【摘 要】
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随着通信技术的发展,信息传输速率不断提升,使电路间的电磁干扰十分严重。平衡式电路因其对环境噪声和电磁干扰具有较强免疫而得到迅速发展,其中有源平衡式电路通过集成在芯片中逐渐发展完善,而无线通信设备中的无源器件大多仍延用不平衡式端口。这就需要连接平衡电路和不平衡电路的器件。此外,现代微波器件要求具备多功能、高集成的特征。因此,本文对集成了滤波、功分和巴伦功能的平衡–不平衡滤波功分器进行了研究。具体完成
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费项目(3132020206):平衡/不平衡功分器的任意功分比及双频技术研究;
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随着通信技术的发展,信息传输速率不断提升,使电路间的电磁干扰十分严重。平衡式电路因其对环境噪声和电磁干扰具有较强免疫而得到迅速发展,其中有源平衡式电路通过集成在芯片中逐渐发展完善,而无线通信设备中的无源器件大多仍延用不平衡式端口。这就需要连接平衡电路和不平衡电路的器件。此外,现代微波器件要求具备多功能、高集成的特征。因此,本文对集成了滤波、功分和巴伦功能的平衡–不平衡滤波功分器进行了研究。具体完成的创新工作有:(1)设计了一种小型化平衡–不平衡滤波功分器。通过加载电容,实现短路枝节谐振器和λ/4导纳倒置变换器的小型化,并利用短路耦合线自带180°相位补偿的特性实现相位转换和共模抑制。基于奇偶模分析方法和滤波器理论,推导了设计公式。为验证设计公式的有效性,设计了一款中心频率为1 GHz、相对带宽为40%的小型化平衡–不平衡滤波功分器,尺寸仅为传统滤波功分器(利用λ/4传输线设计的滤波功分器)的三分之一。测量结果表明,在0.82~1.22 GHz频段内,差模回波损耗大于15 d B,不平衡端回波损耗大于10 d B,实现了平衡端和不平衡端的宽带阻抗匹配;不平衡端隔离度为35d B;衰减大于20 d B的上阻带为1.41~3.57 GHz;在通带内,功率分配幅度差波动小于0.17 d B,相位差波动小于0.55°;共模抑制大于20 d B的频带为0~3.7 GHz。实现了宽带共模抑制、等功率分配和滤波同相输出。(2)设计了一种平衡–不平衡宽带同相滤波功分器。通过在不平衡端口和隔离电阻之间插入阶跃阻抗线,不仅实现了不平衡端口之间的良好隔离,而且还在通带两侧产生了传输零点,提高了滤波性能。基于改进的奇偶模分析方法,将三端口不等功分电路分解为两个二端口电路,并利用滤波器理论推导了设计公式。设计了等功分和功分比为1:2的两款中心频率为1.5 GHz、相对带宽为60%的宽带平衡–不平衡同相滤波功分器。测量结果表明,在1.05~1.95 GHz频段内,两款平衡–不平衡功分器的差模回波损耗都大于15 d B,不平衡端回波损耗大于10 d B,不平衡端隔离度大于14 d B,功率分配幅度差波动小于0.5 d B,相位差波动小于3°;共模抑制大于20 d B的频带为0~2.6 GHz。实现了宽带平坦的等功率和不等功率分配、宽带共模抑制和滤波同相输出。(3)设计了一种平衡–不平衡宽带反相滤波功分器。通过采用微带–槽线转换结构实现了共模抑制,推导了功分比平坦的反相不等功分器设计公式。设计了一款功分比为1:2、中心频率为3 GHz、相对带宽为60%的平衡–不平衡反相滤波功分器。测量结果表明,在2.1~3.9 GHz频段内,差模回波损耗大于15 d B,不平衡端回波损耗大于10 d B,不平衡端隔离度大于14 d B,功率分配幅度差波动小于0.3 d B,相位差波动小于3.2°;共模抑制大于30 d B的频带为0~5.9 GHz。实现了宽带平坦的不等功率分配、高性能共模抑制和滤波反相输出。
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