CN101621146B

CN101621146B - L波段微型双工器

Info

Publication number: CN101621146B
Application number: CN200910184021.2A
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 周文衎; 叶仲华; 李宝山; 王飞; 宋志东; 王超宇; 肖圣磊; 郭玉红; 姚友芳; 张�杰; 符光强
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-08-11
Also published as: CN101621146A

Abstract

本发明涉及一种L波段微型双工器，包括输入端口、输出端口、低通输入电感、低通级联电感、输出电感、高通零点电感、低通接地电容、低通零点电容、高通级联电容、高通接地电容、屏蔽接地层；各元件均采用低温共烧陶瓷工艺实现，采用三维立体集成、多层折叠结构和空间耦合的带状线设计，外表面金属屏蔽实现接地和封装，本发明体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、相位频率特性线性变化、温度稳定性好，适用于机载、弹载、宇宙飞船、单兵移动通信终端等无线通信终端中。

Description

L波段微型双工器

技术领域

本发明涉及一种双工器，特别涉及一种L波段微型双工器。

背景技术

在微波毫米波通信、雷达等系统中，尤其是移动手持式无线通信终端和单兵卫星移动通信终端及军用与民用多模和多路通信系统终端、机载、弹载、宇航通信系统中，微型双工器是工作在这一波段实现全双工通讯的关键部件，描述这种部件性能的主要技术指标有：通带工作频率范围、阻带频率范围、通带输入/输出电压驻波比、通带插入损耗、阻带衰减、通带插入损耗、通带回波损耗、波纹、温度稳定性、体积、重量、可靠性等。常规的设计和制造方法在微波频率低端(一般为几百兆频率)，由于工作波长较长(大约从0.1米到1米)，双工器的体积与工作波长成正比，因此体积较大，而采用声表面波滤波器技术，工作频率上限受到限制，一般工作在较低频率即1GHz以下，而且电特性有温度飘移，并且工艺精度要求高、条件苛刻，使得成本较高、价格较贵，在许多应用场合(如：机载、弹载、宇航通信、手持无线终端、单兵移动通信终端等)均受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、结构简单、成品率高、批量一致性好、造价低、温度性能稳定、工作在L波段的微型双工器。

实现本发明目的的技术方案是：一种L波段微型双工器，包括表面安装的75欧姆阻抗输入端口、表面安装的75欧姆阻抗第一输出端口、表面安装的75欧姆阻抗第二输出端口、低通输入电感、低通级联电感、输出电感、第一高通零点电感、第二高通零点电感、第三高通零点电感、第一低通接地电容、第二低通接地电容、第三低通接地电容、低通零点电容、第一高通级联电容、第二高通级联电容、第三高通级联电容、第一高通接地电容、第二高通接地电容、第三高通接地电容、第一屏蔽接地层、第二屏蔽接地层、第三屏蔽接地层；输入端口一端接输入信号分成两路，一路顺次连接输入电感、低通级联电感、输出电感和第一输出端口，输入电感的一端与输入端口连接，输入电感另一端分别与低通级联电感的一端和第一级低通接地电容的一端连接，级联电感的另一端分别与输出电感的一端、低通零点电容的一端和第二级低通接地电容的一端连接，输出电感的另一端分别与第一输出端口一端、第三级低通接地电容的一端和低通零点电容的另一端连接，第一输出端口另一端输出信号；另一路顺次连接第一高通级联电容、第二高通级联电容、第三高通级联电容和第二输出端口，第一高通级联电容的一端与输入端口连接，第一高通级联电容的另一端分别与第二高通级联电容的一端和第一零点电感的一端连接，第一零点电感的另一端与第一零点电容的一端连接，第二高通级联电容的另一端分别与第三高通级联电容的一端和第二零点电感的一端连接，第二零点电感的另一端与第二零点电容的一端连接，第三高通级联电容的另一端分别与第二输出端口和第三零点电感的一端连接，第二输出端口输出信号，第三零点电感的另一端与第三零点电容的一端连接，第二输出端口输出信号；所述的第一低通接地电容另一端接第二屏蔽接地层、第二低通接地电容另一端接第三屏蔽接地层、第三低通接地电容另一端接第三屏蔽接地层、第一零点电容另一端接第一屏蔽接地层、第二零点电容另一端接第二屏蔽接地层和第三零点电容另一端接第一屏蔽接地层。

本发明与现有技术相比，由于采用三维立体结构和低损耗、高介电常数的低温共烧陶瓷材料和在大约900℃温度下烧结而成，所以具有非常高的可靠性和温度稳定性；采用设计采用高密度三维互连布线、一体化集成封装和无源元件集成等功能，在小型化上充分的利用了LTCC技术多层的优势，采用层叠式的电路结构，有效的缩小了滤波器的体积；采用三维立体集成、多层折叠结构和空间耦合的带状线设计以及外表面金属屏蔽实现接地和封装，采用三维全波电磁场仿真设计和特定的电路拓扑结构。因此，本发明具有体积小、重量轻、可靠性高、电性能优异、电性能温度稳定性高、电路实现结构简单、电性能一致性好，可实现大批量生产、成本低、使用安装方便，可以用全自动贴片机安装和焊接、特别适用于机载、弹载、宇航通信、手持无线终端、单兵移动通信终端等等无线通信终端中，以及对体积、重量、性能、可靠性有苛刻要求的相应系统中。

附图说明

图1是本发明L波段微型双工器电原理图。

图2是本发明L波段微型双工器内部结构示意图。

图3是本发明L波段微型双工器实物照片。

图4是本发明L波段微型双工器实施例实物尺寸。

图5是本发明L波段微型双工器实施例主要性能测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

结合图1、图2、图3和图4，本发明L波段微型双工器包括表面安装的75欧姆阻抗输入端口P1、表面安装的75欧姆阻抗第一输出端口P2、表面安装的75欧姆阻抗第二输出端口P3、低通输入电感L1、低通级联电感L2、输出电感L3、第一高通零点电感L4、第二高通零点电感L5、第三高通零点电感L6、第一低通接地电容C1、第二低通接地电容C2、第三低通接地电容C4、低通零点电容C3、第一高通级联电容C5、第二高通级联电容C6、第三高通级联电容C7、第一高通接地电容C8、第二高通接地电容C9、第三高通接地电容C10、第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2、第三屏蔽接地层SD3；输入端口P1一端接输入信号分成两路，一路顺次连接输入电感L1、低通级联电感L2、输出电感L3和第一输出端口P2，输入电感L1的一端与输入端口P1连接，输入电感L1另一端分别与低通级联电感L2的一端和第一级低通接地电容C1的一端连接，级联电感L2的另一端分别与输出电感L3的一端、低通零点电容C3的一端和第二级低通接地电容C2的一端连接，输出电感L3的另一端分别与第一输出端口P2一端、第三级低通接地电容C4的一端和低通零点电容C3的另一端连接，第一输出端口P2另一端输出信号；另一路顺次连接第一高通级联电容C5、第二高通级联电容C6、第三高通级联电容C7和第二输出端口P3，第一高通级联电容C5的一端与输入端口P1连接，第一高通级联电容C5的另一端分别与第二高通级联电容C6的一端和第一零点电感L4的一端连接，第一零点电感L4的另一端与第一零点电容C8的一端连接，第二高通级联电容C6的另一端分别与第三高通级联电容C7的一端和第二零点电感L5的一端连接，第二零点电感L5的另一端与第二零点电容C9的一端连接，第三高通级联电容C7的另一端分别与第二输出端口P3和第三零点电感L6的一端连接，第二输出端口P3输出信号，第三零点电感L6的另一端与第三零点电容C10的一端连接，第二输出端口P3输出信号；所述的第一低通接地电容C1另一端接第二屏蔽接地层SD2、第二低通接地电容C2另一端接第三屏蔽接地层SD3、第三低通接地电容C4另一端接第三屏蔽接地层SD3、第一零点电容C8另一端接第一屏蔽接地层SD1、第二零点电容C9另一端接第二屏蔽接地层SD2和第三零点电容C10另一端接第一屏蔽接地层SD1。

本发明L波段微型双工器，表面安装的75欧姆阻抗输入端口P1、表面安装的75欧姆阻抗第一输出端口P2、表面安装的75欧姆阻抗第二输出端口P3、低通输入电感L1、低通级联电感L2、低通输出电感L3、第一高通零点电感L4、第二高通零点电感L5、第三高通零点电感L6、第一低通接地电容C1、第二低通接地电容C2、第三低通接地电容C4、低通零点电容C3、第一高通级联电容C5、第二高通级联电容C6、第三高通级联电容C7、第一高通接地电容C8、第二高通接地电容C9、第三高通接地电容C10、第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2、第三屏蔽接地层SD3均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现；其中所述低通输入电感L1、低通级联电感L2、低通输出电感L3、第一高通零点电感L4、第二高通零点电感L5、第三高通零点电感L6均采用六层耦合的带状线实现；所述第一低通接地电容C1、第二低通接地电容C2、第三低通接地电容C4、低通零点电容C3、第一高通级联电容C5、第二高通级联电容C6、第三高通级联电容C7、第一高通接地电容C8、第二高通接地电容C9、第三高通接地电容C10、均采用介质平板电容实现。

本发明L波段微型双工器，低通输入电感L1、低通级联电感L2和低通输出电感L3采用多层耦合带状线以矩形方式绕制而成，层间通过圆形通孔相连，低通输入电感L1、低通级联电感L2、低通输出电感L3依次直接相连，连接处通过圆形通孔穿过介质平板联接，介质平板与地一起构成接地电容，即第一低通接地电容C1、第二低通接地电容C2、第三低通接地电容C4。

本发明L波段微型双工器，第一高通零点电感L4、第二高通零点电感L5、第三高通零点电感L6均采用多层耦合带状线以环形方式绕制而成，层间通过圆形通孔相连，第一、第二和第三高通零点电感L4、L5和L6的一端分别通过各自的圆形通孔与对应的串接的第一高通接地电容C8、第二高通接地电容C9和第三高通接地电容C10的一端相连，第一高通接地电容C8、第二高通接地电容C9和第三高通接地电容C10的对应的另一端分别与对应第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2、第一屏蔽接地层SD1联接，电容两端之间为低温共烧陶瓷介质平板，这样便构成第一、第二和第三高通接地电容，即第一高通零点接地电容C8、第二高通零点接地电容C9和第三高通零点接地电容C10。其中第一屏蔽接地层SD1、第二屏蔽接地层SD2和第三屏蔽接地层SD3均为接地端GND。

本发明L波段微型双工器，其工作原理简述如下：低通部分，输入的宽频微波信号经过表面安装的75欧姆阻抗输入端口P1进入低通输入电感L1，低通输入电感L1对高频部分的信号起抑制作用，所以一部分高频信号通过与L1另一端相连的第一低通接地电容C1到地，从而实现了低通部分的第一级滤波，经过一级滤波以后的微波信号，传输到第二级滤波电路的低通级联电感L2处，信号中的高频部分，通过与低通级联电感L2相连的第二低通接地电容C2到地，实现第二级滤波，经过第一、第二两级滤波的信号传到第三级滤波电路和零点设置电路L3、C3处，将零点设置电路的谐振频率设置在1.7GHz附近，微波信号中在这个频率附近的信号由于遇到高阻抗，而出现很深的衰减，使通带的边缘变得比较陡峭，同时经过第一、第二两级滤波后剩余的微波信号经过第三级滤波电路的低通输出电感L3相连的第三接地电容C4再滤去一部分高频信号，这部分高频信号通过第三接地电容C4到地，经过第一、第二、第三级滤波和零点设置电路的微波信号通过表面安装的75欧姆阻抗第一输出端口P2输出。高通部分，输入的宽频微波信号经过表面安装的75欧姆阻抗输入端口P1进入高通部分的第一高通级联电容C5，C5抑制低频信号通过，通过C5的信号其中部分低频信号通过与C5相连的第一零点电路L4、C8、SD1传输到地，经过第一级滤波的微波信号到达第二级滤波电路的第二高通级联电容C6进行二次滤波，低频信号从与C6相接的第二零点电路L5、C9、SD2传到地上，实现二次滤波，经过第一、第二级滤波电路的微波信号，通过第三高通级联电容C7进入第三级滤波电路，进行三次滤波，低频信号从与C7相接的第三零点电路L6、C10、SD1传到地上，所需的微波信号通过表面安装的75欧姆阻抗第二输出端P3输出；第一、第二、第三零点电路在低频部分形成三个零点，通过三个零点分布位置的设置，使低通的边带变得陡峭；L波段微型双工器的高通和低通电路并联相接，由于是互补结构低通和高通的频带间的隔离度很好，低通和高通频带内的信号收发互不影响，实现了微波信号的全双工通信。

结合图3、图4和图5，图4为本实施例的实物尺寸示意图， L波段微型双工器的体积为3.2mm×2.5mm×1.55mm，重量约为0.1克；图5为本实施例的主要性能测试结果，低通频带内(频率1.08GHz处)典型插入损耗约为：0.7dB，反射损耗约为12.99dB，阻带隔离(频率1.67～1.94GHz)约为25～28dB；高通频带内(频率2.09GHz处)典型插入损耗约为：0.78dB，反射损耗优于13dB，阻带隔离(频率0.75～1.38GHz)约为36～44dB。

Claims

1.一种L波段微型双工器，其特征在于：包括表面安装的75欧姆阻抗输入端口(P1)、表面安装的75欧姆阻抗第一输出端口(P2)、表面安装的75欧姆阻抗第二输出端口(P3)、低通输入电感(L1)、低通级联电感(L2)、低通输出电感(L3)、第一高通零点电感(L4)、第二高通零点电感(L5)、第三高通零点电感(L6)、第一低通接地电容(C1)、第二低通接地电容(C2)、第三低通接地电容(C4)、低通零点电容(C3)、第一高通级联电容(C5)、第二高通级联电容(C6)、第三高通级联电容(C7)、第一高通零点接地电容(C8)、第二高通零点接地电容(C9)、第三高通零点接地电容(C10)、第一屏蔽接地层(SD1)、第二屏蔽接地层(SD2)、第三屏蔽接地层(SD3)；输入端口(P1)一端接输入信号分成两路，一路顺次连接低通输入电感(L1)、低通级联电感(L2)、低通输出电感(L3)和第一输出端口(P2)，低通输入电感(L1)的一端与输入端口(P1)连接，低通输入电感(L1)另一端分别与低通级联电感(L2)的一端和第一低通接地电容(C1)的一端连接，低通级联电感(L2)的另一端分别与低通输出电感(L3)的一端、低通零点电容(C3)的一端和第二低通接地电容(C2)的一端连接，低通输出电感(L3)的另一端分别与第一输出端口(P2)一端、第三低通接地电容(C4)的一端和低通零点电容(C3)的另一端连接，第一输出端口(P2)另一端输出信号；另一路顺次连接第一高通级联电容(C5)、第二高通级联电容(C6)、第三高通级联电容(C7)和第二输出端口(P3)，第一高通级联电容(C5)的一端与输入端口(P1)连接，第一高通级联电容(C5)的另一端分别与第二高通级联电容(C6)的一端和第一高通零点电感(L4)的一端连接，第一高通零点电感(L4)的另一端与第一高通零点接地电容(C8)的一端连接，第二高通级联电容(C6)的另一端分别与第三高通级联电容(C7)的一端和第二高通零点电感(L5)的一端连接，第二高通零点电感(L5)的另一端与第二高通零点接地电容(C9)的一端连接，第三高通级联电容(C7)的另一端分别与第二输出端口(P3)和第三高通零点电感(L6)的一端连接，第二输出端口(P3)输出信号，第三高通零点电感(L6)的另一端与第三高通零点接地电容(C10)的一端连接，第二输出端口(P3)输出信号；第一低通接地电容(C1)另一端接第二屏蔽接地层(SD2)、第二低通接地电容(C2)另一端接第三屏蔽接地层(SD3)、第三低通接地电容(C4)另一端接第三屏蔽接地层(SD3)、第一高通零点接地电容(C8)另一端接第一屏蔽接地层(SD1)、第二高通零点接地电容(C9)另一端接第二屏蔽接地层(SD2)、第三高通零点接地电容(C10)另一端接第一屏蔽接地层(SD1)。

2.根据权利要求1所述的L波段微型双工器，其特征在于：表面安装的75欧姆阻抗输入端口(P1)、表面安装的75欧姆阻抗第一输出端口(P2)、表面安装的75欧姆阻抗第二输出端口(P3)、低通输入电感(L1)、低通级联电感(L2)、低通输出电感(L3)、第一高通零点电感(L4)、第二高通零点电感(L5)、第三高通零点电感(L6)、第一低通接地电容(C1)、第二低通接地电容(C2)、第三低通接地电容(C4)、低通零点电容(C3)、第一高通级联电容(C5)、第二高通级联电容(C6)、第三高通级联电容(C7)、第一高通零点接地电容(C8)、第二高通零点接地电容(C9)、第三高通零点接地电容(C10)、第一屏蔽接地层(SD1)、第二屏蔽接地层(SD2)、第三屏蔽接地层(SD3)均采用多层低温共烧陶瓷工艺实现；其中所述低通输入电感(L1)、低通级联电感(L2)、低通输出电感(L3)、第一高通零点电感(L4)、第二高通零点电感(L5)、第三高通零点电感(L6)均采用六层耦合的带状线实现；第一低通接地电容(C1)、第二低通接地电容(C2)、第三低通接地电容(C4)、低通零点电容(C3)、第一高通级联电容(C5)、第二高通级联电容(C6)、第三高通级联电容(C7)、第一高通零点接地电容(C8)、第二高通零点接地电容(C9)、第三高通零点接地电容(C10)、均采用介质平板电容实现。

3.根据权利要求1或2所述的L波段微型双工器，其特征在于：低通输入电感(L1)、低通级联电感(L2)和低通输出电感(L3)采用多层耦合带状线以矩形方式绕制而成，层间通过圆形通孔相连，低通输入电感(L1)、低通级联电感(L2)、低通输出电感(L3)依次直接相连，连接处通过圆形通孔穿过介质平板联接，介质平板与地一起构成接地电容，即第一低通接地电容(C1)、第二低通接地电容(C2)、第三低通接地电容(C4)。

4.根据权利要求1或2所述的L波段微型双工器，其特征在于：第一高通零点电感(L4)、第二高通零点电感(L5)、第三高通零点电感(L6)均采用多层耦合带状线以环形方式绕制而成，层间通过圆形通孔相连，第一高通零点电感(L4)、第二高通零点电感(L5)和第三高通零点电感(L6)的一端分别通过各自的圆形通孔与对应的串接的第一高通零点接地电容(C8)、第二高通零点接地电容(C9)和第三高通零点接地电容(C10)的一端相连，第一高通零点接地电容(C8)、第二高通零点接地电容(C9)和第三高通零点接地电容(C10)的对应的另一端分别与对应第一屏蔽接地层(SD1)、第二屏蔽接地层(SD2)、第一屏蔽接地层(SD1)联接，电容两端之间为低温共烧陶瓷介质平板，这样便构成第一高通零点接地电容(C8)、第二高通零点接地电容(C9)和第三高通零点接地电容(C10)。