一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板，所述上層微帶結構包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及濾波-K變換器，其中第一濾波K變換器連接在第一端口及第二端口之間，第二濾波K變換器連接在第一端口及第三端口之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口及第四端口之間。本實用新型體積小、諧波抑制性能好、有寬阻帶特性和好的隔離度。
【專利說明】一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微波通信【技術領域】，特別涉及一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著無線通信的迅猛發(fā)展，無線設備的復雜度及其對便攜性的要求不斷提升，這對無線通信設備的小型化提出了更高要求。射頻/微波前端電路是無線系統(tǒng)設備和終端的重要組成部分，除了包括有源器件(如放大器、混頻器等)外，混合環(huán)等無源器件也是其重要組件。有源器件的小型化技術已經很成熟，而無源器件仍然面臨小型化的關鍵技術難題。
[0003]混合環(huán)廣泛應用在現(xiàn)代微波電路系統(tǒng)中，例如混頻器、功率放大器和天線饋電結構等。傳統(tǒng)的混合環(huán)由3段四分之一波長傳輸線和I段四分之三波長傳輸線構成，體積大且存在高次諧波。
[0004]針對小型化問題，國內外學者采用的設計方法主要有:1)用結構緊湊的元件來取代四分之一波長傳輸線或四分之三波長傳輸線；2)其他小型化方法，例如采用微波C元件、折疊線、缺陷地結構、階躍阻抗結構、T型等效結構、耦合線、改良后的T等效電路模型等。
[0005]針對諧波抑制，主要采用以下方法:1)缺陷地結構和階躍阻抗的引入，不但實現(xiàn)了混合環(huán)的小型化，而且抑制了諧波；2)平行線耦合結構，以實現(xiàn)小型化和諧波抑制；3)用兩組并聯(lián)準集中繞線電感器和叉指電容，產生兩個傳輸零點，從而抑制高次諧波:4)采用高阻抗傳輸線和叉指電容來抑制二次諧波。
[0006]在射頻前端電路中，混合環(huán)和帶通濾波器經常共存于一個系統(tǒng)中，常規(guī)設計方法是把兩個器件都是獨立設計后級聯(lián)為一體，整體電路體積沒有顯著降低。為進一步減小整體電路體積，國內外學者提出了以下設計方案:1)用四TEOl模介質諧振器來集成二者；2)基于微帶網狀濾波器的高阻帶隔離的混合環(huán)；3)基于四分之一波長和半波長微帶諧振器的結構緊湊的180度濾波電橋；4)基于支節(jié)線加載階躍阻抗諧振器的雙通帶混合環(huán)；5)基于LTCC的小型化帶通混合環(huán)。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于采用四個具有帶通響應特性的濾波±K變換器來取代傳統(tǒng)混合環(huán)中的四分之一波長傳輸線或四分之三波長傳輸線，提供一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)。
[0008]本實用新型采用如下技術方案:
[0009]一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板，所述上層微帶結構包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及濾波-K變換器，其中第一濾波K變換器連接在第一端口及第二端口之間，第二濾波K變換器連接在第一端口及第三端口之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口及第四端口之間。
[0010]所述第一、第二、第三濾波K變換器結構相同，均由2根兩端加載了電容C的短路傳輸線構成，且2根短路傳輸線折疊成L型，由電容Ce串聯(lián)構成非對稱結構即II型耦合結構。
[0011]所述濾波-K變換器也由2根兩端加載電容C的短路傳輸線構成，且2根短路傳輸線折疊成U型，由電容Ce并聯(lián)構成對稱結構即I型耦合結構。
[0012]所述構成濾波K變換器和濾波-K變換器的短路傳輸線的參數(shù)相同，長度為36.1謹，寬度為0.3謹。
[0013]所述中間介質基板的相對介電常數(shù)為3.38,厚度為0.81mm。
[0014]本實用新型的有益效果:
[0015]本實用新型體積小、諧波抑制性能良好、具有寬頻阻帶特性和良好的隔離度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型一種集成了濾波功能的小型化混合環(huán)的原理框圖；
[0017]圖2 (a)是本實用新型濾波-K變換器(I型耦合結構)的等效電路，圖2 (b)是本實用新型濾波K變換器(II型耦合結構)的等效電路。
[0018]圖3是本實用新型I型耦合結構的仿真結果；
[0019]圖4是本實用新型11型耦合結構的仿真結果；
[0020]圖5 Ca)是第一端口到第四端口的雙通道結構；
[0021]圖5 (b)是本實用新型第一端口激勵時的等效電路；
[0022]圖6是本實用新型第四端口激勵時的等效電路；
[0023]圖7是本實用新型一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)電路結構圖；
[0024]圖8是本實用新型實施例1中第一端口激勵時，第一端口和第四端口間隔離度的仿真和實測值比較圖；
[0025]圖9 Ca)是第一端口激勵時，同相工作時的Sn、S21和S31的仿真和實測結果對比圖；
[0026]圖9 (b)是第一端口激勵時，同相工作時的通帶內S21和S31的仿真和實測結果細節(jié)對比圖；
[0027]圖9 (C)是第一端口激勵時，同相工作時的Z S21- Z S31仿真和實測結果對比圖；
[0028]圖10 (a)、(b)、(C)是第一端口激勵時，反向工作時的仿真和實測結果比較圖，其中圖10 Ca)是第一端口激勵時，反相工作時的Sn、S21和S31的仿真和實測結果對比圖；圖10 (b)是第一端口激勵時，反相工作時的Z S21- Z S3的仿真和實測結果細節(jié)對比圖；圖10(C)是第一端口激勵時，反相工作時的S22，S33和S41仿真和實測結果對比圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0030]實施例
[0031]如圖1所示，一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板，所述上層微帶結構包括第一端口 P1、第二端口 P2、第三端口 P3、第四端口P4、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及濾波-K變換器，第一、第二、第三濾波K變換器用來取代四分之一波長傳輸線，-K濾波變換器用來取代四分之三波長傳輸線，具體結構為:第一濾波K變換器連接在第一端口 P1及第二端口 P2之間，第二濾波K變換器連接在第一端口 P1及第三端口 P3之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口 P2及第四端口 P4之間。
[0032]如圖6所示，所述第一、第二、第三濾波K變換器結構相同，均由2根兩端加載了電容C的短路傳輸線構成，且2根短路傳輸線折疊成L型，由電容Ce串聯(lián)構成非對稱結構，所述濾波K變換器的等效電路II型耦合結構如圖2 (b)所示，耦合結構參數(shù)計算如下:Θ =2
7.5°，Θ 2=5.2°，C=8.2pF, CE=1.2pF。工作頻率在 470MHz，二次諧波在 2.8GHz (6f。)。
[0033]所述濾波-K變換器由2根兩端加載電容C的短路傳輸線構成，且2根短路傳輸線折疊成U型，由電容4并聯(lián)構成對稱結構，其等效電路I型耦合結構如圖2 (a)所示，I型耦合結構的仿真結果如圖3所示，耦合結構參數(shù)為θ1=27.5°，θ2=5.2°，C=8.2pF，CE=1.2pF?？梢?，工作頻率fQ在470MHz，二次諧波在2.8GHz (6f0)o
[0034]由圖3和圖4帶寬相同可知，兩種耦合結構的Q6和耦合長度相同，這樣可使得混合環(huán)具有濾波功能。
[0035]因此兩種耦合結構可等效為±K變換器，故可以用耦合結構來取代傳統(tǒng)混合環(huán)中的四分之一波長支節(jié)線和四分之三波長支節(jié)線，本實用新型可以同相工作，也可以反向180度工作，具體過程如下:
[0036](I)同相工作 [0037]同相工作時，所有從第一端口的輸入功率應該同相等分到第二端口和第三端口，沒有功率從第一端口反射出來，也沒有電流流入第四端口。
[0038]電路分析如下:首先，整個電路應該考慮到所有輸入功率都被分配到第二端口和第三端口。其次，分析如何去實現(xiàn)等功率系數(shù)和同相移。
[0039]根據(jù)匹配電路，當?shù)谝欢丝诒患顣r，這個端口應該是匹配的。此外，第四端口不可以出現(xiàn)功率損耗。必要條件可表達如下:
[(Ia)
【權利要求】
1.一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，包括上層微帶結構、中間介質基板和底層金屬地板，其特征在于，所述上層微帶結構包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一濾波K變換器、第二濾波K變換器、第三濾波K變換器及-濾波K變換器，其中第一濾波K變換器連接在第一端口及第二端口之間，第二濾波K變換器連接在第一端口及第三端口之間，第三濾波K變換器連接在第三端口及第四端口之間，濾波-K變換器連接在第二端口及第四端口之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述第一、第二、第三濾波K變換器結構相同，均由2根兩端加載了電容C的短路傳輸線構成，且2根短路傳輸線折疊成L型，由電容Ce串聯(lián)構成非對稱結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述濾波-K變換器由2根兩端加載電容C的短路傳輸線構成，且2根短路傳輸線折疊成U型，由電容Ce并聯(lián)構成對稱結構。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，構成濾波K變換器和構成濾波-K變換器的短路傳輸線的參數(shù)相同，所述短路傳輸線的長度為36.1_，寬度為0.3_。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種帶濾波功能的小型化混合環(huán)，其特征在于，所述中間介質基板的相對介電常數(shù)為3.38，厚度為0.81mm。
【文檔編號】H01P5/16GK203747008SQ201420093804
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權日:2014年3月3日
【發(fā)明者】趙小蘭, 王凱旭, 薛成戴, 章秀銀 申請人:華南理工大學