一种具有双通带频率响应的微带功分器制造技术

本发明专利技术提供一种具有双通带频率响应的微带功分器，同时实现滤波和功分的功能，从而有效得减小元件尺寸。该微带功分器基于一个四模谐振器，具有四个独立可调的谐振频率和三个传输零点。该微带功分器可以实现双通带滤波响应，具有良好的频率选择性，输出端口的隔离度高；该微带功分器具有性能优越、设计过程简单等优点。

A Microstrip Power Divider with Dual-Passband Frequency Response

【技术实现步骤摘要】
一种具有双通带频率响应的微带功分器
本专利技术属于通信
，具体涉及一种具有双通带频率响应的微带功分器。
技术介绍
在射频/微波/光频等较高频段内，微带线具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，是应用广泛的一类传输线。微带线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。功分器全称功率分配器，是通信或雷达系统中的重要器件。它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，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。由于功分器可以逆向使用作为合路器，所以下面的讨论皆以功分器为例。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。此外，滤波器作为另外一种微波器件，其功能在于允许某一部分频率的信号顺利的通过，而让另外一部分频率的信号受到较大的抑制。传统的滤波器和功分器是两个分立的元件，承担不同的功能。
技术实现思路
为了克服传统的功分器和滤波器分属两个元件，导致尺寸较大的缺点，本专利技术提供了一种新型的微带功分器，能够同时实现滤波和功分的功能，具有良好的频率选择性、小尺寸和容易设计等优点。典型微带的结构如图1所示，主要包括三层。第I层是金属上覆层，第II层是介质基片，第III层是金属下覆层。一种四模谐振器如图2所示，在微带的金属上上覆层(I)上刻蚀如下结构：开口方形环(5)的左端连接了第一终端开路枝节(1)，下端连接了第二终端开路枝节(2)，右端连接了第三终端开路枝节(3)，上端连接了第一平行耦合双线结构(4)。图中，l1、l2、l3、l4和l21分别表示对应微带线的长度，w1、w2、w3和w4表示对应微带线的线宽，s2表示缝隙宽度；Zin,4表示对应的输入阻抗。图2所示的四模谐振器中，第一平行耦合双线结构(4)之间的耦合效应用APCL表示。为简化分析该四模谐振器的谐振特性，不影响其主要物理机制，忽略APCL影响，得到如图3所示的简化四模谐振器模型。简化四模谐振器模型是关于中心平面呈左右对称，采用奇偶模分析法来进行分析。奇模模型如图4(a)所示，其中，Y1、Y2和Y3是图中所示微带线的特征导纳，θ1、θ2和θ3表示对应的电长度，Yin,odd表示奇模输入导纳。由传输线理论，可得Yin,odd＝jY1tanθ1+jY2tanθ2-jY3cotθ3(1)偶模等效模型如图4(b)所示。其中，Y4和θ4分别是图中所示微带线的特征导纳和电长度，Yin,even表示偶模输入导纳。由传输线理论，可得令Yin,odd＝0和Yin,even＝0时，可分别推导出奇模和偶模的谐振条件方程，即Y1tanθ1+Y2tanθ2-Y3cotθ3＝0(3a)(Y1tanθ1+Y2tanθ2)(Y3cotθ4-Y4tanθ3)+Y3(Y4+Y3cotθ4tanθ3)＝0(3b)上述谐振条件揭示了图3所示的简化四模谐振器模型的物理机制，即其电气参数与谐振频率的关系。同时，这些谐振条件也揭示了图2所示的四模谐振器的物理机制。对这些谐振条件进行分析表明，该谐振器具有四个独立可调的主要谐振频率，即两个偶模谐振频率：fe1和fe2，和两个奇模谐振频率：fo1和fo2。接下来，研究图2所示的四模谐振器产生的传输零点。四模谐振器具有三个有限频率处的传输零点，即fz1、fz2和fz3，提升带外抑制度和频率选择性。下面分别对三个传输零点fz1、fz2和fz3产生的机理进行解释。传输零点fz1由图2所示的四模谐振器的第二终端开路枝节(2)产生。设第二终端开路枝节(2)的特征阻抗为Z4，电长度为θ4，图2中所示的输入阻抗Zin,4为Zin,4＝-jZ4cotθ4(4)令Zin,4＝0时，即可确定传输零点fz1对应的频率，即其中，εe表示介质基片的等效相对介电常数，c为自由空间的光速。另外两个传输零点fz2和fz3由四模谐振器的部分结构产生，如图5所示的四模谐振器中的虚线框所示。图5中虚线方框内的结构可以用图6中的结构示意图来表示，其中，Y2e、Y2o、Y2、Y3和Y4表示特征导纳，θ2e、θ2o、θ2、θ3和θ4表示对应的电长度。通过奇偶模分析法对其进行分析，奇模模型如图7左图所示。对应的奇模输入导纳Yin,odd为偶模模型如图7右图所示，对应的偶模输入导纳Yin,even为：满足Yin,odd＝Yin,even的频率即为传输零点所在位置。将(6a)和(6b)代入此关系式，得到关系式(7)的解对应两个传输零点fz2和fz3。基于图2所示的四模谐振器，构造一个具有双通带频率响应的微带功分器，如图8所示：第一端口馈线(P1)连接到第二平行耦合双线结构(S1)的左端；第二平行耦合双线结构(S1)的右端连接到开口方形环(5)的左端；开口方形环(5)的下端连接了第二终端开路枝节(2)，右端连接了平行耦合三线结构(T3),上端连接了第一平行耦合双线结构(4)；平行耦合三线结构(T3)的右端分别连接到第二端口馈线(P2)和第三端口馈线(P3)；第一电阻(R1)跨接在平行耦合三线结构(T3)的左端，第二电阻(R2)跨接在平行耦合三线结构(T3)的右端；构成本专利技术所述的微带滤波功分器。本专利技术所述的微带功分器的有益效果是：能够将一路输入信号分成两路输出，反之能将两路输入信号合成一路输出；功分器具有双通带频率响应，有三个传输零点，极大改善了频率选择性；输出端口之间的隔离度高；尺寸较小，设计过程简单，容易调试等显著优点。附图说明图1：微带线结构示意图；图2：四模谐振器示意图；图3：简化四模谐振器模型图；图4(a)：简化四模谐振器模型的奇模模型示意图；图4(b)：简化四模谐振器模型的偶模模型示意图；图5：用于分析传输零点的四模谐振器示意图；图6：四模谐振器中的部分结构等效示意图；图7：四模谐振器中的部分结构的奇模和偶模模型示意图；图8：微带功分器示意图；图9：在考虑或忽略APCL影响之后的实施例一仿真结果对比图；图10(a)：结构参数l1对四模谐振器的谐振特性影响结果图；图10(b)：结构参数l2对四模谐振器的谐振特性影响结果图；图10(c)：结构参数l3对四模谐振器的谐振特性影响结果图；图10(d)：结构参数l4对四模谐振器的谐振特性影响结果图；图11：结构参数s2对四模谐振器的传输零点fz2和fz3的影响结果图；图12(a)：实施例二的|S11|与|S21|仿真结果和测试结果图；图12(b)：实施例二的|S32|仿真结果和测试结果图；图13(a)：实施例三的结构参数l2影响微带功分器频率响应的仿真结果图；图13(b)：实施例三的结构参数l4影响微带功分器频率响应的仿真结果图。具体实施方式为了体现本专利技术的创造性和新颖性，下面深入分析该四模谐振器及微带滤波功分器的物理机制。在分析过程中，将结合附图和具体实施例进行阐述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一是针对四模谐振器的仿真实验，仿真结果如图9所示。图中，“withAPCL”所代表的实线是针对图2所示的四模谐振器的仿真结果，考虑了第一平行耦合双线结构(4)之间的耦合即APCL的影响。“withoutAPCL”所代表的虚线是针对图3所示的简化四模谐振器模型的仿真结果，忽略了第一平行耦合双线结构(4)之间的耦合即APCL的影响。图9中的结果验证了四模谐振器的四个谐振频率：fo1、fe1、f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双通带频率响应的微带功分器，其特征在于：第一端口馈线(P1)连接到第二平行耦合双线结构(S1)的左端；第二平行耦合双线结构(S1)的右端连接到开口方形环(5)的左端；开口方形环(5)的下端连接了第二终端开路枝节(2)，右端连接了平行耦合三线结构(T3),上端连接了第一平行耦合双线结构(4)；平行耦合三线结构(T3)的右端分别连接到第二端口馈线(P2)和第三端口馈线(P3)；第一电阻(R1)跨接在平行耦合三线结构(T3)的左端，第二电阻(R2)跨接在平行耦合三线结构(T3)的右端；微带功分器可以同时实现双通带滤波和功率分配/合成的功能。

【技术特征摘要】
1.一种具有双通带频率响应的微带功分器，其特征在于：第一端口馈线(P1)连接到第二平行耦合双线结构(S1)的左端；第二平行耦合双线结构(S1)的右端连接到开口方形环(5)的左端；开口方形环(5)的下端连接了第二终端开路枝节(2)，右端连接了平行耦合三线结构(T3),上端连接了第一平行耦合双线结构(4)；平行耦合三线结构(T3)的右端分别连接到第二端口馈线(P2)和第三端口馈线(P3)；第一电阻(R1)跨接在平行耦合三线结构(T3)的左端，第二电阻(R2)跨接在平行耦合三线结构(T3)的右端；微带功分器可以同时实现双通带滤波和功率分配/合成的功能。2.根据权利要求1所述的微带功分器，随着l2增大，高频通带向低频移动，且低频通带的中心频率基本保持不变；随着l4增加，低频通带的带宽减小，而且传输零点fz1也向低频移动。3.根据权利要求1所述的微带功分器，选择结构参数：l1＝11.38mm，l11＝11.2mm，l2＝9.98mm，l21＝4.9mm，l3＝5.2mm，l4＝11.15mm，w0＝1.09mm，w1＝0.22mm，w2＝0.4mm，w3＝0.97mm，w4＝1.49mm，wi＝0.51mm，s1＝0.22mm，s2＝0.32mm，R1＝390Ω和R2＝390Ω；低频通带的中心频率为3.37GHz，3dB相对带宽为12.9％，通带内插损最优处为1.3dB；高频通带的中心频率为4.58GHz，3dB相对带宽为5.7％，通带内插损最优处为2.4dB；两通带之间的抑制度优于30dB，且具有优良的频率选择性，实测的回波损耗在两通带频率内均优于15dB；在两通带内，实测的隔离度分别达到22dB和27dB，在两通带内均...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖飞，王余成，亓孝博，唐小宏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51