一種多頻平衡濾波器/雙工器用的槽線耦合饋電帶通單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及微波通信的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種多頻平衡濾波器/雙工器用 的槽線禪合饋電帶通單元。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波與射頻通信技術(shù)的發(fā)展，讓我們的生活更加便利。然而，該一技術(shù)面臨的瓶頸 是有限的頻率資源。隨著Bluetooth、WiMax、WLAN、3G、LTE等通訊協(xié)議的興起，如何抑制好 各頻帶間的干擾、阻滯等問題越發(fā)嚴(yán)峻。多頻濾波器/雙工器是常用的頻率選擇性器件，它 的性能通常決定通信系統(tǒng)的功能，因此是射頻通信前端中最基本的無源器件。
[0003] 另一方面，通信系統(tǒng)處理過程常常遇到環(huán)境噪聲的干擾，噪聲是信號處理過程中 所能識別的最小信號電平的制約瓶頸。平衡電路，又稱差分電路，相對于傳統(tǒng)的單端電路而 言，最明顯的優(yōu)勢就是對環(huán)境噪聲具有較強(qiáng)免疫性。現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的有源器件（如功率 放大器、功分器、混頻器等）越來越多地采用差分端口平衡器件，若通信系統(tǒng)中天線、濾波 器、雙工器等無源器件也采取該種平衡結(jié)構(gòu)，則能構(gòu)造一個全平衡前端系統(tǒng)，可方便集成在 單巧片中（SOCsystem-on-chip)，有利于改善系統(tǒng)的共模抑制及小型化。
[0004] 因此，研究多頻平衡濾波器、平衡雙工器理論，開發(fā)無線通信中的多頻段平衡濾波 器/雙工器具有極其重要的理論意義、極大的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 近年來，人們對應(yīng)用于射頻前端微波頻段的平衡濾波器有著極大的興趣。國內(nèi)外 很多科研團(tuán)隊，對平衡濾波器進(jìn)行了理論和實踐研究，推進(jìn)了平衡濾波器的發(fā)展。然而多頻 平衡濾波器發(fā)展一直相對滯后。
[0006] 2010 年QXue等人在IE邸MicrowaveandWirelessComponentsLetters發(fā)表 題為"Novelbalanceddual-bandbandpassfilterusingcoupledstepped-impedance resonators"的文章中，提出采用階梯阻抗諧振器（SIR)設(shè)計雙頻平衡濾波器，如圖11a所 示。通過控制SIR阻抗比可W形成兩個差模通帶；共模時，對稱面處等效開路，禪合線呈帶 阻特性。為了更好的抑制共模，對稱面處引入了枝節(jié)加載。該濾波器的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、高共 模抑制、低插損、獨(dú)立可控頻率。然而通帶選擇性不佳，帶寬并不獨(dú)立可控。為改善選擇性， 該團(tuán)隊在IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques發(fā)表題為"Dual-Band andWide-StopbandSingle-BandBalancedBandpassFiltersWithHighSelectivity andCommon-ModeSuppression"的文章中，提出利用禪合路徑，如圖1化所示。為了更好的 抑制共模在兩個頻帶的影響，對稱面處引入了集總元件加載，增加了設(shè)計加工的復(fù)雜度。
[0007] 對于S頻平衡濾波器的研究則相對更少。X.W.Shi團(tuán)隊在2015年IE邸Microwave andWirelessComponentsLetters發(fā)表題為"CompactBalancedDual-andTri-band BandpassFiltersBasedonStubLoadedResonators"的文章中，如圖 12a所示，提出采 用多枝節(jié)加載的諧振器設(shè)計=頻平濾波器，濾波器的設(shè)計是綜合考慮差模和共模的諧振頻 率，然后將其分開從而達(dá)到共模抑制。設(shè)計過程較復(fù)雜，通帶選擇性差。
[000引另一方面，平衡雙工器隨著平衡系統(tǒng)的研究正逐步得到人們的關(guān)注。目前僅有少 量的工作設(shè)計平衡雙工器，而設(shè)及多頻雙工器的工作未見報道。H.W.Deng等在2014年IE邸MicrowaveandWirelessComponentsLetters發(fā)表題為"CompactBalanced-to-Balanced MicrostripDiplexerWithHighIsolationandCommon-ModeSuppression" 的文章中， 如圖1化所示，提出采用半波長諧振器設(shè)計平衡雙工器，結(jié)構(gòu)引入源負(fù)載禪合改善通帶選 擇性，共模抑制在30地左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多頻平衡濾波器/雙工器 用的槽線禪合饋電帶通單元，實現(xiàn)高選擇性、高共模抑制、頻率和帶寬獨(dú)立可控的多頻平衡 濾波器和平衡雙工器。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的技術(shù)方案為；一種多頻平衡濾波器/雙工 器用的槽線禪合饋電帶通單元，所述槽線禪合饋電帶通單元包括有鏡像對稱的第一差分輸 入輸出端口對和第二差分輸入輸出端口對，鏡像對稱的第一槽線諧振器和第二槽線諧振器 及鏡像對稱的第一微帶諧振器對和第二微帶諧振器對；其中，所述第一差分輸入輸出端口 對和第二差分輸入輸出端口對與第一槽線諧振器和第二槽線諧振器同一對稱軸，且該對稱 軸垂直于第一微帶諧振器對和第二微帶諧振器對的對稱軸；所述第一差分輸入輸出端口對 包括有鏡像對稱并相連接的第一輸入輸出端口和第二輸入輸出端口，該第一輸入輸出端口 和第二輸入輸出端口與第一微帶諧振器對和第二微帶諧振器對同一對稱軸，且所述第一槽 線諧振器在該對稱軸上延伸，并經(jīng)過上述第一差分輸入輸出端口對，與該第一差分輸入輸 出端口對間存在微帶饋線禪合部分；所述第二差分輸入輸出端口對包括有鏡像對稱并相連 接的第=輸入輸出端口和第四輸入輸出端口，該第=輸入輸出端口和第四輸入輸出端口與 第一微帶諧振器對和第二微帶諧振器對同一對稱軸，且所述第二槽線諧振器在該對稱軸上 延伸，并經(jīng)過上述第二差分輸入輸出端口對，與該第二差分輸入輸出端口對間存在微帶饋 線禪合部分；所述第一微帶諧振器對和第二微帶諧振器對相連接，該第一微帶諧振器對由 鏡像對稱的第一微帶諧振器和第二微帶諧振器構(gòu)成，且該第一微帶諧振器和第二微帶諧振 器存在禪合部分，并與第一槽線諧振器和第二槽線諧振器同一對稱軸，該第二微帶諧振器 對由鏡像對稱的第=微帶諧振器和第四微帶諧振器構(gòu)成，且該第=微帶諧振器和第四微帶 諧振器存在禪合部分，并與第一槽線諧振器和第二槽線諧振器同一對稱軸。
[0011] 所述槽線禪合饋電帶通單元的通帶性能主要由參數(shù)f〇、Q。和K值確定，可由全波仿 真推導(dǎo)：
[0012]
[0014] 式中，f〇、Qe和K的確定可通過下式表示：
[00 巧]f〇=f(L)
[0016] K=f(W，L"Gs)
[0017] Qe=f(W〇，Wi，W，Ti，T2，T3)
[0018] 其中，通帶的頻率f。由微帶諧振器對的長度L確定；對于禪合系數(shù)K，其參數(shù)主要 由微帶諧振器對的禪合部分寬度W、禪合長度L,和禪合間距G才角定；外部Q值主要由微帶 饋線禪合部分的寬度W。、槽線諧振器的寬度Wi、槽線諧振器的位置參數(shù)Ti、T2、TsW及微帶諧 振器對的寬度W確定。
[0019] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0020] 1、與已有的多頻平衡濾波器和平衡雙工器共模抑制方法相比較，本實用新型的槽 線禪合饋電結(jié)構(gòu)，由于其自身的共模抑制，平衡濾波器和平衡雙工器共模實現(xiàn)簡單，共模抑 制得到明顯的改善。
[0021] 2、與現(xiàn)有的多頻平衡濾波器和平衡雙工器高選擇性實現(xiàn)方法相比較，本實用新型 采用的結(jié)構(gòu)方式會在通帶外產(chǎn)生兩個傳輸零點(diǎn)，實現(xiàn)準(zhǔn)楠圓帶通特性。在實現(xiàn)多頻時通帶 的選擇性依然得到改善。
[0022] 3、與現(xiàn)有的多頻平衡濾波器設(shè)計時頻率或帶寬可控的實現(xiàn)方法相比較，本實用新 型提出的槽線禪合饋電帶通單元間加載效應(yīng)對通帶幾乎沒有影響，各通帶間頻率和帶寬獨(dú) 立可控。根據(jù)該一特性，本實用新型可W拓展到=頻甚至更多頻的平衡濾波器設(shè)計。
[0023] 4、本實用新型提出的槽線禪合饋電帶通單元也可應(yīng)用于高共模抑制平衡雙工器 的設(shè)計，在本實用新型中也是首次提出高共模抑制多頻平衡雙工器的設(shè)計方法。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型所述槽線禪合饋電帶通單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為本實用新型所使用的介質(zhì)基板示意圖。
[0026] 圖3a為本實用新型所述槽線禪合饋電帶通單元的物理尺寸圖。
[0027] 圖3b為本實用新型所述槽線禪合饋電帶通單元的禪合圖。
[002引圖4為基于槽線禪合饋電帶通單元的仿真結(jié)果圖。
[0029] 圖5a為基于槽線禪合饋電帶通單元的=頻平衡帶通濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖化為基于槽線禪合饋電帶通單元的=頻平衡帶通濾波器的禪合圖。
[0031] 圖6a為基于槽線禪合饋電帶通單元的雙頻平衡雙工器的結(jié)構(gòu)圖。
[0032] 圖化為基于槽線禪合饋電帶通單元的雙頻平衡雙工器的禪合圖。
[0033] 圖7a為基于槽線禪合饋電帶通單元的四頻平衡雙工器的結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 圖化為基于槽線禪合饋電帶通單元的四頻平衡雙工器的禪合圖。
[0035] 圖8為基于槽線禪合饋電帶通單元的=頻平衡帶通濾波器的實驗結(jié)果圖。
[0036] 圖9a為基于槽線禪合饋電帶通單元的雙頻平衡雙工器的差模響應(yīng)結(jié)果圖之一。
[0037] 圖9b為基于槽線禪合饋電帶通單元的雙頻平衡雙工器的差模響應(yīng)結(jié)果圖之二。 [003引圖9c為基于槽線禪合饋電帶通單元的雙頻雙工器的共模響應(yīng)結(jié)果圖。
[0039] 圖10a為基于槽線禪合饋電帶通單元的四頻平衡雙工器的差模響應(yīng)結(jié)果圖之一。
[0040] 圖10b為基于槽線禪合饋電帶通單元的四頻平衡雙工器的差模響應(yīng)結(jié)果圖之二。
[0041] 圖10c為基于槽線禪合饋電帶通單元的四頻平衡雙工器的共模響應(yīng)結(jié)果圖。
[0042] 圖11a為【背景技術(shù)】中Q Xue的SIR雙頻平衡濾波器結(jié)構(gòu)圖。
[0043] 圖1化為【背景技術(shù)】中Q Xue的集總原件加載雙頻平衡濾波器結(jié)構(gòu)圖。
[0044] 圖12a為【背景技術(shù)】中X. W.化i的S頻平衡濾波器結(jié)構(gòu)圖。
[0045] 圖1化為【背景技術(shù)】中X. W.化i的平衡雙工器結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0047] 如圖1所示，本實施例所述的多頻平衡濾波器/雙工器用的槽線禪合饋電帶通單 元，包括有鏡像對稱的第一差分輸入輸出端口對和第二差分輸入輸出端口對，鏡像對稱的 第一槽線諧振器Cl和第二槽線諧振器C2及鏡像對稱的第一微帶諧振器對和第二微帶諧振 器對；其中，所述第一差分輸入輸出端口對和第二差分輸入輸出端口對與第一槽線諧振器 Cl和第二槽線諧振器C2同一對稱軸，且該對稱軸垂直于第一微帶諧振器對和第二微帶諧振 器對的對稱軸；所述第一差分輸入輸出端口對包括有鏡像對稱并相連接的第一輸入