本发明公开一种基于耦合线的宽带功分滤波器，包括下表面设有金属接地板(6)的六边形介质基板(5)，在所述介质基板(5)的上表面设有输入端馈线(1)、第一输出端馈线(2)、第二输出端馈线(3)和隔离电阻(4)，所述第一输出端馈线(2)和第二输出端馈线(3)分别位于六边形介质基板(5)相邻的两个边上，所述输入端馈线(1)位于与第一输出端馈线(2)相间的一个边上，所述输入端馈线(1)同时与第一输出端馈线(2)和第二输出端馈线(3)耦合，第一输出端馈线(2)与第二输出端馈线(3)之间通过隔离电阻(4)连接。本发明的功分滤波器，结构紧凑，基于非对称结构实现了对能量的等功分。
包括下表面设有金属接地板(6)的六边形介质基板(5)，
在所述介质基板(5)的上表面设有输入端馈线(1)、第一输出端馈线(2)、第二输出端馈线(3)和隔离电阻(4)，所述第一输出端馈线(2)和第二输出端馈线(3)分别位于六边形介质基板(5)相邻的两个边上，所述输入端馈线(1)位于与第一输出端馈线(2)相间的一个边上，所述输入端馈线(1)同时与第一输出端馈线(2)和第二输出端馈线(3)耦合，第一输出端馈线(2)与第二输出端馈线(3)之间通过隔离电阻(4)连接；
所述六边形介质基板(5)包括两条相互平行的长边(53、56)、长边两端与两两相邻的短边(51、52、54、55)相连，两两相邻的短边(51、52)之间的夹角为90°，短边(52)与相邻的长边(53)之间的夹角为135°；
所述输入端馈线(1)包括第一50欧姆微带线导带(11)、第一四分之一波长传输线(12)和第二四分之一波长传输线(13)，所述第一四分之一波长传输线(12)和第二四分之一波长传输线(13)均为两臂等长的L形折线段，第一50欧姆微带线导带(11)为直线段，所述第一四分之一波长传输线(12)的第一臂与第一50欧姆微带线导带(11)的输出端相连，并与第一50欧姆微带线导带(11)处于同一直线，其第二臂与第二四分之一波长传输线(13)的第一臂垂直相连，所述第二四分之一波长传输线(13)的第二臂靠近第一50欧姆微带线导带(11)的输出端，终端通过金属柱与金属接地板(6)相连。
2.根据权利要求1所述的宽带功分滤波器，其特征在于：
所述第一输出端馈线(2)包括第二50欧姆微带线导带(21)、第一四分之一波长低阻抗传输线(22)和第一四分之一波长高阻抗传输线(23)，所述第一四分之一波长低阻抗传输线(22)和第一四分之一波长高阻抗传输线(23)均为两臂等长的L形折线段，第二50欧姆微带线导带(21)为直线段，所述第一四分之一波长高阻抗传输线(23)位于第二四分之一波长传输线(13)的外侧，并与之平行，所述第一四分之一波长低阻抗传输线(22)的第二臂与第一四分之一波长高阻抗传输线(23)的第一臂垂直相连，其第一臂与第二50欧姆微带线导带(21)的输入端垂直相连；
所述第二输出端馈线(3)包括第三50欧姆微带线导带(31)、第二四分之一波长低阻抗传输线(32)和第二四分之一波长高阻抗传输线(33)，所述第二四分之一波长低阻抗传输线(32)和第二四分之一波长高阻抗传输线(33)均为两臂等长的L形折线段，第三50欧姆微带线导带(31)为直线段，所述第二四分之一波长高阻抗传输线(33)位于第一四分之一波长传输线(12)的外侧，并与之平行，所述第二四分之一波长低阻抗传输线(32)的第二臂与第二四分之一波长高阻抗传输线(33)的第一臂垂直相连，其第一臂与第三50欧姆微带线导带(31)的输入端垂直相连，所述隔离电阻(4)位于第二50欧姆微带线导带(21)的输入端与第三50欧姆微带线导带(31)的输入端之间。
3.根据权利要求2所述的宽带功分滤波器，其特征在于：
所述第一50欧姆微带线导带(11)与第一短边(51)垂直，其输入端位于第一短边(51)上；
所述第二50欧姆微带线导带(21)与第四短边(55)垂直，其输出端位于第四短边(55)上；
所述第三50欧姆微带线导带(31)与第三短边(54)垂直，其输出端位于第三短边(54)上。
4.根据权利要求2所述的宽带功分滤波器，其特征在于：
所述第一输出端馈线(2)的第二50欧姆微带线导带(21)、第一四分之一波长低阻抗传输线(22)和第一四分之一波长高阻抗传输线(23)与所述第二输出端馈线(3)的第三50欧姆微带线导带(31)、第二四分之一波长低阻抗传输线(32)和第二四分之一波长高阻抗传输线(33)两两结构完全相对，相对介质基板(5)纵轴线呈轴对称排列。
基于耦合线的宽带功分滤波器
技术领域
[0001] 本发明属于微波无源器件技术领域，特别是一种结构紧凑、利用非对称结构实现了对能量的等功分的基于耦合线的宽带功分滤波器。
背景技术
[0002] 功分滤波器是一个独立的微波无源器件，它在功能上实现了射频电路中功分器和滤波器的有效结合，也就是说功分滤波器兼备了信号的功率分配和滤波功能。因此，高性能的功分滤波器不仅能够有效减小系统的尺寸，而且能够简化系统设计的复杂度，从而进一步实现无线通信系统的低成本、高性能、小型化设计。
[0003] 近年来，随着模块结构单元(Modular Building Block,MBB)和单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)的发展，低成本、高集成度、小型化的高性能功分滤波器成为了研究热点。
[0004] 2010年，K.J.Song,和Q.Xue在IEEE Microwave Wireless Components Letters期刊(vol.20,no.1,pp.13-15,2013)上发表“Novel ultra-wideband(UWB)multilayer slotline power divider with bandpass response”，提出在中间介质层通过引入全波长槽线实现馈电，通过多层电路结构来实现功分滤波功能。但是，由于多层结构之间的能量传输能力较弱，该电路的回波损耗较差，不能在整个通带内达到-15dB。
[0005] 2015年，C.T.Cai,J.P.Wang,Y.J.Deng,和J.-L.Li在IEEE Electronics Letters期刊(vol.51,no.22,pp.1795-1796,2015)上发表“Design of compact dual-mode dual-band filtering power divider with high selectivity”，提出三模谐振器来实现通带高选择性的设计方法。但由于谐振器以及相应耦合电路的集成，导致电路整体尺寸较大。
[0006] 2015年，B.Zhang和Y.A.Liu在IEEE Electronics Letters期刊(vol.51,no.23,pp.1950-1952,2015)上发表“Wideband filtering power divider with high selectivity”，提出通过平行耦合线和终端开路枝节的相互搭配来设计功分滤波器的方法，实现了较宽的工作带宽，较好的信号选择性。但该设计给出隔离电阻产生的作用，并且对商业软件进行的长时间的仿真和调试较为依赖。
[0007] 总之，现有技术存在的问题是：功分滤波器结构尺寸较大、结构单一。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种基于耦合线的宽带功分滤波器，结构紧凑、基于非对称结构实现了对能量的等功分。
[0009] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0010] 一种基于耦合线的宽带功分滤波器，包括下表面设有金属接地板的六边形介质基板，在所述介质基板的上表面设有输入端馈线、第一输出端馈线、第二输出端馈线和隔离电阻，所述第一输出端馈线和第二输出端馈线分别位于六边形介质基板相邻的两个边上，所述输入端馈线位于与第一输出端馈线相间的一个边上，所述输入端馈线同时与第一输出端馈线和第二输出端馈线耦合，第一输出端馈线与第二输出端馈线之间通过隔离电阻连接。
[0011] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0012] 1、结构紧凑：现有功分滤波器一般使用对称电路结构，导致电路尺寸较大。本专利设计的宽带功分滤波器，利用非对称结构实现了对能量的等功分。本发明通过对称布置的第一输出端馈线和第二输出端馈线(3)与输入端馈线平行耦合，实现了结构的紧凑和小型化；
[0013] 2、基于非对称结构实现了对能量的等功分：本发明的宽带功分滤波器，利用非对称结构实现了对能量的等功分，丰富了功分器的结构形式。
[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
[0015] 图1是本发明基于耦合线的宽带功分滤波器的立体结构示意图。
[0016] 图2是图1的俯视图。
[0017] 图3是实施例的结构尺寸示意图。
[0018] 图4是实施例的S11、S21和S31参数仿真图。
[0019] 图5是实施例的S23参数仿真图。
[0020] 图6是实施例的两个输出端口幅度差的仿真图。
[0021] 图7是实施例的两个输出端口相位差的仿真图。
[0022] 图中，输入端馈线1，第一输出端馈线2，第二输出端馈线3，隔离电阻4，介质基板5，金属接地板6，
[0023] 第一50欧姆微带线导带11，第一四分之一波长传输线12，第二四分之一波长传输线13，
[0024] 第二50欧姆微带线导带21，第一四分之一波长低阻抗传输线22，第一四分之一波长高阻抗传输线23，
[0025] 第三50欧姆微带线导带31，第二四分之一波长低阻抗传输线32，第二四分之一波长高阻抗传输线33。
具体实施方式
[0026] 如图1所示，本发明基于耦合线的宽带功分滤波器，
[0027] 包括下表面设有金属接地板6的六边形介质基板5，
[0028] 在所述介质基板5的上表面设有输入端馈线1、第一输出端馈线2、第二输出端馈线3和隔离电阻4，
[0029] 所述第一输出端馈线2和第二输出端馈线3分别位于六边形介质基板5相邻的两个边上，所述输入端馈线1位于与第一输出端馈线2相间的一个边上，
[0030] 所述输入端馈线1同时与第一输出端馈线2和第二输出端馈线3耦合，第一输出端馈线2与第二输出端馈线3之间通过隔离电阻4连接。
[0031] 所述六边形介质基板5包括两条相互平行的长边53、56、长边两端与两两相邻的短边51、52、54、55相连，两两相邻的短边51、52之间的夹角为90°，短边52与相邻的长边53之间的夹角为135°。
[0032] 如图1所示，第一长边53平行于第二长边56，第一短边51与第二短边52垂直，第三短边54与第四短边55垂直，第二长边56与第一短边51、第四短边55之间的夹角为135°，第一长边53与第二短边52、第三短边54之间的夹角为135°。
[0033] 如图2所示，所述输入端馈线1包括第一50欧姆微带线导带11、第一四分之一波长传输线12和第二四分之一波长传输线13，
[0034] 所述第一四分之一波长传输线12和第二四分之一波长传输线13均为两臂等长的L形折线段，50欧姆微带线导带11为直线段，
[0035] 所述第一四分之一波长传输线12的第一臂与第一50欧姆微带线导带11的输出端相连，并与第一50欧姆微带线导带11处于同一直线，其第二臂与第二四分之一波长传输线13的第一臂垂直相连，所述第二四分之一波长传输线13的第二臂靠近第一50欧姆微带线导带11的输出端，终端通过金属柱与金属接地板6相连。实现输入端馈线1的短路。
[0036] 如图2所示，所述第一输出端馈线2包括第二50欧姆微带线导带21、第一四分之一波长低阻抗传输线22和第一四分之一波长高阻抗传输线23，所述第一四分之一波长低阻抗传输线22和第一四分之一波长高阻抗传输线23均为两臂等长的L形折线段，第二50欧姆微带线导带21为直线段，
[0037] 所述第一四分之一波长高阻抗传输线23位于第二四分之一波长传输线13的外侧，并与之平行，
[0038] 所述第一四分之一波长低阻抗传输线22的第二臂与第一四分之一波长高阻抗传输线23的第一臂垂直相连，其第一臂与第二50欧姆微带线导带21的输入端垂直相连；
[0039] 所述第二输出端馈线3包括第三50欧姆微带线导带31、第二四分之一波长低阻抗传输线32和第二四分之一波长高阻抗传输线33，所述第二四分之一波长低阻抗传输线32和第二四分之一波长高阻抗传输线33均为两臂等长的L形折线段，第三50欧姆微带线导带31为直线段，
[0040] 所述第二四分之一波长高阻抗传输线33位于第一四分之一波长传输线12的外侧，并与之平行，
[0041] 所述第二四分之一波长低阻抗传输线32的第二臂与第二四分之一波长高阻抗传输线33的第一臂垂直相连，其第一臂与第三50欧姆微带线导带31的输入端垂直相连，[0042] 所述隔离电阻4位于第二50欧姆微带线导带21的输入端与第三50欧姆微带线导带31的输入端之间。
[0043] 所述第一50欧姆微带线导带11与第一短边51垂直，其输入端位于第一短边51上；
[0044] 所述第二50欧姆微带线导带21与第四短边55垂直，其输出端位于第四短边55上；
[0045] 所述第三50欧姆微带线导带31与第三短边54垂直，其输出端位于第三短边54上。
[0046] 所述第一输出端馈线2的第二50欧姆微带线导带21、第一四分之一波长低阻抗传输线22和第一四分之一波长高阻抗传输线23与所述第二输出端馈线3的第三50欧姆微带线导带31、第二四分之一波长低阻抗传输线32和第二四分之一波长高阻抗传输线33两两结构完全相对，相对介质基板5纵轴线呈轴对称排列。
[0047] 本发明基于耦合线的宽带功分滤波器，其中输入端馈线1的第一四分之一波长传输线12和第二四分之一波长传输线13的耦合长度决定了通带的位置，调节输入端馈线1的第一四分之一波长传输线12和第二四分之一波长传输线13的耦合长度可以改变模式的位置，从而改变通带的位置；输入端馈线1的第一四分之一波长传输线12和第二四分之一波长传输线13的耦合间距对其耦合的强度影响较大，间距越小耦合强度越大，两个输出端口的幅度和相位吻合度越高；第一输出端馈线2的第一四分之一波长低阻抗传输线22和第一四分之一波长高阻抗传输线23的阻抗比以及第二输出端馈线3的第二四分之一波长低阻抗传输线32和第二四分之一波长高阻抗传输线33的阻抗比决定了通带内两个谐振频率的位置和距离，通过调节第一输出端馈线2的第一四分之一波长低阻抗传输线22和第一四分之一波长高阻抗传输线23的阻抗比以及第二输出端馈线3的第二四分之一波长低阻抗传输线32和第二四分之一波长高阻抗传输线33的阻抗比，调节通带内两个模式的距离改变通带平坦度和通带内回波损耗；隔离电阻4对隔离度的影响较大，通过调节隔离电阻的大小，可以提高第一输出端馈线2和第二输出端馈线3之间隔离度。
[0048] 本发明基于耦合线的宽带功分滤波器，在制造上通过印制电路板制造工艺对电路基板正面及背面的金属面进行加工腐蚀从而形成所需的金属图案。
[0049] 实施例
[0050] 基于耦合线的宽带功分滤波器的结构如图1所示，俯视图如图2所示，有关尺寸规格如图3所示。所采用的介质基板10相对介电常数为3.55，厚度为0.508mm，损耗角正切为0.0027。输入端50欧姆微带线导带11、二端口输出端50欧姆微带线导带21和三端口输出端
50欧姆微带线导带31的特性阻抗均为50欧姆，其宽度均为W0＝1.18mm。结合图3，功分滤波器的各尺寸参数如下：W0＝1.18mm，L1＝18.1mm，W1＝0.4mm，L2＝18.1mm，W2＝1.18mm，g＝
0.1mm。功分滤波器的整体面积为47×20mm，对应的导波长尺寸为0.71λg×0.30λg，其中λg为通带中心频率对应的导波波长。
[0051] 本实例功分滤波器是在电磁仿真软件HFSS.13中建模仿真的。图4是本实例中功分滤波器的S参数仿真图，从图中可以看出，该功分滤波器的通带中心频率为2.56GHz，相对带宽为70％，通带内回波损耗低于15dB。
[0052] 图5是本实例中功分滤波器的两个输出端口幅度差，从图中可以看出，该实例功分滤波器通带内的两个平衡输出端口幅度差在0.13dB以内。
[0053] 图6是本实例中功分滤波器的两个输出端口相位差，从图中可以看出，该实例功分滤波器通带内的两个平衡输出端口相位差在0±1.2度以内。
[0054] 综上所述，本发明基于耦合线的宽带功分滤波器，实现了一种尺寸紧凑、损耗低、具有较好的端口匹配性能的宽带功分滤波器，该功分滤波器非常适用于现代无线通信系统。
