CN104241797B - 用于同轴谐振双工器的谐振腔和同轴谐振双工器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于同轴谐振双工器的谐振腔和同轴谐振双工器，该谐振腔的高度和宽度均为30毫米、长度为15毫米至30毫米、腔体内的外导柱的高度为29毫米、外径为10毫米、内径为8毫米，设于外导柱内的内导柱的直径为4毫米至6毫米。使用该谐振腔的同轴谐振双工器具有带内插损低，通带陡度高及高Q值的优点。

Description

用于同轴谐振双工器的谐振腔和同轴谐振双工器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种用于同轴谐振双工器的谐振腔和同轴谐振双工器。

背景技术

无线通讯技术的飞速发展和不断成熟使得移动通信服务更加便捷有效。

基站天线作为实现移动通信网络覆盖的核心设备之一，是移动通信系统的重要组成部分。基站天线已经伴随着移动通信产业的进步实现了快速的发展，并将会在今后相当长时间内继续保持较快的增长。随着3G、移动宽带接入的普及和智能手机、上网本、便携式笔记本的增长，更多的频率将会用于3G和移动宽带接入服务，发达国家需继续增加通信网络的扩容。与此同时，新兴市场国家也正处于大规模移动通信网络建网阶段，网络的优化与升级也是他们未来发展的一种趋势，从而为移动通信设备业的发展提供了广阔的市场空间。这都将促进全球通信市场在未来较长的时间都保持着较高的增速，也保障了基站天线产业的市场需求的持续增长。

现阶段用于基站天线的双工器设备较多会利用同轴谐振技术，也就是基站天线常常会使用同轴谐振双工器。然而，常用的同轴谐振双工器由于设计局限，不能满足带内插损低，通带陡度高及高Q值的要求。

发明内容

本发明提供一种谐振腔和同轴谐振双工器，使用该谐振腔的同轴谐振双工器具有带内插损低，通带陡度高及高Q值的优点。

在其中一种实施例中，所述一种用于同轴谐振双工器的谐振腔，所述谐振腔的高度和宽度均为30毫米、长度为15毫米至30毫米、腔体内的外导柱的高度为29毫米、外径为10毫米、内径为8毫米，设于外导柱内的内导柱的直径为4毫米至6毫米。

在其中一个实施例中，所述内导柱伸入外导柱的深度是可调的。

在其中一个实施例中，所述外导柱与所述谐振腔的腔体为一体成型结构。

在其中一个实施例中，所述内导柱为螺栓，内导柱通过螺纹连接的方式固定在盖板上。

一种同轴谐振双工器，包括发射通道、接收通道、位于发射通道和接收通道交汇处的信号传输腔体和盖在发射通道、接收通道以及信号传输腔体上方的盖板，其特征在于，所述发射通道和接收通道均包括多个谐振腔，所述谐振腔的高度和宽度均为30毫米、长度为15毫米至30毫米、腔体内的外导柱的高度为29毫米、外径为10毫米、内径为8毫米，设于外导柱内的内导柱的直径为4毫米至6毫米。

在其中一个实施例中，所述发射通道包括八个谐振腔，所述接收通道包括七个谐振腔，发射通道与接收通道的相邻谐振腔之间具有公用壁；发射通道的八个谐振腔分别为第一发射谐振腔、第二发射谐振腔、第三发射谐振腔、第四发射谐振腔、第五发射谐振腔、第六发射谐振腔、第七发射谐振腔、第八发射谐振腔，所述第一发射谐振腔、第二发射谐振腔、第三发射谐振腔、第四发射谐振腔、第五发射谐振腔、第六发射谐振腔、第七发射谐振腔、第八发射谐振腔依次相连通并排成2*4的阵列，所述第五发射谐振腔与第八发射谐振腔直接相连通；所述接收通道的七个谐振腔分别为第一接收谐振腔、第二接收谐振腔、第三接收谐振腔、第四接收谐振腔、第五接收谐振腔、第六接收谐振腔、第七接收谐振腔，所述第一接收谐振腔、第二接收谐振腔、第三接收谐振腔、第四接收谐振腔、第五接收谐振腔、第六接收谐振腔、第七接收谐振腔依次相连通，所述第四接收谐振腔与第四发射谐振腔，第五接收谐振腔与第五发射谐振腔均具有公用壁，所述接收通道的七个谐振腔与所述发射通道的第一发射谐振腔、第二发射谐振腔、第三发射谐振腔、第四发射谐振腔、第五发射谐振腔、第六发射谐振腔、第七发射谐振腔以第五接收谐振腔与第五发射谐振腔的公用壁所在直线为对称轴对称设置。

在其中一个实施例中，所述谐振腔、外导柱和盖板均由金属铝制成。

在其中一个实施例中，所述谐振腔、内导柱、外导柱和盖板的外表面均镀有银或银合金。

在其中一个实施例中，所述同轴谐振双工器还包括设于发射通道或接收通道的至少三个谐振腔的交汇处产生传输零点的调节杆。

在其中一个实施例中，所述调节杆的两端设有金属圆盘。

上述谐振腔和同轴谐振双工器根据电磁传输理论进行设计，由电磁仿真及实际测试结果可以看出使用该谐振腔的同轴谐振双工器具有带内插损低，通带陡度高及高Q值的优点。

附图说明

图1为无线电频率发送和接收网络示意图；

图2为同轴谐振双工器的结构简化框图；

图3为一个实施例的同轴谐振双工器示意图；

图4为图3所示同轴谐振双工器的其中一个谐振腔结构示意图；

图5为图3所示同轴谐振双工器接收信号时测试结果示意图；

图6为图3所示同轴谐振双工器发射信号时测试结果示意图。

具体实施方式

图1显示了一个无线电频率发送和接收网络。其包括同轴谐振双工器100、天线101、发射器103和接收器104。无线电频率发送和接收网络采用共用天线101，以供发射器103和接收器104一起使用。同轴谐振双工器100与发射器103、接收器104、天线101连接。同轴谐振双工器100是以发射器103和接收器104为目的的装置。这将允许发射器103和接收器104可以在同一时间相同的天线101上运行，发射器103不会对接收器104产生不利影响，反之亦然。

图2是同轴谐振双工器100结构的简化框图。该同轴谐振双工器100包括发射滤波器201和接收滤波器202。发射滤波器201在无线电发射模式下传输能量，接收滤波器202在无线电接收模式下传输能量。信源信号从发送端口205通过发送滤波器201和公共端口203传输。然后，传输信号由连接到连接端口204的天线发射出去。在接收方向，无线信号的接收天线通过公共端口203连接到连接端口204。然后，信号通过接收滤波器202到达接收端口206。

请参考图3与图4，一个实施例提供一种同轴谐振双工器100。该同轴谐振双工器100包括发射通道、接收通道、位于发射通道和接收通道交汇处的信号传输腔体120和盖在发射通道、接收通道以及信号传输腔体120上方的盖板190。其中，发射通道包括八个谐振腔，接收通道包括七个谐振腔。发射通道与接收通道的相邻谐振腔之间具有公用壁。信号传输腔体120与外部天线相连，用来传输信号。

发射通道的八个谐振腔分别为第一发射谐振腔111、第二发射谐振腔112、第三发射谐振腔113、第四发射谐振腔114、第五发射谐振腔115、第六发射谐振腔116、第七发射谐振腔117、第八发射谐振腔118。第一发射谐振腔111、第二发射谐振腔112、第三发射谐振腔113、第四发射谐振腔114、第五发射谐振腔115、第六发射谐振腔116、第七发射谐振腔117、第八发射谐振腔118依次通过金属壁上的窗口相连通并排成2*4的阵列。第五发射谐振腔115与第八发射谐振腔118直接相连通。它们的公用壁上开设有起连通作用的槽，其中槽的宽度由谐振腔体之间的耦合强度决定，耦合强度越强，则槽的宽度越大。这样，第五发射谐振腔115与第八发射谐振腔118之间的交叉耦合就会较好。

接收通道的七个谐振腔分别为第一接收谐振腔131、第二接收谐振腔132、第三接收谐振腔133、第四接收谐振腔134、第五接收谐振腔135、第六接收谐振腔136、第七接收谐振腔137。第一接收谐振腔131、第二接收谐振腔132、第三接收谐振腔133、第四接收谐振腔134、第五接收谐振腔135、第六接收谐振腔136、第七接收谐振腔137依次通过金属壁上的窗口相连通。第四接收谐振腔134与第四发射谐振腔114，第五接收谐振腔135与第五发射谐振腔115均具有公用壁。接收通道的七个谐振腔与发射通道的第一发射谐振腔111、第二发射谐振腔112、第三发射谐振腔113、第四发射谐振腔114、第五发射谐振腔115、第六发射谐振腔116、第七发射谐振腔117以第五接收谐振腔135与第五发射谐振腔115的公用壁所在直线为对称轴对称设置。

该同轴谐振双工器100的发射通道和接收通道内形成有多个U形结构，例如：第一发射谐振腔111和第三发射谐振腔113之间形成有U形结构；第三接收谐振腔133与第五接收谐振腔135之间形成有U形结构；第五接收谐振腔135与第七接收谐振腔137之间形成有U形结构。这些U型结构可以实现磁性交叉耦合，产生传输零点，从而有效提高该同轴谐振双工器100的接收通道与发射通道之间的抑制。U形结构布置在盖板190下部，两端穿出盖板190，从而可以在外部调节。

该同轴谐振双工器100的发射通道和接收通道一共使用了15个谐振腔，这15个谐振腔形成近似的4*4矩阵布局，产生了足够的传输零点，能够满足设计需要。因为该同轴谐振双工器使用的谐振腔数目较少且布局合理，所以该同轴谐振双工器的体积较小。较多的传输零点，也使该同轴谐振双工器100实现了高选择性，同时可以起到减少谐振级数、减小插入损耗的作用。当然，本发明不限定各个谐振腔的具体位置，本技术领域的人员可以适当调整谐振腔的位置，其仍在本发明的保护范围之内。

发射通道与接收通道的谐振腔的腔体内设有外导柱170，外导柱170内设有内导柱180，内导柱180伸入外导柱170的深度是可调的。此处的内导柱180为螺栓，内导柱180通过螺纹连接的方式固定在盖板190上。也就是说，盖板190上设有螺纹孔，内导柱180上有与盖板190上的螺纹孔相配合的螺纹，这样内导柱180就可以通过螺纹连接的方式固定在盖板190上。同时，内导柱180将部分伸入到外导柱170中。通过调节内导柱180伸入外导柱170内的深度可以调整该同轴谐振双工器100的性能，以满足实际使用的需要。

发射通道和接收通道的谐振腔的腔体的宽度和高度均为30毫米，长度可以为15毫米到30毫米，此处的宽度为30毫米。外导柱170的高度为29毫米、外径为10毫米、内径为8毫米，内导柱180的直径为4毫米至6毫米，此处内导柱180的直径为6毫米。外导柱170的尺寸较小，从而是谐振腔的体积不需要做的较大，从而在满足性能要求的同时进一步减小该同轴谐振双工器100体积。

在该实施例中，外导柱170与发射通道和接收通道的谐振腔的腔体为一体成型结构，在其它实施例中，外导柱170可以可拆卸的固定在谐振腔的底部。谐振腔、外导柱170和盖板190均由金属铝制成。谐振腔、内导柱180、外导柱170和盖板190的表面均镀有银或银合金。这样可以提高该同轴谐振双工器100的Q值，减少通带插损，增强带外抑制。

该同轴谐振双工器100还包括设于发射通道或接收通道的至少三个谐振腔的交汇处产生传输零点的调节杆。这些调节杆包括直线调节杆151和U形调节杆152。具体的，第一接收谐振腔131、第二接收谐振腔132、第三接收谐振腔133、第四接收谐振腔134的交汇处设有直线调节杆151。第三接收谐振腔133、第四接收谐振腔134、第五接收谐振腔135、第六接收谐振腔136的交汇处也设有U形调节杆152。第五发射谐振腔115、第六发射谐振腔116、第七发射谐振腔117、第八发射谐振腔118的交汇处也设有直线调节杆151。第一发射谐振腔111、第二发射谐振腔112、第三发射谐振腔113、第四发射谐振腔114的交汇处设有U形调节杆152。第五接收谐振腔135、第六接收谐振腔136、第七接收谐振腔137的交汇处也设有U形调节杆152。

直线调节杆151和U形调节杆152的两端可以均设有金属圆盘161，当然也可以不设置金属圆盘161。直线调节杆151和U形调节杆152用来实现电性交叉耦合，产生传输零点，以进一步提高该同轴谐振双工器100的发射通道与接收通道之间的抑制。直线调节杆151和U形调节杆152的长度以及金属圆盘161的大小由各谐振腔的腔体之间的耦合强度决定，耦合越强，直线调节杆151和U形调节杆152的长度越长，金属圆盘161的半径越大。

该同轴谐振双工器由数个同轴谐振腔排列组成的发射通道、接收通道组成。根据电磁传输理论，谐振腔沿电磁波传播方向的高度H与谐振频率f₀关系式为：

此外，关系式：

给出了CL、Z0、D、O、L、ε_r、μ_c、f的关系。

其中CL:导体损耗、Z₀：特征阻抗、D：外导体的内径、O：内导体直径、L：导体长度、ε_r：介电常数、μ_c：导体相对磁通量、f：频率

同轴线的特性阻抗可以表示为：

式中：a为滤波器中的外导柱外径的一半，b为谐振腔长度的一半。此外，b和a的选取原则满足如下条件：

最大功率容量条件：b/a>1.65；

最小衰减条件：b/a<3.592。

按照以上原则并根据电磁仿真及实际测试结果，我们发现通带频率在800-1000兆赫的理想的谐振腔的腔体的宽度和高度均为30毫米，长度为15毫米到30毫米；内导柱的直径为4毫米到6毫米。

请参考图5与图6。该同轴谐振双工器100主要适用于通讯频段为900MHz左右的通讯系统。该同轴谐振双工器100的发射端频率为900MHz到1000MHz，接收端频率为800MHz到950MHz。该同轴谐振双工器100根据广义切比雪夫滤波器原理设计，具有带内等波纹，带外有限传输零点可控，带外抑制度好等特点。本发明使用安捷伦网络分析仪8753E对该同轴谐振双工器100进行测试，从测试结果可以看出：该同轴谐振双工器100的通带内插损在-1.5dB以内，带外抑制高，峰值抖动0.5dB范围内，满足使用要求。如下图5、6所示，图5高频一侧、图6低频一侧波形陡度都较大，显示即为通带陡度高；波形转折明显，显示即为Q值高；通带内波形平直，显示即为峰值抖动小；且通带波形达到0.5dB,说明带内插损低。阻带内波形在-90dB以下，说明带外抑制高。所以，该同轴谐振双工器100具有体积小，带内插损低，通带陡度高及高Q值的优点。

该同轴谐振双工器的发射通道和接收通道一共使用了15个谐振腔，这15个谐振腔形成近似的4*4矩阵布局，产生了足够的传输零点，能够满足设计需要。因为该同轴谐振双工器使用的谐振腔数目较少且布局合理，结构紧凑，所以该同轴谐振双工器的体积较小，可以满足小型化的需要。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种同轴谐振双工器，包括发射通道、接收通道、位于发射通道和接收通道交汇处的信号传输腔体和盖在发射通道、接收通道以及信号传输腔体上方的盖板，其特征在于，所述发射通道和接收通道均包括多个谐振腔，所述谐振腔的高度和宽度均为30毫米、长度为15毫米至30毫米、腔体内的外导柱的高度为29毫米、外径为10毫米、内径为8毫米，设于外导柱内的内导柱的直径为4毫米至6毫米，所述发射通道包括八个谐振腔，所述接收通道包括七个谐振腔，发射通道与接收通道的相邻谐振腔之间具有公用壁；发射通道的八个谐振腔分别为第一发射谐振腔、第二发射谐振腔、第三发射谐振腔、第四发射谐振腔、第五发射谐振腔、第六发射谐振腔、第七发射谐振腔、第八发射谐振腔，所述第一发射谐振腔、第二发射谐振腔、第三发射谐振腔、第四发射谐振腔、第五发射谐振腔、第六发射谐振腔、第七发射谐振腔、第八发射谐振腔依次相连通并排成2*4的阵列，所述第五发射谐振腔与第八发射谐振腔通过窗口直接相连通；所述接收通道的七个谐振腔分别为第一接收谐振腔、第二接收谐振腔、第三接收谐振腔、第四接收谐振腔、第五接收谐振腔、第六接收谐振腔、第七接收谐振腔，所述第一接收谐振腔、第二接收谐振腔、第三接收谐振腔、第四接收谐振腔、第五接收谐振腔、第六接收谐振腔、第七接收谐振腔依次相连通，所述第四接收谐振腔与第四发射谐振腔，第五接收谐振腔与第五发射谐振腔均具有公用壁，所述接收通道的七个谐振腔与所述发射通道的第一发射谐振腔、第二发射谐振腔、第三发射谐振腔、第四发射谐振腔、第五发射谐振腔、第六发射谐振腔、第七发射谐振腔以第五接收谐振腔与第五发射谐振腔的公用壁所在直线为对称轴对称设置，其中，所述第一发射谐振腔与第三发射谐振腔之间、第三接收谐振腔与第五接收谐振腔之间及第五接收谐振腔与第七接收谐振腔之间形成有U形结构。

2.根据权利要求1所述的同轴谐振双工器，其特征在于，所述谐振腔、外导柱和盖板均由金属铝制成。

3.根据权利要求2所述的同轴谐振双工器，其特征在于，所述谐振腔、内导柱、外导柱和盖板的外表面均镀有银或银合金。

4.根据权利要求3所述的同轴谐振双工器，其特征在于，所述同轴谐振双工器还包括设于发射通道或接收通道的至少三个谐振腔的交汇处产生传输零点的调节杆。

5.根据权利要求4所述的同轴谐振双工器，其特征在于，所述调节杆的两端设有金属圆盘。