一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器的製作方法
2023-10-29 11:54:12 1
專利名稱：一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器的製作方法
技術領域：
本發明涉及微波通訊領域，尤其是涉及一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器。
背景技術：
微帶線環濾波器是一種常見的窄帶濾波器，其結構簡單，製作方便，因此在微波通訊領域有廣泛應用。但是由於其尺寸與微波波長成正比而難於小型化。並且，當出射耦合臂和入射耦合臂不對稱，即相位失配時，其透射峰會發生劈裂，而導致其無法在原頻率實現功率等額分配。因此在微帶線環基礎上設計一種兼具小型化及等功率分配特性的窄帶濾波多路等功分器將有重要的理論參考價值以及潛在的實際應用價值。
近年來，一種可以實現特殊電磁參數(如負介電係數、負磁導率)的人工電磁材料一特異材料一受到了人們的廣泛關注。在合適的結構參數下，結構的體介電常數(介電常數乘以厚度)的平均值和體磁導率的平均值可以同時為零。此時整個結構可等效為折射率為零的材料，它對電磁波是完全透明的。這種等效零折射率材料可通過在微帶線上串聯加載特定的分布/集總式電容和並聯加載特定的分布/集總式電感來實現。由等效零折射率材料構成的微帶線環的結構大小與其工作頻率無關，因此可實現小型化。同時，由於微帶線環上任意兩點之間相位為零，因此，此時在其上任何位置加載多個輸出耦合臂不會因為相干抑制而偏離原工作頻率，並且其輸入功率可在各輸出埠之間等額分配。發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可實現小型化的，能進行窄帶濾波、等功率分配，且工藝簡單、成本低廉的基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特徵在於，該等功分器包括微帶線金屬底板、介質、微帶線環、多個集總電感、一條入射耦合臂、至少一條出射耦合臂，所述的介質設置在微帶線金屬底板上，所述的微帶線環由多個扇環和多個電容交錯連接而成，所述的微帶線環固定設置在介質上，並在至少兩處扇環所在位置的介質上開設孔，孔內設置有所述電感，該電感的兩端分別與微帶線環、金屬底板連接，所述的入射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接，所述的出射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接。
所述的金屬底板為銅製成的金屬底板。
所述的微帶線環的扇環為銅製成的扇環。
所述的介質材料為環氧樹脂複合玻璃纖維。
所述的出射耦合臂數量為一時，該等功分器為濾波器。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
1、由等效零折射率材料構成的微帶線環的結構大小與其工作頻率無關，因此可實3現小型化。通過調節加載電容和電感值的大小可調節其尺寸，從而實現當前加工技術所能支持的最小器件大小。
2、由於此時微帶線環上任意兩點之間相位差為零，透射頻率不隨耦合埠圍繞其中心旋轉的角度而改變，所以可以在不同的角度放置多個耦合臂，從而構建多路等功分器。
3、本發明工藝簡單，成本低廉。
圖1為微帶線環的結構示意圖2為本發明的結構示意圖3為本發明的實施例1的結構示意圖4為實施例1的透射譜；
圖5為本發明的實施例2的結構示意圖6為實施例2的透射譜。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1
本發明是通過在微帶線環上串聯加載特定的集總電容和並聯加載特定集總電感來實現特定頻率的零有效折射率材料(我們稱之為Balanced CRLH微帶線環)。
條件加載的電感值和加載的電容值之比等於微帶線的分布電感與分布電容之比 (微帶線的特徵阻抗的平方)時，在一特定的頻率fo處，其平均折射率為零。此時，只有該頻率的微波信號才可以透射通過Balanced CRLH微帶線環，並從以其為中心旋轉任意角度的耦合臂耦合出來，而其它頻率的電磁波則不能通過。因為等效零折射率材料構成的微帶線環的結構大小與其工作頻率無關，所以可以通過調節加載電容和電感值的大小來調節它的尺寸，從而實現當前加工技術所能支持的最小器件大小。由於此時微帶線環上任意兩點之間相位差為零，透射頻率不隨耦合埠圍繞其中心旋轉的角度而改變，所以可以在不同的角度放置多個耦合臂，從而構建多路等功分器。
首先，根據所使用的微帶線環、所需的中心頻率&和在微帶線上加載的單元周期數，依據條件計算出所需的電感和電容的值。然後在微帶線環上周期性地加載相應大小的並聯電感及串聯電容，即可製備得到基於零有效折射率材料的微帶線環(Balanced CRLH微帶線環)。
通過一個輸入臂將微波耦合到Balanced CRLH微帶線環，此時只有滿足平均折射率為零條件的&頻率的微波信號才能通過此微帶線環。應用其它一個或多個輸出臂將此頻率的微波信號耦合出來，即可達到窄帶濾波或窄帶多路等功率分配的目的。
如圖1 3所示，一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，是一個單元周期數為2 (上邊一個單元，下邊一個單元)的Balanced CRLH微帶線環(為了對稱，圖中用兩個電容對稱加載在電感兩邊來代替一個電容。因為兩個相同電容串聯的總電容為單個電容的一半，此時電容值要加倍)。該等功分器包括由銅製成的微帶線金屬底板6、由介電常數為4. 7的環氧樹脂複合玻璃纖維製成的介質5、微帶線環、兩個電感4、一條入射耦合臂7、一條出射耦合臂8。介質5設置在微帶線金屬底板6上。微帶線環由四個銅製成的扇環 3和四個電容1交錯連接而成，微帶線環固定設置在介質5上，並在其中兩個相對扇環的所在位置的介質上開設孔2，孔2內各設置有電感4，該電感4的兩端分別與微帶線環、微帶線金屬底板6連接。入射耦合臂7設置在介質5上並與微帶線環耦合連接，出射耦合臂8設置在介質5上並與微帶線環耦合連接。此時本發明具有濾波器的功能，且入射耦合臂7和出射耦合臂8可以任意角度圍繞微帶線環旋轉。圖4是圖3中θ分別為0、25、50、75度時的透射譜圖，從圖4可見，旋轉不同角度的透射峰基本上都重合在一起。也就是說，其工作頻率不隨旋轉角度而發生變化。如果周期數為3，則需要三個電感、六個電容、六個扇環，其他結構進行相應變化；如果周期數為4，則需要四個電感、八個電容、八個扇環，其他結構進行相應變化；以此類推。
實施例2
如圖5所示，一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，該等功分器包括由銅製成的微帶線金屬底板、由介電常數為4. 7的環氧樹脂複合玻璃纖維製成的介質、 微帶線環、兩個電感、一條入射耦合臂、三條出射耦合臂。介質設置在微帶線金屬底板上。 微帶線環由四個銅製成的扇環和四個電容交錯連接而成，微帶線環固定設置在介質上，並在其中兩個相對扇環的所在位置的介質上開設孔，孔內各設置有電感，該電感的兩端分別與微帶線環、金屬底板連接。入射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接，三條出射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接。微波從耦合臂9中耦合到微帶線環中，然後通過零有效折射率微帶線環的濾波，只讓頻率為fo的微波信號通過。接著通過第一出射耦合臂10、第二耦合11、第三耦合臂12將該頻率微波信號的能量平均地耦合出來，從而達到窄帶濾波三路等功率分配的目的。其透射率的微波測試結果如圖5所示，S21、S31、S41是電磁波從耦合臂9埠進去後，分別從第一出射耦合臂10、第二耦合臂11、第三耦合臂12透射出來的功率透射率。由此可見，S21、S31、S41的透射峰的位置不因耦合臂的旋轉角度及其數量增加而改變，從而實現了多路等功分器的功能。
權利要求
1.一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特徵在於，該等功分器包括微帶線金屬底板、介質、微帶線環、多個集總電感、一條入射耦合臂、至少一條出射耦合臂， 所述的介質設置在微帶線金屬底板上，所述的微帶線環由多個扇環和多個電容交錯連接而成，所述的微帶線環固定設置在介質上，並在至少兩處扇環所在位置的介質上開設孔，孔內設置有所述電感，該電感的兩端分別與微帶線環、金屬板連接，所述的入射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接，所述的出射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特徵在於，所述的金屬底板為銅製成的金屬底板。
3.根據權利要求1所述的一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特徵在於，所述的微帶線環的扇環為銅製成的扇環。
4.根據權利要求1所述的一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特徵在於，所述的介質材料為環氧樹脂複合玻璃纖維。
5.根據權利要求1所述的一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，其特徵在於，所述的出射耦合臂數量為一時，該等功分器為濾波器。
全文摘要
本發明涉及一種基於高頻印刷線路板的窄帶濾波多路等功分器，該等功分器包括微帶線金屬底板、介質、微帶線環、多個集總電感、一條入射耦合臂、至少一條出射耦合臂，所述的介質設置在微帶線金屬底板上，所述的微帶線環由多個扇環和多個電容交錯連接而成，所述的微帶線環固定設置在介質上，並在至少兩處扇環所在位置的介質上開設孔，孔內設置有所述電感，該電感的兩端分別與微帶線環、金屬板連接，所述的入射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接，所述的出射耦合臂設置在介質上並與微帶線環耦合連接。與現有技術相比，本發明具有可實現小型化，能進行窄帶濾波、等功率分配，且工藝簡單、成本低廉等優點。
文檔編號H01P5/12GK102544668SQ201010583340
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者張麗宏, 李雲輝, 江海濤, 陳鴻 申請人:同濟大學