[發明專利]一種帶濾波功能的小型化混合環

有效

• 申請號: 201410075108.7
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103904398A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 趙小蘭;王凱旭;薛成戴;章秀銀
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01P5/16
• 分類號: H01P5/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明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。

背景技術

隨著無線通信的迅猛發展，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。

混合環廣泛應用在現代微波電路系統中，例如混頻器、功率放大器和天線饋電結構等。傳統的混合環由3段四分之一波長傳輸線和1段四分之三波長傳輸線構成，體積大且存在高次諧波。

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。

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，不但實現了混合環的小型化，而且抑制了諧波；2）平行線耦合結構，以實現小型化和諧波抑制；3）用兩組并聯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。

在射頻前端電路中，混合環和帶通濾波器經常共存于一個系統中，常規設計方法是把兩個器件都是獨立設計后級聯為一體，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TE01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；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）基于支節線加載階躍阻抗諧振器的雙通帶混合環；5）基于LTCC的小型化帶通混合環。

發明內容

本發明的目的在于采用四個具有帶通響應特性的濾波±K變換器來取代傳統混合環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。

本發明采用如下技術方案：

一種帶濾波功能的小型化混合環，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。

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C_E串聯構成非對稱結構即Ⅱ型耦合結構。

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C_E并聯構成對稱結構即Ⅰ型耦合結構。

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相同，長度為36.1mm，寬度為0.3mm。

所述中間介質基板的相對介電常數為3.38，厚度為0.81mm。

本發明的有益效果：

本發明體積小、諧波抑制性能良好、具有寬頻阻帶特性和良好的隔離度。

附圖說明

圖1是本發明一種集成了濾波功能的小型化混合環的原理框圖；

圖2（a）是本發明濾波-K變換器（I型耦合結構）的等效電路，圖2（b）是本發明濾波K變換器（Ⅱ型耦合結構）的等效電路。

圖3是本發明I型耦合結構的仿真結果；

圖4是本發明II型耦合結構的仿真結果；

圖5（a）是第一端口到第四端口的雙通道結構；

圖5（b）是本發明第一端口激勵時的等效電路；

圖6是本發明第四端口激勵時的等效電路；

圖7是本發明一種帶濾波功能的小型化混合環電路結構圖；

圖8是本發明實施例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；

圖9（a）是第一端口激勵時，同相工作時的S₁₁、S₂₁和S₃₁的仿真和實測結果對比圖；

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對比圖；