專利名稱：集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有濾波功能的功率分配器，特別涉及一種基于集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，可應(yīng)用于射頻前端電路的帶濾波功能的功率分配器。
背景技術(shù)：
功率分配器是微波電路中一個(gè)基礎(chǔ)的部分，因?yàn)槠溆蟹蛛x和組合信號(hào)的功能，所以幾乎在所有天線陣列和平衡電路中都要用到。而帶通濾波器是無(wú)線通信系統(tǒng)中另一種不可缺少的器件，因其可以分離出需要的頻帶。這兩種器件在許多微波系統(tǒng)中同時(shí)存在。在過去的幾十年，有大量關(guān)于功率分配器的研究。研究的焦點(diǎn)在于拓寬頻帶，減小面積，雙頻響應(yīng)以及諧波抑制。另一方面，帶通濾波器也是無(wú)源電路設(shè)計(jì)中重要的研究領(lǐng)域。單通帶和多通帶濾波器是兩個(gè)不同的研究方向。一方面，超寬帶，諧波抑制以及可調(diào)濾波器是單通帶帶通濾波器設(shè)計(jì)要著重考慮的。另一方面，階梯阻抗濾波器廣泛應(yīng)用于多通帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)。最近，有研究表明多頻響應(yīng)可由開路支節(jié)加載到諧振器中心位置得到。在很多的器件中，功率分配器以及濾波器通常需要連接在一起以實(shí)現(xiàn)分離和濾除信號(hào)的功能。然而，所有上面提到的功率分配器以及濾波器研究都只是注重他們本身的特性，很少有考慮兩者結(jié)合的可能性。傳統(tǒng)的系統(tǒng)中通常應(yīng)用離散器件實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能。但是，這樣尺寸會(huì)很大。因此，為了減小尺寸，雙功能器件是有需求的。同時(shí)有分離/組合功率信號(hào)以及頻率選擇的雙功能器件已經(jīng)有一些學(xué)者研究過。在K. J. Song, and Q. Xue,“Novel Ultra-Wideband (UffB) Multilayer Slotline Power Divider With BandpassResponse, ” IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. , vol. 20, no. I, pp. 13-15，Jan,2010.中，作者完成了一個(gè)具有帶通相應(yīng)的超寬帶功率分配器。多層微帶開槽線耦合用于分離/組合信號(hào)以及阻隔無(wú)用頻率帶。此外，一種兼具帶通響應(yīng)和諧波抑制的威爾金森功率分配器設(shè)計(jì)在文獻(xiàn)P. Cheong, K. Lai, and K. Tam, “Compact Wilkinson Power Dividerwith Simultaneous Bandpass Response and Harmonic Suppression, ” in 2010 IEEEMTT-S International Microwave Symposium Digest, Snaheim, USA, 2010.中被提出，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，交叉指階梯阻抗稱合線被用于實(shí)現(xiàn)功能。另外，在文獻(xiàn)X. Y. Tang, and K.Mouthaan, “Filter Integrated Wilkinson Power Dividers, ” Microwave and OpticalTechnology Letters, vol. 52, no. 12, pp. 2830-2833，Dec, 2010.中提到，Π-型傳輸線可以被集成到功率分配器中，然而，文章中只是用Π-型傳輸線而不是真正的濾波器可以用于實(shí)現(xiàn)特性。到目前為止，尚未出現(xiàn)用集總元件，真正把濾波器集成到功率分配器中的器件，為了填補(bǔ)這一空白，本發(fā)明提出了一種新型的集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，提出了一種新型的基于集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器。本設(shè)計(jì)中，集總元件濾波器用作阻抗轉(zhuǎn)換器以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四分之一波長(zhǎng)傳輸線。電阻作為隔離，匹配元件連接于兩個(gè)集總元件濾波器的輸出端以得到良好的隔離效果和匹配效果。因?yàn)楣β史峙淦髦屑闪藛晤l帶通濾波器，所以可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率分配和頻率選擇的功倉(cāng)泛。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，包括上層集總元件結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板和下層接地金屬；上層集總元件結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板上表面，下層接地金屬板附著在中間層介質(zhì)基板下表面；其特征在于上層集總元件結(jié)構(gòu)包括主傳輸線和與主傳輸線連接的三個(gè)支路，其中一個(gè)支路通過第一諧振器接地，另外兩個(gè)支路均各自連接有第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，第二諧振器串接在支路中，第三諧振器和第四諧振器均有一端并接在支路上且另一端接地；兩個(gè)支路上的電路結(jié)構(gòu)完全一致 ，且兩個(gè)支路對(duì)稱分布在中間層介質(zhì)基板上表面；第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器組成一個(gè)濾波器，兩個(gè)支路上的兩個(gè)所述濾波器共用一個(gè)輸入口，兩個(gè)所述濾波器的輸出端口組成了所述集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的兩個(gè)輸出端口，該兩個(gè)輸出端口并接有一個(gè)匹配電阻。上述集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，所述第一諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感；第二諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感；第三諧振器包括串聯(lián)連接的電容和電感；第四諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感。上述集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器之間由微帶線連接，其中第二諧振器串聯(lián)在主傳輸線上，直接決定濾波器通帶的左邊傳輸零點(diǎn)；第三諧振器和第四諧振器通過微帶線直接并聯(lián)在支路上，而第三諧振器直接決定濾波器的右邊傳輸零點(diǎn)。上述小型化的高選擇性的集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器，諧振器諧振時(shí)，終端單頻帶通集總元件濾波器的輸入端信號(hào)與輸出端信號(hào)有大約-90°的相位偏移。上述小型化的高選擇性的集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器，集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器的輸入阻抗與輸出阻抗相同，每一個(gè)終端單頻帶通集總元件濾波器的輸入輸出阻抗為集成了集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器的輸入阻抗或輸出阻抗的I倍。上述小型化的高選擇性的集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器，隔離元件為電阻。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
I)在傳統(tǒng)的功率分配器中集成了單頻帶通濾波器，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率分配和過濾信號(hào)的功能，而且尺寸比單獨(dú)的兩個(gè)分立的功率分配器和濾波器有較大減小，有利于射頻前端系統(tǒng)的集成化以及小型化。(2)集成了單頻帶通濾波器的功率分配器有比傳統(tǒng)的分立的功率分配器和濾波器組合而成的系統(tǒng)有更低的插入損耗。(3)基于集總元件集成了單頻帶通濾波器的功率分配器更有利于集成化和小型化。


圖I是集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的結(jié)構(gòu) 圖2是集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的構(gòu)示意 圖3是集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的傳輸特性曲線 圖4是集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器通過增大第二諧振器的電感來改變左邊傳輸零點(diǎn)的曲線 圖5是集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器通過減小第三諧振器的電感來改變右邊傳輸零點(diǎn)的曲線圖；
圖6是集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的輸出回波損耗和隔離系數(shù)的曲線圖。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于下例表述的范圍。如圖I所示，集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，包括上層集總元件結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板和下層接地金屬；上層集總元件結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板上表面，下層接地金屬板附著在中間層介質(zhì)基板下表面；其特征在于上層集總元件結(jié)構(gòu)包括主傳輸線和與主傳輸線連接的三個(gè)支路，其中一個(gè)支路通過第一諧振器接地，另外兩個(gè)支路均各自連接有第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，第二諧振器串接在支路中，第三諧振器和第四諧振器均有一端并接在支路上且另一端接地；兩個(gè)支路上的電路結(jié)構(gòu)完全一致，且兩個(gè)支路對(duì)稱分布在中間層介質(zhì)基板上表面；第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器組成一個(gè)濾波器，兩個(gè)支路上的兩個(gè)所述濾波器共用一個(gè)輸入口，兩個(gè)所述濾波器的輸出端口組成了所述集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的兩個(gè)輸出端口，該兩個(gè)輸出端口并接有一個(gè)匹配電阻。上述的集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，所述第一諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感；第二諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感；第三諧振器包括串聯(lián)連接的電容和電感；第四諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感。上述的集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器之間由微帶線連接，其中第二諧振器串聯(lián)在主傳輸線上，直接決定濾波器通帶的左邊傳輸零點(diǎn)；第三諧振器和第四諧振器通過微帶線直接并聯(lián)在支路上，而第三諧振器直接決定濾波器的右邊傳輸零點(diǎn)。
實(shí)施例5、集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的結(jié)構(gòu)如圖一所示，有關(guān)尺寸規(guī)格如下圖2所示。介質(zhì)基板的厚度為O. 81mm,相對(duì)介電常數(shù)為3. 38，損耗角正切為O.0027。第一諧振器的第一電容8為4. 8±O. 2pF,第一電感13為2. 7±O. 2nH ;第二諧振器中的第二電容I為3. 5±0. 2pF,第二電感5為20. 0±2nH ;第三諧振器中的第三電容2為
7.O 土 lpF，第三電感6為4. O ± InH ;第四諧振器中的第四電容3為4. O ± lpF，第四電感7為1.5±0. 2nH;所述匹配電阻4為110±10Ω。圖3是按照上述參數(shù)設(shè)計(jì)出來的一個(gè)集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的傳輸特性的仿真的結(jié)果；傳輸特性曲線圖中的橫軸表示頻率，縱軸表示傳輸特性，其中S11表示集成了單頻帶通濾波器的功率分配器的回波損耗，S21表示輸入端口匹配時(shí)，從第一輸出端口到輸入端口的插入損耗，S31表不輸入端口匹配時(shí)，從第二輸出端口到輸入端口的插入損耗；由仿真結(jié)果可見，仿真的插入損耗曲線S21和S31基本重合，通帶的中心頻率在O. 8GHz，仿真得到的IdB相對(duì)帶寬是10. 1%，測(cè)量到的在中心頻點(diǎn)的插入損耗S21和S3i為-3. 9dB。由于集成了濾波器的緣故，集成了單頻帶通濾波器的功率的插入損耗要稍大于標(biāo)準(zhǔn)的功率分配器。在通頻帶內(nèi)，集成了單頻帶通濾波器的功率分配器的回波損耗S11都高于-20dB，并且在通帶兩邊各有一個(gè)傳輸零點(diǎn)，大大的改善了功率分配器中濾波功能的滾降特性。圖6是按照上述參數(shù)設(shè)計(jì)出來的一個(gè)集成帶通濾波功能的集總元 件功率分配器分配器的輸出回波損耗S22和隔離系數(shù)S23的仿真結(jié)果。其中仿真得到的輸出回波損耗S22高于_20dB ;在工作頻率點(diǎn)上，仿真得到的端口 2與端口 3的隔離系數(shù)為-30dB。圖4是按照上述參數(shù)設(shè)計(jì)出來的一個(gè)集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，通過增大第二諧振器的電感，使得S21和S31的左邊傳輸零點(diǎn)往左偏移。圖5是通過減小第三諧振器的電感，使得S21和S31的右邊傳輸零點(diǎn)往右偏移。實(shí)施例的仿真結(jié)果表明本發(fā)明器件有兩個(gè)功能，不但可以平均分配輸入能量，還可以篩選出所需要的頻段。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，包括上層集總元件結(jié)構(gòu)、中間層介質(zhì)基板和下層接地金屬；上層集總元件結(jié)構(gòu)附著在中間層介質(zhì)基板上表面，下層接地金屬板附著在中間層介質(zhì)基板下表面；其特征在于上層集總元件結(jié)構(gòu)包括主傳輸線和與主傳輸線連接的三個(gè)支路，其中一個(gè)支路通過第一諧振器接地，另外兩個(gè)支路均各自連接有第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器，第二諧振器串接在支路中，第三諧振器和第四諧振器均有一端并接在支路上且另一端接地；兩個(gè)支路上的電路結(jié)構(gòu)完全一致，且兩個(gè)支路對(duì)稱分布在中間層介質(zhì)基板上表面；第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器組成一個(gè)濾波器，兩個(gè)支路上的兩個(gè)所述濾波器共用一個(gè)輸入口，兩個(gè)所述濾波器的輸出端口組成了所述集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器的兩個(gè)輸出端口，該兩個(gè)輸出端口并接有一個(gè)匹配電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，所述第一諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感；第二諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感；第三諧振器包括串聯(lián)連接的電容和電感；第四諧振器包括并聯(lián)連接的電容和電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，第二諧振器、第三諧振器和第四諧振器之間由微帶線連接，其中第二諧振器串聯(lián)在主傳輸線上；第三諧振器和第四諧振器通過微帶線直接并聯(lián)在支路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，其特征在于，所述功率分配器的工作頻率為800MHz,第一諧振器的第一電容(8)為4. 8±0. 2pF,第一電感(13)為2. 7 ± O. 2nH ;第二諧振器中的第二電容(I)為3. 5±0. 2pF,第二電感(5)為20. 0±2nH ;第三諧振器中的第三電容(2)為7. 0± lpF，第三電感(6)為4. OilnH ;第四諧振器中的第四電容(3)為4. 0±lpF，第四電感(7)為I. 5±0. 2nH ;所述匹配電阻(4)為110±10Ω。
全文摘要
本發(fā)明公開一種集成帶通濾波功能的集總元件功率分配器分配器，包括上層集總元件結(jié)構(gòu)，中間層介質(zhì)基板和下層接地金屬。集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器有三條支路，其中一條支路通過諧振器接地，另外兩條支路上各由三個(gè)諧振器組成，所述兩條支路交匯處由匹配電阻連接；集總元件的單頻帶通濾波器的功率分配器的輸入阻抗與輸出阻抗相同。本發(fā)明采用功率分配器與濾波器的結(jié)合而設(shè)計(jì)的單頻帶通濾波器的功率分配器，可用于各類射頻前端系統(tǒng)中，同時(shí)具有功率分配和頻率選擇的功能，有利于器件的集成化與小型化,且該模型具有獨(dú)創(chuàng)性。
文檔編號(hào)H01P5/16GK102881981SQ20121031809
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者章秀銀, 高立, 蔡少汶, 胡斌杰 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)