一种可灵活控制全频带隔离的带状线双频带功率分配器综合理论

【作者】 杨先旺； 任宝平； 谢泰洋； 王小龙； 祝雷； 卢革宇；

【机构】 吉林大学电子科学与工程学院未来科学国际合作联合实验室集成光电子全国重点实验室吉林大学实验区； 华东交通大学信息与软件工程学院； 澳门大学科技学院；

【摘要】 随着5G、6G等通信技术的发展,对于频谱资源的高效利用和信号处理的要求越来越高。双频带滤波功率分配器(Dual-band filtering power divider, DB FPD)可在不同频段间实现信号的高效分配与滤波,有助于构建多频段、大容量的通信系统,满足高速数据传输和低延迟通信的需求,提升频谱利用率和系统容量,是微波领域重要的无源器件。滤波性能和隔离性能的进一步提升是DB FPD电路性能的关键。本文提出并成功设计了一种在全频段都具有良好隔离度的双频带滤波功率分配器[1]。基于前人提出的DB滤波器拓扑结构,设计了一个带内等波纹、带外6个传输零点(Transactions zeros, TZs)的DB滤波阻抗变换器(Filtering impedance transformer,FIT),并将其应用于所提出的DB FPD。此外,我们设计了四种类型的隔离网络(Isolation network, INW),以实现S21和S32的具有相同TZs;进一步建立并给出了四种INW的闭式设计方程,并给出各种情况下所有的电阻值和特征阻抗计算方法,仿真结果证明四种类型均可在全频段实现良好的隔离效果。与以往的工作相比,本文所提出的DB FPD综合理论有如下优势:(1)通过该方法可以实现S21和S32具有相同的阻带并具有良好的阻带隔离特性;(2)避免了整体分析,仅使用不同的INW部分来推导通带中S32额外的TZs的设计方程,进而可以通过改变TZs来控制隔离度;(3)提出了四种不同类型的INW,总结了设计方程,保证在全频段实现了良好的隔离性能;(4)DB FPD每个通道内都包含四个反射零点(RZs),利用6个TZs来改善频率选择性能并提高带外抑制。为验证所提出的设计理论,以通带中心频率分别为2.4 GHz和5.0 GHz制作了一个设计实例。测试结果显示两个通带内部的-15dB带宽频率范围分别为2.24-2.55 GHz和4.83–5.15 GHz;分数带宽分别为8.4%和8.6%。S21在2.4 GHz和5.0GHz频率下的插入损耗分别为0.40 dB和1.05 dB。测得的S32始终低于-20.4 dB。电磁仿真结果与实测结果吻合较好,最终验证了设计理论的正确性。更多还原