CN103633400A

CN103633400A - 一种基于电磁混合耦合的微带双工器

Info

Publication number: CN103633400A
Application number: CN201310582773.0A
Authority: CN
Inventors: 陈付昌; 郭富祥; 褚庆昕; 沈子略
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN103633400B

Abstract

本发明公开了一种基于电磁混合耦合的微带双工器，包括双面覆铜微带板，双面覆铜微带板的同一面上分别制作有两个通带频率和带宽可控的滤波器、第一端口馈线、第二端口馈线、T型接头、第一端口、第二端口、第三端口，该双面覆铜微带板的另一面为覆铜接地板；所述两个滤波器均主要由三个相互耦合的四分之一波长的微带谐振器组成，三条微带谐振器一端的相连接处存在接地通孔，每个滤波器中相邻两个微带谐振器之间存在电耦合。本发明在原有磁耦合基础上，引入了电耦合，使得通过调节磁耦合和电耦合的强度能灵活地改变双工器的带宽，且改进后的滤波器在上下截止频率附近会产生数个传输零点，使得调整这些零点的位置可减少两个滤波器的相互影响。

Description

一种基于电磁混合耦合的微带双工器

技术领域

本发明涉及频分双工的技术领域，尤其是指一种基于电磁混合耦合的微带双工器。

背景技术

由于近年来无线通信的高速发展，无论是3G技术的普及、物联网的火热还是4G的到来，都标志着无线技术又将迎来一个蓬勃发展的高峰期。如今的无线通信系统，基本都是双工的系统，对于时分双工，只要将收与发安排在不同的时间片就可以解决问题了，而对于频分双工，为了减少天线的数量则需要设计专门的器件来使不同频率的电磁波共用一副天线而不互相引起干扰，这样的器件就是双工器。而小型化、成本低、低损耗、高隔离度的双工器也成为了近年来的研究热点之一。

目前，常用的双工器类型有：波导双工器、同轴双工器、介质双工器、SAW双工器。这些双工器各有优缺点，比如波导双工器应用的时间最久也最成熟，它损耗低、工作频率高，但是体积大、成本高、调谐困难；同轴双工器的介质损耗和欧姆损耗都很小，并且稳定性高、屏蔽性好，但是在移动通信频域内，它的体积仍然显得太大；介质双工器虽然实现了双工器的小型化，但是成本太高；SAW双工器可以实现任意精度的频率特性，而且体积小、设计灵活性好、可靠性高，但不足之处是成本高、损耗大、高频承受功率低。

如今移动通信技术的不断发展，频谱资源越来越匮乏。随着便携式无线电子产品的疯狂增长，小型化、成本低、高频化成为了双工器研究的标向，而微带双工器正好能满足这些要求，并且良好结构的双工器还能满足较低损耗和较高隔离度的要求。

目前微带双工器比较常用也比较方便的设计方法是先设计出两个位于低频段和高频段的带通滤波器，然后用T型接头把这两个不同中心频率的带通滤波器连接起来，再通过调整各个端口的匹配以及修正两个滤波器与T型接头的连接带来的互相耦合的影响，使微带双工器的性能能达到预期的指标。到目前为止，最常见的微带双工器里面的耦合方式是电耦合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种综合性能较好的基于电磁混合耦合的微带双工器，具有更灵活的选择性，能够满足小型化、低成本、滤波特性好、高隔离度、具有通带大范围可控性能双工器的设计要求。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于电磁混合耦合的微带双工器，包括双面覆铜微带板，所述双面覆铜微带板的同一面上分别制作有两个通带频率和带宽可控的滤波器、第一端口馈线、第二端口馈线、T型接头、用于传输混频电磁波信号的第一端口、用于传输高频段电磁波信号的第二端口、用于传输低频段电磁波信号的第三端口，该双面覆铜微带板的另一面为覆铜接地板；其中，所述T型接头邻近设置在两个滤波器之间，该T型接头的纵向馈线与第一端口连接；所述第一端口馈线邻近设置在其中一滤波器相对T型接头的另一侧旁，该第一端口馈线的一端与所述T型接头的一横向馈线端头之间存在耦合间隙，可引入源负载耦合，其另一端与第三端口连接；所述第二端口馈线邻近设置在另一滤波器相对T型接头的另一侧旁，该第二端口馈线的一端与所述T型接头的另一横向馈线端头之间存在耦合间隙，可引入源负载耦合，其另一端与第二端口连接；所述两个滤波器均主要由三个相互耦合的四分之一波长的微带谐振器组成，所述三个微带谐振器的一端相互连接，并在连接处存在接地通孔，每个滤波器中的三个微带谐振器间隔并排，且相邻两个微带谐振器之间存在电耦合；所述两个滤波器的接地通孔可用焊锡与覆铜接地板连接上，且连接后成为短路端，并为各自微带谐振器之间引入磁耦合。

所述第一端口、第二端口、第三端口均为50欧姆的匹配阻抗。

在每个滤波器中，位于中间的微带谐振器平行于T型接头的纵向馈线，位于两侧的微带谐振器均由四条微带组成，其中两条平行于T型接头的纵向馈线，另外两条垂直于T型接头的纵向馈线，所述两条平行于T型接头纵向馈线的微带的一端通过其中一条垂直于T型接头纵向馈线的微带连接；所述平行于T型接头纵向馈线的两条微带中，较短的微带靠近位于中间的那个微带谐振器，较长的微带的另一端连接于另一条垂直于T型接头纵向馈线的微带，且该微带与位于中间的微带谐振器连接。

所述第一端口馈线、T型接头、其中一滤波器的接地通孔之间保留有预留空间，所述第二端口馈线、T型接头、另一滤波器的接地通孔之间保留有预留空间。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、通过引入源负载耦合和电磁混合耦合，使滤波器产生多个传输零点，合理地调整这些传输零点的频率位置能使整个双工器获得很高的隔离度；

2、谐振器之间采用电磁混合耦合的方式使得双工器的带宽可以大范围控制，再加上可以通过调整谐振器的长度改变两个带通滤波器的中心频率，因此，本发明的微带双工器能够非常灵活地适应多种通信系统；

3、本结构的双工器具有较低插入损耗，带外选择性好，滤波特性好的特点；

4、由于双工器为微带结构，重量轻、成本低、适合工业批量生产，因此双工器具备结构简单、设计容易、制造成本低廉的优点。

附图说明

图1为本发明的微带双工器示意图。

图2为本发明的微带双工器的散射参数仿真结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1所示，本实施例所述的基于电磁混合耦合的微带双工器，包括双面覆铜微带板1，所述双面覆铜微带板1的同一面上分别制作有两个通带频率和带宽可控的滤波器、第一端口馈线12、第二端口馈线4、T型接头8、用于传输混频电磁波信号的第一端口Port1、用于传输高频段电磁波信号的第二端口Port2、用于传输低频段电磁波信号的第三端口Port3，该双面覆铜微带板1的另一面为覆铜接地板；其中，所述T型接头8邻近设置在两个滤波器之间，该T型接头8的纵向馈线与第一端口Port1连接；所述第一端口馈线12邻近设置在其中一滤波器相对T型接头8的另一侧旁，该第一端口馈线12的一端与所述T型接头8的一横向馈线端头之间存在耦合间隙9，可引入源负载耦合，以获得更好的带外选择性，该第一端口馈线12的另一端与第三端口Port3连接；所述第二端口馈线4邻近设置在另一滤波器相对T型接头8的另一侧旁，该第二端口馈线4的一端与所述T型接头8的另一横向馈线端头之间存在耦合间隙7，可引入源负载耦合，以获得更好的带外选择性，该第二端口馈线4的另一端与第二端口Port2连接；所述第一端口Port1、第二端口Port2、第三端口Port3均为50欧姆的匹配阻抗。

所述两个滤波器均主要由三个相互耦合的四分之一波长的微带谐振器组成，具体如图1所示，其中一滤波器包括有微带谐振器13、14、15，而另一滤波器包括有微带谐振器2、3、16，所述三个微带谐振器13、14、15的一端相互连接，并在连接处存在接地通孔11，所述三个微带谐振器2、3、16的一端相互连接，并在连接处存在接地通孔5，每个滤波器中的三个微带谐振器间隔并排，且相邻两个微带谐振器之间存在电耦合，在每个滤波器中，位于中间的微带谐振器平行于T型接头8的纵向馈线，位于两侧的微带谐振器均由四条微带组成，其中两条平行于T型接头8的纵向馈线，另外两条垂直于T型接头8的纵向馈线，所述两条平行于T型接头8纵向馈线的微带的一端通过其中一条垂直于T型接头8纵向馈线的微带连接；所述平行于T型接头8纵向馈线的两条微带中，较短的微带靠近位于中间的那个微带谐振器，较长的微带的另一端连接于另一条垂直于T型接头8纵向馈线的微带，且该微带与位于中间的微带谐振器连接。通过调整微带谐振器之间的电耦合和磁耦合，每个滤波器的带宽都可以在很宽的范围内调节；通过引入源端耦合可以在每个滤波器的通带两侧产生两个传输零点，极大地提高了双工器的带外抑制。

所述接地通孔11和接地通孔5可用焊锡与覆铜接地板连接上，且连接后成为短路端，本实施例中所述的两个滤波器通过相应的接地通孔与覆铜接地板连接上，为各自微带谐振器之间引入磁耦合。

此外，为了方便焊接通孔，并防止微带谐振器与馈线短路，本实施例所述的第一端口馈线12、T型接头8、其中一滤波器的接地通孔11之间保留有预留空间10，所述第二端口馈线4、T型接头8、另一滤波器的接地通孔5之间保留有预留空间6。

参见图2所示，显示了本微带双工器的散射参数仿真结果，其中心频率分别为1.8Ghz和2.4Ghz。横轴表示本微带双工器的信号频率，纵轴表示幅度，包括插入损耗(S₁₂、S₁₃)的幅度、回波损耗(S₁₁、S₂₂、S₃₃)的幅度以及隔离度(S₂₃)的幅度，其中S₁₁表示port1的回波损耗，S₂₂表示port2的回波损耗，S₃₃表示port3的回波损耗，S₁₂表示port1和port3的插入损耗，S₁₃表示port1和port3的插入损耗。插入损耗表示一个信号的输入功率与另一个端口信号的输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：输出功率/输入功率(dB)=20*log|S₂₁|。回波损耗表示该端口信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系,其相应的数学函数如下：反射功率/入射功率==20*log|S₁₁|。

从图中可知，在1.8Ghz的通带中，回波损耗|S₁₁|和S₃₃的绝对值大于20DB，插入损耗S₁₃的绝对值小于1.5DB，在2.4Ghz的通带中，回波损耗S₁₁和S₂₂的绝对值大于20DB，插入损耗S₁₂的绝对值小于1.5DB。从0—4Ghz的频率范围看，本微带双工器的隔离度S₂₃的绝对值大于40DB。另外，本微带双工器的的每个通带两侧都能产生数个传输零点，大大提高了带外抑制性。

在采用以上方案后，本发明在原有的磁耦合基础上，在微带谐振器之间引入了电耦合，使得通过调节磁耦合和电耦合的强度能够非常灵活地改变双工器的带宽，且改进后的滤波器在上下截止频率附近会产生数个传输零点，使得通过调整这些零点的位置可以减少两个滤波器的相互影响，进而提高整个双工器的隔离度。这相比现有技术，本发明是一款综合性能较好的微带双工器，能有效克服现有的微带双工器滤波特性较差的困难，具有更灵活的选择性，能够满足小型化、低成本、滤波特性好、高隔离度、通带大范围可控的设计要求，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于电磁混合耦合的微带双工器，包括双面覆铜微带板（1），其特征在于：所述双面覆铜微带板（1）的同一面上分别制作有两个通带频率和带宽可控的滤波器、第一端口馈线（12）、第二端口馈线（4）、T型接头（8）、用于传输混频电磁波信号的第一端口（Port1）、用于传输高频段电磁波信号的第二端口（Port2）、用于传输低频段电磁波信号的第三端口（Port3），该双面覆铜微带板（1）的另一面为覆铜接地板；其中，所述T型接头（8）邻近设置在两个滤波器之间，该T型接头（8）的纵向馈线与第一端口（Port1）连接；所述第一端口馈线（12）邻近设置在其中一滤波器相对T型接头（8）的另一侧旁，该第一端口馈线（12）的一端与所述T型接头（8）的一横向馈线端头之间存在耦合间隙（9），可引入源负载耦合，其另一端与第三端口（Port3）连接；所述第二端口馈线（4）邻近设置在另一滤波器相对T型接头（8）的另一侧旁，该第二端口馈线（4）的一端与所述T型接头（8）的另一横向馈线端头之间存在耦合间隙（7），可引入源负载耦合，其另一端与第二端口（Port2）连接；所述两个滤波器均主要由三个相互耦合的四分之一波长的微带谐振器组成，所述三个微带谐振器的一端相互连接，并在连接处存在接地通孔，每个滤波器中的三个微带谐振器间隔并排，且相邻两个微带谐振器之间存在电耦合；所述两个滤波器的接地通孔可用焊锡与覆铜接地板连接上，且连接后成为短路端，并为各自微带谐振器之间引入磁耦合。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁混合耦合的微带双工器，其特征在于：所述第一端口（Port1）、第二端口（Port2）、第三端口（Port3）均为50欧姆的匹配阻抗。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁混合耦合的微带双工器，其特征在于：在每个滤波器中，位于中间的微带谐振器平行于T型接头（8）的纵向馈线，位于两侧的微带谐振器均由四条微带组成，其中两条平行于T型接头（8）的纵向馈线，另外两条垂直于T型接头（8）的纵向馈线，所述两条平行于T型接头（8）纵向馈线的微带的一端通过其中一条垂直于T型接头（8）纵向馈线的微带连接；所述平行于T型接头（8）纵向馈线的两条微带中，较短的微带靠近位于中间的那个微带谐振器，较长的微带的另一端连接于另一条垂直于T型接头（8）纵向馈线的微带，且该微带与位于中间的微带谐振器连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁混合耦合的微带双工器，其特征在于：所述第一端口馈线（12）、T型接头（8）、其中一滤波器的接地通孔（11）之间保留有预留空间（10），所述第二端口馈线（4）、T型接头（8）、另一滤波器的接地通孔（5）之间保留有预留空间（6）。