一种新型具有滤波特性的宽带功率分配器制造技术

一种新型具有滤波特性的宽带功率分配器，该功率分配器具有对称的布置，包括输入端口；第一输出端口和第二输出端口，对称布置在相对两边，用于输出经过滤波之后的相位和幅度都相同的信号；独立而完整的接地平面；一个三导体微带耦合线结构；两个对称放置一端开路的阻抗阶梯变化的微带线；集总参数隔离电阻，两端分别放置在两条三导体耦合线的两条不相邻的耦合线之间，用于隔离第一输出端口和第二输出端口；介质板，为印制电路的基板，用于承载整个电路；本发明专利技术的新型具有滤波特性的宽带功率分配器可以通过一个器件，同时实现功率分配功能和信号滤波功能，并且具有极宽的带宽可实现范围。

A new type of wideband power divider with filter characteristics

A broadband power divider has the characteristics of novel filter, power divider with symmetrical arrangement, including input port; a first output port and second output ports, symmetrically arranged on opposite sides, for output after phase and amplitude filtering after the same signal; independent ground plane; a three conductor coupled microstrip line structure; microstrip line impedance change ladder two symmetrically arranged end open; lumped parameter isolation resistance, between two adjacent coupled line ends were placed in the two and three conductor coupled lines, for the first isolation output port and second output ports; medium plate for printed circuit substrate. For carrying the whole circuit; model has the filtering characteristics of broadband power divider of the invention can be passed through a device, which realizes the power distribution function And signal filtering function, and has very wide bandwidth can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种新型具有滤波特性的宽带功率分配器
本专利技术涉及一种新型具有滤波特性的宽带功率分配器，确切的说是两输出端口等分的并且输出信号经过带通滤波器滤波的功率分配器，属于微波传输器件的

技术介绍
功率分配器也称为功分器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。由于微带功分器具有结构紧凑、性能稳定、成本低和易于实现的特点，故其被广泛应用于微波前端系统的射频电路中。其主要技术参数有：功率损耗(包括插入损耗、分配损耗和反射损耗)、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、和频带宽度等。带通滤波器，是一种允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的波的器件。是微波通信系统中不可缺少的组件之一。其主要技术参数有：通带插入损耗、通带带宽、选择性和带外抑制性能。随着无线通信技术的发展，小型化的器件设计变得越来越重要。在微波元件中，跟有源器件相比，无源器件的占用体积较大并且小型化难度较高，因此实现无源器件的小型化成为重要研究内容。最近，通过将功分器和带通滤波器的功能合成到一个器件中，即设计具有滤波特性的功率分配器，可以极大缩小器件的总的尺寸，对于微波系统的小型化具有重要意义。而且，传统的功率分配器需要通过增加级数实现宽带性能，这种方法增加了电路复杂度、电路尺寸和插入损耗。然而设计能够同时具有良好的宽带功率分配性能，又能够获得高选择性和高带外抑制性能的结构紧凑的滤波特性功率分配器的结构还很欠缺。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种性能优秀的具有滤波特性的宽带功率分配器电路原型。在功率分配方面，该电路能够实现较低的通带损耗和较好的端口匹配度，同时在非常宽的带宽范围内高输出端口的隔离度依然可以实现，这种性能在传统的功率分配器中很难获得。在滤波特性方面，该电路能够实现高选择性、高带外抑制性能、高谐波抑制能力和极宽的带宽可实现范围，从而可以使用这种电路原型设计满足不同的性能要求的器件。为了达到上述专利技术的目的，本专利技术提供了一种基于终端加载的三导体微带耦合线结构的具有滤波特性的功率分配器。输入端口，使用50欧姆传输线连接到具有滤波特性的功率分配器的主体上，用于将输入信号引入器件；第一输出端口和第二输出端口，分别位于电路对称轴的两侧，用于输出经过滤波后的相位和幅度都相等的信号；一个三导体微带耦合线结构，中间导体的一端连接输入端口，用于将输入信号传输入器件主体。对称布置的两条不相邻的耦合线一端分别连接隔离电阻的两侧，另外一端分别连接第一输出端口和第二输出端口，用于将滤波过后的信号分别传输到两个输出端口。两条阻抗阶梯变化的微带线，分别连接在三导体微带耦合线结构的对称布置的两条不相邻的耦合线的一端，并分别于第一输出端口和第二输出端口相连接。用于功率分配器的滤波特性中的带宽调整和滤波器选择性调整。隔离电阻，在实际实现当中使用一个集总参数电阻。分别连接在三导体微带耦合线结构的对称布置的两条不相邻的耦合线的一端。用于隔离第一输出端口和第二输出端口，并且保证第一输出端口和第二输出端口上能够实现很好的阻抗匹配。其中第一输出端口、第二输出端口、一个三导体微带耦合线结构、和两条阻抗阶梯变化的微带线都是关于对称轴对称放置的。其中的隔离电阻的值可以采用高频结构仿真器HFSS优化方法确定其阻值，以便达到最好的隔离效果和阻抗匹配性能。其中的三导体耦合线(4)电长度在中心频率处均为90度。其中的两条阻抗阶梯变化的微带线(5)的每个相同阻抗的微带线的电长度在中心频率处均为90度。本专利技术的有益效果是：采用加载的三导体耦合线结构，实现具有滤波特性的宽带功率分配器。在功率分配特性方面，可以实现各个输入和输出端口在通带范围内具有较好的匹配性能，具有低插入损耗。并且输出端口之间能在非常宽的范围内表现出很好的隔离度。在滤波特性方面，具有极宽的带宽可实现范围、通带高选择性和优秀的带外抑制性能。这些性能可以简单地通过改变电路中的某几个参数进行调节，并最终设计出满足实际需求的器件。附图说明图1是本专利技术具有滤波特性的宽带功率分配器的电路结构图；图2是本专利技术具有滤波特性的宽带功率分配器的印制板示意图；图3是本专利技术不同相对带宽条件下的信号分配频率响应图；图4是本专利技术实施实例的S21和S11的仿真和测试结果图；图5是本专利技术实施实例的S22和S23的仿真和测试结果图；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。参见图1，先介绍了本专利技术的具有滤波特性的功分器的电路示意图，该功分器的输入端口和两个输出端口的特性阻抗都是50Ω，即Z0。电路示意图中的每个微带线单元的电长度θ在工作带宽的中心频率处都是90度。三导体耦合线，为了简化设计这里设定这三条导体的宽度相等，因此以每两条耦合线为参考的奇偶特性阻抗分别表示为Z0e和Z0o。两条对称的阻抗阶梯变化的微带线的特性阻抗分别表示为Z1和Z2。在两条不相邻的耦合线之间之间加载的隔离电阻的阻值表示为R.参见图2，展示了本专利技术中的一个实例功分器的印制板物理尺寸示意图。本专利技术的功分器是印制在高频低损耗介质板上的微带线电路为主体，加上为了实现输入输出端口的物理连接的50欧姆传输线和底层的完整导体接地平面组成。参见图3，展示了本专利技术不同相对带宽条件下的信号分配归一化频率响应图。在图3中，展示了三种相对带宽不同的具有滤波特性的功分器的实例，它们的相对带宽分别为33％、66％和99％。在33％带宽下，图1中的电路参数值为Z0e＝206Ω，Z0o＝146.5Ω，Z1＝42Ω和Z2＝180Ω。在66％带宽下，图1中的电路参数值为Z0e＝166Ω，Z0o＝95.3Ω，Z1＝72Ω和Z2＝108Ω。在99％带宽下，图1中的电路参数值为Z0e＝130Ω，Z0o＝53Ω，Z1＝96.4Ω和Z2＝48.2Ω。这些不同带宽的功分器，如果采用TLY-8材质的介质基板制成，其相对介电常数为2.55，损耗角正切为0.0018，厚度为0.78mm，每个功分器都可以使用常用的商用工艺来实现。因此，在这种介质基板上，本专利技术可以实现带宽范围为33％-99％之间，使得该设计可以适用于多种不同带宽要求的实用器件设计。定义具有滤波特性的功分器的中心频率为f0，在滤波特性的通带两侧最近的零点(TZ1和TZ2)的频率可以通过下述公式计算，其中RZ＝Z2/Z1。隔离电阻的初始值可以通过公式3来计算得到，随后通过使用HFSS等微波仿真工具对隔离电阻进行优化，以达到最优的隔离度性能。为了使用本专利技术来设计不同性能要求的器件，我们提出一个设计步骤：1.首先根据实际要求，确定所要设计的具有滤波特性的功分器的中心频率、相对带宽和选择性。2.通过功分器的带宽和选择性，确定两个零点(TZ1和TZ2)的频率fTZ1和fTZ2。并且根据公式(1)和公式(2)，计算出RZ的值。3.通过调整Z0e，Z0o和Z1的值，从而达到所需要的通带带宽。4.随后通过进一步调整Z0e，Z0o和Z1，以调节滤波特性中的带外抑制能力，以达到实际滤波特性的要求。5.使用上述设计的参数值，生成版图并且用HF本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型具有滤波特性的宽带功率分配器，可以通过一个器件，同时实现功率分配功能和信号滤波功能，并且具有极宽的带宽可实现范围。其特征在于，该功率分配器包括：输入端口(1)，使用50欧姆传输线连接到具有滤波特性的功率分配器的主体上，用于将输入信号引入器件；第一输出端口(2)和第二输出端口(3)，分别位于电路对称轴的两侧，用于输出经过滤波后的相位和幅度都相等的信号；一个三导体微带耦合线结构(4)，中间导体的一端连接输入端口(1)，用于将输入信号传输入器件主体。对称布置的两条不相邻的耦合线的一端分别连接隔离电阻(6)的两侧，另外一端分别连接第一输出端口(2)和第二输出端口(3)，用于将滤波过后的信号分别传输到两个输出端口。两条阻抗阶梯变化的微带线(5)，分别连接在三导体微带耦合线结构(4)的对称布置的两条不相邻的耦合线的一端，并分别于第一输出端口(2)和第二输出端口(3)相连接。用于功率分配器的滤波特性中的带宽调整和滤波器选择性调整。隔离电阻(6)，在实际实现当中使用一个集总参数电阻。分别连接在三导体微带耦合线结构(4)的对称布置的两条不相邻的耦合线的一端。用于隔离第一输出端口(2)和第二输出端口(3)，并且保证第一输出端口(2)和第二输出端口(3)上能够实现很好的阻抗匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种新型具有滤波特性的宽带功率分配器，可以通过一个器件，同时实现功率分配功能和信号滤波功能，并且具有极宽的带宽可实现范围。其特征在于，该功率分配器包括：输入端口(1)，使用50欧姆传输线连接到具有滤波特性的功率分配器的主体上，用于将输入信号引入器件；第一输出端口(2)和第二输出端口(3)，分别位于电路对称轴的两侧，用于输出经过滤波后的相位和幅度都相等的信号；一个三导体微带耦合线结构(4)，中间导体的一端连接输入端口(1)，用于将输入信号传输入器件主体。对称布置的两条不相邻的耦合线的一端分别连接隔离电阻(6)的两侧，另外一端分别连接第一输出端口(2)和第二输出端口(3)，用于将滤波过后的信号分别传输到两个输出端口。两条阻抗阶梯变化的微带线(5)，分别连接在三导体微带耦合线结构(4)的对称布置的两条不相邻的耦合线的一端，并分别于第一输出端口(2)和第二输出端口(3)相连接。用于功率分配器的滤波特性中的带宽调整和滤波器选择性调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元安，张博，于翠屏，吴永乐，苏明，王卫民，黎淑兰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11