一種具有傳輸零特性的雙頻功分器的製作方法

2023-05-27 07:45:11 1

本發明涉及一種具有傳輸零特性的雙頻功分器，屬於電磁場與微波技術領域。

背景技術：

在無線通訊系統中，功分器作為射頻微波功率放大器的一種關鍵的射頻器件，其性能的優劣決定著整個系統通訊質量的好壞，也會在一定程度上制約無線通訊系統的發展。因此，高性能的功分器研究一直以來都是一個研究重點。傳統的功分器只能工作在單一頻率和其奇次諧波處。隨著雙頻與多頻通信系統的發展，單一頻率的微波器件已經無法滿足社會的需求，於是雙頻甚至多頻功分器應運而生。

近年來，雙頻功分器的文獻層出不窮，然而其中許多雙頻功分器由於輸出埠相位不匹配，致使輸出埠間隔離度差，而且兩個通帶的特性比較不理想。現有許多結構的雙頻功分器帶外抑制特性比較差，而有些帶有濾波特性的雙頻功分器，雖然具有明顯的通帶選擇特性，然而由於其插損比較大，而且結構過於複雜，無法滿足那些對於通帶特性要求比較嚴格的雙頻帶通訊系統。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有傳輸零特性的雙頻功分器，該雙頻功分器不僅帶內插損小，而且還有較好帶外抑制能力，並且製作簡單，易於實現，加工成本也比較低，適於批量加工生產。

本發明為了解決上述技術問題採用以下技術方案：本發明設計了一種具有傳輸零特性的雙頻功分器，包括介質基板(1)、金屬接地層(2)、輸入微帶傳輸線(3)、兩條第一微帶傳輸線(4)、兩條第二微帶傳輸線(5)、兩條輸出微帶傳輸線(6)、開路支節(7)、兩條短路支節(8)和隔離電阻(9)；其中，金屬接地層(2)設置於介質基板(1)的背面；輸入微帶傳輸線(3)沿直線印製於介質基板(1)的正面上，輸入微帶傳輸線(3)的其中一端為雙頻功分器的輸入端；兩條第一微帶傳輸線(4)分別印製於介質基板(1)的正面上，各條第一微帶傳輸線(4)的其中一端均與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，兩條第一微帶傳輸線(4)分別位於輸入微帶傳輸線(3)所在直線的兩側，且兩條第一微帶傳輸線(4)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱，隔離電阻(9)設置於介質基板(1)的正面上，且隔離電阻(9)的兩端分別與各條第一微帶傳輸線(4)的另一端相連接，兩條第一微帶傳輸線(4)與隔離電阻(9)構成閉合區域；兩條第二微帶傳輸線(5)分別印製於介質基板(1)的正面上，兩條第二微帶傳輸線(5)分別與兩條第一微帶傳輸線(4)一一對應，各條第二微帶傳輸線(5)的其中一端分別與對應第一微帶傳輸線(4)的另一端相連接，兩條第二微帶傳輸線(5)分別位於輸入微帶傳輸線(3)所在直線的兩側，且兩條第二微帶傳輸線(5)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱；兩條輸出微帶傳輸線(6)分別與兩條第二微帶傳輸線(5)一一對應，各條輸出微帶傳輸線(6)的其中一端分別與對應第二微帶傳輸線(5)的另一端相連接，兩條輸出微帶傳輸線(6)分別位於輸入微帶傳輸線(3)所在直線的兩側，且兩條輸出微帶傳輸線(6)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱，兩條輸出微帶傳輸線(6)的另一端分別為雙頻功分器的兩個輸出端；開路支節(7)印製於介質基板(1)的正面上，且開路支節(7)位於由兩條第一微帶傳輸線(4)和隔離電阻(9)所構成的閉合區域中，開路支節(7)的其中一端與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，開路支節(7)的兩端之間呈非閉合形狀設置；兩條短路支節(8)分別印製於介質基板(1)的正面上，各條短路支節(8)的其中一端均與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，兩條短路支節(8)分別位於由兩條第一微帶傳輸線(4)和隔離電阻(9)所構成閉合區域的兩側，各條短路支節(8)上的兩端之間呈非閉合形狀設置，且兩條短路支節(8)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱，介質基板(1)上分別對應各條短路支節(8)另一端的位置，分別設置貫穿介質基板(1)上下面的通孔，各條短路支節(8)的另一端分別穿過其所在介質基板(1)上位置處的通孔、並與金屬接地層(2)相連接。

作為本發明的一種優選技術方案：所述開路支節(7)的設置呈s形走線、非閉合環形走線，以及非閉合、且具有彎折拐角走線或非閉合、且不含彎折拐角走線中的任意一種。

作為本發明的一種優選技術方案：所述各條短路支節(8)的設置均呈s形走線、非閉合環形走線，以及非閉合、且具有彎折拐角走線或非閉合、且不含彎折拐角走線中的任意一種。

作為本發明的一種優選技術方案：所述各條短路支節(8)的設置均呈非閉合、且具有彎折拐角走線，其中，短路支節(8)的其中一端與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，短路支節(8)自該端起，首先與所述輸入微帶傳輸線(3)上指向輸入端的方向呈45度角，接著，短路支節(8)沿垂直於輸入微帶傳輸線(3)所在直線、並背向輸入微帶傳輸線(3)的方向布置，然後依次通過三個向著由兩條第一微帶傳輸線(4)和隔離電阻(9)所構成閉合區域的彎折拐角進行布置，且各個彎折拐角的角度呈90度角。

作為本發明的一種優選技術方案：所述各條短路支節(8)的長度均為雙頻功分器對應中心頻率時的二分之一波長。

作為本發明的一種優選技術方案：所述開路支節(7)的長度為雙頻功分器對應中心頻率時的四分之一波長。

本發明所述一種具有傳輸零特性的雙頻功分器採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明設計的一種具有傳輸零特性的雙頻功分器，在通帶內插損較小，帶外抑制較好，具有明顯的通帶特性；相比通過加入濾波特性的雙頻功分器，該雙頻功分器結構簡單，易於實現，而且帶內插損也小；並且所設計在要求雙頻功分器具有很好的通帶特性的條件下，通過該方法所實現帶有傳輸零特性的雙頻功分器具有較高的現實應用價值。

附圖說明

圖1是本發明所設計一種具有傳輸零特性的雙頻功分器的俯視結構示意圖；

圖2是本發明所設計一種具有傳輸零特性的雙頻功分器的側視結構示意圖。

其中，1.介質基板，2.金屬接地層，3.輸入微帶傳輸線，4.第一微帶傳輸線，5.第二微帶傳輸線，6.輸出微帶傳輸線，7.開路支節，8.短路支節，9.隔離電阻。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

針對現有技術的不足，本發明通過思考加入一個短路的支節可以產生諧振點這個思路，來改善帶外抑制特性這個方法，由此設計實現一個具有傳輸零特性的雙頻功分器。

如圖1和圖2所示，本發明所設計一種具有傳輸零特性的雙頻功分器，包括介質基板(1)、金屬接地層(2)、輸入微帶傳輸線(3)、兩條第一微帶傳輸線(4)、兩條第二微帶傳輸線(5)、兩條輸出微帶傳輸線(6)、開路支節(7)、兩條短路支節(8)和隔離電阻(9)；其中，金屬接地層(2)設置於介質基板(1)的背面。

實際應用中，針對輸入微帶傳輸線(3)，設計採用特性阻抗為50歐姆的微帶傳輸線，將輸入微帶傳輸線(3)沿直線印製於介質基板(1)的正面上，輸入微帶傳輸線(3)的其中一端為雙頻功分器的輸入端；兩條第一微帶傳輸線(4)分別印製於介質基板(1)的正面上，各條第一微帶傳輸線(4)的其中一端均與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，兩條第一微帶傳輸線(4)分別位於輸入微帶傳輸線(3)所在直線的兩側，且兩條第一微帶傳輸線(4)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱；針對隔離電阻(9)，實際應用中，具體設計採用採用0805封裝的貼片電阻；隔離電阻(9)設置於介質基板(1)的正面上，且隔離電阻(9)的兩端分別與各條第一微帶傳輸線(4)的另一端相連接，兩條第一微帶傳輸線(4)與隔離電阻(9)構成閉合區域；兩條第二微帶傳輸線(5)分別印製於介質基板(1)的正面上，兩條第二微帶傳輸線(5)分別與兩條第一微帶傳輸線(4)一一對應，各條第二微帶傳輸線(5)的其中一端分別與對應第一微帶傳輸線(4)的另一端相連接，兩條第二微帶傳輸線(5)分別位於輸入微帶傳輸線(3)所在直線的兩側，且兩條第二微帶傳輸線(5)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱；針對輸出微帶傳輸線(6)，同樣設計採用特性阻抗為50歐姆的微帶傳輸線；兩條輸出微帶傳輸線(6)分別與兩條第二微帶傳輸線(5)一一對應，各條輸出微帶傳輸線(6)的其中一端分別與對應第二微帶傳輸線(5)的另一端相連接，兩條輸出微帶傳輸線(6)分別位於輸入微帶傳輸線(3)所在直線的兩側，且兩條輸出微帶傳輸線(6)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱，兩條輸出微帶傳輸線(6)的另一端分別為雙頻功分器的兩個輸出端；如此設計的雙頻功分器，不僅插入損耗小，而且由於加入的傳輸零，使得兩個頻帶的帶外抑制比較優越，具有很好的通帶選擇特性，相比於有具有濾波特性的功分器結構簡單、插入損耗小、易於加工與實現。

針對開路支節(7)的特性阻抗設計為50.8歐姆，開路支節(7)印製於介質基板(1)的正面上，且開路支節(7)位於由兩條第一微帶傳輸線(4)和隔離電阻(9)所構成的閉合區域中，開路支節(7)的其中一端與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，開路支節(7)的兩端之間呈非閉合形狀設置，具體的，開路支節(7)的設置呈s形走線、非閉合環形走線，以及非閉合、且具有彎折拐角走線或非閉合、且不含彎折拐角走線中的任意一種，且開路支節(7)的長度為雙頻功分器對應中心頻率時的四分之一波長；各條短路支節(8)均設計特性阻抗為69歐姆，兩條短路支節(8)分別印製於介質基板(1)的正面上，各條短路支節(8)的其中一端均與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，兩條短路支節(8)分別位於由兩條第一微帶傳輸線(4)和隔離電阻(9)所構成閉合區域的兩側，各條短路支節(8)上的兩端之間呈非閉合形狀設置，且兩條短路支節(8)相對輸入微帶傳輸線(3)所在直線呈軸對稱，介質基板(1)上分別對應各條短路支節(8)另一端的位置，分別設置貫穿介質基板(1)上下面的通孔，各條短路支節(8)的另一端分別穿過其所在介質基板(1)上位置處的通孔、並與金屬接地層(2)相連接；具體的，各條短路支節(8)的設置均呈s形走線、非閉合環形走線，以及非閉合、且具有彎折拐角走線或非閉合、且不含彎折拐角走線中的任意一種，實際應用中，若各條短路支節(8)的設置均呈非閉合、且具有彎折拐角走線，則短路支節(8)的其中一端與輸入微帶傳輸線(3)的另一端相連，短路支節(8)自該端起，首先與所述輸入微帶傳輸線(3)上指向輸入端的方向呈45度角，接著，短路支節(8)沿垂直於輸入微帶傳輸線(3)所在直線、並背向輸入微帶傳輸線(3)的方向布置，然後依次通過三個向著由兩條第一微帶傳輸線(4)和隔離電阻(9)所構成閉合區域的彎折拐角進行布置，且各個彎折拐角的角度呈90度角，並且在實際應用中，針對各條短路支節(8)的長度均為雙頻功分器對應中心頻率時的二分之一波長。如此，如圖1所示，本發明針對開路支節(7)走線時按照彎折90度角進行處理，以及針對短路支節(8)進行彎折處理，這樣可以大大減少雙頻功分器的面積，以實現雙頻功分器結構的小型化。

如此設計帶有傳輸零特性的雙頻功分器，其中的短路支節(8)本質上就是一個能夠產生周期性諧振的諧振器，該諧振器可以產生周期性的諧振點，可以通過調整諧振的長度來讓諧振器在雙頻功分器的兩個通帶外產生諧振點，以達到雙頻功分器帶外抑制的特性，致使有傳輸零產生。對於短路支節(8)的周期應當以雙頻功分器的中心頻率為周期，也就是說短路支節(8)的長度為所設定的雙頻功分器的中心頻率時的二分之一波長。當從a端輸入信號的頻率等於諧振器的頻率時，此時輸入端短路，信號無法到達輸出端，致使雙頻功分器產生傳輸零特性。正是由於在雙頻功分器兩個通帶外產生了傳輸零，所以使得雙頻功分器的帶外抑制大大改善，而且並不會增加帶內的插損。

在製造上，本發明所設計具有傳輸零特性的雙頻功分器的製造工藝可以採用微電子工藝、雷射工藝或者印刷電路工藝。其中，對於介質基板(1)來說，可以採用介電常數為3.55，介質層厚度為0.5mm的雙面敷銅板(rogersro4003)，實際應用中，基於上述設計技術方案，構造出了一款頻率為900mhz和2.45ghz的雙頻功分器，也就是說此時的雙頻功分器的中心頻率為1.67ghz；此時50歐姆特性的輸入微帶傳輸線(3)和兩條輸出微帶傳輸線(6)的線寬為1.1mm，長度可以任意，但是考慮方便焊接sma接頭，長度為6毫米左右為宜；對於兩條第一微帶傳輸線(4)來說，選用特性阻抗為34歐姆的微帶傳輸線，電長度為四分之一波長，此時的線寬為0.5mm，長度為27.8mm；對於兩條第二微帶傳輸線(5)，選用特性阻抗為78.7歐姆的微帶傳輸線，電長度為四分之一波長，此時的線寬為2.0mm，長度為26.2mm；兩條短路支節(8)，選用特性阻抗為69歐姆，電長度分別為二分之一波長，此時的線寬為0.6mm，長度為57.6mm；開路支節(7)選用特性阻抗為50.8歐姆，電長度為四分之一波長，此時的線寬為1.1mm，長度為27mm；對於隔離電阻(9)採用0805封裝的阻值為68歐姆的貼片電阻。

如此所設計獲得具有傳輸零特性的雙頻功分器，在通帶內插損較小，帶外抑制較好，具有明顯的通帶特性；相比通過加入濾波特性的雙頻功分器，該雙頻功分器結構簡單，易於實現，而且帶內插損也小；並且所設計在要求雙頻功分器具有很好的通帶特性的條件下，通過該方法所實現帶有傳輸零特性的雙頻功分器具有較高的現實應用價值。

上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。