CN110474138A - 一种可重构功分滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可重构功分滤波器,包括介质基板,所述介质基板底面设有金属接地板,介质基板上分别设有输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线,所述输入端口馈线与第一输出端口馈线、第二输出端口馈线之间设有多模谐振器,所述第一输出端口馈线和第二输出端口馈线之间设有隔离电阻。所述输入端口馈线包括50欧姆微带线导带、阻抗匹配线和波长主传输线,50欧姆微带线导带一端延伸至介质基板的侧边,另一端与阻抗匹配线相接,阻抗匹配线另一端与波长主传输线连接。
Description
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域,特别是一种可重构功分滤波器。
背景技术
功分器和滤波器是现代无线通信***中不可缺少的两种无源器件。在***中,它们通常是级联在一起的,这往往导致大的电路尺寸和高***损耗。为了解决这一问题,将功分器和带通滤波器集成到一个组件中,即功分滤波器(Filtering Power Diver,FPD),同时实现指定的功率分配/组合和频率选择性的功能。此外,随着现代无线通信***的发展,对具有多功能特点的可重构微波器件的需求也越来越大。然而,可重构功分滤波器的研究却很少。
文献1[H.Zhu,A.M.Abbosh,and L.Guo,“Planar In-Phase Filtering PowerDivider With Tunable Power Division and Controllable Band for WirelessCommunication Systems,”IEEE Transactionson Components,PackagingandManufacturing Technology,vol.8,no.8,pp.1458–1468,Aug.2018]FPD的重构性是通过在威尔金森功分器的λ/4阻抗变换器上加载分支与变容二极管实现的。但是,中心频率可调谐性的缺乏限制了它的应用。
文献2[C.F.Chen,C.-Y.Lin,B.-H.Tseng,and S.-F.Chang,“Compact microstripelectronically tunable power divider with Chebyshevbandpass response,”IEEEMicrowave Conference,vol.pp.1291–1293,Nov.2014]与文献3[L.Gao,X.Y.Zhang,andQ.Xue,“Compact Tunable Filtering Power Divider With Constant AbsoluteBandwidth,”IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,vol.63,no.10,pp.3505-3513,Oct.2015]利用一对加载有变容二极管的可调谐振结构取代λ/4阻抗变换器的设计来实现可调功分滤波器的,尽管在这些设计中可以获得高选择性或者简洁的拓扑结构,但是这些设计并不能改变带宽。
文献4[P.L.Chi and T.Yang,“A 1.3–2.08GHz Filtering Power Divider WithBandwidth Control and High In-Band Isolation,”IEEE Microwave&WirelessComponents Letters,vol.26,no.6,pp.407-409,May.2016]将三端口输入调优网络与两个二阶滤波器相结合,提出了一种基于变容二极管的高隔离FPD。然而,过多的变容二极管(12个)的参与导致此设计变得十分复杂。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种可重构功分滤波器。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种可重构功分滤波器,包括介质基板,所述介质基板底面设有金属接地板,介质基板上分别设有输入端口馈线、第一输出端口馈线和第二输出端口馈线,所述输入端口馈线与第一输出端口馈线、第二输出端口馈线之间设有多模谐振器,所述第一输出端口馈线和第二输出端口馈线之间设有隔离电阻。
本发明中,所述输入端口馈线包括50欧姆微带线导带、阻抗匹配线和波长主传输线,50欧姆微带线导带一端延伸至介质基板的侧边,另一端与阻抗匹配线相接,阻抗匹配线另一端与波长主传输线连接。
本发明中,所述第一输出端口馈线包括依次连接的第一50欧姆微带线导带、第一阻抗匹配线和第一耦合输出线,第一50欧姆微带线导带与第一耦合输出线平行,第一阻抗匹配线为L型结构。
本发明中,所述第二输出端口馈线包括依次连接的第二50欧姆微带线导带、第二阻抗匹配线和第二耦合输出线,第二50欧姆微带线导带与第二耦合输出线平行,第二阻抗匹配线为L型结构。
本发明中,所述多模谐振器包括第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器、第三四分之一波长谐振器和第四四分之一波长谐振器;
第一四分之一波长谐振器与第二四分之一波长谐振器位于同一直线,第三四分之一波长谐振器和第四四分之一波长谐振器位于同一直线;
第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器与第三四分之一波长谐振器、第四四分之一波长谐振器垂直;
第一四分之一波长谐振器、第二四分之一波长谐振器、第三四分之一波长谐振器和第四四分之一波长谐振器由非谐振节点相互连接。
本发明中,所述第一四分之一波长谐振器端部通过第一隔直电容连接第一变容二极管,第一四分之一波长谐振器端部通过第一限流电阻连接第一直流电压加载点;
所述第二四分之一波长谐振器端部通过第二隔直电容连接第二变容二极管,第二四分之一波长谐振器端部通过第二限流电阻连接第二直流电压加载点;
所述第三四分之一波长谐振器端部通过第三隔直电容连接第三变容二极管,第三四分之一波长谐振器端部通过第三限流电阻连接第三直流电压加载点;
所述第四四分之一波长谐振器端部通过第四隔直电容连接第四变容二极管,第四四分之一波长谐振器端部通过第四限流电阻连接第四直流电压加载点。
本发明中,所述第一变容二极管底部通过第一接地柱连接至金属接地板;
第二变容二极管底部通过第二接地柱连接至金属接地板;
第三变容二极管底部通过第三接地柱连接至金属接地板;
第四变容二极管底部通过第四接地柱连接至金属接地板。
本发明中,所述隔离电阻连接第一耦合输出线端点与第二耦合输出线端点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明一种可重构功分滤波器的立体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是实施例1的结构尺寸示意图。
图4a是实施例1的S参数仿真图一。
图4b是实施例1的S参数仿真图二。
图5a是实施例1的第一输出端口馈线的匹配特性和隔离特性S参数仿真图。
图5b是实施例1的第二输出端口馈线的匹配特性和隔离特性S参数仿真图。
图1中,输入端口馈线1,第一输出端口馈线2,第二输出端口馈线3,第一枝节加载型多模谐振器4,第二枝节加载型多模谐振器5,隔离电阻6,多边形介质基板7,金属接地板8,50欧姆微带线导带11,阻抗匹配线12,一个波长主传输线13,第一50欧姆微带线导带21、第一终端开路枝节22,第一耦合输出线23,第二50欧姆微带线导带31、第二终端开路枝节32,第二耦合输出线33,第一二分之一波长谐振器41,第一对称面枝节加载单元42,第二对称面枝节加载单元43,第二二分之一波长谐振器51,第三对称面枝节加载单元52,第四对称面枝节加载单元53。
具体实施方式
实施例1:
如图1、图2所示,本实施例提供了一种可重构功分滤波器,包括下表面设有金属接地板8的矩形介质基板7,在所述矩形介质基板7的上表面设有输入端口馈线1、第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3,所述第一输出端口馈线2与所述第二输出端口馈线3分别靠近所述矩形介质基板7的同一条短边,在所述第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3与输入端口馈线1之间设有多模谐振器4,在所述多模谐振器4的四个端口各加载第一变容二极管51、第二变容二极管52、第三变容二极管53和第四变容二极管54。在所述第一输出端口馈线2和第二输出端口馈线3之间设有隔离电阻65。
所述多边形介质基板7为矩形,关于矩形的短边中心线对称。
所述输入端口馈线1包括50欧姆微带线导带11,阻抗匹配线12和一个波长主传输线13,所述50欧姆微带线导带11一个端面与阻抗匹配线12相接,另一端面在矩形介质基板7短边的上底面,阻抗匹配线12与50欧姆微带线导带11与一个波长主传输线13的端面相连。
所述第一输出端口馈线2包括第一50欧姆微带线导带21、第一阻抗匹配线22和第一耦合输出线23,所述第一50欧姆微带线导带21一端位于矩形介质基板7的短边的一边,另一端与呈L型弯折的第一阻抗匹配线22的短边端面相接,所述第一阻抗匹配线22的L型长边与矩形介质基板7的垂直相邻的短边平行,并指向多边形介质基板7的对称面;所述第一耦合输出线23垂直接于第一阻抗匹配线22的L型长边端面处。
所述第二输出端口馈线3包括第二50欧姆微带线导带31、第二阻抗匹配线32和第二耦合输出线33,所述第二50欧姆微带线导带31一端位于矩形介质基板7的短边的一边,另一端与呈L型弯折的第二阻抗匹配线32的短边端面相接,所述第二阻抗匹配线32的L型长边与矩形介质基板7的垂直相邻的短边平行,并指向多边形介质基板7的对称面;所述第二耦合输出线33垂直接于第二阻抗匹配线32的L型长边端面处。
所述多模谐振器4位于矩形介质基板7中心。所述多模谐振器4在第一输出端口馈线2与第二输出端口馈线3和输入端口馈线1之间。
所述多模谐振器4包括第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42、第三四分之一波长谐振器43和第四四分之一波长谐振器44由非谐振节点45相互连接。所述第一变容二极管51、第二变容二极管52、第三变容二极管53和第四变容二极管54通过第一隔直电容91、第二隔直电容92、第三隔直电容93和第四隔直电容94连接于第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42、第三四分之一波长谐振器43和第四四分之一波长谐振器44端面处,第一变容二极管51底部通过第一接地柱111连接至金属接地板8;第二变容二极管52底部通过第二接地柱112连接至金属接地板8;第三变容二极管53底部通过第三接地柱113连接至金属接地板8;第四变容二极管54底部通过第四接地柱114连接至金属接地板8。并且通过第一限流电阻61、第二限流电阻62、第三限流电阻63和第四限流电阻64分别对应与第一直流电压加载点101、第二直流电压加载点102、第三直流电压加载点103和第四直流电压加载点104连接,从而向对应的变容二极管加载偏置电压。
所述隔离电阻65连接于第一耦合输出线23与第二耦合输出线33端点处。
多模谐振器4的第一四分之一波长谐振器41和第二四分之一波长谐振器42的长度和宽度决定了两个传输零点和一个极点的位置,多模谐振器4的第三四分之一波长谐振器43和第四四分之一波长谐振器44的长度和宽度决定了两个极点的位置,调节多模谐振器4的第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42、第三四分之一波长谐振器43和第四四分之一波长谐振器44的长度和宽度可以改变初始通带的带宽以及中心频率;通过改变第一直流电压加载点101、第二直流电压加载点102、第三直流电压加载点103和第四直流电压加载点104的直流电压值,使加载在多模谐振器4的第一四分之一波长谐振器41、第二四分之一波长谐振器42、第三四分之一波长谐振器43和第四四分之一波长谐振器44端点的第一变容二极管51、第二变容二极管52、第三变容二极管53和第四变容二极管54的等效电容的容值,即可改变其谐振频率,从而改变带宽和中心频率;此外,隔离电阻65对两输出端口的隔离度影响较大,调节隔离电阻阻值的大小,可获得最佳隔离度。
本实施例在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀,从而形成所需的金属图案,结构简单,可在单片PCB板上实现,便于加工集成。同时,本发明利用多模谐振器的谐振机理和主传输线的电场分布特性,获得良好的功率分配特性和滤波特性,通过巧妙的在谐振器之间接隔离电阻,获得了良好的端口隔离特性。本发明利用多模谐振器加载变容二极管,具有广泛的中心频率和带宽调谐范围。由于本发明的可重构功分滤波器利用输出耦合线之间接隔离电阻,隔离度好,适用于现代无线通信***。并且通过双路输出共享同一个滤波部分,一方面可以使变容二极管的使用数量减少,另一方面减小了尺寸,使生产成本降低。下面对本发明作进一步详细描述。
实施例1的结构如图1所示,俯视图如图2所示,有关尺寸规格如图3所示。所采用的介质基板7相对介电常数为3.55,厚度为0.508mm,损耗角正切为0.0027。结合图3,可重构功分滤波器的各尺寸参数如下:L1=13.8mm,L2=15.1mm,L3=12mm,L4=13.8mm,L5=10.6mm,L0=5mm,W0=1.18mm,W1=0.32mm,W2=1.4mm,W3=0.54mm,g1=0.1mm,g2=0.1mm,R0=160Ω,Rb=10kΩ,Cb=100pF。变容二极管型号:D1、D3和D4为SMV2019,D2为SMV1248。可重构功分滤波器不包括50欧姆微带线导带的总面积为40.2×20.4mm2,对应的导波长尺寸为0.37λg×0.19λg,其中λg为最低中心频率1.5GHz波导的长度。
本实例功可重构分滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13.0与ADS2017中联合建模仿真的。图4a和图4b是本实例中可重构功分滤波器的S参数仿真图,从图中可以看出,该可重构功分滤波器的通带中心频率的可调范围为1.5GHz-1.91GHz,在中心频率为1.7GHz时通带带宽的可调范围为80MHz-300 MHz,通带内回波损耗低于18dB,最小***损耗为1.8dB。
图5是本实例中可重构功分滤波器的两个功率输出端口匹配特性和隔离特性的S参数仿真图,从图中可以看出,该实例功分滤波器通带内的输出端口回波损耗低于18dB,通带内隔离度好于18dB。
综上所述,本实施例的一种高选择性宽带功分滤波器,结合枝节加载型多模谐振器和一个波长终端开路传输线的场分布特性,利用谐振器间接隔离电阻,输出端加载开路枝节,共享同一滤波部分,实现了一种结构紧凑、损耗低、选择性高、隔离度好、二极管使用数量少、具有较好带外抑制性能的宽带功分滤波器,该功分滤波器非常适用于现代无线通信***。
本发明提供了一种可重构功分滤波器的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种可重构功分滤波器,其特征在于,包括介质基板(7),所述介质基板(7)底面设有金属接地板(8),介质基板(7)上分别设有输入端口馈线(1)、第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3),所述输入端口馈线(1)与第一输出端口馈线(2)、第二输出端口馈线(3)之间设有多模谐振器(4),所述第一输出端口馈线(2)和第二输出端口馈线(3)之间设有隔离电阻(65)。
2.根据权利要求1所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述输入端口馈线(1)包括50欧姆微带线导带(11)、阻抗匹配线(12)和波长主传输线(13),50欧姆微带线导带(11)一端延伸至介质基板(7)的侧边,另一端与阻抗匹配线(12)相接,阻抗匹配线(12)另一端与波长主传输线(13)连接。
3.根据权利要求2所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述第一输出端口馈线(2)包括依次连接的第一50欧姆微带线导带(21)、第一阻抗匹配线(22)和第一耦合输出线(23),第一50欧姆微带线导带(21)与第一耦合输出线(23)平行,第一阻抗匹配线(22)为L型结构。
4.根据权利要求3所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述第二输出端口馈线(3)包括依次连接的第二50欧姆微带线导带(31)、第二阻抗匹配线(32)和第二耦合输出线(33),第二50欧姆微带线导带(31)与第二耦合输出线(33)平行,第二阻抗匹配线(32)为L型结构。
5.根据权利要求4所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述多模谐振器(4)包括第一四分之一波长谐振器(41)、第二四分之一波长谐振器(42)、第三四分之一波长谐振器(43)和第四四分之一波长谐振器(44);
第一四分之一波长谐振器(41)与第二四分之一波长谐振器(42)位于同一直线,第三四分之一波长谐振器(43)和第四四分之一波长谐振器(44)位于同一直线;
第一四分之一波长谐振器(41)、第二四分之一波长谐振器(42)与第三四分之一波长谐振器(43)、第四四分之一波长谐振器(44)垂直;
第一四分之一波长谐振器(41)、第二四分之一波长谐振器(42)、第三四分之一波长谐振器(43)和第四四分之一波长谐振器(44)由非谐振节点(45)相互连接。
6.根据权利要求5所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述第一四分之一波长谐振器(41)端部通过第一隔直电容(91)连接第一变容二极管(51),第一四分之一波长谐振器(41)端部通过第一限流电阻(61)连接第一直流电压加载点(101);所述第二四分之一波长谐振器(42)端部通过第二隔直电容(92)连接第二变容二极管(52),第二四分之一波长谐振器(42)端部通过第二限流电阻(62)连接第二直流电压加载点(102);
所述第三四分之一波长谐振器(43)端部通过第三隔直电容(93)连接第三变容二极管(53),第三四分之一波长谐振器(43)端部通过第三限流电阻(63)连接第三直流电压加载点(103);
所述第四四分之一波长谐振器(44)端部通过第四隔直电容(94)连接第四变容二极管(54),第四四分之一波长谐振器(44)端部通过第四限流电阻(64)连接第四直流电压加载点(104)。
7.根据权利要求6所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述第一变容二极管(51)底部通过第一接地柱(111)连接至金属接地板(8);
第二变容二极管(52)底部通过第二接地柱(112)连接至金属接地板(8);
第三变容二极管(53)底部通过第三接地柱(113)连接至金属接地板(8);
第四变容二极管(54)底部通过第四接地柱(114)连接至金属接地板(8)。
8.根据权利要求4所述的一种可重构功分滤波器,其特征在于,所述隔离电阻(65)连接第一耦合输出线(23)端点与第二耦合输出线(33)端点。
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