CN101312355B - Dcs/wcdma双频合路器及通用双频合路器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种DCS/WCDMA双频合路器，其一方面选用分布参数式电容代替传统所应用的电容，另一方面将合路器中的直流通路和射频通路在物理上相分离，并在物理上巧妙地共容了包括电容在内的各个部件。进而，依据相同原理，本发明进而公开一种适用于较大范围的双频合路器，其延用了所述DCS/WCDMA双频合路器关于分布参数式电容的应用精神。本发明由于对合路器的整体结构进行了重新布局，带来了体积小，插损小、功率容量大、通道间隔离度高等优点。

Description

DCS/WCDMA双频合路器及通用双频合路器
技术领域
本发明涉及一种用于DCS和WCDMA系统之间进行合路的处理设备，尤其涉及DCS/WCDMA双频合路器。
背景技术
随着移动通信的迅速发展，多系统共站址、共天馈资源的应用方式得到越来越多的运营商青睐。通过这些方式可以达致共享资源，降低系统设备成本的效果。在DCS/WCDMA共天馈系统中，双频合路器是必不可少的微波器件，其主要作用是对不同系统的信号进行分合路，以达到节省馈电电缆，简化系统和降低成本的目的。另外，基站塔上设备的供电是通过射频电缆实现的，所以，与馈电电缆串接的合路器还要具有通直流电的功能。
参照图1所示的原理图，合路器是三端口微波器件，包括两条直流馈电通路和两条射频信号通路，其中：直流馈电通路由集总参数低通滤波器、开关和放电管等防雷器件组成，低通滤波器用于抑制高频射频信号，以让一定频率(如3MHz)的控制信号顺利通过，开关用于选择是否需要直流电通过；射频信号通路由电容和带通滤波器组成，两条射频信号通路中的带通滤波器的通带范围适应所合路的两路信号的频率范围设置。工作时，从公共端口Port1输入的信号根据频率范围分路到端口Port2或端口Port3，相反，也可将从端口Port2和Port3输入的信号经端口Port1合路输出。
DCS/WCDMA共天馈系统的射频信号频率范围是1710MHz-1880MHz和1920MHz-2170MHz，要实现如此超宽度的工作频带，并且具有通直流电功能，目前的大部分合路器产品采用介质基片用微带电路的形式实现。这种结构形式的产品的缺点是体积大，功率容量小。而且，无源互调指标大大取决于介质基片材料的特性，在批量生产中难以控制。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种DCS/WCDMA双频合路器，使其小型化，并且达到插损小、功率容量大且直流馈电通路和射频信号通路之间隔离度高等功效。
本发明的第二目的在于提供一种更通用的双频合路器，以扩展本发明的适用场合，应用于如2G/3G共天馈系统之中。
为解决本发明的技术问题，本发明第一目的采用如下技术方案实现：
本发明的DCS/WCDMA双频合路器，用于完成相异频段信号的合路处理，包括合路端口、第一端口和第二端口，第一/第二端口分别经射频通路和直流通路后共同接入合路端口，所述每个射频通路包括带通滤波器及串联在带通滤波器两侧的电容，其中两个带通滤波器共用同一电容耦合到合路端口；所述每个直流通路包括电性连接的低通滤波器和放电管，并且，两个直流通路共用低通滤波器与合路端口电性连接；
该合路器还包括箱体，箱体包括本体、电路板和盖体，两个带通滤波器设置于本体中并被金属板相分隔，本体外侧固设所述各个端口，各电容置于两个带通滤波器内；本体顶部还设置有若干支撑件，支撑件上装设所述低通滤波器，所述放电管及开关则固定在该电路板上；所述盖体与本体锁固。
所述各电容均为分布参数式电容。
所述各电容均包括内导体、绝缘体和套筒，绝缘体套设在内导体外围，套筒则套设在绝缘体外围，所述套筒用于与邻接的带通滤波器电性连接；所述内导体用于与邻接的直流通路电性连接，并进而连接至其所邻接的各端口。
所述绝缘体为聚四氟乙烯薄膜。
所述带通滤波器均包括若干谐振柱，相邻两个谐振柱之间设有用于加强耦合效果的脊柱。
所述电路板对应两个带通滤波器设置有穿越电路板深入带通滤波器的若干调谐螺杆，用于调节谐振频率和耦合量。
所述两个带通滤波器中，第一带通滤波器采用开窗方式实现感性耦合；第二带通滤波器采用飞杆方式实现容性耦合。
所述第一和第二带通滤波器靠近合路端口处共用一个谐振柱。
第一端口与合路端口之间的带通滤波器的谐振柱个数为7个；第二端口与合路端口之间的带通滤波器的谐振柱个数为8个。
所述直流通路还包括开关，直流通路中的印刷线路设有若干处间断，间断处设置凹槽，凹槽可选地设置金属磁珠以实现开关作用。
所述支撑件上表面与电路板底面之间留有不小于0.2毫米的间隙。
所述盖体开设有通孔，该通孔覆盖有戈尔透气膜。
所述盖体的通孔上设置有防护板。
本发明的第二目的通过如下技术方案实现：
本发明所述的双频合路器，用于完成DCS和WCDMA信号的合路处理，包括合路端口、第一端口和第二端口，其中：
第一端口分别经第一射频通路和第一直流通路后共同接入合路端口；
第二端口分别经第二射频通路和第二直流通路后共同接入合路端口；
所述每个射频通路包括带通滤波器及串联在带通滤波器两侧的电容，其中两个带通滤波器共用同一电容耦合到合路端口；
所述每个直流通路包括电性连接的低通滤波器和放电管，并且，两个直流通路共用低通滤波器与合路端口电性连接；
所述电容为分布参数式电容。
所述各电容均包括内导体、绝缘体和套筒，绝缘体套设在内导体外围，套筒则套设在绝缘体外围，所述套筒用于与邻接的带通滤波器电性连接；所述内导体用于与邻接的直流通路电性连接，并进而连接至其所邻接的各端口。
所述绝缘体为聚四氟乙烯薄膜。
所述带通滤波器均包括若干谐振柱，相邻两个谐振柱之间设有用于加强耦合效果的脊柱。
所述电路板对应两个带通滤波器设置有穿越电路板深入带通滤波器的若干调谐螺杆，用于调节谐振频率和耦合量。
所述两个带通滤波器中，第一带通滤波器采用开窗方式实现感性耦合；第二带通滤波器采用飞杆方式实现容性耦合。
所述第一和第二带通滤波器靠近合路端口处共用一个谐振柱。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明用带通滤波器实现的双频合路器，利用独特的方式，实现直流通路和射频信号通路间的相互隔离。分布参数式电容的应用，使应用本发明的产品能大大缩小体积，而且，本发明对整体结构进行了布局，通过结构的改进还带来了插损小、功率容量大、通道间隔离度高等优点。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明产品的组合结构立体图；
图3是图2中A部分的放大图；
图4为本发明本体部分的顶面视图；
图5是图2中电路板的直流电通路印刷电路示意图。
具体实施方式
本发明DCS/WCDMA双频合路器主要用于对2G和3G信号进行合路，具体请参阅图2所示的实物产品。
图2中，合路器整体为一箱体，由本体6、电路板2和盖体4共同组成。
本体6的右侧边设置第一端口Port2和第二端口Port3，分别用于接收1710-1880MHz和1920-2170MHz的射频信号，本体6左侧边则设置合路端口Port1，合路端口Port1可输出由第一和第二端口(Port2和Port3)合成后的射频信号，或可输入信号分路到第一或第二端口(Port2和Port3)。
本体6上集成了两个射频通路，即用于传输DCS信号的第一射频通路和用于传输WCDMA信号的第二射频通路，第一射频通路由第一端口Port2、第一电容68’(参阅图4)，第一带通滤波器610、第三电容68、合路端口Port1依次电性连接组成；第二射频通路则由第二端口Port3、第二电容68”(参阅图4)，第二带通滤波器620、第三电容68、合路端口Port1依次电性连接组成。
可见，每个射频通路均独立包括一个带通滤波器(610或620)，并且还共同包括所述第三电容68。
每个带通滤波器610和620均采用同轴谐振腔的方式构成，包括若干谐振柱611，621，如图2和图4所示，本体6中部形成的空腔被一异形的金属板63一分为二，对应第一射频通路为第一带通滤波器610，对应第二射频通路则为第二带通滤波器620。金属板63的分隔使第一和第二射频通路具有更高的隔离度。第一带通滤波器610中，顺次设置有7个谐振柱611，其中，邻近第一端口Port2的谐振柱611通过导线与第一电容68’进而与第一端口Port2电性连接；第二带通滤波器620顺次设置8个谐振柱621，其邻近第二端口Port3的谐振柱621通过导线与第二电容68”进而与第二端口Port3电性连接。邻近合路端口Port1处的一个谐振柱6012是属于第一和第二带通滤波器610和620共用的，即实际上两个滤波器的谐振柱总量为14个，该共用的谐振柱6012可使两个带通滤波器610和620的信号以电磁谐振的方式通过导线671共同传输至合路端口Port1。
图2和图4可见，所述两个带通滤波器610和620之间的金属板63并未完全隔断两个带通滤波器610，620的联系。
为保证WCDMA射频通道的隔离度，所对应的第一带通滤波器610用开窗的方式添加了两个感性耦合，在通带右端和WCDMA通带内共产生两个抑制极点。
为保证DCS射频通道的隔离度，所对应的第二带通滤波器620用飞杆628的方式添加了两个容性耦合，在通带左端和DCS通带内共产生两个抑制极点。
请参阅图2、图3和图4，所述第一、第二以及第三电容68’，68”，68，其结构均同第三电容68，第三电容68具体包括内导体683、绝缘体682和套筒681，绝缘体682套设在内导体683外围，套筒681则套设在绝缘体682外围，绝缘体682用介质薄膜实现，介质薄膜采用聚四氟乙烯。所述套筒681与所述第一和第二带通滤波器610和620的共用谐振柱6012电性连接，所述内导体683则直接连接至合路端口Port1。如此，套筒681与内导体683之间可由绝缘体682绝缘，形成分布参数式电容，对于两个射频通路而言，射频信号通过内导体683与套筒681间的耦合实现信号的传输；对于两个直流通路而言，直接连接到内导体683，而直流电流不能通过套筒681，这样就实现了射频通路隔断直流电流的作用。
如前所述，第一和第二电容68’，68”采用如第三电容68相同的结构，但第一电容68’的套筒仅与第一带通滤波器610的与第一电容68’相邻近的第一根谐振柱611相连接，第二电容68”的套筒则与第二带通滤波器620的与第二电容68”相邻近的第一根谐振柱621相连接。
所述各电容的内导体自各端口Port1，Port2，Port3引出，因此，自然与各端口电性连接。
请再参阅图2，所述电路板2上固定有一印刷电路，印刷的电路如图5所示，主要分居于电路板2两侧，关于双频合路器的直流通路已为公知技术，在此仅就本发明的主要改进叙述如下：
结合图1、图2和图5，电路板2上集成了两个直流通路，即第一直流通路和第二直流通路，直流通路主要由低通滤波器201，202，203、开关、防雷器件205等组成。第一/第二直流通路自第一/第二端口Port2/Port3接出信号后，通过第一/第二低通滤波器202/203进行滤波后，进行合成，并输出至第三低通滤波器201，再输出至合路端口Port1。低通滤波器201，202，203的作用主要用于抑制高频信号而让低于3MHz的控制信号通过。此外，可以依据需要在两个直流通路中设置开关，用于选择是否需要直流电通过；还可以设置放电管之类的防雷器件205。
图5的印刷电路图中示出了3个低通滤波器201，202，203的接入点281，282，283，而所述3个低通滤波器201，202，203均独立设置在3个支撑件上。如图2中所示，靠近各个端口Port1，Port2，Port3，在两个带通滤波器610，620的上缘，分别设置所述3个支撑件641，642，643(参阅图4)，每个支撑件上均设置有所述低通滤波器201，202，203。
所述低通滤波器201，202，203一端接与其相邻近的端口Port1，Port2，Port3的电容，具体而言，第三低通滤波器201的该端与第三电容68的内导体683电性连接，第一低通滤波器202的该端与第一电容68’的内导体电性连接，第二低通滤波器203的该端则与第二电容68”的内导体电性连接。低通滤波器201，202，203的另一端则预留有与图5所示印刷电路图中接入点281，282，283相接触的触点26，而电路板2上设有对应3个触点26的3个开孔，如此，电路板2的3个开孔套入3个触点26，便可实现电路板2与本体6的固设，此时，图5所示印刷电路的3个接入点281，282，283刚好与3个支撑件上的3个低通滤波器201，202，203的触点26接合，也使低通滤波器201，202，203成功接入所属的直流通路，电路板与支撑件上表面预留不小于0.2毫米的间隙，可保证射频信号的良好电性能。
所述开关采用焊接到电路上的金属磁珠204实现，用于抑制高频信号，磁珠所对应处的印刷电路是间断的，在此次还可以设置配合磁珠球面的凹槽，去掉磁珠204即可断开前后的连接，置入磁珠204则可恢复电路。
如图2所示，所述第三低通滤波器201是通过导线272与所述第三电容68的内导体683连接后与合路端口Port1实现电性连接的，第二、第三低通滤波器202，203也同理。如此便巧妙实现了直流通路与射频通路共同接入合路端口Port1的技术问题。
再如图2所示，电路板2两侧对应本体6的两个带通滤波器610和620还设置了29个调谐螺杆69。调谐螺杆69穿过所述电路板2，当电路板2与本体6固设时可深入两个带通滤波器610，620的内部，主要用于调节两个带通滤波器610和620的谐振子的谐振频率和耦合量。
为了实现谐振柱611之间的强耦合，两个带通滤波器610和620中相邻两个谐振柱611之间还设有脊柱，各脊柱的高度不等，可视实际情况进行调节。谐振柱与电路板2间留有适当间隙，以不小于1.5毫米为宜，以满足功率容量的需求。
请再参阅图2，该图还示出了所述盖体4，该盖体4用于与本体6相盖合，对内部零件进行保护，其周边可加盖胶圈，以便增强其防水性能，保护内部电路。在该电路板2表面还设有通孔，并在该通孔上设置戈尔透气膜40，用于保持本体6内外的压力平衡，此外，还在该通孔上设置防水板41以保护戈尔透气膜40。
此外，所述两个带通滤波器610，620内表面镀银，可以大大减小了射频信号在传输过程中的衰减，使通带内信号的插入损耗小于0.3dB。
本发明的设计并不局限于DCS/WCDMA共天馈系统，还可以适应于诸如2G/3G共天馈系统，其要点在于采用如上述实施例所涉及的分布参数式电容，关于箱体的具体形状及具体布局，可依本发明的精神做适当的改变，因此本发明也适用于通用双频合路器，适应于多种共天馈系统。
综上所述，本发明克服了现有技术的不足，经过对合路器的电性结构及物理结构进行了整体有机调整后，带来了如下积极效果：
体积小：本发明的合路器大小可缩小至218mm*145.5mm*51mm。套筒式耦合结构充分利用了合路端口Port1中内导体穿过本体内壁的空间，既实现了射频信号的耦合，又不占用额外空间。在直流馈电通路和射频信号通路添加集总参数低通滤波器，既保证了直流馈电通路和射频信号通路间的隔离，又使电路板的PCB电路板的尺寸大大减小。
隔离度高：由于每个射频通路是封闭的波导腔体结构，这样大大提高了通道间的隔离度。第一端口Port2对1710-1880MHz频段的射频信号的隔离度、第二端口Port3对1920-2170MHz频段的射频信号的隔离度均大于50dB，
功率容量大：同轴腔体内的谐振柱与同轴腔体壁间留有足够的间隙，提高了器件射频信号功率承受能力，每端口承受的平均功率高达250瓦。

Claims (20)

1.一种DCS/WCDMA双频合路器，用于完成相异频段信号的合路处理，包括合路端口、第一端口和第二端口，第一/第二端口分别经射频通路和直流通路后共同接入合路端口，所述每个射频通路包括带通滤波器及串联在带通滤波器两侧的电容，其中两个带通滤波器共用同一电容耦合到合路端口；所述每个直流通路包括电性连接的低通滤波器和放电管，并且，两个直流通路共用低通滤波器与合路端口电性连接；
其特征在于：
该合路器还包括箱体，箱体包括本体、电路板和盖体，两个带通滤波器设置于本体中并被金属板相分隔，本体外侧固设所述各个端口，各电容置于两个带通滤波器内；本体顶部还设置有若干支撑件，支撑件上装设所述低通滤波器，所述放电管则固定在该电路板上；所述盖体与本体锁固。
2.根据权利要求1所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述各电容均为分布参数式电容。
3.根据权利要求2所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述各电容均包括内导体、绝缘体和套筒，绝缘体套设在内导体外围，套筒则套设在绝缘体外围，所述套筒用于与邻接的带通滤波器电性连接；所述内导体用于与邻接的直流通路电性连接，并进而连接至其所邻接的各端口。
4.根据权利要求3所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述绝缘体为聚四氟乙烯薄膜。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述带通滤波器均包括若干谐振柱，相邻两个谐振柱之间设有用于加强耦合效果的脊柱。
6.根据权利要求5所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述电路板对应两个带通滤波器设置有穿越电路板深入带通滤波器的若干调谐螺杆，用于调节谐振频率和耦合量。
7.根据权利要求6所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述两个带通滤波器中，第一带通滤波器采用开窗方式实现感性耦合；第二带通滤波器采用飞杆方式实现容性耦合。
8.根据权利要求7所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述第一和第二带通滤波器靠近合路端口处共用一个谐振柱。
9.根据权利要求8所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：第一端口与合路端口之间的带通滤波器的谐振柱个数为7个；第二端口与合路端口之间的带通滤波器的谐振柱个数为8个。
10.根据权利要求9所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述直流通路中的印刷线路设有若干处间断，间断处设置凹槽，凹槽设置、不设置金属磁珠以实现开、关作用。
11.根据权利要求10中所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述支撑件上表面与电路板底面之间留有不小于0.2毫米的间隙。
12.根据权利要求11所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述盖体开设有通孔，该通孔覆盖有戈尔透气膜。
13.根据权利要求12所述的DCS/WCDMA双频合路器，其特征在于：所述盖体的通孔上设置有防护板。
14.一种通用双频合路器，用于完成相异频段信号的合路处理，包括合路端口、第一端口和第二端口，其特征在于：第一/第二端口分别经射频通路和直流通路后共同接入合路端口，所述每个射频通路包括带通滤波器及串联在带通滤波器两侧的电容，其中两个带通滤波器共用同一电容耦合到合路端口；所述每个直流通路包括电性连接的低通滤波器和放电管，并且，两个直流通路共用低通滤波器与合路端口电性连接；所述各电容均为分布参数式电容。
15.根据权利要求14所述的通用双频合路器，其特征在于：所述各电容均包括内导体、绝缘体和套筒，绝缘体套设在内导体外围，套筒则套设在绝缘体外围，所述套筒用于与邻接的带通滤波器电性连接；所述内导体用于与邻接的直流通路电性连接，并进而连接至其所邻接的各端口。
16.根据权利要求15所述的通用双频合路器，其特征在于：所述绝缘体为聚四氟乙烯薄膜。
17.根据权利要求14至16中任意一项所述的通用双频合路器，其特征在于：所述带通滤波器均包括若干谐振柱，相邻两个谐振柱之间设有用于加强耦合效果的脊柱。
18.根据权利要求17所述的通用双频合路器，其特征在于：其包括电路板，所述电路板对应两个带通滤波器设置有穿越电路板深入带通滤波器的若干调谐螺杆，用于调节谐振频率和耦合量。
19.根据权利要求18所述的通用双频合路器，其特征在于：所述两个带通滤波器中，第一带通滤波器采用开窗方式实现感性耦合；第二带通滤波器采用飞杆方式实现容性耦合。
20.根据权利要求19所述的通用双频合路器，其特征在于：所述第一和第二带通滤波器靠近合路端口处共用一个谐振柱。
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