频率可调滤波功分器及其设计方法技术

本发明专利技术公开的一种频率可调滤波功分器及其设计方法，具备频率可调功能

【技术实现步骤摘要】
频率可调滤波功分器及其设计方法


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及一种频率可调滤波功分器及其设计方法
。
技术背景
[0002]随着各种通信系统快速发展
。
无线通信系统通常需要工作多个频段来适应用户不同的需求
。
因此，需要多个工作在不同频率的并行通道来满足不同的通信协议的要求
。
这样会使系统复杂度增加，尺寸和功耗不可避免会增大
。
由于移动通信
、
卫星通信等无线设备中需要减小设备体积或在有限空间内容纳更多的功能模块
。
设备的小型化，多频段工作，增加工作带宽，提高传输速率
。
因频率选择和功率分配的需要
,
滤波器和功分器通常是不可或缺的重要组成部分
。
功率分配器分配
/
合成信号的功能，在无线设备很多天线阵列和平衡电路中都要用到功分器
。
因此功分器即功率分配器广泛用于天线阵列，平衡功率放大器，混频器和移相器中，是通信或雷达系统中的重要器件
。
而带通滤波电路可以分离出所需频带的功能，也是无线通信系统中不可或缺的组件这，两种元件经常共存于雷达
、
通信及测量系统中
。
[0003]功分器是一个基础的微波电路，是用来把输入信号分为两路或多路信号的微波无源器件，最基本的功分器是一个三端口网络
。
一个功分器的输出端口之间通常要求功率分配端口间的隔离度<br/>、
通带宽度
、
通带波动
、
回波损耗
、
插入损耗
、
阻带抑制度
、
带内相位线性度及群时延等等主要技术参数
。
功分器可分为二进制和累进制等，功率可以是等分的，也可以是不等分的
。
二进制功分器在实际中应用比较多，而威尔金森
Wilkinson
功分器就是一种常见的二进制功分器
。
单节变换的
Wilkinson
功分器工作频带较窄，虽然在中心频率时性能较好，但在频带边缘往往输入驻波比较差
。
由于单节
λ
\4
阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器，因此常常采用多节阻抗变换器相级联的方式来展宽工作频带
。
在多节阶梯式阻抗变换器中，若各阻抗阶梯所产生的反射波彼此抵消，便可以使匹配的频带得以展宽
。
通常选择的技节数越多，功分器的工作频带越宽，但是尺寸也越大，传输线的损耗也会增加
。
[0004]在雷达
、
通信及测量系统中，滤波器是关键器件之一
。
其性能对于整个系统性能具有重要的影响
。
滤波器按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种
。
无源滤波器仅由无源元件
(R、L
和
C)
组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的
。
有源滤波器：由无源元件
(
一般用
R
和
C)
和有源器件
(
如集成运算放大器
)
组成
。
目前缺点是：通带范围受有源器件
(
如集成运算放大器
)
的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压
、
高频
、
大功率的场合不适用
。
滤波器和功分器作为重要无源器件分别用于频率选择和功率的分配
。
为了实现信号滤波传统方法是将滤波器串联在功分器后面
,
其代价是增加电路尺寸和集成中互联阻抗不匹配的损失
,
使得制作成本高
,
损耗高
。
在传统的射频微波系统中
,
为实现滤波和功率分配功能
,
通常采用将滤波器和功分器独立设计后再进行级联的方案
,
这将导致整个电路系统的占用面积较大
,
插入损耗随之增加
。
传统的
Wilkinson
功分器的选择性较差，信号滤波是通过附加滤波器来完成的即在两个输
出端口之后级联两个额外的带通滤波器
(BPF),
其代价是增加电路尺寸和集成中互联阻抗不匹配的损失，使得制作成本高，损耗高
。
按照滤波的带宽来归类，对于滤波功分器的研究可以有单频带响应和多通带响应的滤波功分器；根据功分器结构的差别，有基于
Wilkinson
设计的结构，有利用
Gysel
设计的结构和
T
型功分器，目前，具有单通带滤波功能的功率分配器虽然具有分配
/
合成信号的功能，大大减小了射频电路的体积
。
然而，传统的两种元件经常共存于系统中的功分器和滤波器为两个独立器件，中心频率不可调，不利于小型化
。

技术实现思路

[0005]鉴于目前的滤波功分器无论是在设计方法还是在性能表现上仍然面临着诸多问题和缺陷
,
本专利技术的目的在于提供一种体型小，重量轻，能耗低，宽上阻带，高隔离度，低插入损耗，集滤波性能和功分特性于一体的频率可调滤波功分器及其设计方法，以实现滤波功分器小型化的同时解决其工作频率固定不可调节的问题
、
损耗高和尺寸大的弊端
。
[0006]本专利技术解决所述问题采用以下技术方案：一种频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：在带金属层的介质基板4金属层蚀刻出滤波功分结构3，以两个以上分支节点输出制作类似威尔金森功分器的两个支路对称环阻带滤波器，实现滤波功分功能；相对于滤波功分结构，金属地板介质基板5加载有
U
型开口的液晶层，以及通过
U
型开口对液晶材料加载直流偏置电压的
U
环金属线8，液晶层6通过
U
环金属线8两个开路端点加载直流偏置电压，调控液晶层6的介电常数在
2.74
‑
5.44
之间，实现频率电可调；通过位于金属层
(1)
之上频率影响介质的一层铁磁薄膜
(7)
精细调控频率，在铁磁薄膜7上外加电流将磁导率控制在
600
‑
6000
之间，实现频率磁可调
。
[0007]本专利技术具有以下有益效果：
[0008]本专利技术通过在滤波功分结构上覆上一层铁磁薄膜，外加电流改变铁磁薄膜磁导率；在其介质基板下方镶嵌一块液晶材料，通过对液晶上方的金属线加压改变液晶介电常数，从而实现滤波功分频率可调
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：在介质基板
(4)
上的金属层蚀刻出滤波功分结构
(3)
，以两个以上分支节点输出制作类似威尔金森功分器的两个支路对称环阻带滤波器，实现滤波功分功能；然后相对于滤波功分结构
(3)
，在金属地板介质基板
(5)
上镶嵌一块
U
型开口的液晶层
(6)
，以及通过
U
型开口对液晶材料加载直流偏置电压的
U
环金属线
(8)
，液晶层
(6)
通过
U
环金属线
(8)
两个开路端点加载直流偏置电压，调控液晶层
(6)
的介电常数在
2.74
‑
5.44
之间，实现频率电可调；通过位于金属层
(1)
之上频率影响介质的一层铁磁薄膜
(7)
精细调控频率，在铁磁薄膜
(7)
上外加电流将磁导率控制在
600
‑
6000
之间，实现频率磁可调
。2.
如权利要求1所述的频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：液晶层
(6)
和铁磁薄膜
(7)
实现滤波功分器的频率可调
。3.
如权利要求1所述的频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：位于第一层的介质基板
(4)
和位于第二介层的金属地板介质基板
(5)
制有同向平行的两个金属化过孔，两个金属柱分别通过所述两个金属化过孔贯穿第一层介质基板
(4)
，与所述金属地板介质基板
(5)
上的两个所述金属化过孔端点连接
。4.
如权利要求1所述的频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：介质基板
(4)
的第一金属层
(1)
铺设于所述介质基板
(4)
的上表面，金属地板介质基板
(5)
第二金属层
()2
铺设于所述金属地板介质基板
(5)
的下表面
。5.
如权利要求1所述的频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：所述铁磁薄膜
(7)
为
FeCoB,
为增强磁场对频率的影响，沿电流方向蚀刻有
10um
宽的间隙，在外加电流条件下，其磁导率控制在
600
‑
6000
之间，实现对频率的精细调控
。6.
如权利要求1所述的频率可调滤波功分器及其设计方法，其特征在于：为了...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭娜，郭超，肖顺，李桂华，
申请(专利权)人：浩泰智能成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：