[发明专利]一种带滤波功能的小型化混合环

说明书

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种带滤波功能的小型化混合环。

背景技术

随着无线通信的迅猛发展，无线设备的复杂度及其对便携性的要求不断提升，这对无线通信设备的小型化提出了更高要求。射频/微波前端电路是无线系统设备和终端的重要组成部分，除了包括有源器件（如放大器、混频器等）外，混合环等无源器件也是其重要组件。有源器件的小型化技术已经很成熟，而无源器件仍然面临小型化的关键技术难题。

混合环广泛应用在现代微波电路系统中，例如混频器、功率放大器和天线馈电结构等。传统的混合环由3段四分之一波长传输线和1段四分之三波长传输线构成，体积大且存在高次谐波。

针对小型化问题，国内外学者采用的设计方法主要有：1）用结构紧凑的元件来取代四分之一波长传输线或四分之三波长传输线；2）其他小型化方法，例如采用微波C元件、折叠线、缺陷地结构、阶跃阻抗结构、T型等效结构、耦合线、改良后的T等效电路模型等。

针对谐波抑制，主要采用以下方法：1）缺陷地结构和阶跃阻抗的引入，不但实现了混合环的小型化，而且抑制了谐波；2）平行线耦合结构，以实现小型化和谐波抑制；3）用两组并联准集中绕线电感器和叉指电容，产生两个传输零点，从而抑制高次谐波：4）采用高阻抗传输线和叉指电容来抑制二次谐波。

在射频前端电路中，混合环和带通滤波器经常共存于一个系统中，常规设计方法是把两个器件都是独立设计后级联为一体，整体电路体积没有显著降低。为进一步减小整体电路体积，国内外学者提出了以下设计方案：1）用四TE01模介质谐振器来集成二者；2）基于微带网状滤波器的高阻带隔离的混合环；3）基于四分之一波长和半波长微带谐振器的结构紧凑的180度滤波电桥；4）基于支节线加载阶跃阻抗谐振器的双通带混合环；5）基于LTCC的小型化带通混合环。

发明内容

本发明的目的在于采用四个具有带通响应特性的滤波±K变换器来取代传统混合环中的四分之一波长传输线或四分之三波长传输线，提供一种带滤波功能的小型化混合环。

本发明采用如下技术方案：

一种带滤波功能的小型化混合环，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，所述上层微带结构包括第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第一滤波K变换器、第二滤波K变换器、第三滤波K变换器及滤波-K变换器，其中第一滤波K变换器连接在第一端口及第二端口之间，第二滤波K变换器连接在第一端口及第三端口之间，第三滤波K变换器连接在第三端口及第四端口之间，滤波-K变换器连接在第二端口及第四端口之间。

所述第一、第二、第三滤波K变换器结构相同，均由2根两端加载了电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成L型，由电容C_E串联构成非对称结构即Ⅱ型耦合结构。

所述滤波-K变换器也由2根两端加载电容C的短路传输线构成，且2根短路传输线折叠成U型，由电容C_E并联构成对称结构即Ⅰ型耦合结构。

所述构成滤波K变换器和滤波-K变换器的短路传输线的参数相同，长度为36.1mm，宽度为0.3mm。

所述中间介质基板的相对介电常数为3.38，厚度为0.81mm。

本发明的有益效果：

本发明体积小、谐波抑制性能良好、具有宽频阻带特性和良好的隔离度。

附图说明

图1是本发明一种集成了滤波功能的小型化混合环的原理框图；

图2（a）是本发明滤波-K变换器（I型耦合结构）的等效电路，图2（b）是本发明滤波K变换器（Ⅱ型耦合结构）的等效电路。

图3是本发明I型耦合结构的仿真结果；

图4是本发明II型耦合结构的仿真结果；

图5（a）是第一端口到第四端口的双通道结构；

图5（b）是本发明第一端口激励时的等效电路；

图6是本发明第四端口激励时的等效电路；

图7是本发明一种带滤波功能的小型化混合环电路结构图；

图8是本发明实施例1中第一端口激励时，第一端口和第四端口间隔离度的仿真和实测值比较图；

图9（a）是第一端口激励时，同相工作时的S₁₁、S₂₁和S₃₁的仿真和实测结果对比图；

图9（b）是第一端口激励时，同相工作时的通带内S₂₁和S₃₁的仿真和实测结果细节对比图；