[发明专利]一种基于介质谐振器的多端口滤波功分器及其构建方法

说明书

本发明公开了一种基于介质谐振器的多端口滤波功分器及其构建方法，方法包括：根据所需的滤波性能指标，选定滤波阶数，求解低通滤波器原型，并计算滤波器输入端和输出端的外部品质因数以及相邻谐振器之间的耦合系数；根据所需的输出端的数量和功分比，将单端滤波器的一个输出端分解为多个输出端，并计算各个输出端的外部品质因数Q_eLi；根据输入端的外部品质因数Q_eS调整输入端的馈线维度，根据各输出端的外部品质因数Q_eLi分别调整各个输出端的馈线维度，根据耦合系数调整谐振腔之间的耦合窗的宽度，从而实现滤波功分两大功能的集成设计。本发明通过分解滤波器输出端并调节各输出端外部品质因数，可以方便地构建多端口滤波功分器，从而满足不同的应用需求。

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于介质谐振器的多端口滤波功分器。

背景技术

阵列天线在未来通信系统的设计中受到广泛关注。作为馈电网络中必不可少的组件，具有相等和不等功分比的多端口功分器被大量研究。所用技术手段包括：微带线、基片集成波导、金属波导等。同时，这些多端口功分器又可以被分为多种结构，例如：树形、放射形、多边形和环形。

另一方面，近年来学术界对于滤波功分器的融合设计思想表现出了极大的研究热情。对比传统的级联设计方法，融合设计方法可以有效减小电路的整体尺寸和损耗。因此，在过去几年里，出现了不少有关滤波功分器的研究报道。其中的绝大多数是基于威尔金森设计理论的两路滤波功分器。为了迎合未来无线通信系统对于多路信息处理的需求，近几年还出现了一些4路滤波功分器的研究。但它们只能实现等功率分配，且均使用威尔金森设计方法。在奇偶模分析法中，耦合线的阻抗值对于端口的阻抗匹配和耦合强度均有较大影响。对于多端口功分器而言，上述方法受到多方面因素的限制，因此设计过程较为复杂。特别是在设计不等功分比的多端口功分器时，这种弊端非常明显。对于那些由集总原件或微带线构成的谐振电路，由于其无载品质因数(Q_u)较低，导致其通带选择性较差且带内损耗较大，因而限制了其在窄带系统中的应用。

介质谐振器的无载品质因数和体积通常介于平面传输线和波导谐振器之间，已经被广泛应用于设计单端和差分滤波电路中。然而，经调查发现，基于介质谐振器的可实现任意分配比的滤波功分器至今未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于介质谐振器的多端口滤波功分器及其构建方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于介质谐振器的多端口滤波功分器的构建方法，包括：

根据所需的滤波性能指标，选定滤波阶数n，求解低通滤波器原型，并计算滤波器输入端和输出端的外部品质因数以及相邻谐振器之间的耦合系数；

根据滤波功分器所需的输出端的数量和功分比，将滤波器的一个输出端分解为滤波功分器的多个输出端，并计算滤波功分器各个输出端的外部品质因数Q_eLi；

根据滤波器输入端的外部品质因数Q_eS调整滤波功分器输入端的馈线维度，根据滤波功分器各输出端的外部品质因数Q_eLi分别调整各个输出端的馈线维度，根据耦合系数调整谐振腔之间的耦合窗的宽度。

在本发明所述的基于介质谐振器的多端口滤波功分器的构建方法中，所述的计算滤波器输入端和输出端的外部品质因数以及相邻谐振器之间的耦合系数包括：

根据通带波动确定对应的低通原型的集总参数g_p，其中，0≤p≤n+1，n表示滤波器的阶数；

根据波纹相对带宽FBW和集总参数g₀、g₁计算滤波器输入端的外部品质因数Q_eS，根据波纹相对带宽FBW和集总参数g_n、g_n+1计算滤波器输出端的外部品质因数