一種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及小型化射頻電路技術領域，具體設及一種可應用于射頻前端電路 的具有雙頻帶濾波功能的功率分配器。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信的快速發(fā)展，對小型化射頻電路的需求越來越緊迫。在移動通信、衛(wèi) 星通信等無線設備中，需要減小設備體積或在有限空間內(nèi)容納更多的功能模塊，因此小型 化是發(fā)展的必然趨勢。由于射頻前端的體積占據(jù)了無線設備中很大的一部分，對其小型化 開展深入研究，具有重要的理論意義和應用價值。
[0003] 過去對射頻器件的小型化研究W單個元器件的性能提升和小型化為主。經(jīng)過近幾 年的研究探索，采用多器件協(xié)同設計的方式將多個器件集成為一個器件，使一個器件具有 多種功能，從而減小器件數(shù)量實現(xiàn)小型化。目前，具有單通帶濾波功能的功率分配器已經(jīng)被 研發(fā)出來，大大減小了射頻電路的體積。然而具有雙通帶濾波特性的功率分配器卻鮮有發(fā) 現(xiàn)。
[0004] 功率分配器具有分配/合成信號的功能，在很多天線陣列和平衡電路中都要用 到，是一個基礎的微波電路。而帶通濾波電路可W分離出所需頻帶的功能，也是無線通信系 統(tǒng)中另一種不可或缺的組件。運兩種元件經(jīng)常共存于系統(tǒng)中，因此受到學者們的廣泛關注。 在濾波器與功率分配器集成化設計方面，綜合起來主要有W下方法：1)把濾波電路與功分 電路融合使其具有兩種功能；2)用濾波電路取代功率分配器中的四分之一波長傳輸線。所 設計電路有濾波功率分配器、濾波禪合器和濾波混合環(huán)等，不僅獲得良好電性能，而且體積 小。
[0005] 國內(nèi)外學者已經(jīng)開始重視運個方向并做了一些探索，但目前該方向只是處于起 步階段。在雙頻帶的濾波電路方面，常規(guī)做法是使用雙模諧振器，已有很多研究成果，但 是，具有雙頻帶濾波功能的功率分配器的公開文獻還比較少。在文獻《X, Tang, and K. Mouthaan, "Filter integrated Wilkinson power dividers, " Mi crow. Opt. Tech. Lett. , vol. 52, no. 12, pp. 2830 - 2833, Dec. 2010》、《Y. C. Li, Q. Xue, and X. Y. Zhang 和《X. Y. Zhang, K.-X. Wang, and B. -J. Hu, "Compact filtering power divider with enhanced second-harmonic suppression, " IEEE Microw. Wireless. 仿巧DO打.Ze化，vol. 23, no. 9, pp. 483 - 485, Sep. 2013.》中用濾波電路取代功率分 配器中的四分之一波長傳輸線，實現(xiàn)了單頻濾波功能的功率分配器。在文獻"Single- and dual-band power divider integrated with bandpass filters, IEEE Trans. Microw. vol. 61, no. 1, pp. 69 - 76, Jan. 2013.》中，通過加入多模式的諧振電 路作為濾波網(wǎng)絡，實現(xiàn)了雙頻濾波功能的功率分配器。然而，文章采用中屯、對稱加載的開路 線諧振器構成濾波網(wǎng)絡，對于電路的小型化程度還有待于大幅提高。為了填補運一空白，本 實用新型提出了采用具有枝節(jié)加載的四分之一波長短路線諧振器構成濾波網(wǎng)絡，大大減少 了電路體積，同時輸出端口的隔離度和通帶的選擇性能也有大幅提升。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出了一種具有雙頻帶濾 波功能的功率分配器。
[0007] 為實現(xiàn)本實用新型目的，本實用新型采用的技術方案如下。
[0008] -種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器，包括上層微帶結構、隔離電阻、中間介質(zhì) 基板和底層金屬地板；上層微帶結構包括四個諧振器、Ξ條饋電線和一個隔離電阻，上層微 帶結構排布成上下中屯、對稱的兩個帶通濾波電路；四個諧振器均采用具有枝節(jié)加載的四分 之一波長短路線諧振器，每個諧振器均包含一路主傳輸線和一路加載的開路線枝節(jié)，通過 對主傳輸線和枝節(jié)長度的控制實現(xiàn)兩個通帶的中屯、頻率獨立可調(diào)節(jié)；主傳輸線是四分之一 波長短路線，主傳輸線的諧振頻率提供了第一個通帶的工作頻率，主傳輸線的長度L為第 一個通帶諧振頻率f對應的波長1的四分之一，其中L為實際微帶線長度；在主傳輸線上 加載開路線枝節(jié)，通過改變開路線枝節(jié)的長度實現(xiàn)對第二個通帶工作頻率的控制和調(diào)節(jié)， 使在保證第一個通帶的中屯、頻率幾乎不變的情況下，能對第二個通帶進行調(diào)節(jié)；四個具有 枝節(jié)加載的四分之一波長短路線諧振器和Ξ條輸入輸出饋電線通過電磁禪合連接在一起， Ξ條饋電線之間引入原負載禪合，在每個通帶的兩側各產(chǎn)生兩個傳輸零點，使得兩個通帶 均具有選擇性；上層微帶結構中呈上下對稱的上部分與下部分之間通過隔離電阻實現(xiàn)兩路 輸出間的隔離。
[0009] 進一步優(yōu)化地，位于上方的帶通濾波電路由所述Ξ條饋電線中第一饋電線的上半 部分與第二饋電線W及所述的四個諧振器中第一諧振器與第二諧振器組成；其中第一饋電 線的上半部分為依次連接的第一微帶線、第二微帶線、第Ξ微帶線和第四微帶線構成的微 帶線；第二饋電線為依次連接的第五微帶線、第六微帶線、第屯微帶線、第八微帶線、第九微 帶線和第十微帶線構成的微帶線；第一諧振器包含依次連接的第十一微帶線、第十二微帶 線、第十Ξ微帶線、第十四微帶線和第十五微帶線構成的微帶線；第一諧振器的主傳輸線是 四分之一波長短路線，由所述第十一微帶線、第十二微帶線和第十五微帶線構成的微帶線 組成，加載的開路線枝節(jié)是由第十Ξ微帶線和第十四微帶線構成的微帶線；第二諧振器包 含依次連接的第十六微帶線、第十屯微帶線、第十八微帶線和第十九微帶線和第二十微帶 線構成的微帶線，第二諧振器的主傳輸線由所述第十六微帶線、第十屯微帶線和第二十微 帶線構成的微帶線組成，加載的開路線枝節(jié)是由第十八微帶線和第十九微帶線構成的微帶 線；第一諧振器和第二諧振器共用一個接地短路端；所述功率分配器具有Ξ個端口，其中 輸入端口位于第一饋電線的中間部位，第一輸出端口從第十微帶線的末端引出，第二輸出 端口在位于下方的帶通濾波電路中且與第一輸出端口呈上下對稱。
[0010] 進一步優(yōu)化地，具有枝節(jié)加載的四分之一波長短路線諧振器選擇四分之一波長短 路線作為主傳輸線，從而確定了第一個通帶的中屯、頻率；在主傳輸線上加載一路開路線枝 節(jié)，通過改變枝節(jié)的長度調(diào)節(jié)第二個通帶的中屯、頻率；第一諧振器和第二諧振器共用一個 接地短路端，通過電磁禪合連接在一起；第一諧振器和第二諧振器加載的開路線枝節(jié)均為 彎折形，既能使兩個諧振器之間產(chǎn)生相互禪合，又能在很大程度上減少電路的面積。
[0011] 進一步優(yōu)化地，每個通帶左右各有一個傳輸零點，兩個通帶共四個傳輸零點，四個 傳輸零點由第一饋電線分別與第二饋電線和第Ξ饋電線相互靠近形成源負載禪合產(chǎn)生。
[0012] 進一步優(yōu)化地，從輸入端口到第一輸出端口和第二輸出端口的路徑上下對稱結 構，實現(xiàn)了相等功率分配比。
[0013] 進一步優(yōu)化地，第一饋電線彎折成矩形，所述的第一微帶線和第十一微帶線相互 平行靠近形成禪合，第二微帶線和第十二微帶線相互平行靠近形成禪合，第Ξ微帶線和第 十五微帶線相互平行靠近形成禪合，第六微帶線和第十六微帶線相互平行靠近形成禪合， 第屯微帶線和第十屯微帶線相互平行靠近形成禪合，第八微帶線和第二十微帶線相互平行 靠近形成禪合，第十五微帶線和第十六微帶線相互平行靠近形成禪合。上述的一種具有雙 頻帶濾波功能的功率分配器，其特征在于所述的四個諧振器的長度為所述的帶通濾波電路 的工作頻率對應的波長的四分之一。
[0014] 上述的一種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器，隔離電阻加在第一饋電線的兩 端，增強了電路的兩個輸出端口的隔離效果；其傳輸特性中的四個傳輸零點由第一饋電線 分別與第二饋電線和第Ξ饋電線相互靠近形成源負載禪合產(chǎn)生。
[0015] 上述的一種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器，從輸入端口到第一輸出端口和第 二輸出端口的路徑完全相同，實現(xiàn)了 1 :1的功率分配比。輸入輸出阻抗均為50歐姆，通過 調(diào)節(jié)隔離電阻的值和各微帶線之間的禪合實現(xiàn)匹配。該雙頻帶濾波功能的功率分配器，隔 離元件為電阻、電容或電感。
[0016] 本實用新型中，整個電路結構上下對稱，實現(xiàn)了功率分配比為1 :1 ;兩對相互禪合 的具有枝節(jié)加載的四分之一波長短路線諧振器形成了兩個濾波網(wǎng)絡，實現(xiàn)了雙頻帶濾波的 特性；連接兩個濾波網(wǎng)絡的電阻實現(xiàn)了電路的3個端口的匹配和兩輸出端口的隔離；在四 分之一波長短路線諧振器上加載一個枝節(jié)實現(xiàn)了雙頻率獨立可調(diào)；此外，利用源負載禪合 來引入四個傳輸零點，使得本實用新型不但具有很高的選擇性，阻帶抑制效果也很好。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型還具有如下優(yōu)點和技術效果：
[0018] (1)在傳統(tǒng)的功率分配器中集成了帶通濾波功能，可W同時實現(xiàn)功率分配和濾波 效果，相對于級聯(lián)的濾波電路和功率分配器具有更小的尺寸和更小的損耗，同時該電路濾 波網(wǎng)絡采用的諧振器為四分之一波長短路線枝節(jié)加載諧振器，進一步減少了電路的尺寸， 更有利于射頻前端電路的集成化應用。
[0019] (2)本實用新型提出了雙頻帶濾波功能的功率分配器，實現(xiàn)了兩個通帶工作頻率 獨立可調(diào)，且輸出端口的隔離度、通帶的選擇性能W及電路尺寸均達到很高的標準。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本實用新型一種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器的結構圖。
[0021] 圖2是本實用新型一種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器的尺寸標注圖。
[0022] 圖3是雙頻帶通濾波電路的傳輸特性曲線。
[002引圖4是實例中S。參數(shù)、S 21參數(shù)和S 31參數(shù)的實測結果圖。
[0024] 圖5是實例中S23參數(shù)、S 22參數(shù)和S 33參數(shù)的實測結果圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限于此。
[0026] 如圖1所示，一種具有雙頻帶濾波功能的功率分配器包括上層微帶結構、隔離電 阻、中間介質(zhì)基板和底層金屬地板，上層微帶結構附著在中間介質(zhì)基板的上表面，中間介質(zhì) 基板下表面為底層金屬地板；其特征在于：所述上層微帶結構包括四個諧振器，Ξ條饋電 線和Ξ個端口，排布成上下對稱的兩個帶通濾波電路；位于上方的帶通濾