一种双通带滤波移相器

摘要

本发明公开一种双通带滤波移相器，属于无线移动通信技术领域，包括主通路结构和参考通路结构；参考通路结构包括金属接地板、介质基板和参考通路，参考通路包括四个依次连接的终端短路的耦合线和三个分别位于相邻耦合线连接处的开路枝节，并且关于中间的开路枝节平面对称；主通路结构包括金属接地板、介质基板和主通路，主通路包括与参考通路相同的结构以及与结构一端级联的Schiffman相移单元。本发明通过改变各耦合线和Schiffman相移单元的奇偶模阻抗值和电长度，以及各开路枝节的阻抗值和电长度，调整滤波移相器的滤波性能和移相性能，尤其可以调整双通带滤波响应类型，实现滤波移相器的双通带完全独立。

权利要求

1.一种双通带滤波移相器，其特征在于，包括主通路结构和参考通路结构；

所述参考通路结构包括自下而上依次设置的金属接地板、介质基板和参考通路；

所述参考通路包括通过在一端设置与金属接地板相连的金属化通孔实现终端短路的第一耦合线、第二耦合线、第三耦合线和第四耦合线，第一耦合线和第四耦合线的奇偶模阻抗值和电长度相等，第二耦合线和第三耦合线的奇偶模阻抗值和电长度相等，并且第一耦合线的奇偶模阻抗比大于第二耦合线；

其中，所述第一耦合线由第一微带线和第二微带线耦合而成，第二耦合线由第三微带线和第四微带线耦合而成，第三耦合线由第五微带线和第六微带线耦合而成，第四耦合线由第七微带线和第八微带线耦合而成；输入端口、第一微带线、第三微带线、第五微带线、第七微带线和输出端口依次相连，第二微带线、第四微带线、第六微带线和第八微带线依次相连；

所述参考通路还包括错位分布的第一开路枝节、第二开路枝节和第三开路枝节；其中，第一开路枝节位于第二微带线与第四微带线的连接处，第二开路枝节位于第三微带线与第五微带线的连接处，第三开路枝节位于第六微带线和第八微带线的连接处；第一开路枝节和第三开路枝节的阻抗值和电长度相等，第二开路枝节的阻抗值和电长度大于第一开路枝节；

所述主通路结构包括自下而上依次设置的金属接地板、介质基板和主通路，所述主通路包括与参考通路相同的结构，以及在输入端口和第一微带线之间级联的Schiffman相移单元；

通过改变耦合线的奇偶模阻抗值和电长度，以及开路枝节的阻抗值和电长度，调整双通带滤波移相器的双通带滤波响应、双通带带宽或双通带中心频率。

2.根据权利要求1所述双通带滤波移相器，其特征在于，所述双通带滤波移相器的双通带中心频率比n小于3.1。

3.根据权利要求1所述双通带滤波移相器，其特征在于，通过改变Schiffman相移单元的奇偶模阻抗比和电长度，调整双通带的移相值或相位不平衡度。

说明书

一种双通带滤波移相器

技术领域

[0001] 本发明属于无线移动通信技术领域，具体涉及一种双通带滤波移相器。

背景技术

[0002] 随着无线通信技术的迅速发展，多功能和高度集成化器件迅速崛起，将各种滤波器与耦合器、功率分配器、天线或其他无源器件集成在一起，具有频率选择性高、插入损耗低、尺寸较小等特点，引起了广泛的研究兴趣。滤波移相器将滤波特性和相移特性融合在一起，具有小型化的特点，在天线馈电网络和相控阵天线等系统中具有很强的应用价值。

[0003] 最近几年来，随着我国无线电电子行业的快速发展，无线通信业务数量急剧增多，多波段/宽带操作等多功能性能器件在当今的微波通信系统中受到了广泛关注。双频滤波移相器可以在5G通信系统的不同频段工作，以降低成本和尺寸，可应用于双频Doherty功率放大器、双频双环天线、双频雷达等多种双频器件中。但目前关于双频滤波移相器的研究还比较少，且存在一些问题，比如难以获得完全独立的双通带，而且难以通过理论分析确定电路参数。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种双通带滤波移相器，通过调整元件的阻抗值和电长度，达到可任意设置双通带的滤波响应类型、工作带宽、中心频率和移相值的目的，实现一个双通带完全独立的滤波移相器。

[0005] 本发明所采用的技术方案如下：

[0006] 一种双通带滤波移相器，其特征在于，包括主通路结构和参考通路结构；

[0007] 所述参考通路结构包括自下而上依次设置的金属接地板、介质基板和参考通路，所述参考通路包括四个依次连接的终端短路的耦合线和三个分别位于相邻耦合线连接处的开路枝节，并且关于中间的开路枝节平面对称；

[0008] 所述主通路结构包括自下而上依次设置的金属接地板、介质基板和主通路，所述主通路包括与参考通路相同的结构以及与结构一端级联的Schiffman(希夫曼)相移单元。

[0009] 进一步地，所述耦合线通过在一端设置与金属接地板相连的金属化通孔，实现终端短路。

[0010] 进一步地，所述主通路结构和参考通路结构均采用微带式结构。

[0011] 进一步地，虽然主通路中包括与参考通路相同的结构，但其耦合线的奇偶模阻抗值和电长度，以及开路枝节的阻抗值和电长度，与参考通路的不同。

[0012] 进一步地，参考通路中四个依次连接的终端短路的耦合线分别为第一耦合线、第二耦合线、第三耦合线和第四耦合线，第一耦合线和第四耦合线的奇偶模阻抗值和电长度相等，第二耦合线和第三耦合线的奇偶模阻抗值和电长度相等，并且第一耦合线的奇偶模阻抗比大于第二耦合线。因此，第一耦合线的线宽较宽，间距较小；而第二耦合线的线宽较窄，间距较大。

[0013] 进一步地，随着所述双通带滤波移相器的双通带中心频率比n的增大，第二耦合线的电长度呈现递减趋势，当n大于3.1时，电长度小于0，结构无法实现。因此所述双通带滤波移相器的双通带中心频率比n小于3.1。

[0014] 进一步地，参考通路中三个分别位于相邻耦合线连接处的开路枝节，依次为第一开路枝节、第二开路枝节和第三开路枝节，第一开路枝节和第三开路枝节的阻抗值和电长度相等，第二开路枝节的阻抗值和电长度大于第一开路枝节。因此，第二开路枝节的线宽较窄，长度较长；而第一开路枝节的线宽较宽，长度稍短。

[0015] 进一步地，通过改变耦合线的奇偶模阻抗值和电长度，以及开路枝节的阻抗值和电长度，调整双通带滤波移相器的双通带滤波响应、双通带带宽、双通带中心频率等滤波性能。

[0016] 进一步地，通过改变Schiffman相移单元的奇偶模阻抗比和电长度，调整双通带的移相值、相位不平衡度等移相性能，参考公式如下：

[0017]

[0018]

[0019] 其中， 和 分别表示双通带的移相值；ρ0为Schiffman相移单元的奇偶模阻抗比， 其中，Z0e，Z0o分别为偶模阻抗值和奇模阻抗值；θd为Schiffman相移单元的电长度；n为双通带中心频率比。

[0020] 进一步地，所述Schiffman相移单元与主通路中的与参考通路相同结构的第一耦合线级联，此时输入信号从参考通路的第一耦合线、主通路的Schiffman相移单元输入，从参考通路和主通路的第四耦合线输出。

[0021] 本发明的有益效果为：

[0022] 本发明提出一种双通带滤波移相器，采用特定结构的滤波单元作为参考通路，并在与参考通路相同结构的一端级联Schiffman相移单元构成主通路，结合滤波移相器的滤波性能和相移性能的理论分析，通过改变各终端短路的耦合线和Schiffman相移单元的奇偶模阻抗值和电长度，以及各开路枝节的阻抗值和电长度，调整双通带滤波移相器的滤波性能和移相性能，尤其可以调整双通带滤波响应类型，实现滤波移相器的双通带完全独立。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例1提供的双通带滤波移相器的结构示意图；其中，(a)为参考通路结构；(b)为主通路结构；

[0024] 图2为本发明实施例1提供的四种双通带滤波移相器的S参数和移相值的理论仿真结果图；其中，(a)为巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型；(b)为0.2dB切比雪夫/0.01dB切比雪夫型；(c)为巴特沃斯/巴特沃斯型；(d)为0.1dB切比雪夫/巴特沃斯型；

[0025] 图3为本发明实施例1提供的巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型双通带滤波移相器中参考通路两端口P1、P2的S参数实际仿真结果图；

[0026] 图4为本发明实施例1提供的巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型双通带滤波移相器中主通路两端口P3、P4的S参数实际仿真结果图；

[0027] 图5为本发明实施例1提供的巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型双通带滤波移相器的相移响应实际仿真结果图；

[0028] 附图中各标记的说明如下：

[0029] 1：参考通路的第一耦合线；2：参考通路的第二耦合线；3：参考通路的第三耦合线；4：参考通路的第四耦合线；5：参考通路的第一开路枝节；6：参考通路的第二开路枝节；7：参考通路的第三开路枝节；8～12：参考通路的金属化通孔；13：Schiffman相移单元；14：主通路的第一耦合线；15：主通路的第二耦合线；16：主通路的第三耦合线；17：主通路的第四耦合线；18：主通路的第一开路枝节；19：主通路的第二开路枝节；20：主通路的第三开路枝节；
21～25：主通路的金属化通孔；26：参考通路；27：参考通路结构的介质基板；28：参考通路结构的金属接地板；29：主通路；30：主通路结构的介质基板；31：主通路结构的金属接地板。

具体实施方式

[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例提供了一种双通带滤波移相器，包括参考通路结构和主通路结构，结构分别如图1(a)和图(b)所示。

[0033] 所述参考通路结构包括自下而上依次设置的金属接地板28、介质基板27和参考通路26；所述参考通路26采用微带式结构，包括依次连接的终端短路的第一耦合线1、第二耦合线2、第三耦合线3和第四耦合线4，以及分别位于相邻耦合线连接处的第一开路枝节5、第二开路枝节6和第三开路枝节7；参考通路26关于第二开路枝节6平面对称。参考通路26中各耦合线通过与金属接地板相连的金属化通孔8～12，实现终端短路。参考通路26中与第一耦合线1相连的P1端口为输入端口，与第四耦合线4相连的P3端口为输出端口。

[0034] 所述主通路结构包括自下而上依次设置的金属接地板31、介质基板30和主通路29；所述主通路29采用微带式结构，包括Schiffman相移单元13，依次连接的终端短路的第一耦合线14、第二耦合线15、第三耦合线16和第四耦合线17，以及分别位于相邻耦合线连接处的第一开路枝节18、第二开路枝节19和第三开路枝节20；Schiffman相移单元13与第一耦合线14级联，并且主通路29除Schiffman相移单元13外的结构关于第二开路枝节19平面对称。主通路29中各耦合线通过与金属接地板相连的金属化通孔21～25，实现终端短路。主通路29中与Schiffman相移单元13相连的P2端口为输入端口，与第四耦合线17相连的P4端口为输出端口。

[0035] 所述参考通路结构的介质基板27和主通路结构的介质基板30的相对介电常数均为3.55，厚度均为1.524mm。

[0036] 本实施例中参考通路26的第一耦合线1和第四耦合线4的奇偶模阻抗值和电长度相等，第二耦合线2和第三耦合线3的奇偶模阻抗值和电长度相等，第一开路枝节5和第三开路枝节7的阻抗值和电长度相等，并且第一耦合线1的奇偶模阻抗值小于第二耦合线2，第一耦合线1的奇偶模阻抗比大于第二耦合线2。

[0037] 同样的，主通路29的第一耦合线14和第四耦合线17的奇偶模阻抗值和电长度相等，第二耦合线15和第三耦合线16的奇偶模阻抗值和电长度相等，第一开路枝节18和第三开路枝节20的阻抗值和电长度相等，并且第一耦合线14的奇偶模阻抗值小于第二耦合线15，第一耦合线14的奇偶模阻抗比大于第二耦合线15。

[0038] 在本实施例中，通过调整各耦合线的奇偶模阻抗值和电长度，以及开路枝节的阻抗值和电长度，理论仿真实现了四种不同滤波响应类型的双通带滤波移相器，仿真结果如图2和表1所示，分别为图2(a)和表1(a)的巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型、图2(b)和表1(b)的0.2dB切比雪夫/0.01dB切比雪夫型、图2(c)和表1(c)的巴特沃斯/巴特沃斯型以及图2(d)和表1(d)的0.1dB切比雪夫/巴特沃斯型，其对应的双通带滤波响应类型、双通带中心频率、双通带带宽以及双通带的移相值如表2所示。可以看出，所述双通带滤波移相器可灵活调整双通带的滤波响应、工作带宽、中心频率和移相值等性能，具有双通带完全独立的特点。

[0039] 表1四种不同类型的双通带滤波移相器的参考通路26和主通路29的各元件参数[0040] (a)巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型

[0041]

[0042] (b)0.2dB切比雪夫/0.01dB切比雪夫型

[0043]

[0044] (c)巴特沃斯/巴特沃斯型

[0045]

[0046] (d)0.1dB切比雪夫/巴特沃斯型

[0047]

[0048] 表2四种不同类型的双通带滤波移相器的性能参数

[0049]

[0050] 本实施例以巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型双通带滤波移相器为例，对其进行实际仿真，设置双通带滤波移相器的中心工作频率分别为2GHz和5GHz，工作带宽分别为200MHz和150MHz，移相值分别为90°和270°。

[0051] 信号分别从P1和P3馈电端口输入，从P2和P4端口输出，获得图3所示的参考通路两端口P1、P2的S参数实际仿真结果图，图4所示的主通路两端口P3、P4的S参数实际仿真结果图，以及图5所示的相移响应实际仿真结果图。可知，主通路29和参考通路26的S11在1.9～2.06GHz和4.95～5.1GHz频率范围内均低于‑10dB，移相值在90°±5°和270°±5°的工作频率范围分别为1.76～2.05GHz和4.95～5.08GHz。综合滤波性能和相移性能，本实施例提出的巴特沃斯/0.2dB切比雪夫型双通带滤波移相器的工作频率范围分别为1.91～2.05GHz和
4.95～5.08GHz，可以实现双通带完全独立的滤波移相器的性能。

[0052] 以上所述的具体实施例，仅为本发明的一种实施方式，其描述较为具体，但不能把此当作对本发明适用范围的限制。需要说明的是，对于本专业领域的技术人员而言，在不脱离本发明主旨构思的前提下，可以对本申请进行若干变形与改进，这些依然在本发明的保护范围内。因此，本申请的具体保护范围应以所附权利要求为准。