CN105720331A - 一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器，包括矩形腔体、第一介质基板及第二介质基板，所述矩形腔体由第一及第二矩形腔体并联构成，所述第一介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的顶面，所述第二介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的底面，所述第一介质基板的下表面分别开有第一及第二缝隙，所述第一介质基板上印制用于微带馈电的第一铜片及第二铜片，所述第二介质基板的下表面有第三及第四缝隙，所述第二介质基板上表面印制有用于微带馈电的第三铜片及第四铜片。本发明具有选择性高、功率容量大等特点。

Description

一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，具体涉及一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器。

背景技术

随着通信技术的不断发展，频谱资源变得越来越稀缺，为了能够更加有效地利用有限的频谱资源，对分隔频率的要求也就越来越高，微波滤波器作为一种重要的微波选频无源器件，其发展也越来受到越来越多的重视。

从二十世纪七十年代开始，矩形谐振腔就被用来设计微波滤波器和双工器，因其具有选择性高、损耗低、功率容量大等优点而广泛用于军事、卫星、数字电视广播、基站等现代通信中。采用矩形谐振腔来设计滤波器和双工器的原理主要是利用谐振腔里的多模特性，也即是TE10、TE01和TM11这三个模式，因此单腔设计出来的滤波器在通带内一般都具有三个极点。所以，利用矩形谐振腔来设计微波滤波器的关键问题是怎样激励出腔体里的三个模式，具体来说主要涉及到滤波器的馈电方式和腔体内模式间的耦合。就馈电方式而言，最常见的是波导馈电和同轴线馈电；就腔体内模式间的耦合方式上，常见的方法有切边框、加枝节、设置非谐振器等，这些方法要么改变了腔体的结构，增加了制作成本，要么结构比较复杂，不利于大规模生产。

波导和同轴线馈电不仅制作成本高，而且不易与其他微波器件连接，采用微带馈电结构的实例很少，且大都结构复杂。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器。

通过微带馈电，在两个腔体滤波器内形成两个通带，通带两侧具有一对传输零点，具有选择性高、功率容量大等特点，能够满足现代通信技术的要求。

本发明采用如下技术方案：

一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器，包括矩形腔体、第一介质基板及第二介质基板，所述矩形腔体由第一及第二矩形腔体并联构成，所述第一介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的顶面，所述第二介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的底面，所述第一介质基板的下表面分别开有第一及第二缝隙，所述第一介质基板的上表面印制用于微带馈电的第一铜片及第二铜片，所述第二介质基板的下表面开有第三及第四缝隙，所述第二介质基板的上表面印制有用于微带馈电的第三铜片及第四铜片。

所述第一铜片的一端与第一缝隙中心点相对应，其另一端与第一矩形腔体的边缘连接；所述第二铜片的一端与第二缝隙中心点相对应，其另一端与第二矩形腔体的边缘连接。

所述第三铜片横向放置在第一与第二矩形腔体的连接处，所述第三铜片的两端分别与第三及第四缝隙的中心点对应，所述第四铜片纵向放置，位于两个矩形腔的连接处，一端与第三铜片的中点对应，另一端与两个矩形腔的连接处边缘连接。

所述第一及第二缝隙中心点在同一直线上，所述第三缝隙中心点与第一缝隙中心点在同一竖直直线上，所述第四缝隙中心点与第二缝隙中心点在同一竖直直线上。

所述第一及第二铜片横向放置在第一介质基板上。

第一、第二铜片、第三及第四铜片为矩形。

矩形腔体内部充满空气，第一及第二矩形腔体的中心频率不同。

所述第一及第二铜片及第四铜片的宽度相等。

所述第一、第二、第三及第四缝隙为矩形。

第一缝隙及第三缝隙分别与X轴的夹角互为相反，所述第二缝隙与第四缝隙分别与X轴的夹角互为相反。

本发明首先采用基片介质板上标准的50Ω微带线馈电，通过介质板底面的槽线将能量耦合到介质板下面的矩形腔体之中，激励出腔体里的三个模式，形成通带，再通过相同的基本介质板结构输出。然后将两个不同中心频率的滤波器组合在一起，实现一个一端口输入，两个端口输出的三端口双工器。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用了一种结构简单的微带线来进行馈电，不仅降低了成本，而且易于与其他器件集成；

(2)本发明微带线的作用不仅仅在于馈电，更通过微带底面的槽线结构激励出了腔体里的三个模式，这保证了矩形腔体的完整性，使滤波器能够继承传统矩形谐振腔选择性高、功率容量大等优点；

(3)通过微带馈电，在两个腔体滤波器内形成两个通带，通带两侧具有一对传输零点，具有选择性高、功率容量大等特点，能够满足现代通信技术的要求；

(4)本发明克服传统微带宽带滤波器损耗大、Q值低的缺点；

(5)本发明不用加工任何切角或者开槽，加工简单，解决了其复杂的加工问题。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实施例的实物结构图；

图4是本发明实施例的仿真示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2及图3所示，一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器，包括矩形腔体、第一介质基板及第二介质基板，所述矩形腔体由第一及第二矩形腔体并联构成，所述两个矩形腔体的中心频率不同，所述第一介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的顶面，所述第二介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的底面，介质基板为PCB板，所述第一介质基板的下表面分别开有第一及第二缝隙5、6，所述第一介质基板上表面印制用于微带馈电的第一铜片及第二铜片1、2，所述第二介质基板开有第三及第四缝隙7、8，通过调整缝隙的长宽和角度，实现缝隙耦合。所述第二介质基板上印制有用于微带馈电的第三铜片及第四铜片3、4。

本实施例的具体加工方法为：第一及第二缝隙开在第一介质板的下表面，分别位于第一、第二矩形腔体的顶面，第一及第二铜片印制在第一介质板的上表面，同样位于第一、第二矩形腔体的顶面，所述第三及第四缝隙开在第二介质板的下表面，位于第一、第二矩形腔体的底面，所述第三及第四铜片印制在第二介质板的上表面，所述第一介质基板的下表面及第二介质基板的下表面均为面向矩形腔体的一面。

所述第一铜片1的边缘引出端口port2，第二铜片2的边缘引出端口port3,第四铜片的边缘引出端口port1。

所述第一铜片的一端与第一缝隙5中心点相对应，其另一端与第一矩形腔体的边缘连接；所述第二铜片的一端与第二缝隙6中心点相对应，其另一端与第二矩形腔体的边缘连接。

所述第一及第二缝隙中心点在同一直线上，所述第三缝隙中心点与第一缝隙中心点在同一竖直直线上，所述第四缝隙中心点与第二缝隙中心点在同一竖直直线上。

所述第三铜片3横向跨接在第一与第二矩形腔体的连接处，所述第三铜片的两端分别与第三及第四缝隙的中心点对应，所述第四铜片4纵向放置，位于两个矩形腔的连接处，一端与第三铜片的中点对应，另一端与两个矩形腔的连接处边缘连接。所述第四铜片的位置可调。

所述第一及第二铜片横向放置在第一介质基板上，所述横向为与X轴平行。

第一、第二铜片、第三铜片及第四铜片均为矩形，所述第一及第二铜片宽度及第四铜片相等。

所述第一、第二、第三及第四缝隙为矩形。

第一缝隙及第三缝隙分别与X轴的夹角互为反角，例如第一缝隙与X轴成30度角，则第三缝隙与X轴成-30度角，所述第二缝隙与第四缝隙分别与X轴的夹角互为反角。

本发明首先采用基片介质板上标准的50Ω微带线馈电，在port1将能量输入，并分成两路通过与x轴有角度的缝隙进入分别两个矩形腔体。在一个矩形腔体中，如果缝隙平行于x轴，只能产生一个模式，如果缝隙中心位于原点且与x轴有夹角，则能产生两个模式，如果与x轴有夹角的缝隙偏移了原点，则能激励出三个模，三个模式形成通带，再通过尺寸相同，夹角反向的槽线输出，通过port2输出低频通带，通过port3输出高频通带。这样就实现一个一端口输入，两个端口输出的三端口双工器。铜片为微带结构的上层，宽度根据微带的50欧姆标准(即介质板的厚度和介电常数)来选择，长度可调。缝隙影响腔体的外部Q值，长度和宽度，位置，与x轴的夹角均可调。同一个腔体的两条槽线是相同的，夹角相反。矩形腔体的频率由其长宽高控制，这个腔体激励的三个模式是TE₁₀₁,TE₀₁₁,TM₁₁₀.这三个模式的计算公式如下，a代表矩形腔体长，b代表矩形腔体宽，c代表矩形腔体高。

${\left(K_{1,0,1}\right)}^2={\left(\frac{\mathrm{\π}}{a}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\π}}{c}\right)}^2---\left(1\right)$

${\left(K_{1,1,0}\right)}^2={\left(\frac{\mathrm{\π}}{a}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\π}}{b}\right)}^2---\left(2\right)$

${\left(K_{0,1,1}\right)}^2={\left(\frac{\mathrm{\π}}{b}\right)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\π}}{c}\right)}^2---\left(3\right)$

本发明最大的优势就是腔体内部没有任何的东西，无切角，无探针，无调谐螺钉，保证了模式的原始和完整性。

如图4所示为本发明的仿真示意图，通过微带馈电，在两个腔体滤波器内形成两个通带，通带两侧具有传输零点，具有选择性高、功率容量大等特点，能够满足现代通信技术的要求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微带馈电缝隙耦合的单腔三模带通双工器，其特征在于，包括矩形腔体、第一介质基板及第二介质基板，所述矩形腔体由第一及第二矩形腔体并联构成，所述第一介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的顶面，所述第二介质基板覆盖在第一及第二矩形腔体的底面，所述第一介质基板的下表面分别开有第一及第二缝隙，所述第一介质基板的上表面印制用于微带馈电的第一铜片及第二铜片，所述第二介质基板的下表面开有第三及第四缝隙，所述第二介质基板的上表面印制有用于微带馈电的第三铜片及第四铜片。

2.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，所述第一铜片的一端与第一缝隙中心点相对应，其另一端与第一矩形腔体的边缘连接；所述第二铜片的一端与第二缝隙中心点相对应，其另一端与第二矩形腔体的边缘连接。

3.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，所述第三铜片横向放置在第一与第二矩形腔体的连接处，所述第三铜片的两端分别与第三及第四缝隙的中心点对应，所述第四铜片纵向放置，位于两个矩形腔的连接处，一端与第三铜片的中点对应，另一端与两个矩形腔的连接处边缘连接。

4.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，所述第一及第二缝隙中心点在同一直线上，所述第三缝隙中心点与第一缝隙中心点在同一竖直直线上，所述第四缝隙中心点与第二缝隙中心点在同一竖直直线上。

5.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，所述第一及第二铜片横向放置在第一介质基板上。

6.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，第一、第二、第三及第四铜片为矩形。

7.根据权利要求1-6任一项所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，矩形腔体内部充满空气，第一及第二矩形腔体的中心频率不同。

8.根据权利要求7所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，所述第一及第二铜片及第四铜片的宽度相等。

9.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，所述第一、第二、第三及第四缝隙为矩形。

10.根据权利要求1所述的单腔三模带通双工器，其特征在于，第一缝隙及第三缝隙分别与X轴的夹角互为相反，所述第二缝隙与第四缝隙分别与X轴的夹角互为相反。