基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波功率分配器制造技术

本发明专利技术公开了基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波功率分配器，属于基本电气元件的技术领域。该超宽带滤波功分器由中间层介质基板、设置在中间层介质基板上的上层微带结构和底层金属地板组成，其中，上层微带结构包含三个输入/输出端口、两个结构相同的超宽带阻抗变换器，每个超宽带阻抗变换器是由一个阶梯阻抗多模谐振器和其两端的强耦合结构构成，两端的强耦合部分采用了包括尺寸非对称的交指耦合线以及非对称宽度缺陷地的非对称的结构。通过将两个结构相同的超宽带阻抗变换器并联从而实现功率分配功能。本设计结构紧凑，体积小，以微带电路形式实现，且同时具有超宽带滤波与功率分配功能，可用于超宽带阵列天线的馈电网络、移动通信室内分布系统和其它的超宽带通信设备系统。

【技术实现步骤摘要】
基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波功率分配器
本专利技术涉及无线通信中的射频功分器，具体公开了基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波功率分配器，此功分器同时具有超宽带滤波与超宽带功分功能，属于基本电气元件的

技术介绍
广泛应用于无线电通信、雷达、射频跟踪、精确定位等各领域的超宽带技术，不但是国际通信领域专家们的研究热点，而且还被看作是未来无线通信的关键技术之一。超宽带无线通信技术最初为直接利用脉宽为纳秒或亚纳秒级的脉冲作为信息载体的脉冲无线电技术，主要用于雷达和低截获/低侦查率的无线系统。随着微电子器件技术的发展，UWB(UltraWideband，超宽带)技术开始应用于民用领域。目前，学术界和工业界普遍比较关心的是3.1GHz-10.6GHz的IndoorUWB系统在商业上的应用价值。超宽带无线通信技术的快速发展对各种应用于超宽带无线通信的器件提出了更高的要求，高性能、小型化成为超宽带无线通信器件的必然发展趋势，UWB通信系统中的关键器件—超宽带滤波器与超宽带功分器得到广泛研究。现有的超宽带功分器主要采用对称的微带结构，常见的功分器对称结构有：1、双层板结构，在上层介质基板上表面与下层介质基板下表面放置镜面对称的微带结构；2、单层板结构，在介质基板上表面放置中心对称的微带结构。并且现有的超宽带功分器大多仅具有功率分配功能，功能单一。为了解决功分器功能单一问题，最早通过级联的方式实现滤波功分一体化，但在随后的应用中发现这种方法虽然可以省去功分器与滤波器之间的50欧姆连接线，但缩小的系统尺寸有限，整体损耗大的问题依旧存在.随后一些研究者也设计了其它的滤波功分一体化方案，但其仍存在以下缺陷：带宽较窄、尺寸较大、结构较复杂。阶梯阻抗谐振器于2005年被首次应用在超宽带器件设计中，其后，为了改善其通带选择性、带外抑制性等性能，枝节加载多模谐振器、微带/共面波导多模结构被相继应用在超宽带器件设计中。基于阶梯阻抗谐振器的功分器的实现在一些文章中已经提到一些方法，如Wei-MingChau等人在2014年发表的一篇文章“Filter-BasedWilkinsonPowerDivider”，该文章提到了一种基于滤波器设计的威尔金森功分器，此功分器用到了阶梯阻抗谐振器，但是其带宽较窄，不具有带通滤波功能，并且尺寸较大。随着无线通信技术的发展，具有超宽带宽、复合功能、体积小型化与高选择性的超宽带功分器越来越得到重视，本专利技术旨在实现同时具备超宽带滤波功能和阻抗变换功能的超宽带滤波阻抗变换器以及同时具备超宽带滤波功能和功率分配功能的超宽带滤波功分器。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波功率分配器，采用新颖的非对称强耦合结构的超宽带滤波阻抗变换器及超宽带滤波功率分配器实现超宽带宽的同时实现超宽带滤波功能，特别适用于新型短距离无线通信中的超宽带通信系统，解决了现有超宽带器件功能单一且带宽较窄以及现有超宽带滤波功分一体化设计方案宽带窄、尺寸大、结构复杂的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波功率分配器，由中间层介质基板、设置在中间层介质基板上表面的上层微带结构和设置在中间层介质基板底面的底层金属地板组成；其中，上层微带线结构包含第一输入/输出端口、第二输入/输出端口、第三输入/输出端口、第一超宽带滤波阻抗变换器与第二超宽带滤波阻抗变换器，将两个结构相同的超宽带滤波阻抗变换器阻抗为2Z0的高阻端以并联形式连接到输入阻抗为Z0的第一输入/输出端口，将两个超宽带滤波阻抗变换器阻抗为Z0的低阻端分别接入第二输入/输出端口、第三输入/输出端口，从而实现超宽带滤波功率分配器。上述方案中，超宽带滤波阻抗变换器由中间的阶梯阻抗多模谐振器和其两端的强耦合结构组成，为了实现阻抗变换功能，两端的强耦合部分采用了非对称的结构，包括非对称长度的交指耦合线与非对称宽度的缺陷地。第一传输线、第二传输线与第三传输线构成了超宽带滤波阻抗变换器中间的阶梯阻抗多模谐振器；传输线四与阶梯阻抗多模谐振器的第一传输线相连，第六传输线十一为100欧姆微带线，第二传输线、第四传输线与第六传输线构成了高阻端的交指耦合线结构；第五传输线与阶梯阻抗多模谐振器的第一传输线相连，第七传输线与50欧姆微带线相连，第三传输线、第五传输线与第七传输线构成了低阻端的交指耦合线结构；上述两端的交指耦合线结构非对称。第一缺陷地单元设置在高阻端交指耦合线结构的正下方，第二缺陷地单元设置在低阻端交指耦合线结构的正下方，两端的缺陷地单元非对称，第一缺陷地单元较宽，第二缺陷地单元较窄。阶梯阻抗多模谐振器为四模谐振器。该谐振器在超宽带频段内有四个谐振模式，保证了所设计的超宽带滤波功分器具有好的通带特性。底层金属地板包括第一缺陷地单元、第二缺陷地单元；第一缺陷地单元、第二缺陷地单元是在金属单元上刻蚀形成的空气单元。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术提出了一种具有非对称强耦合结构的阶梯阻抗多模谐振器，该非对称强耦合结构包括尺寸非对称的交指耦合线以及非对称宽度的缺陷地，以该阶梯阻抗多模谐振器为基础，通过微带线结构实现的滤波阻抗变换器能够工作于超宽频段且具备阻抗变换功能。(2)本专利技术采用的具有非对称强耦合结构的阶梯阻抗多模谐振器为四模谐振器，该谐振器在超宽带频段内有四个谐振模式，保证了所设计的超宽带滤波功分器具有好的通带特性。(3)本专利技术将两个结构相同的超宽带滤波阻抗变换器的高阻端以并联形式同时具有超宽带滤波与阻抗变换功能的超宽带滤波功率分配器，阻抗匹配性好，传输特性佳，在适用于高标准通信的超宽带无线通信系统有着良好的应用前景。(4)本专利技术采用平面电路结构，适合与超宽带系统中其它器件集成，微带电路结构使得器件结构紧凑且体积小，另外，电路整体尺寸小，空间利用率高。附图说明图1是本专利技术超宽带滤波功分器的结构示意图。图2是本专利技术超宽带滤波阻抗变换器的结构示意图。图3是本专利技术超宽带滤波阻抗变换器上层微带的结构示意图。图4是本专利技术超宽带滤波阻抗变换器底层金属地板的结构示意图。图5是本专利技术超宽带滤波功分器底层金属地板的结构示意图。图6是本专利技术超宽带滤波功分器拓扑的结构示意图。图7是本专利技术超宽带滤波功分器各部分的尺寸标记图。图8是本专利技术超宽带滤波功分器反射特性曲线S11的仿真结果。图9是本专利技术超宽带滤波功分器传输特性曲线S21与S31的仿真结果。图10是本专利技术超宽带滤波功分器S参数曲线仿真结果的对比图。图中标号说明：1、第一输入/输出端口，2、第二输入/输出端口，3、第三输入/输出端口，4、第一超宽带滤波阻抗变换器，5、第二超宽带滤波阻抗变换器，6、第一传输线，7、第二传输线，8、第三传输线，9、第四传输线，10、第五传输线，11、第六传输线，12、第七传输线，13、50欧姆微带线，14、高阻端交指耦合线结构，15、低阻端交指耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波阻抗变换器，包括：中间介质基板、附着在中间介质基板上表面的上层微带结构、附着在中间介质基板下表面的底层金属底板，其特征在于，所述上层微带结构为具有高阻端交指耦合线结构及低阻端交指耦合线结构的阶梯阻抗多模谐振器，底层金属底板上对应高阻端交指耦合线结构位置刻蚀有第一缺陷地单元，底层金属底板上对应低阻端交指耦合线结构的位置刻蚀有第二缺陷单元，所述高阻端交指耦合线结构与低阻端交指耦合线结构为尺寸非对称结构，第一缺陷地单元的宽度大于第二缺陷地单元的宽度，第一缺陷地单元的宽度大于高阻端交指耦合线结构的宽度，第二缺陷地单元的宽度等于低阻端交指耦合线结构的宽度。/n

【技术特征摘要】
1.基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波阻抗变换器，包括：中间介质基板、附着在中间介质基板上表面的上层微带结构、附着在中间介质基板下表面的底层金属底板，其特征在于，所述上层微带结构为具有高阻端交指耦合线结构及低阻端交指耦合线结构的阶梯阻抗多模谐振器，底层金属底板上对应高阻端交指耦合线结构位置刻蚀有第一缺陷地单元，底层金属底板上对应低阻端交指耦合线结构的位置刻蚀有第二缺陷单元，所述高阻端交指耦合线结构与低阻端交指耦合线结构为尺寸非对称结构，第一缺陷地单元的宽度大于第二缺陷地单元的宽度，第一缺陷地单元的宽度大于高阻端交指耦合线结构的宽度，第二缺陷地单元的宽度等于低阻端交指耦合线结构的宽度。


2.根据权利要求1所述基于阶梯阻抗多模谐振器的超宽带滤波阻抗变换器，其特征在于，所述高阻端交指耦合线结构包括：与阶梯阻抗多模谐振器主传输线连接的第二传输线、第四传输线以及位于第二传输线与第四传输线之间且距离阶梯阻抗多模谐振器主传输线一定间隔的第六传输线，所述第六传输线为阻抗是2Z0的微带线。


3.根据权利要求2所述基于阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹子亨，刘云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32