CN103811833A - 应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器，包括第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器共用一介质基板，均采用开槽线结构和微带线结构，开槽线结构位于介质基板的下层，微带线结构位于介质基板的上层。第一滤波器的带宽通过U型开槽线谐振器、第一开路枝节和第二开路枝节之间的耦合控制，通过调整其间距g1可以控制其带宽；第二滤波器的谐振模式可以通过加载枝节长度来控制，因而通过调整l5的大小可以调节其带宽。两滤波器的带宽可以独立调节，结构紧凑，电路简单，具有很高的频率选择性。

Description

应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器
技术领域
    本发明涉及双工器领域，具体是一种应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器。
背景技术
微波双工器是一种广泛应用于无线电接收机的重要微波器件，是完成现代多频多服务收发系统共用同一副天线的至关重要的部件，其性能的优劣直接影响到射频前端的工作性能。传统的双工器设计是先分别设计出两个滤波器，再通过一个匹配网络使其相连，匹配网络的存在增大了电路尺寸，不利于小型化。据此，一些学者采用共用谐振器技术来取代匹配网络，这虽然大大减小了电路尺寸，但是这种技术只能运用于窄带系统，而且带宽不易调节。设计一种应用于超宽带系统的紧凑小型化的双工器十分有必要。
发明内容
本发明为了解决现有技术中缺少超宽带频道槽线双工器的问题，提供了一种应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离度的槽线双工器，其带宽可独立调节，结构紧凑，电路简单，具有很高的频率选择性。
本发明包括第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器共用一介质基板，均采用开槽线结构和微带线结构，开槽线结构位于介质基板的下层，微带线结构位于介质基板的上层；
第一滤波器的开槽线结构为U型开槽线谐振器；微带线结构包括：第一馈线、第二馈线、第一开路枝节、第二开路枝节，其中第一馈线采用T型形状，为第一滤波器和第二滤波器的公共馈线，第一开路枝节连接在第一馈线T型头的一端并与其垂直，第二开路枝节连接在第二馈线的一端并与其垂直，两开路枝节分别与U型开槽线谐振器的两臂平行，两开路枝节水平方向上的间距可调节，记为g 1；
第二滤波器的开槽线结构为多模开槽线谐振器，微带线结构包括：第一馈线、第三馈线、第一短路枝节、第二短路枝节，其中第一短路枝节连接在第一馈线T型头的另一端，并与之垂直，第二短路枝节连接在第三馈线的一端并与之垂直；多模开槽线谐振器采用U型结构，其内部中间位置加载有开槽线枝节，开槽线枝节的长度可调节，记为l 5。
所述第一滤波器为三阶滤波器，U型开槽线谐振器长度为超宽带频道中心频率对应波长的二分之一，第一开路枝节和第二开路枝节均为四分之一波长谐振器。
所述的第二滤波器中U型开槽线谐振器为窄带频道中心频率对应波长的二分之一。
所述的介质基板为PCB板，包括介质基片以及包覆介质基片的上金属贴片和下金属贴片，微带线结构形成于上金属贴片，开槽线结构为下金属贴片刻蚀而成。
所述的第一短路枝节上设有第一接地通孔，第二短路枝节上设有第二接地通孔。
    本发明有益效果在于：
1、双工器的两个频道带宽可以独立进行调节。第一滤波器的带宽通过U型开槽线谐振器、第一开路枝节和第二开路枝节之间的耦合控制，通过调整其间距g 1可以控制其带宽；第二滤波器的谐振模式可以通过加载枝节长度来控制，因而通过调整l 5的大小可以调节其带宽，二者可以独立调节。
2、具有高隔离度和高选择性。所述双工器在两个通带边缘及通带之间有多个传输零点，使得双工器具有很高的隔离度和频率选择性。第一馈线和第二馈线之间的源-负载耦合可以在超宽带频带的下边缘产生一个传输零点；第一馈线和第三馈线之间的源-负载耦合可以在上阻带产生传输零点加深阻带；第一滤波器和第二滤波器相互之间的加载效应会产生多个传输零点，提高两个通道之间的隔离度。
3、结构简单紧凑，电路简单，易于加工。
附图说明
图1是单层印刷电路板的示意图。
图2是双工器示意图。
图3是双工器上层电路示意图。
图4是双工器下层电路示意图。
图5是双工器散射参数的仿真与测试结果。
图6是双工器的隔离度仿真与测试结果。
图7是双工器超宽带频道的群时延仿真与测试结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明采用相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm的PCB板作为基板，也可以采用其他规格的PCB板作为基板。如图1所示，在PCB板的介质基片12的上、下表面分别包覆有上金属贴片13和下金属贴片14。下文中所述的上层微带线结构形成于介质基片的上层，开槽线结构是将下金属贴片14刻蚀后形成的。
图2是开槽线双工器的结构示意图，图中U型开槽线谐振器6和多模开槽线谐振器11是位于介质基板下层的，其余微带线结构均位于介质基板上层。所述双工器包括第一滤波器和第二滤波器，分别应用于超宽带频道和窄带频道，窄带频道以无线局域网WLAN为例说明。所述第一滤波器包括：第一馈线1、第二馈线2、第一开路枝节4、第二开路枝节5和U型开槽线谐振器6；所述第二滤波器包括：第一馈线1、第三馈线3、第一短路枝节7、第二短路枝节9和多模开槽线谐振器11。其中第一馈线1为T型结构，是第一滤波器和第二滤波器的公共馈线，第一开路枝节4和第二开路枝节5分别连接在第一馈线1T形头的一端和第二馈线2的一端并与之垂直，二者相互平行并分别与U型开槽线谐振器6的两臂平行，U型开槽线谐振器6长度为超宽带频道中心频率对应波长的二分之一，第一开路枝节4和第二开路枝节5长度约为超宽带频道中心频率对应波长的四分之一。第一短路枝节7和第二短路枝节9分别连接在第一馈线1T形头的另一端和第三馈线3的一端并与之垂直；多模开槽线谐振器11采用U型结构，并在其中间位置加载开槽线枝节，U型开槽线谐振器长度为窄带频道中心频率对应波长的二分之一，开槽线枝节长度为l5，通过调节l5可以控制窄带频道的带宽；第一短路枝节7和第二短路枝节9作为高阻馈线提供强耦合。
图3和图4分别是所述双工器上层微带线示意图和下层开槽线结构示意图。为了更清晰的展示双工器的电路结构，在图3和图4中分别示意其上层和下层电路结构。上层电路均采用微带线结构，下层U型开槽线谐振器6和多模开槽线谐振器11是将下层金属贴片14刻蚀后形成的，第一接地通孔8和第二接地通孔10是在介质基板12内加入金属柱将上层对应的微带线与下层金属贴片14相连接，形成短路
本发明所述双工器具有三个端口，其中第一馈线的另一端作为输入端口P1，第二馈线和第三馈线的另一端分别作为两个输出端口P2、P3。所述双工器的输入端口和输出端口均用SMA头焊接，以便接入测试或者实用器件。
采用HFSS软件进行仿真，采用安捷伦N5230C矢量网络分析仪进行测试。
图5是所述双工器散射参数的仿真和实物测量结果。本结果是基于HFSS仿真软件和安捷伦N5230C矢量网络分析仪所得。从图中可以看出，双工器工作于超宽带频道和窄带频道，实物测量结果和仿真结果吻合良好，其中超宽带频道中心频率为3.1GHz，其3dB相对带宽为57.1%，窄带系统中心频率在5.35GHz，位于无线局域网WLAN频道，其3dB相对带宽为4.86%。在第一通带的下边缘、上边缘和第二通带的上边缘处各有一个传输零点，提高了通带的频率选择性。频带内的回波损耗都在10dB以下。
图6是所述双工器两个通带之间的隔离度仿真与测试结果。隔离度即输出端口1P2和输出端口2P3之间的传输系数S32的值。从图中可以看出仿真结果与实物测量结果吻合良好，其隔离度在超宽带频道均大于30dB，而在窄带频道均大于45dB。
图7是双工器超宽带频道滤波器的群时延特性。群时延是衡量宽带或超宽带网络的重要参数，其平坦度反应了微波网络的特性好坏。从图中可以看出，所述双工器在超宽带频道的群时延在0.3-0.65ns，群时延很小且具有很平坦的特性。
图5至图7的结果表明所述双工器在超宽带频道和窄带频道中具有很好的效果。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器，其特征在于：包括第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器共用一介质基板，均采用开槽线结构和微带线结构，开槽线结构位于介质基板的下层，微带线结构位于介质基板的上层；
第一滤波器的开槽线结构为U型开槽线谐振器（6）；微带线结构包括：第一馈线（1）、第二馈线（2）、第一开路枝节（4）、第二开路枝节（5），其中第一馈线（1）采用T型结构，为第一滤波器和第二滤波器的公共馈线，第一开路枝节（4）连接在第一馈线（1）T型头的一端并与其垂直，第二开路枝节（5）连接在第二馈线（2）的一端并与其垂直，两开路枝节分别与U型开槽线谐振器（6）的两臂平行，两开路枝节水平方向上的间距可调节，记为g 1；
第二滤波器的开槽线结构为多模开槽线谐振器（11），微带线结构包括：第一馈线（1）、第三馈线（3）、第一短路枝节（7）、第二短路枝节（9），其中第一短路枝节（7）连接在第一馈线（1）T型头的另一端，并与之垂直，第二短路枝节（9）连接在第三馈线（3）的一端并与之垂直；多模开槽线谐振器（11）采用U型结构，其内部中间位置加载有开槽线枝节，开槽线枝节的长度可调节，记为l 5。
2.根据权利要求1所述的应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器，其特征在于：所述第一滤波器为三阶滤波器，U型开槽线谐振器（6）长度为超宽带频道中心频率对应波长的二分之一，第一开路枝节（4）和第二开路枝节（5）均为四分之一波长谐振器。
3.根据权利要求1所述的应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器，其特征在于：所述的第二滤波器中U型开槽线谐振器（11）长度为窄带频道中心频率对应波长的二分之一。
4.根据权利要求1所述的应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器，其特征在于：所述的介质基板为PCB板，包括介质基片（12）以及包覆介质基片（12）的上金属贴片（13）和下金属贴片（14），微带线结构形成于上金属贴片（13），开槽线结构为下金属贴片（14）刻蚀而成。
5.根据权利要求1所述的应用于超宽带频道和窄带频道的高隔离槽线双工器，其特征在于：所述的第一短路枝节（7）上设有第一接地通孔（8），第二短路枝节（9）上设有第二接地通孔（10）。
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