一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器

1.本发明属于射频与微波技术领域，涉及一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器。


背景技术：

2.巴伦是一种三端口射频无源器件，可以实现把单端输入信号差分输出的功能，主要用于高频噪声和干扰的抑制，提高传输信号质量。相比于独立的微带线滤波器或者微带线巴伦级联的结构，将巴伦和滤波器相结合，不仅可以实现更好的衰减性能和更低的损耗，还能减小电路尺寸以及降低成本。巴伦滤波器以其优异的性能和灵活的设计方法，已经成为了现代无线通信、雷达、卫星通信等领域中常用的射频无源器件之一。但现有的环形谐振器巴伦滤波器都只有单通带特性，使得适用范围收到了限制。因此，如何在通信系统中实现结构简单且具有双带特性的环形谐振器巴伦滤波器是一大难点。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，在环形谐振器滤波器结构上添加了一个差分输出端口，实现信号在输出端幅度相同，相位相差180度的巴伦特性，通过对环形谐振器上加载的微扰短截线的长短进行调整，实现双通带特性，能解决现有微带巴伦滤波器技术中结构复杂、带宽窄的问题。
4.为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，所述的巴伦滤波器包括垂直微带线输入端口、两个差分输出端口、垂直微带线输入端口与环形谐振器之间的输入耦合微带线、差分输出端口与环形谐振器之间的输出耦合微带线、微扰短截线、加载微扰短截线的环形谐振器、介质基板和背面覆铜接地层。
5.所述的垂直微带线输入端口与环形谐振器之间的耦合微带线直接连接，输入耦合微带线与加载微扰短截线的环形谐振器之间通过间隙耦合。
6.所述的两个差分输出端口分别与环形谐振器之间的耦合微带线直接连接，两个输出耦合微带线与加载微扰短截线的环形谐振器之间通过间隙耦合。
7.所述的两个差分输出端口对环形谐振器圆心角度差为180度，一个差分输出端口和垂直微带线输入端口之间的角度为锐角，另一个差分输出端口和垂直微带线输入端口之间的角度呈钝角。其中锐角最佳度数为55度，钝角最佳度数为125度。
8.所述的环形谐振器上加载的微扰短截线一共为四个，每个相邻微扰短截线之间的角度均为90度。单根微扰短截线从环形谐振器内侧引出长度为1.4mm，宽度为0.25mm。
9.本发明采用罗杰斯ro4003介质基板，介质基板厚度为0.762mm，背面为全铜板接地结构的覆铜接地层，无开孔。
10.在采用ro4003板材和0.762mm的基板厚度的情况下，所述垂直微带线输入端口与差分输出端口的线宽为1.7mm。
11.所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器整体大小为25mm*25mm，厚度约为0.8mm。
12.本发明有益效果：本发明在已有的环形谐振器滤波器的基础上采用差分输出的结构实现巴伦特性，并且通过对环形谐振器谐振频率的调整实现双带滤波特性，每个通带各分配两个传输极点。本发明应用微带线设计，结构简单，制造成本低。
附图说明
13.图1是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的立体结构示意图；
14.图2是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的正面结构示意图；
15.图3是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的s参数仿真结果；
16.图4是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的第一通带幅度不平衡度仿真结果；
17.图5是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的第二通带幅度不平衡度仿真结果；
18.图6是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的第一通带相位不平衡度仿真结果；
19.图7是本发明的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的第二通带相位不平衡度仿真结果。
具体实施方式
20.下面对本发明一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
21.一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器立体结构如图1所示，正面平面结构图如图2所示，包含垂直微带线输入端口10、两个差分输出端口20和30、输入端口与环形谐振器之间的输入耦合微带线101、差分输出端口与环形谐振器之间的输出耦合微带线201和301、加载微扰短截线的环形谐振器40、环形谐振器上加载的四个微扰短截线401～404、介质基板5和背面覆铜接地层6。
22.本发明具体实施过程如下：
23.首先根据输入输出3个端口10、20、30与环形谐振器40之间的角度关系，确定两个差分输出端口20、30在环形谐振器40上有180度角度差，并且其中一个差分输出端口20和垂直微带线输入端口10的角度差在20度到90度之间。
24.接着采用耦合微带线101、201、301，令环形谐振器40与输入输出端口10、20、30相连接的弧形微带线101、201、301以及覆铜接地层6之间形成耦合。
25.然后，通过对环形谐振器40内侧加载微扰短截线401、402、403、404的长度和宽度进行调整，实现双通带效果，并在此基础上对弧形耦合线401、402、403、404的长度、宽度以及弧形线101、201、301与环形谐振器40之间的间距进行调整，使得回波损耗和插入损耗均
达到尽可能小。
26.最后调整垂直微带线输入端口10和差分输出端口20、30之间的角度以及加载微扰短截线401、402、403、404的旋转角度。
27.介质基板5采用罗杰斯ro4003介质基板，相对介电常数3.55，损耗角0.0027，基板厚度为0.762mm，背面接地板6为全铜板接地结构，无开孔。
28.垂直微带线输入端口10与差分输出端口20、30端口微带线的线宽在采用ro4003板材和0.762mm的基板厚度的情况下为1.7mm，等效阻抗为50ω。
29.两个差分输出端口20、30对谐振环40圆心角度差为180度，差分输出端口20和垂直微带线输入端口10之间的角度为锐角，另一个差分输出端口30和输入端口10之间的角度呈钝角。最终确定锐角为55度，钝角为125度。
30.输入耦合微带线101连接为弧形线，线宽度为0.3mm，输出耦合微带线201、301为弧形线，线宽度为0.62mm，输入耦合微带线101与环形谐振器40之间的间距为0.1mm，输出耦合微带线201、301与环形谐振器40之间的间距为0.26mm，输入耦合微带线101长度为以环形谐振器40圆心确定的58.7度弧线，输出耦合微带线201、301长度为以环形谐振器40圆心确定的43.7度弧线。
31.环形谐振器40上加载的微扰短截线一共为四个，分别为401、402、403和404。在环形谐振器40上微扰短截线401到404沿逆时针方向依次排列，其中401和402之间的间距为90度，402和403之间的间距为90度，403和404之间的间距为90度，404和401之间的间距为90度。四根微扰短截线401、402、403、404从环形谐振器40内引出长度为1.4mm，宽度为0.25mm。加载微扰短截线的环形谐振器40从起始位置(微扰短截线和介质基板边缘垂直)逆时针旋转75.5度，即微扰短截线403和垂直微带线输入端口10以环形谐振器40为圆心的角度为75.5度。
32.最终设计的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器整体大小为25mm*25mm，厚度约为0.8mm。
33.图3为本发明一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器的s参数仿真结果。其中s11为输入端口的回波损耗，s21和s31分别表示为输入端口传输到两个差分输出端口的插入损耗。由图可知，第一个工作频带中心频率f1等于3.8ghz,第二个工作频带中心频率f2等于7.8ghz，频比为2.03。其中第一工作频带的绝对带宽为112mhz，第一工作频带的相对带宽为3.15％，第二工作频带的绝对带宽为290mhz，相对带宽为4.03％。根据仿真结果，第一通带的最小插入损耗优于1.8db，第二通带的插入损耗优于0.9db。
34.本发明的第一通带幅度不平衡度仿真结果如图4所示，第一通带的幅度不平衡度绝对值优于0.9db。
35.本发明的第二通带幅度不平衡度仿真结果如图5所示，第二通带的幅度不平衡度绝对值优于1db。
36.本发明的第一通带相位不平衡度仿真结果如图6所示，第一通带的相位不平衡度与理想相位差180度之间的插值取绝对值最大为4度。
37.本发明的第二通带相位不平衡度仿真结果如图7所示，第二通带的相位不平衡度与理想相位差180度之间的插值取绝对值最大为8度。
38.应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描
述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

技术特征：
1.一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，包括垂直微带线输入端口、两个差分输出端口、垂直微带线输入端口与环形谐振器之间的输入耦合微带线、差分输出端口与环形谐振器之间的输出耦合微带线、微扰短截线、加载微扰短截线的环形谐振器、介质基板和背面覆铜接地层；所述的垂直微带线输入端口与环形谐振器之间的输入耦合微带线直接连接，输入耦合微带线与环形谐振器之间通过间隙耦合；所述的两个差分输出端口与环形谐振器之间的输出耦合微带线直接连接，输出耦合微带线与环形谐振器之间通过间隙耦合；所述的两个差分输出端口对环形谐振器圆心角度差为180度，一个差分输出端口和垂直微带线输入端口之间的角度为锐角，另一个差分输出端口和垂直微带线输入端口之间的角度呈钝角；所述的环形谐振器上加载的微扰短截线一共为四个，每个相邻微扰短截线之间的角度均为90度，单根微扰短截线从环形谐振器内侧引出长度为1.4mm，宽度为0.25mm。2.根据权利要求1所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，所述一个差分输出端口和垂直微带线输入端口之间的锐角度数为55度；所述另一个差分输出端口和垂直微带线输入端口之间的钝角度数为125度。3.根据权利要求1所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，所述介质基板厚度为0.762mm，背面为全铜板接地结构的覆铜接地层，无开孔；所述垂直微带线输入端口与两个差分输出端口的线宽为1.7mm。4.根据权利要求1所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，所述双带器巴伦滤波器的两个工作频带中心频率分别为3.8ghz和7.8ghz，其中第一工作频带的带宽为112mhz，第二工作频带的带宽为290mhz。5.根据权利要求1所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，所述的输入耦合微带线为弧形，线宽度为0.3mm；输出耦合微带线的弧形线，宽度为0.62mm；所述输入耦合微带线与环形谐振器之间的间距为0.1mm；输出耦合微带线与环形谐振器之间的间距为0.26mm。6.根据权利要求1所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，所述输入耦合微带线长度为以环形谐振器圆心确定的58.7度弧线，输出耦合微带线长度为以环形谐振器圆心确定的43.7度弧线。7.根据权利要求1所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，微扰短截线和介质基板边缘垂直为初始位置，以环形谐振器从初始位置逆时针旋转75.5度为最终位置构成所述双带巴伦滤波器。8.根据权利要求1至7任一所述的一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，其特征在于，所述双带巴伦滤波器整体大小为25mm*25mm，厚度为0.8mm。

技术总结
本发明公开了一种环形谐振器加载短截线的双带巴伦滤波器，包括垂直微带线输入端口、两个差分输出端口、垂直微带线输入端口与环形谐振器之间的输入耦合微带线、差分输出端口与环形谐振器之间的输出耦合微带线、微扰短截线、加载微扰短截线的环形谐振器、介质基板和背面覆铜接地层。输入端口与输入耦合微带线直接连接，输入耦合微带线与环形谐振器之间通过间隙耦合。差分输出端口与输出耦合微带线直接连接，输出耦合微带线与环形谐振器之间通过间隙耦合。本发明采用差分输出的结构实现巴伦特性，并且实现双带滤波特性，每个通带各分配两个传输极点，应用微带线设计，结构简单，制造成本低。本低。本低。


技术研发人员：林弥 王煜博 刘国华
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/9/12