CN110739517B - 一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一分三路单端‑平衡式微波滤波功率分配系统，包括介质基片、金属地、三个金属化直角三角形均与金属化矩形相连，金属化过孔连接三个金属化直角三角形和金属地。金属化矩形连接有单个金属条带，每个金属化直角三角形上分别连接有一对金属条带，构成三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器、单端微带输入馈线、三对平衡式微带输出馈线。本系统使得三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器的

和

模工作在差模，

和

模工作在共模，形成一分三路单端‑平衡式微波滤波功率分配系统，并具备低损耗及结构简单特点。

Description

一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统。

背景技术

一分多路功率分配系统可以将一路微波信号分成多路微波信号，在雷达、相控阵及阵列天线等系统中得到广泛应用。单端-平衡式微波功率分配系统不仅具有共模抑制功能还可以同时连接单端和平衡式电路，以便适应不同系统需求；而融合滤波功能的微波功率分配系统可以减少器件数量，提高系统的集成度、降低损耗，改善系统综合性能。一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统具有上述所有特性，是微波系统中的重要部分。

目前已报道的单端-平衡式功率分配系统主要基于微带结构实现，分为滤波型和非滤波型设计。非滤波型设计不具备滤波功能，其设计方法主要有两种，一种是基于微带型威尔金森功分器外接半波长微带线实现，另一种是基于微带耦合型威尔金森功分器外接半波长耦合微带线实现。基于此两种设计方法实现的单端-平衡式功率分配系统不具备滤波功能，系统需要滤波功能时需要外接滤波器，因此不利于微波系统的集成化、小型化。滤波型单端-平衡式功率分配系统将滤波技术与单端-平衡式功率分配技术融为一体，在单个器件设计中实现，有利于微波系统的小型化、集成化。目前的单端-平衡式滤波功率分配系统主要有两种设计方法，一种是采用耦合馈电威尔金森功分器结合180°反相器实现，另一种是采用多层双面带线结合半模缺陷地结构实现。两种方法虽然都能够获得一分二功率分配、滤波功能及单端-平衡式转化等功能，但是还存在无法一分三路、损耗大、结构复杂等问题。因此提出一种具有低损耗、简单结构、一分三路的单端-平衡式滤波功率分配系统有利于提升微波功率分配系统的综合性能。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，使得该系统同时具备一分三路功率分配、滤波及单端-平衡式转换功能，并具有损耗低、结构简单的优点。

技术方案：一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，包括介质基片，所述介质基片底面设有金属地，所述介质基片正面设有三个金属化直角三角形和位于中央的金属化矩形，所述三个金属化直角三角形均与所述金属化矩形相连，还包括连接三个金属化直角三角形和金属地的金属化过孔；所述金属化矩形连接有单个金属条带，每个金属化直角三角形上分别连接有一对金属条带；其中，所述金属地、介质基片、三个金属化直角三角形和金属化过孔构成三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器，所述金属地、介质基片及单个金属条带构成单端微带输入馈线，所述金属地、介质基片及三对金属条带对构成三对平衡式微带输出馈线。

进一步的，通过设置所述三对平衡式微带输出馈线的位置和间距，使得所述三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器中的

和

模工作在差模，所述三十二分之一模基片集成波导多模谐振器中的

和

模工作在共模。

进一步的，所述三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器成T字型分布，且尺寸相同。

进一步的，每对所述平衡式微带输出馈线的两条金属条带的间距为中心频率的半个导波波长。

有益效果：本系统使得三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器的

和

模工作在差模，

和

模工作在共模，形成一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，并具备低损耗及结构简单特点。具体的：

1、每对平衡式微带馈线以中心频率的半个导波波长为间距，分布在三十二分之一模基片集成波导多模谐振器上，使得该多模谐振器的

和

模工作在差模，而

和

模工作在共模，形成具有差模滤波功能、共模抑制功能兼备的单端-平衡式微波功率分配系统。

2、单端微带输入馈线和顶层的三个金属化直角三角形共同连接到金属化矩形，金属化矩形具有调配一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统的输入匹配功能。

3、三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器成T字型分布，且尺寸相同，确保三个输出通道具有相同的工作频率、滤波功率及等功分比输出。

附图说明

图1为本发明系统的俯视结构示意图；

图2为本发明系统的主视结构示意图；

图3为本发明系统的差模响应仿真图；

图4为本发明系统的共模响应仿真图；

图5为本发明系统的三对平衡式输出端口的差模相位差仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1、图2所示，一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，包括介质基片2，介质基片2底面设有金属地1，介质基片2正面设有三个尺寸相同的金属化直角三角形3和位于中央的金属化矩形12。三个金属化直角三角形3均通过一角与金属化矩形12相连，在远离金属化矩形12的直角短边上设有连接金属化直角三角形3和金属地1的金属化过孔4。金属化矩形12连接有单个金属条带5，每个金属化直角三角形3的直角长边上分别连接有一对金属条带6和7，8和9，10和11。其中，金属地1、介质基片2、三个金属化直角三角形3和金属化过孔4构成三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器，三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器成T字型分布，且尺寸相同。金属地1、介质基片2及单个金属条带5构成单端微带输入馈线。金属地1、介质基片2及三对金属条带对6～11构成三对平衡式微带输出馈线，作为三对平衡式端口A，B和C。

信号从单端微带输入馈线输入到三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器，再由三对平衡式微带输出馈线输出。每对平衡式微带输出馈线的两条金属条带的间距为中心频率的半个导波波长，使得三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器中的

和

模工作在差模，三十二分之一模基片集成波导多模谐振器中的

和

模工作在共模。由于

和

模的工作频率分别在

和

模工作频率的两侧，因此当信号从单端微带输入馈线输入后，各平衡式端口获得差模通带，并在差模通带频率范围内具备共模抑制，同时在差模通带的两侧分别形成一个差模传输零点。同时，由于谐振器相同且均匀分布，因此三路输出等幅同相。相比现有的单端-平衡式微波功率分配系统，本系统同时具备一分三路功率分配、滤波及单端-平衡式转换功能，并且还具有损耗低、结构简单的优点。

本实施例中，一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统的物理尺寸为104mm×53.5mm,对应的电尺寸为1.2λ₀×0.62λ₀，λ₀为中心频率处的自由波波长。本实施例采用RO4003C基板，其介电常数为3.38，损耗角为0.0027，厚度为0.813mm。该设计的差模频率响应如图3所示，可见其中心频率为3.5GHz，15-dB匹配带宽为35％，插入损耗仅为0.09dB,通带内的隔离在10dB以上。该设计的共模频率响应如图4所示，15dB以上的共模抑制带宽为52％，能很好的覆盖差模通带，从而有效地保证了差模通带范围内对共模噪声的抑制。该设计的三对平衡式输出端口之间的差模相位差如图5所示，其相位不平衡为0°±5°,所对应的频率区间为2.5～4.5GHz。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，其特征在于，包括介质基片(2)，所述介质基片(2)底面设有金属地(1)，所述介质基片(2)正面设有三个金属化直角三角形(3)和位于中央的金属化矩形(12)，所述三个金属化直角三角形(3)均与所述金属化矩形(12)相连，还包括连接三个金属化直角三角形(3)和金属地(1)的金属化过孔(4)；所述金属化矩形(12)连接有单个金属条带(5)，每个金属化直角三角形(3)上分别连接有一对金属条带(6～11)；其中，所述金属地(1)、介质基片(2)、三个金属化直角三角形(3)和金属化过孔(4)构成三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器，所述金属地(1)、介质基片(2)及单个金属条带(5)构成单端微带输入馈线，所述金属地(1)、介质基片(2)及三对金属条带对(6～11)构成三对平衡式微带输出馈线；

其中，所述三个金属化直角三角形(3)的形状相同，且三个金属化直角三角形(3)的顶角分别与所述金属化矩形(12)的三条矩形边相连，所述顶角为金属化直角三角形中较长的直角边相邻的非直角，金属化矩形(12)的另外一条矩形边连接所述单个金属条带(5)，每个金属化直角三角形(3)的较长直角边上分别连接一对金属条带；

每对所述平衡式微带输出馈线的两条金属条带的间距为中心频率的半个导波波长。

2.根据权利要求1所述的一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，其特征在于，通过设置所述三对平衡式微带输出馈线的位置和间距，使得所述三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器中的

和

模工作在差模，所述三十二分之一模基片集成波导多模谐振器中的

和

模工作在共模。

3.根据权利要求1所述的一分三路单端-平衡式微波滤波功率分配系统，其特征在于，所述三个三十二分之一模基片集成波导多模谐振器成T字型分布，且尺寸相同。

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