CN115275545B - 一种紧凑的吸收型滤波功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明紧凑的吸收型滤波功分器，包括滤波功分器和加载于输入端的吸收枝节，滤波功分器包括两个三线耦合结构的带通滤波器和两带通滤波器之间的复合型T形网络，复合型T形网络包括两个对称的隔离电阻和加载于两隔离电阻之间的第一四分之一波长短路枝节。基于三线耦合结构的设计提供了宽频带的滤波响应，并且在其输出耦合馈线末端负载的四分之一波长短路枝节带来了更高的通带选择性，并能够灵活的调整响应带宽和零点位置。复合型的T形网络在满足隔离水平的同时被复用为吸收枝节，具有隔离和吸收的双重特性，有效地减少了吸收枝节的使用。最终设计的紧凑的吸收型滤波功分器具有良好的吸收性能、高滤波性能、良好的隔离水平以及紧凑的电路尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种紧凑的吸收型滤波功分器。
背景技术
随着工业自动化和智能化的不断发展，对通信***的高性能、稳定性和可靠性方面提出了更高的要求。为了满足整个射频***的稳健运行，吸收型和无反射型滤波器近年来备受关注。众所周知，传统反射型滤波器的反射信号经由混频器和放大器等敏感的非线性元件，会导致相邻有源级的工作状态恶化。而与传统的反射型滤波器不同的是，吸收型和无反射型滤波器能够吸收反射回源端的带外干扰信号。因此，可以有效地提高射频前端***中邻近有源电路的信噪比和稳定性。
与此同时，大量的无源器件在有限的射频前端***中占据着较大的面积，以及现代射频和微波工业的不断发展，使得对小型化、低损耗、低成本的需求越来越大。因此，许多多功能器件备受关注，如滤波合路器、滤波巴伦、滤波功分器等。其中滤波功分器是集滤波和功分两种功能于一体的关键器件，并且广泛应用于发射机***中。中频信号和本振信号经过混频器混频后产生的射频信号通过滤波功分器，分为两路信号经由放大器，通常为了缓解带外反射信号的干扰，需要在放大电路和天线间添加额外的隔离器，这种传统的方法会带来尺寸大、损耗高等问题。而若将滤波功分器替换成吸收型滤波功分器，带外反射的干扰信号能够在吸收型滤波功分器内部耗散，避免了干扰信号反射回混频器而造成的级间扰动，可取代原本所需的隔离器。因此，对于集滤波、功分、吸收三种功能于一体的吸收型滤波功分器的研究十分必要，其可同时满足高稳定性、小型化、低损耗、低成本的需求。
作为实现滤波功分器的常用设计方法，将带通滤波器与功率分配器级联的设计原理常用于吸收型滤波功分器的设计中，其带外的反射能量通常通过在端口处加载端接负载的吸收带阻段吸收。同时具有吸收性能的无反射带通滤波器通常多采用基于互补双工器的拓扑结构，为提高设计的滤波性能，常选用级联多阶带通谐振单元部分并联多阶的吸收带阻网络，从而导致了设计尺寸过大和较大的损耗。不仅如此由于带通部分和吸收带阻部分的不完全匹配还会使得设计的吸收带宽受限。除此以外，为了实现良好的吸收特性，通常需要多个吸收枝节。然而，多个吸收枝节不仅会带来较大的电路尺寸，还会使得通带畸形严重。
发明内容
本发明的目的在于，解决上述现有技术中的不足，提出一种紧凑的吸收型滤波功分器，所提出的复合型T形网络具有隔离和吸收的双重特性，有效地减少了吸收枝节的使用，实现了高性能、小型化的吸收型滤波功分器设计。
为了实现本发明目的，本发明提供一种紧凑的吸收型滤波功分器，该滤波功分器由上层金属带条，下层金属地和中间一层介质基板组成，所述滤波功分器和加载于滤波功分器输入端的吸收枝节设置于上层金属带条。具体来说，该紧凑的吸收型滤波功分器，包括滤波功分器和加载于滤波功分器输入端的吸收枝节、一个输入端口和两个输出端口，其特征在于：所述滤波功分器包括两个三线耦合结构的带通滤波器和设置于所述两带通滤波器输入端之间的复合型T形网络，所述复合型T形网络包括设置于两带通滤波器输入端之间的两个对称的隔离电阻和加载于两隔离电阻之间的第一四分之一波长短路枝节。
其中，所述三线耦合结构的带通滤波器包括：四分之一波长中心短路枝节、平行且对称设置于该四分之一波长中心短路枝节左右两侧的四分之一波长输入耦合馈线和四分之一波长输出耦合馈线，两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线的第一端连接输入端口、两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线的第二端连接所述复合型T形网络；两带通滤波器的四分之一波长输出耦合馈线的第一端分别连接两个输出端口，两带通滤波器的四分之一波长输出耦合馈线第二端分别加载第二四分之一波长短路枝节。
本发明紧凑的吸收型滤波功分器，其中总体电路可由集成的滤波功分器部分和输入端加载的吸收枝节构成。集成的滤波功分器部分由基于三线耦合结构的带通滤波器和复合型T形网络构成。基于三线耦合结构的带通滤波器端口负载了一段四分之一波长短路枝节(Z c ), 并且其中的耦合三线为对称结构，三线的宽度均为w 0 ，相邻两线之间的间距为s。复合型T形网络由两个对称分布的电阻(R b )和在其中心加载的四分之一波长短路枝节(Z b )构成。其可作为隔离网络又可复用为吸收枝节，由此展现出隔离和吸收的双重特性。输入端加载的吸收枝节由一个吸收电(R a )和一个四分之一波长短路枝节(Z a )构成。
对此，采用了逐步推演的分析方法。
(1)首先，对于采用普通隔离电阻且不负载枝节(Z c )的集成的滤波功分器部分，采用奇偶模的分析方法，并且给出了三线耦合结构的六端口阻抗矩阵，考虑到三线耦合结构非相邻两线之间的交叉耦合，为了精确的拟合频率响应引入了变量k cc ，表征为非相邻两线耦合系数与相邻两线间耦合系数之比。通过偶模半切等效电路可得其端口条件，通过代入端口条件和公式转换计算可得在偶模激励时输入端口的反射系数(|S e 11|)，输出端口的反射系数(|S e 22|)和采用普通隔离电阻且不负载枝节(Z c )的集成的滤波功分器的传输系数(|S e 21|)的表达式。在奇模激励下，等效电路可视作成一个仅有输出端口的一端口电路，由此可通过输入端口的输入阻抗(Zoin)来计算得到在奇模激励时输出端口的反射系数(|S o22|)。最后结合奇偶模分析计算的结果，能够得到整体电路的输入端口的反射系数(|S 11|)、整体电路的传输系数(|S 21|)、输出端口的反射系数(|S 22|)和输出端口间的隔离系数(|S 23|)，进而可得频率响应曲线。从中可得，紧凑的三线耦合结构的带通滤波器能够产生三个传输极点和两个带外传输零点，通过改变三线的线宽w 0 和相邻线的的间距s能够任意调整所需带宽，并且由于带内的三个传输极点的产生，可得紧凑的三线耦合结构易于实现宽带的设计。
(2)其次，在上述采用普通隔离电阻且不负载枝节(Z c )的集成的滤波功分器的输出耦合馈线末端加载一段四分之一波长的短路枝节(Z c )构成改进的滤波功分器。通过理论公式计算推导可得其传输系数(|S 21|)的变化曲线，由此可知，采用普通隔离电阻且负载枝节(Z c )的改进的滤波功分器其带宽和零点可通过改变Z c 而轻松控制，表现出更好的选择性。
(3)进一步，在上述改进的滤波功分器的基础上，将输入耦合馈线末端连接的一个隔离电阻(R)***成2个新的隔离电阻(R b )，并且在其中心加载枝节(Z b )，由此构成一个复合型的T形网络。采用相同的理论公式计算推导方法可得具有复合T形网络的改进型滤波功分器，即吸收型滤波功分器Ⅰ的频率响应曲线。通过和采用普通隔离电阻的改进型滤波功分器相比，吸收型滤波功分器Ⅰ由于采用了特殊的复合型T形网络能够在保证一定隔离水平下产生了吸收特性。由此可得，所提出来的T形网络作为隔离网络的同时还可以复用为吸收枝节，从而产生了隔离和吸收的双重特性。输入无反射性能可以视作为带内和带外的输入端的匹配性能。因此，为了更直观的评估吸收水平定以了带内最大反射系数RP max 和带外最大反射系数RS max ，它们的值越小代表吸收性能越好。通过分析可得，R b = 150 Ω时RS max 最小，即吸收性能最好。综合考虑输出端口的匹配性能和输出端口间的隔离水平，定义偏移频率Δf = 0.6 GHz，通过综合分析在中心频率f 0以及在频率f 0±Δf处的输出端口的反射系数|S 22|，在f 0处和在[f 0 – Δf，f 0 + Δf]频率区间范围内的输出端口间的隔离系数|S 23|，R b 设定为150 Ω。除此以外T形网络中心加载的短路枝节阻抗Z b 也是影响电路吸收性能的关键性参数，通过RP max 和RS max 的变化曲线可知，Z b 是取得良好带内和带外匹配性能折衷的关键参数。
(4)最后，为进一步提高输入无反射性能，本发明在吸收型滤波功分器Ⅰ的输入端口处并联加载了一段吸收枝节，即形成了最终的具有良好输入无反射性能的吸收型滤波功分器Ⅱ。其中吸收枝节由一个吸收电阻R a 和一段四分之一波长短路枝节Z a 构成。同样可对吸收型滤波功分器Ⅱ采用奇偶模的分析方法，通过阻抗矩阵的计算推导可得吸收型滤波功分器Ⅱ的频率响应曲线，并且将其与未加载吸收枝节的吸收型滤波功分器Ⅰ进行对比。可以明显看到，有了输入端口加载的吸收枝节，电路的输入无反射性能大大提升。通过对Z a 的参数扫描曲线可得，当Z a 减小，输入无反射/吸收性能得到了大大的改善。同时，随着Z a 的减小，该枝节线宽w a 也会不断增加，所以选择Z a = 38 Ω进行演示。与此同时，通过R a 的参数扫描曲线可知，带外匹配性能即带外吸收性能能够通过R a 独立调整。并且通过在不同R a 下的RP max 和RS max 变化曲线可知，R a = 50 Ω时RS max 取最小值，即此时带外吸收性能最优。
结合所有的分析，可以清楚了解整体电路构造的演变过程，最后在输入端口加入一段匹配枝节以提高各端口的匹配性能，并对参数进行优化得到了最终的电路。
本发明具有以下创新点：
1、采用了复合型的T形网络取代普通的隔离电阻，该结构在满足隔离水平的同时可被复用为吸收枝节，从而具有隔离和吸收的双重特性，由此减小了电路尺寸。并且得益于这一特性减少了吸收枝节的使用，仅需一个额外的吸收枝节即可实现良好的输入无反射的特性，也因此避免了通带的严重畸变。
2、输入无反射性能可由加载在输入端口的吸收枝节独立调控，而不影响滤波性能。
3、采用基于三线耦合结构的集成滤波功分器的设计方法大大减小了电路尺寸，并且设计带宽和零点可由加载在输出耦合馈线末端的短路枝节任意调控。
本发明有益效果如下：
对于通带频率响应，基于三线耦合结构的设计提供了宽频带的滤波响应，并且在其输出耦合馈线末端负载的四分之一波长短路枝节带来了更高的通带选择性，并能够灵活的调整响应带宽和零点位置。输入无反射性能可由输入端口加载的吸收枝节独立调控。采用了集成的滤波功分器的设计方法以及利用了所提出的复合型T形网络的复用双重特性，大大减小了电路尺寸，降低了损耗和成本，实现了小型化的输入无反射滤波功分器的设计。最终设计的紧凑的吸收型滤波功分器具有良好的吸收性能、高滤波性能、良好的隔离水平以及紧凑的电路尺寸。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明；
图1 是本发明实施例紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）结构示意图。
图2-1是本发明紧凑的吸收型滤波功分器的半切偶模等效电路结构示意图。
图2-2是本发明紧凑的吸收型滤波功分器的半切奇模等效电路结构示意图。
图3是本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的改进的滤波功分器的结构示意图。
图4是本发明紧凑的吸收型滤波功分器所采用的三线耦合结构的具体构造示意图。
图5-1是本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )、输出耦合馈线末端的四分之一波长短路枝节(Z c ，θ c )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的原始滤波功分器的半切偶模等效电路结构示意图。
图5-2是本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )、输出耦合馈线末端的四分之一波长短路枝节(Z c ，θ c )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的原始滤波功分器的半切奇模等效电路结构示意图。
图6是本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )、输出耦合馈线末端的四分之一波长短路枝节(Z c ，θ c )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的原始滤波功分器的频率响应曲线。
图7是本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )、输出耦合馈线末端的四分之一波长短路枝节(Z c ，θ c )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的原始滤波功分器的1-dB相对带宽在不同的s和w0的情况下的变化曲线。
图8是本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的原始滤波功分器的不同Z c 的情况下其传输系数的变化曲线。
图9是吸收型滤波功分器Ⅰ（本发明紧凑的吸收型滤波功分器去除输入端加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )，并且将隔离电阻(R)转换成复合T形网络）的结构示意图。
图10-1是吸收型滤波功分器Ⅰ与如图3所示的改进的滤波功分器的传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的对比图。
图10-2是吸收型滤波功分器Ⅰ与如图3所示的改进的滤波功分器的隔离系数（|S 23|）和输出端反射系数（|S 22|）的对比图。
图11-1是吸收型滤波功分器Ⅰ在不同R b 下RP max 和RS max 的变化曲线。
图11-2是吸收型滤波功分器Ⅰ在不同R b 下输出端口的匹配性能和隔离水平的变化曲线。
图12是吸收型滤波功分器Ⅰ在不同Z b 下RP max 和RS max 的变化曲线。
图13-1是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）与如图8所示的吸收型滤波功分器Ⅰ的传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的对比图。
图13-2是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）与如图8所示的吸收型滤波功分器Ⅰ的隔离系数（|S 23|）和输出端反射系数（|S 22|）的对比图。
图14-1是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）在不同Za下传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的变化曲线。
图14-2是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）在不同Ra下传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的变化曲线。
图15是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）在不同R a 下RP max 和RS max 的变化曲线。
图16是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）的俯视透视图。
图17-1是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）的传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的仿真结果和测试结果对比图。
图17-2是本发明紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）的隔离系数（|S 23|）和输出端反射系数（|S 22|）的仿真结果和测试结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参见图16是本发明实施的一种紧凑的吸收型滤波功分器即吸收型滤波功分器Ⅱ的俯视透视图。本发明实施例紧凑的吸收型滤波功分器包括滤波功分器和加载于滤波功分器输入端的吸收枝节、一个输入端口S1和两个输出端口S2、S3。滤波功分器包括两个三线耦合结构的带通滤波器和设置于所述两带通滤波器输入端之间的复合型T形网络，所述复合型T形网络包括设置于两带通滤波器输入端之间的两个对称的隔离电阻8、8’和加载于两隔离电阻8、8’之间的第一四分之一波长短路枝节9。为了进一步轻松控制滤波功分器的带宽和零点使其表现出更好的选择性，本实施例中，在三线耦合结构的带通滤波器输出侧加载有第二四分之一波长短路枝节7、7’。
如图16所示，三线耦合结构的带通滤波器包括：四分之一波长中心短路枝节6、6’、平行且对称设置于该四分之一波长中心短路枝节6、6’左右两侧的四分之一波长输入耦合馈线4、4’和四分之一波长输出耦合馈线5、5’，两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线4、4’的第一端连接输入端口S1、两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线4、4’的第二端连接所述复合型T形网络；两带通滤波器的四分之一波长输出耦合馈线5、5’的第一端分别连接两个输出端口S2、S3，两带通滤波器的四分之一波长输出耦合馈线5、5’第二端分别加载所述的第二四分之一波长短路枝节7、7’。吸收枝节为经吸收电阻10加载于输入端口S1的第三四分之一波长短路枝节11，输入端口S1依次通过传输线输入线1和输入端阻抗匹配线2连接两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线4、4’，输出端口S2、S3通过分别输出端传输线3、3’连接四分之一波长输出耦合馈线5、5’。输入传输线1和输出传输线3、3’均为50Ω传输线。
本实施例中，第一四分之一波长短路枝节9通过第一金属化通孔15短路接地；第二四分之一波长短路枝节7、7’通过第二金属化通孔13、13’短路接地；第三四分之一波长短路枝节11通过第三金属化通孔14短路接地。
本发明实施例对滤波器各部分的尺寸进行优化，具体的滤波器的参数见下表：
| 参数 | l p1 | l p2 | l p3 | l a | l b | l c | l 0 |
| 值(mm) | 5 | 17.6 | 10.5 | 18.9 | 18.81 | 20.72 | 19.5 |
| 参数 | w p1 | w p2 | w a | w b | w c | w 0 | s |
| 值(mm) | 1.78 | 2.72 | 2.75 | 1.89 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
表中，l p1和l p3分别为输入和输出端口50Ω微带线的长度，w p1为输入输出端口50Ω微带线的宽度，l p2和w p2分别为输入端四分之一波长匹配枝节的长度和宽度，l a 和w a 分别为加载在输入端的四分之一波长短路枝节的长度和宽度，l b 和w b 分别为复合T形网络中心加载的四分之一波长短路枝节的长度和宽度，l c 和w c 为输出耦合馈线末端负载的四分之一波长短路枝节的长度和宽度，w 0为耦合三线的宽度，s为相邻两耦合线间的距离。设计中采用的基板是Rogers RO4003C，其介电常数为 ε r = 3.55，厚度h = 0.813mm损耗角正切为tanδ=2.7×10-3，上下两层金属带条厚度为t=0.035mm。
下面结合附图详细说明本发明的设计、分析过程以及效果。
图1展示了本发明一种紧凑的吸收型滤波功分器（吸收型滤波功分器Ⅱ）结构示意图，采用了复合T形网络代替普通的隔离电阻，具有隔离和吸收的双重作用，从而解决了大尺寸的困扰。其中，Z S 代表输入端口阻抗值，Z L 代表输出端口阻抗值。图2-1和图2-2分别为本设计的半切偶模等效电路和半切奇模等效电路结构示意图。
为了验证复合T形网络的双重特性，首先对滤波功分器部分进行分析，提出了如图3所示的去除输入端口加载的吸收枝节(R a ；Z a ，θ a )，并且输入耦合馈线间为普通隔离电阻(R)的改进的滤波功分器。其中带通响应由三线耦合结构提供。图4为三线耦合结构的具体构造示意图，基于三线耦合结构的电路频率响应可由其六端口阻抗矩阵求得其中V i 和I i (i=1，2，3，4，5，6)分别为施加在各个端口的电压和电流，Z oe 、Z oo 为模式阻抗，k cc 为非相邻两线与相邻两线间耦合系数之比。通过代入各个端口条件即可得到二端口的S参数。
为了详尽地分析，对基于三线耦合结构原始的滤波功分器进行了分析，图5-1和图5-2具体展示了原始的滤波功分器的奇偶模等效电路。如图5-1所示，在偶模的激励下，2、4、6端口开路，5端口短路，1、3端口分别为输出端和输入端，将其端口条件代入六端口的阻抗矩阵简化可得这样一个二端口得Z矩阵，通过这个可以得到Z 11、Z 12、Z 21、Z 22。由此即可得到在偶模激励下的S参数。如图5-2所示，在奇模的激励下，2、6端口开路，3、5端口短路，4端口电压，并且可视作为一个一端口电路，可通过计算S2口处的输入阻抗Zoin求得在奇模激励下的S参数。最后结合奇偶模分析计算的结果，能够得到整体电路的S参数。由此可以得到如图6所示的原始滤波功分器的频率响应曲线。从中可以看到有3个传输极点(TPs)以及两个近通带的传输零点(TZs)产生，通过这个也可以很好的解释阶数的问题。3个带内的传输极点可以很容易满足宽带的设计需求。并且由图7可知，改变三线的宽度和相邻线间距离可以灵活调整带宽。为提高通带的选择性，在原始的滤波功分器的输出耦合馈线末端加载了一段四分之一波长的短路枝节(Z c ，θ c )，即为如图3所示的改进的滤波功分器。图8为其传输系数的变化曲线，可得与原始的滤波功分器相比，添加的四分之一波长的短路枝节(Z c ，θ c )能够灵活对的调整带宽和两个近通带的传输零点，展现出了更高的选择性。
由上述分析总结可得：改进的滤波功分器能够提供宽频带的滤波响应，并且具有带宽和传输零点的可控性。但是，其反射能量还是会反射回输入端从而造成干扰。由此，我们提出了如图9所示的吸收型滤波功分器Ⅰ，它是在基于改进的滤波功分器的基础上，将隔离电阻R替换成所提出的复合T形网络。通过同样的计算推导步骤可得吸收型滤波功分器Ⅰ的传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|），以及隔离系数（|S 23|）和输出端反射系数（|S 22|），其频率响应曲线分别如图10-1和图10-2所示。从图中与改进的滤波功分器相比，具有复合T形结构的吸收型滤波功分器Ⅰ既能够满足输出端口间的隔离水平，又能够吸收反射回输入端的带外干扰信号。众所周知，无反射性能好坏需要同时考虑带内的匹配性能和带外的匹配性能。因此，为了更好的直观分析电路的无反射性能，定义了带内最大反射系数RP max 和带外最大反射系数RS max 。RP max 和RS max 的值越小，代表输入无反射性能越好。图11-1为具有复用T形结构的吸收型滤波功分器Ⅰ在不同R b 下RP max 和RS max 的变化曲线。不难看出，R b 的变化对RS max 十分敏感，并且在R b = 150 Ω时取得最小值，即此时带外匹配/吸收性能最好。图11-2为具有复用T形结构的吸收型滤波功分器Ⅰ在不同R b 下输出端口的匹配性能和隔离水平的变化曲线。其中，为了直观的分析，定义了偏移频率Δf = 0.6GHz，通过分析在中心频率f 0处和在f 0±Δf处的输出端反射系数|S 22|，以及在中心频率f 0处和在[f 0 – Δf，f 0 +Δf]频率范围内的输出端口间的最大隔离系数|S 23|max，可以直观地分析参数变化对输出端口的匹配性能和隔离水平的影响，|S 22|和|S 23|max都是越小越好。最终综合考虑R b 为150 Ω时，能取得吸收型滤波功分器Ⅰ输入无反射性能、输出端口的匹配性能以及输出端口间的隔离性能的良好折衷。图12为具有复用T形结构的吸收型滤波功分器Ⅰ在不同Z b 下RP max 和RS max 的变化曲线，可以看出Z b 的合理取值能够获得带内匹配性能和带外匹配性能的良好折衷。
通过上述具有复合T形结构的吸收型滤波功分器Ⅰ在保证一定隔离水平的条件下，通过复用该T形网络获得了一定的吸收效果。由此，为了进一步提高对输入端反射信号的吸收性能，仅需在输入端加载一段吸收枝节，提出了本发明最终电路的结构示意图，即如图1所示的吸收型滤波功分器Ⅱ。由于其对称的电路结构，同样可利用奇偶模的分析方法。图2-1和2-2分别为本发明一种紧凑的吸收型滤波功分器的半切偶模和奇模等效电路的结构示意图。具体计算方法仍然是将端口条件代入到六端口阻抗矩阵中，通过计算推导出电路的S参数，在分析偶模等效电路时，将公式(4)-(6)和(8)-(11)中的源阻抗Z s 替换成Z s’ = Z s //Z in1，其中Z in1 = R a + jZ a tanθ a 。图13-1为本发明与吸收型滤波功分器Ⅰ的传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的对比图，图13-2为本发明与吸收型滤波功分器Ⅰ的隔离系数（|S 23|）和输出端反射系数（|S 22|）的对比图。从中可以看出，本发明在输入端口添加的吸收枝节明显改善了带外的吸收水平，其由一个吸收电阻(R a )和一段四分之一波长短路枝节(Z a ，θ a )构成。图14-1和图14-2分别为本发明在不同Z a 和R a 下传输系数（|S 21|）和输入端反射系数（|S 11|）的变化曲线。图15为本发明在不同R a 下RP max 和RS max 的变化曲线。通过分析可得，随着Z a 的减小，吸收吸能得到改善，但同时Z a 越小也意味着线宽越宽。与此同时，通过改变R a 的值能够在不影响滤波性能的前提下，进一步调整RP max 和RS max ，即通过改变R a 能够独立的调控本发明的输入无反射性能。当R a = 50 Ω时RS max ，即此时对带外反射信号的吸收性能最优。因此，R a 设定为50 Ω。
基于以上分析，我们设计了一款结构如图1所示的紧凑的吸收型滤波功分器。图16为本实例一种紧凑的吸收型滤波功分器的俯视透视图，其具体参数均已给出。图17-1和图17-2分别为本实例一种紧凑的吸收型滤波功分器的传输系数（|S 21|）、输入端反射系数（|S 11|）和隔离系数（|S 23|）、输出端反射系数（|S 22|）的仿真结果和测试结果对比图，展现了良好的一致性。最终测试测得其中心频率为2.36GHz，1-dB FBW为52.8%，最低带内插损为0.32dB，四个如计算预期一致的带外零点，在整个测试的频率范围内阻抗抑制水平高于27dB，隔离水平高于16dB，并且在整个测试频带内均表现出了良好的吸收性能(|S 11|< -10dB)，并且最终的电路尺寸为0.31λ g ×0.15λ g (λ g 为在中心频率2.36GHz处的波导波长)。总的来说，实现了良好的吸收性能、良好的隔离水平、良好的通带性能的小型化宽带吸收型滤波功分器的设计。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种紧凑的吸收型滤波功分器，包括滤波功分电路和加载于滤波功分电路输入端的吸收枝节、一个输入端口（S1）和两个输出端口（S2、S3），其特征在于：所述滤波功分电路包括两个三线耦合结构的带通滤波器和设置于两带通滤波器输入端之间的复合型T形网络，所述复合型T形网络包括设置于两带通滤波器输入端之间的两个对称的隔离电阻（8、8’）和加载于两隔离电阻（8、8’）之间的第一四分之一波长短路枝节（9）；所述复合型的T形网络在满足隔离水平的同时被复用为吸收枝节，具有隔离和吸收的双重特性。
2.根据权利要求1所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：三线耦合结构的带通滤波器输出侧加载有第二四分之一波长短路枝节（7、7’）。
3.根据权利要求2所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：所述三线耦合结构的带通滤波器包括：四分之一波长中心短路枝节（6、6’）、平行且对称设置于该四分之一波长中心短路枝节（6、6’）左右两侧的四分之一波长输入耦合馈线（4、4’）和四分之一波长输出耦合馈线（5、5’），两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线（4、4’）的第一端连接输入端口（S1）、两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线（4、4’）的第二端连接所述复合型T形网络；两带通滤波器的四分之一波长输出耦合馈线（5、5’）的第一端分别连接两个输出端口（S2、S3），两带通滤波器的四分之一波长输出耦合馈线（5、5’）第二端分别加载所述的第二四分之一波长短路枝节（7、7’）。
4.根据权利要求1所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：所述吸收枝节为经吸收电阻（10）加载于输入端口（S1）的第三四分之一波长短路枝节（11）。
5.根据权利要求3所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：所述输入端口（S1）依次通过传输线输入线（1）和输入端阻抗匹配线（2）连接两带通滤波器的四分之一波长输入耦合馈线（4、4’），输出端口（S2、S3）通过分别输出端传输线（3、3’）连接四分之一波长输出耦合馈线（5、5’）。
6.根据权利要求5所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：所述输入传输线（1）和输出传输线（3、3’）均为50Ω传输线。
7.根据权利要求1所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：所述第一四分之一波长短路枝节（9）通过第一金属化通孔（15）短路接地；第二四分之一波长短路枝节（7、7’）通过第二金属化通孔（13、13’）短路接地；第三四分之一波长短路枝节（11）通过第三金属化通孔（14）短路接地。
8.根据权利要求1所述的紧凑的吸收型滤波功分器，其特征在于：由上层金属带条、中间介质基板和下层金属地构成，所述滤波功分电路和加载于滤波功分电路输入端的吸收枝节设置于上层金属带条。
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