本發(fā)明涉及微波無(wú)源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，超帶寬的基于槽線(xiàn)的超寬帶巴倫濾波器。

背景技術(shù)：

巴倫濾波器是一個(gè)獨(dú)立的微波無(wú)源器件。在功能上，它能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)平衡輸出端口的信號(hào)等幅反相以及頻率選擇功能。換言之，巴倫濾波器同時(shí)兼具了巴倫和濾波器兩種性質(zhì)。因此，高性能的巴倫濾波器能夠有效減小系統(tǒng)的尺寸，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的低成本、高性能、小型化設(shè)計(jì)。

此外，超寬帶(uwb)通信技術(shù)因其功率譜密度低，不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的通信系統(tǒng)帶來(lái)較大的干擾，受到了廣大學(xué)者的關(guān)注。近年來(lái)，隨著模塊結(jié)構(gòu)單元(modularbuildingblock,mbb)和單片微波集成電路(monolithicmicrowaveintegratedcircuit,mmic)的發(fā)展，低成本、高集成度、小型化的高性能巴倫濾波器成為廣大學(xué)者的研究熱點(diǎn)。

2007年，e.y.jung和h.y.hwang,在ieeemicrow.wirelesscompon.lett期刊(vol.17,no.9,pp.652–654,2007)上發(fā)表“abalun-bpfusingadualmoderingresonator”，提出利用環(huán)形諧振器本身固有的場(chǎng)分布特性設(shè)計(jì)巴倫濾波器，此種方法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但所設(shè)計(jì)的濾波器帶寬窄，僅有1.6％，其應(yīng)用往往僅局限于環(huán)形諧振器。

2016年，jin-xuxu和xiuyinzhang在ieeemicrowwirelesscompon.lett期刊(vol.26,no.7,pp.493-495,jul,2016)上發(fā)表“compactltccbalunwithbandpassresponsebasedonmarchandbalun”，提出利用ltcc技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)新型巴倫濾波器。雖然這種設(shè)計(jì)方法能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，帶寬有所提高，達(dá)到14.8％，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，制作成本高。

總之，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：巴倫濾波器的帶寬仍不夠?qū)挕?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于槽線(xiàn)的超寬帶巴倫濾波器，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且?guī)挿浅挕?/p>

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種基于槽線(xiàn)的超寬帶巴倫濾波器，包括滿(mǎn)覆于矩形介質(zhì)基板6下表面的金屬接地板5和貼覆于介質(zhì)基板6上表面輸入端口饋線(xiàn)1、第一輸出端口饋線(xiàn)21、第二輸出端口饋線(xiàn)22；在所述金屬接地板5上蝕刻有相互成中心對(duì)稱(chēng)布置第一f型槽線(xiàn)諧振器3和第二f型槽線(xiàn)諧振器4，第一f型槽線(xiàn)諧振器3的豎直臂31平行于介質(zhì)基板6的長(zhǎng)邊；所述輸入端口饋線(xiàn)1位于第一f型槽線(xiàn)諧振器3之上，與介質(zhì)基板6的長(zhǎng)邊垂直，其輸入端置于介質(zhì)基板6的一個(gè)長(zhǎng)邊上；所述第一輸出端口饋線(xiàn)21、第二輸出端口饋線(xiàn)22位于第二f型槽線(xiàn)諧振器4之上，第一輸出端口饋線(xiàn)21的輸出端位于介質(zhì)基板6的另一個(gè)長(zhǎng)邊上，第二輸出端口饋線(xiàn)22的輸出端位于與輸入端口饋線(xiàn)1輸入端同邊的介質(zhì)基板6上，第一輸出端口饋線(xiàn)21與第二輸出端口饋線(xiàn)22關(guān)于第二f型槽線(xiàn)諧振器4的豎直臂成軸對(duì)稱(chēng)布置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

1、超寬帶：利用蝕刻在金屬接地板上的兩個(gè)尺寸不同的f型槽線(xiàn)諧振器實(shí)現(xiàn)四模諧振，同時(shí)利用槽線(xiàn)諧振器本身特有的寬帶響應(yīng)可使帶寬達(dá)到60％，實(shí)現(xiàn)超寬帶適用于現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)；

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：容易構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)。基于印制電路板制造工藝對(duì)電路基板正面及背面的金屬面進(jìn)行加工腐蝕就能形成所需的金屬圖案。較多層巴倫濾波器結(jié)構(gòu)在加工和制造上有很大的優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于槽線(xiàn)的超寬帶巴倫濾波器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

圖4是實(shí)施例的s11、s21和s31參數(shù)仿真圖。

圖5是實(shí)施例的兩個(gè)輸出端口幅度差的仿真圖。

圖6是實(shí)施例的兩個(gè)輸出端口相位差的仿真圖。

圖中，介質(zhì)基板6，金屬接地板5；

輸入端口饋線(xiàn)1，直線(xiàn)形狀的輸入端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶11，直線(xiàn)形狀四分之一波長(zhǎng)低阻抗線(xiàn)12；

第一f型槽線(xiàn)諧振器3，二分之一波長(zhǎng)諧振器31，加載于二分之一波長(zhǎng)諧振器31中心對(duì)稱(chēng)面的枝節(jié)加載單元32；

第二f型槽線(xiàn)諧振器4，二分之一波長(zhǎng)諧振器41，加載于二分之一波長(zhǎng)諧振器41中心對(duì)稱(chēng)面的枝節(jié)加載單元42；

第一輸出端口饋線(xiàn)21，第一直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶211，第一直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)212；

第二輸出端口饋線(xiàn)22，第二直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶221，第二直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)222。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明基于槽線(xiàn)的超寬帶巴倫濾波器，包括滿(mǎn)覆于矩形介質(zhì)基板6下表面的金屬接地板5和貼覆于介質(zhì)基板6上表面輸入端口饋線(xiàn)1、第一輸出端口饋線(xiàn)21、第二輸出端口饋線(xiàn)22；

在所述金屬接地板5上蝕刻有相互成中心對(duì)稱(chēng)布置第一f型槽線(xiàn)諧振器3和第二f型槽線(xiàn)諧振器4，第一f型槽線(xiàn)諧振器3的豎直臂31平行于介質(zhì)基板6的長(zhǎng)邊；

所述輸入端口饋線(xiàn)1位于第一f型槽線(xiàn)諧振器3之上，與介質(zhì)基板6的長(zhǎng)邊垂直，其輸入端置于介質(zhì)基板6的一個(gè)長(zhǎng)邊上；

所述第一輸出端口饋線(xiàn)21、第二輸出端口饋線(xiàn)22位于第二f型槽線(xiàn)諧振器4之上，第一輸出端口饋線(xiàn)21的輸出端位于介質(zhì)基板6的另一個(gè)長(zhǎng)邊上，第二輸出端口饋線(xiàn)22的輸出端位于與輸入端口饋線(xiàn)1輸入端同邊的介質(zhì)基板6上，第一輸出端口饋線(xiàn)21與第二輸出端口饋線(xiàn)22關(guān)于第二f型槽線(xiàn)諧振器4的豎直臂成軸對(duì)稱(chēng)布置。

如圖2所示，所述的輸入端口饋線(xiàn)1包括輸入端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶11和直線(xiàn)形狀四分之一波長(zhǎng)低阻抗線(xiàn)12，且輸入端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶11的末端與直線(xiàn)形狀四分之一波長(zhǎng)低阻抗線(xiàn)12的始端相連；第一f型槽線(xiàn)諧振器3的豎直臂31伸出輸入端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶11的長(zhǎng)度為四分之一波長(zhǎng)，形成微帶-槽線(xiàn)的過(guò)渡結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，所述第一輸出端口饋線(xiàn)21包括第一直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶211和第一直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)212，所述第二輸出端口饋線(xiàn)22包括第二直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶221和第二直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)222；第一直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)212的始端與第二直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)222的始端相連，第一直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)212的末端與第一直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶211輸入端相連，第一直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶211的輸出端位于介質(zhì)基板6與輸入端口饋線(xiàn)1輸入端相對(duì)的另一個(gè)長(zhǎng)邊上；

第二直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)222的末端與第二直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶221輸入端相連，第二直線(xiàn)型輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶221的輸出端位于介質(zhì)基板6與輸入端口饋線(xiàn)1輸入端相同的一個(gè)長(zhǎng)邊上。

如圖2所示，所述第一f型槽線(xiàn)諧振器3的豎直臂為二分之一波長(zhǎng)諧振器31，還包括加載于所述二分之一波長(zhǎng)諧振器31中心對(duì)稱(chēng)面的枝節(jié)加載單元32，所述第二f型槽線(xiàn)諧振器4的豎直臂為二分之一波長(zhǎng)諧振器41，還包括加載于二分之一波長(zhǎng)諧振器41中心對(duì)稱(chēng)面的枝節(jié)加載單元42，

所述二分之一波長(zhǎng)諧振器31的輸入臂與直線(xiàn)形狀四分之一波長(zhǎng)低阻抗線(xiàn)12電磁耦合，形成微帶-槽線(xiàn)過(guò)渡結(jié)構(gòu)；二分之一波長(zhǎng)諧振器31的輸出臂與第二f型槽線(xiàn)諧振器4的輸入臂41平行耦合；

所述二分之一波長(zhǎng)諧振器41的輸入臂與第一f型槽線(xiàn)諧振器3的二分之一波長(zhǎng)諧振器31的輸出臂平行耦合；二分之一波長(zhǎng)諧振器41的輸出臂分別與第一直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)212、第二直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)222電磁耦合，形成槽線(xiàn)-微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，如圖3所示，所述的第一輸出端口饋線(xiàn)21與第二輸出端口饋線(xiàn)22形狀尺寸相同。

本發(fā)明的工作過(guò)程為：

如圖2所示，所述的輸入端口饋線(xiàn)1饋入的非平衡信號(hào)經(jīng)直線(xiàn)形狀四分之一波長(zhǎng)低阻抗線(xiàn)12與金屬接地版5上蝕刻的第一f型槽線(xiàn)諧振器3的二分之一波長(zhǎng)諧振器31耦合，激勵(lì)起第一f型槽線(xiàn)諧振器3的兩個(gè)諧振模式；接著，第一f型槽線(xiàn)諧振器3的二分之一波長(zhǎng)諧振器31與第二f型槽線(xiàn)諧振器4的二分之一波長(zhǎng)諧振器41耦合，激勵(lì)起第二f型槽線(xiàn)諧振器4的兩個(gè)模式，實(shí)現(xiàn)超寬帶帶通響應(yīng)特性。

所述的第一直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)212、第二直線(xiàn)型槽線(xiàn)-微帶饋線(xiàn)222通過(guò)與金屬接地版5上蝕刻的第二f型槽線(xiàn)諧振器4的二分之一波長(zhǎng)諧振器41電磁耦合，激勵(lì)起槽線(xiàn)諧振器固有的反相場(chǎng)分布。通過(guò)第一輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶211和第一輸出端50歐姆微帶線(xiàn)導(dǎo)帶221分別饋出槽線(xiàn)諧振器兩邊反相的信號(hào)，在兩個(gè)端口之間實(shí)現(xiàn)180度相位差。同時(shí)，由于第一輸出端口饋線(xiàn)21與第二輸出端口饋線(xiàn)22是關(guān)于第二f型槽線(xiàn)諧振器4的二分之一波長(zhǎng)諧振器41，所以從兩個(gè)輸出端口饋出的信號(hào)幅度相同。從而實(shí)現(xiàn)了將輸入的一路非平衡信號(hào)轉(zhuǎn)化為兩路平衡信號(hào)輸出，同時(shí)兼?zhèn)錇V波功能。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板6的相對(duì)介電常數(shù)為10.2，厚度為0.635mm。

本發(fā)明基于槽線(xiàn)多模諧振器、槽線(xiàn)到微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的超寬帶巴倫濾波器，在制造上通過(guò)印制電路板制造工藝對(duì)電路基板正面及背面的金屬面進(jìn)行加工腐蝕從而形成所需的金屬圖案。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例

一種新型的超寬帶巴倫濾波器的立體結(jié)構(gòu)如圖1所示，俯視圖如圖2所示，有關(guān)尺寸規(guī)格如圖3所示。所采用的介質(zhì)基板5相對(duì)介電常數(shù)為10.2，厚度為0.635mm，損耗角正切為0.0035。結(jié)合圖三，巴倫濾波器的各種尺寸如下：w＝0.66mm，l＝8.6mm,l1＝5mm,w1＝0.2mm，l2＝3.57mm，w2＝1.4mm，l3＝3.2mm，w3＝2mm，l4＝4.1mm，w4＝0.4mm，l5＝9.5mm，l6＝9mm，l7＝3.8mm，l8＝6.4mm，g＝0.16mm，超寬帶巴倫濾波器的整體面積為29.5×23.6mm，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波長(zhǎng)尺寸為1.37λg×1.097λg，其中λg為通帶中心頻率對(duì)應(yīng)的導(dǎo)波波長(zhǎng)。

本實(shí)例的超寬帶巴倫濾波器是在電磁仿真軟件hfss.13中建模仿真的。圖4是本實(shí)例中超寬帶巴倫濾波器的s參數(shù)仿真圖，從圖4可以看出，該具有選擇性好的巴倫濾波器的通帶中心頻率為4.37ghz，相對(duì)帶寬為62.24％，通帶內(nèi)回波損耗低于15db。

圖5是本實(shí)例中超寬帶巴倫濾波器的兩個(gè)輸出端口幅度差，從圖中可以看出，該巴倫濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)平衡輸出端口幅度差在0.02db以?xún)?nèi)。

圖6是本實(shí)例中巴倫濾波器的兩個(gè)輸出端口相位差，從圖中可以看出，該實(shí)例超寬帶巴倫濾波器通帶內(nèi)的兩個(gè)平衡輸出端口相位差在±1度以?xún)?nèi)，說(shuō)明兩個(gè)平衡輸出端口180度反相性能良好。

綜上所述，本發(fā)明基于槽線(xiàn)多模諧振器、槽線(xiàn)到微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)所設(shè)計(jì)的巴倫濾波器，實(shí)現(xiàn)了超寬帶特點(diǎn)，非常適用于現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。