第二四分之一波長諧振器中間并與二者相互垂直分布；第二 E型多模諧振器的第三四分之一波長諧振器和第四四分之一波長諧振器相互連接，第二對稱面枝節加載單元位于第三四分之一波長諧振器和第四四分之一波長諧振器中間并與二者相互垂直分布。
[0012]本發明與現有技術相比，其顯著優點為:(I)結構簡單，可在單片PCB板上實現，便于加工集成，生產成本低；(2)具有提供等幅反向信號、阻抗匹配和頻率上的濾波的作用，為平衡天線等射頻元件饋電時無需再使用阻抗匹配段和濾波器；(3)選擇性好、插入損耗小、輸出端口具有良好匹配性能等特性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器的立體結構示意圖。
[0014]圖2是本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器的俯視結構示意圖。
[0015]圖3是本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器實施例1的結構尺寸示意圖。
[0016]圖4是本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器實施例1的S參數仿真圖。
[0017]圖5是本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器實施例1的兩個輸出端口幅度差的仿真圖。
[0018]圖6是本發明一種基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器實施例1的兩個輸出端口相位差的仿真圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0020]結合圖1~2，本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，包括輸入端饋線1、二端口輸出端饋線2、三端口輸出端饋線3、第一 E型多模諧振器4、第二 E型多模諧振器5、介質基板6、金屬接地板7,第一 E型多模諧振器4和第二 E型多模諧振器5均為對稱面枝節加載的E型多模諧振器；其中輸入端饋線1、二端口輸出端饋線2、三端口輸出端饋線3、第一 E型多模諧振器4和第二 E型多模諧振器5位于介質基板的上表面，金屬接地板7位于介質基板6的下表面；第一 E型多模諧振器4包含第一四分之一波長諧振器41、第二四分之一波長諧振器42和第一對稱面枝節加載單元43，第二多模諧振器包含包含第三四分之一波長諧振器52、第四四分之一波長諧振器51和第二對稱面枝節加載單元53。
[0021]所述的輸入端饋線包括輸入端50歐姆微帶線導帶11和終端開路的一個波長的主傳輸線12 ;二端口輸出端饋線2包括二端口輸出端50歐姆微帶線導帶21和二端口輸出端四分之一波長耦合線22 ;三端口輸出端饋線3包括三端口輸出端50歐姆微帶線導帶31和三端口輸出端四分之一波長I禹合線32 ;輸入端一個波長的主傳輸線12在距離一端口饋點的四分之一波長處與第一 E型多模諧振器4的第二四分之一波長諧振器42平行耦合，輸入端一個波長的主傳輸線12在距離一端口饋點的四分之二波長處與第二 E型多模諧振器5的第三四分之一波長諧振器52平行I禹合；二端口輸出端四分之一波長I禹合線22和第一E型多模諧振器的第一四分之一波長諧振器41平行I禹合；三端口輸出端四分之一波長I禹合線32與第二 E型多模諧振器的第四四分之一波長諧振器51平行耦合。
[0022]所述二端口輸出端饋線2和三端口輸出端饋線3的結構尺寸相同，第一 E型多模諧振器4和第二 E型多模諧振器5均為結構尺寸相同的對稱面枝節加載的E型多模諧振器。
[0023]所述第一 E型多模諧振器4的第一四分之一波長諧振器41和第二四分之一波長諧振器42相互連接，第一對稱面枝節加載單元43分別與第一四分之一波長諧振器41、第二四分之一波長諧振器42相互垂直分布；第二 E型多模諧振器5的第三四分之一波長諧振器52和第四四分之一波長諧振器51相互連接，第二對稱面枝節加載單元53分別與第三四分之一波長諧振器52、第四四分之一波長諧振器51相互垂直分布。
[0024]本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，其中第一 E型多模諧振器4和第二E型多模諧振器5的第一四分之一波長諧振器41、第二四分之一波長諧振器42、第三四分之一波長諧振器52、第四四分之一波長諧振器51的長度和寬度決定了通帶的位置，調節第一對稱面枝節加載單元43、第二對稱面枝節加載單元53可以改變兩個模式的位置，從而使得通帶更加平坦；輸入端一個波長的主傳輸線12和與其平行耦合的第一四分之一波長諧振器41、第三四分之一波長諧振器52的間距對其耦合的強度影響較大，間距越小耦合強度越大，兩個輸出端口的幅度和相位吻合度越高。
[0025]本發明基于多模諧振器的雙模巴倫帶通濾波器，在制造上通過印制電路板制造工藝對電路基板正面及背面的金屬面進行加工腐蝕從而形成所需的金屬圖案。
[0026]下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0027]實施例1
基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器的結構如圖1所示，俯視圖如圖2所示，有關尺寸規格如圖3所示。所采用的介質基板7相對介電常數為3.38，厚度為0.508mm,損耗角正切為0.0035。輸入端50歐姆微帶線導帶11、二端口輸出端50歐姆微帶線導帶21和三端口輸出端50歐姆微帶線導帶31的特性阻抗均為50歐姆，其寬度均為W1=1.2mm。結合圖3,巴倫濾波器的各尺寸參數如下=W1=L 2臟，L1=Amm, W2=0.3臟，L2=4.3臟,W3=L 4mm,L3= 13mm, W4=0.3mm，L4= 13mm, W5=0.8mm，L5=9.6mm，W6=L 2mm，L6=9.5mm, L7=23mm，L8=4mmg=0.1mm。巴倫濾波器的整體面積為37 X 55mm，對應的導波長尺寸為0.67 XgX 1.011 Ag，其中Ag為通帶中心頻率對應的導波波長。
[0028]本實例巴倫濾波器是在電磁仿真軟件HFSS.13中建模仿真的。圖4是本實例中巴倫濾波器的S參數仿真圖，從圖中可以看出，該巴倫濾波器的通帶中心頻率為3 GHz，相對帶寬為20%，通帶內回波損耗低于15dB。通帶外分別有三個傳輸零點使得該實例巴倫濾波器具有很好的選擇性。
[0029]圖5是本實例中巴倫濾波器的兩個平衡輸出端口幅度差，從圖中可以看出，該實例巴倫濾波器通帶內的兩個平衡輸出端口幅度差在0.4dB以內。
[0030]圖6是本實例中巴倫濾波器的兩個平衡輸出端口相位差，從圖中可以看出，該實例巴倫濾波器通帶內的兩個平衡輸出端口相位差在180 ± 5度以內。
[0031]綜上所述，本發明基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，結合多模諧振器和終端開路的傳輸線的場分布特性實現了一種結構簡單、損耗低、選擇性好、具有較好的端口匹配性能的雙模巴倫帶通濾波器，該巴倫濾波器非常適用于現代無線通信系統。
【主權項】
1.一種基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，其特征在于:包括輸入端饋線(I)、二端口輸出端饋線(2)、三端口輸出端饋線(3)、第一 E型多模諧振器(4)、第二 E型多模諧振器(5)、介質基板(6)、金屬接地板(7),第一 E型多模諧振器(4)和第二 E型多模諧振器(5)均為對稱面枝節加載的多模諧振器；其中輸入端饋線(I)、二端口輸出端饋線(2)、三端口輸出端饋線(3)、第一 E型多模諧振器(4)和第二 E型多模諧振器(5)位于介質基板(6)的上表面,金屬接地板(7)位于介質基板(6)的下表面；第一 E型多模諧振器(4)包含第一四分之一波長諧振器(41)、第二四分之一波長諧振器(42)、第一對稱面枝節加載單元(43)，第二 E型多模諧振器(5)包含第三四分之一波長諧振器(52)、第四四分之一波長諧振器(51)、第二對稱面枝節加載單元(53)。2.根據權利要求1所述的基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，其特征在于:所述的輸入端饋線(I)包括輸入端50歐姆微帶線導帶(11)和終端開路的一個波長的主傳輸線(12) ;二端口輸出端饋線(2)包括二端口輸出端50歐姆微帶線導帶(21)和二端口輸出端四分之一波長耦合線(22);三端口輸出端饋線(3)包括三端口輸出端50歐姆微帶線導帶(31)和三端口輸出端四分之一波長I禹合線(32);輸入端一個波長的主傳輸線(12)在距離一端口饋點的四分之二波長處與第一 E型多模諧振器(4)的第二四分之一波長諧振器(42)平行耦合，輸入端一個波長的主傳輸線(12)在距離一端口饋點的四分之三波長處與第二 E型多模諧振器(5)的第三四分之一波長諧振器(52)平行耦合；二端口輸出端四分之一波長耦合線(22)和第一 E型多模諧振器(4)的第一四分之一波長諧振器(41)平行耦合；三端口輸出端四分之一波長I禹合線(32)與第二 E型多模諧振器(5)的第四四分之一波長諧振器(51)平行耦合。3.根據權利要求1所述的基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，其特征在于:所述二端口輸出端饋線(2)和三端口輸出端饋線(3)的結構尺寸相同，第一 E型多模諧振器(4)和第二 E型多模諧振器(5)均為結構尺寸相同的對稱面枝節加載的E型多模諧振器。4.根據權利要求1或2所述的基于E型多模諧振器的寬帶三模巴倫帶通濾波器，其特征在于:所述第一 E型多模諧振器(4)的第一四分之一波長諧振器(41)和第二四分之一波長諧振器(42)相互連接，第一對稱面枝節加載單元(43)分別與第一四分之一波長諧振器(41)、第二四分之一波長諧振器(42)相互垂直分布；第二 E型多模諧振器(5)的第三四分之一波長諧振器(52)和第四四分之一波長諧振器(51)相互連接，第二對稱面枝節加載單元(53)分別與第三四分之一波長諧振器(52)、第四四分之一波長諧振器(51)相互垂直分布。
【文檔編號】H01P1/203GK105990629SQ201510051581
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】蔡傳濤, 顧輝, 林善明, 黃烽, 王建朋
【申請人】南京理工大學