一种具有任意功分比的毫米波滤波功分器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有任意功分比的毫米波滤波功分器，由N

【技术实现步骤摘要】
一种具有任意功分比的毫米波滤波功分器


[0001]本专利技术属于射频通信
，涉及一种具有任意功分比的毫米波多端口基片集成波导滤波功分器。

技术介绍

[0002]随着现代无线通信技术的快速发展，第五代(5G)通信越来越受到人们的关注。为了实现更高的传输速率，近年来许多学者开始探索毫米波频段。滤波器和功率分配器是天线阵列馈电网络中不可或缺的组成部分。它们通常采用传统的级联设计方法，总是会占据很大的面积和导致高插入损耗。将两个相邻的功能器件(滤波器和功率分配器)集成到一个电路中融合设计的滤波功分器是近年来的研究热点，这样既能减小电路的整体尺寸，又能避免级联损耗。
[0003]基于微带线的滤波功分器一般是通过耦合线或支节
‑
加载的传输线代替四分之一波长变换器来实现滤波响应。在毫米波频段下，微带设计将遭受相当大的损耗，并随着频率的增加而恶化。传统金属波导滤波功分器损耗较低，但是它体积笨重且三维结构并不适合与平面电路集成。基片集成波导结合了平面微带传输线和低损耗波导的优点，非常适合毫米波应用。因此，基于基片集成波导的滤波功分器引起了广泛的研究兴趣。
[0004]在过去几年中，一些已经报道的滤波功分器对两路滤波功分器进行了大量的研究。然而，多路功率分配器是天线阵馈电网络的基本元件之一。其特定的不等功率分配比在波束形成系统中可以使阵列获得更好的定向性能。为了满足未来无线通信系统对多路径的需求，最近也有一些多端口滤波功率分配器的报道。其中树形拓扑被广泛使用，然而，由于最后一级的每个谐振器只引出一个输出端口，随着端口数量的增加，电路的体积也迅速增加。与此同时，为了降低天线阵列旁瓣，通常需要具有不等功分比的滤波功分器。但是目前很少有基于基片集成波导的滤波功分器能同时提供多路输出和不等功分比，特别是在毫米波频段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，解决上述现有技术中的不足，提出一种结构简单的具有任意功分比的毫米波滤波功分器。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的具有任意功分比的毫米波滤波功分器，其特征在于：包含1个输入端口和n个输出端口，级联的N
‑
1个TE
101
模基片集成波导谐振腔和1个TE
n01
模基片集成波导谐振腔，所述TE
n01
模基片集成波导谐振腔将能量沿其长边方向均匀地分成n等份，N为滤波器的阶数，n为输出端的数量，i＝1,2
…
n，输入端口设置于第1级TE
101
模基片集成波导谐振腔的信号输入侧，所述TE
n01
模基片集成波导谐振腔通过n个耦合窗将能量分别从n个输出端口输出，所述各输出端口的外部品质因数之比等于各输出端口的功率倒数之比。
[0007]所述输入端口通过接地共面波导与第一级TE
101
模基片集成波导谐振腔连接，将能
量馈入第一级TE
101
模基片集成波导谐振腔。
[0008]此外，本专利技术还提出了具有任意功分比的毫米波滤波功分器的设计方法，其特征在于步骤如下：
[0009]步骤1、根据滤波功分器通带所需的性能指标计算低通原型集总参数，并据此计算输入端口外部品质因数，确定滤波器的阶数N、相邻谐振器的耦合系数以及输出端口的数量n，初步假定该滤波功分器为n等功分的滤波功分器；
[0010]步骤2、根据步骤1确定的参数建立如权利要求1所述具有任意功分比的毫米波滤波功分器的模型，调节相邻谐振器之间的耦合窗尺寸，使得相邻谐振器之间的耦合度满足步骤1中计算得到的耦合系数；
[0011]步骤3、调整加载于第1级TE
101
模基片集成波导谐振腔的输入馈线两侧开槽的宽度和深度，使其满足步骤1中计算得到的输入端口外部品质因数；
[0012]步骤4、通过仿真提取步骤2中等功分滤波功分器模型的任意一个输出端口不同窗口尺寸下所对应的外部品质因数，获得输出窗口尺寸
‑
外部品质因数曲线图；
[0013]步骤5、根据设计要求的输出端口的输出功率分配比计算各输出端口的外部品质因数，根据步骤4中的窗口尺寸
‑
外部品质因数曲线图调整TE
n01
模基片集成波导谐振腔输出端口的耦合窗口尺寸，使其满足设计要求的输出端口的外部品质因数。
[0014]本专利技术提出了一种具有任意功分比的单层毫米波多端口基片集成波导滤波功分器及其设计方法。该滤波功分器由N
‑
1个TE
101
模和一个TE
n01
模谐振腔构成，最后一个谐振腔(TE
n01
模)将能量分成相等的n份，然后在谐振腔上相应的引出n个输出端口进行功率分配。
[0015]假设多端口网络是无损的，P和P
i
(i＝1,2
…
n)分别表示TE
101
模基片集成波导谐振腔的输入功率和TE
n01
模基片集成波导谐振腔各输出的耗散功率，则可得到P＝P1+P2+
…
+P
n
，为了方便后面公式的表述，可将功率分配比采用α
i
表示，定义如下:
[0016]P1:P2:
…
:P
n
＝α1:α2:
…
:α
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]那么，各输出端口的输出功率与输入功率的关系可以表达为
[0018][0019]根据外部品质因数(Q
e
)的定义，输入Q
es
和每个输出的Q
eLi
可以表达为
[0020][0021][0022]其中W
a
和ω0分别表示所使用谐振器的平均能量存储和谐振频率。据此，我们可以得到每个输出Q
eLi
[0023][0024]从式(5)可以看出，三个输出所需的功率分配比仅由它们的外部Q
e
比决定，各输出
端口L
i
的Q
e
之比等于各输出端口的功率倒数之比。由于能量被分成相等的n份，n个端口的Q
e
变化都可以参照其中一个输出端口的Q
e
。因此，本专利技术简化了设计方法，可以很容易的得到具有任意功率分配比的滤波功分器。
[0025]本专利技术巧妙的将TE
101
模谐振腔与高次模谐振腔级联，利用高次模谐振腔将能量进行等分的特点，因此只需对任意一个输出端口进行仿真即可获得标准化的输出窗口尺寸
‑
外部品质因数曲线图，基于该标准化的曲线图进行各输出端口的窗口调整，即可完成任意功分比的滤波功分器设计。可见，本专利技术方法实现简单且灵活，缩短了器件的设计时间，提高了研发效率。
附图说明
[0026]下面结合附图对本专利技术作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有任意功分比的毫米波滤波功分器，其特征在于：包含1个输入端口（S1）和n个输出端口（L
i
），级联的N
‑
1个TE
101
模基片集成波导谐振腔和1个TE
n01
模基片集成波导谐振腔，所述TE
n01
模基片集成波导谐振腔将能量沿其长边方向均匀地分成n等份，N为滤波器的阶数，n为输出端的数量，i=1,2
…
n，输入端口（S1）设置于第1级TE
101
模基片集成波导谐振腔的信号输入侧，所述TE
n01
模基片集成波导谐振腔通过n个耦合窗将能量分别从n个输出端口（L
i
）输出，所述各输出端口（L
i
）的外部品质因数之比等于各输出端口的功率倒数之比。2.根据权利要求1所述的具有任意功分比的毫米波滤波功分器，其特征在于：所述TE
n01
模基片集成波导谐振腔在输出端口侧的开窗尺寸越大，该输出端口的外部品质因数越小，获得的能量分配比例越高。3.根据权利要求1所述的具有任意功分比的毫米波滤波功分器，其特征在于：所述输入端口（S1）通过接地共面波导与第一级TE
101
模基片集成波导谐振腔连接，将能量馈入第一级TE
101
模基片集成波导谐振腔。4.具有任意功分比的毫米波滤波功分器的设计方法，其特征在于步骤如下：步骤1、根据滤波功分器通带所需的性能指标计算低通原型集总参...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建新，闫玉星，于玮，秦伟，杨永杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：