CN105870557A - 一种带隔离度的20GHz超宽带合路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，包括金属盒体、盖板、磁环以及根据6dB电桥式混合电阻网路原理设计的微波平面电路板；所述金属盒体上分别设有第一射频接头、第二射频接头和第三射频接头；所述微波平面电路板和磁环均内置在金属盒体内；所述微波平面电路板分别与第一射频接头、第二射频接头和第三射频接头连接；所述磁环套在微波平面电路板连接第三射频接头的部位上；所述盖板盖在金属盒体上。本发明结构简单、体积小巧、成本低廉、技术指标优良、且易于实现和调试，其不仅可以实现20GHz的超宽带，满足民用移动通信、光通信、部分特种频率领域的应用需求，而且合路器两输入端口有较高的隔离度。

Description

一种带隔离度的 20GHz 超宽带合路器

技术领域

本发明涉及微波、射频技术领域，具体涉及的是一种带隔离度的20GHz超宽带合路器。

背景技术

合路器属于无源微波器件，主要用于功率合成与分配。合路器一般有两个或多个输入端口，只有一个输出端口。端口隔离度是一个比较重要的指标，用于描述两路信号互不影响的能力。

早期的T型结合路器，这种合路器结构简单，容易实现。但是，其不足在于两路输入端口没有隔离度，两输入端口相互泄露，相互干扰严重，而且T型结合路器各个端口是不能同时达到匹配状态的。

Wilkinson合路器，解决了T型结合路器各端口不能同时达到匹配的问题，而且各端口具有很低的驻波比，两输入端口隔离度高。但是对于20GHz这么超宽带，Wilkinson合路器有些无能为力，因为其内部用到了1/4波长微带线，这就决定了其可用频带宽度受限，其只能满足窄带的需求。

对称电阻性合路器，优点是原理简单、成本低、带宽非常宽、各个端口都是匹配的、各端口都可以既作为输入端口也可以作为输出端口。但有两个不足：第一，这个网络是有耗的，电阻网络本身就消耗了3dB功率，再加上功分，从而达到6dB的传输损耗。第二，因为电阻网络的高度对称性，两输入端口没有隔离度。

中国专利：一种无源宽频合路器（CN204067536U）公开了一种合路器将现2G、3G和4G网络信号全部合路在一起，并且相互之间隔离度高，一同经过天线进行覆盖，施工方便，节约成本，广泛应用于移动通信领域。其实际上属于窄带合路器，毕竟GSM、DCS、WCDMA和LTE在整个微波频段来讲，也就是几十兆~几百兆赫兹量级。此专利只针对民用移动通信频段，并且频段是离散的，非通用合路器。

而中国专利：一种宽频带线合路器（CN203574080U）、超宽频合路器（CN202196847U）、超宽频合路器（CN201877551U）、一种宽带合路器（CN203339282U）、一种多频宽带合路器（CN203242728U）以及宽频合路器（CN201766151U）基本都是采用腔体、谐振杆（棒）、滤波器、调节螺杆、耦合柱等方法实现的，结构比较复杂、体积较大、调试难度不小、且设备笨重。

美国专利Broadband coupled-line power combiner/divider（US6472950B1）则采用耦合线阵列的方法实现了N路信号合路，不仅结构复杂，而且也存在频带很难达到超高频的问题。

综上所述，有必要设计一种新型合路器，以满足20GHz的超宽带隔离度要求。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供了一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，其采用了6dB电桥式混合电阻网路原理设计，不仅可以实现20GHz的超宽带，满足民用移动通信、光通信、部分特种频率领域的应用需求，而且合路器两输入端口有较高的隔离度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，包括金属盒体、盖板、磁环以及根据6dB电桥式混合电阻网路原理设计的微波平面电路板；所述金属盒体上分别设有第一射频接头、第二射频接头和第三射频接头；所述微波平面电路板和磁环均内置在金属盒体内；所述微波平面电路板分别与第一射频接头、第二射频接头和第三射频接头连接；所述磁环套在微波平面电路板连接第三射频接头的部位上，用于保证在所需的频段内实现信号的选择和滤除；所述盖板则盖在金属盒体上，实现对金属盒体内部的完全密封和减小谐振。

具体地说，所述微波平面电路板包括第一端口、第二端口、第三端口、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及包含有第一参考平面和第二参考平面的微波平面印制板；所述第一端口位于第一射频接头处；所述第二端口位于第二射频接头处；所述第三端口位于第三射频接头处；所述第一电阻同时与第一端口和第二端口连接；所述第二电阻同时与第二端口和第二参考平面连接；所述第三电阻同时与第一参考平面和第二参考平面连接。

进一步地，所述第一端口和第二端口均设置在第一参考平面上，该第一参考平面用作第一端口和第二端口的共同参考地；所述第三端口设置在第二参考平面上，该第二参考平面用作第三端口的参考地。

再进一步地，所述第一端口连接有设置在微波平面印制板上的第一信号线；所述第二端口连接有设置在微波平面印制板上的第二信号线；所述第三端口连接有与第一信号线连通的第三信号线，且该第三信号线与第二参考平面一同贯穿磁环；所述第一电阻一端焊接在第一信号线上，另一端焊接在第二信号线上；所述第二电阻一端焊接在第二信号线上，另一端焊接在第二参考平面上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明带宽宽（可实现20GHz）、结构简单、技术指标优良（传输损耗6dB，隔离度20dB以上，输入输出回波损耗13dB以上）。

（2）相比于Wilkinson合路器与而言，本发明解决了1/4波长微带线所带来的带宽严重不足问题，通过设计的微波平面电路板（根据6dB电桥式混合电阻网路原理设计）可以实现可用频带达到20GHz，实现超宽带。同时，Wilkinson合路器为了达到很宽的带宽往往需要增大微波电路的尺寸来满足宽带的要求，因此体积都相对比较大，而本发明体积小巧、成本低廉。

（3）相比于对称电阻性合路器而言，本发明实现了20GHz超宽带上的隔离度达到20dB以上，且对称电阻性的合路器设计由于其高度的对称性，所有端口都可以既作为输入端口也可以作为输出端口，使得隔离度基本没有。

（4）相比于常见的腔体、调谐杆（棒）模式而言，本发明创新性地采用微波平面电路板结构设计，并配合了高导电率的金属盒体结构和抑制低频性能良好的若干磁环，从而不仅易于实现和调试，而且制作工艺简单。

（5）相对于专用窄带合路器而言（如移动通信系统中多频合路器），本发明可以更加通用化，其用途完全不受局部频段的限制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为6dB电桥式混合电阻网路的原理图。

图3为本发明中微波平面电路板的结构示意图。

图4为本发明传输损耗与隔离度测试曲线示意图。

图5为本发明各端口回波损耗测试曲线示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-第一射频接头，2-第二射频接头，3-第三射频接头，4-金属盒体，5-磁环，6-微波平面电路板，61-第一端口，62-第二端口，63-第三端口，64-第一电阻，65-第二电阻，66-第三电阻，67-微波平面印制板，68-第一参考平面，69-第二参考平面，7-盖板。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供了一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，其包括金属盒体4、盖板7、磁环5以及微波平面电路板6。所述微波平面电路板6和磁环5均内置在金属盒体4内；且微波平面电路板6分别与第一射频接头1、第二射频接头2和第三射频接头3连接。所述盖板7则盖在金属盒体4上。

本实施例中，所述的微波平面电路板6是根据6dB电桥式混合电阻网路原理设计的，6dB电桥式混合电阻网路的原理如图2所示，图2中，端口1与端口2、端口1与端口3的传输损耗为6dB，端口2与端口3的隔离度为20dB，端口1、端口2、端口3回波损耗能达到15 dB。图2中有3个端口，用到合路器中时，端口1作为输出端口，端口2与端口3同时作为输入端口（由于合路器是无源的、互易的，因而可以反过来用）；而用作功分器中时，端口1作为输入端口，端口2与端口3同时作为输出端口。端口2与端口3必须同时处于相同的工作状态。

上述端口中，端口1、端口2的参考地为参考节点1，端口3的参考地为参考节点2。参考节点1与参考节点2不是同一个参考地，没有直接关系。而电阻1连接着端口1与端口2，电阻2连接着端口2与参考节点2，电阻3连接着参考节点1与参考节点2。三个端口中，只有端口1与端口3的信号线是直接连通的。

按照上述理论基础，如图3所示，本发明中的微波平面电路板6包括第一端口61、第二端口62、第三端口63、第一电阻64、第二电阻65、第三电阻66以及包含有第一参考平面68和第二参考平面69的微波平面印制板67。所述第一端口61和第二端口62均设置在第一参考平面68上，该第一参考平面68用作第一端口61和第二端口62的共同参考地；所述第三端口63设置在第二参考平面69上，该第二参考平面69用作第三端口63的参考地。并且所述第一端口61位于第一射频接头1处；所述第二端口62位于第二射频接头2处；所述第三端口63位于第三射频接头3处。

所述第一电阻64同时与第一端口61和第二端口62连接；所述第二电阻65同时与第二端口62和第二参考平面69连接；所述第三电阻66同时与第一参考平面68和第二参考平面69连接。

所述磁环5套在微波平面电路板6连接第三射频接头3的部位上（即第三信号线与第二参考平面一同贯穿磁环5），用于保证在所需的频段内实现信号的选择和滤除。

用矢量网络分析仪测试该合路器，得到的传输损耗与隔离度曲线如图4所示，而合路器中各端口回波损耗则如图5所示。

本发明通过合理的结构设计，不仅解决了现有Wilkinson合路器带宽难于实现超宽带的技术难题，而且解决了对称电阻性合路器的隔离度问题，并且避免了腔体合路器存在的结构复杂、调试难度大的问题，同时，本发明还不受应用频段的限制，通用性更强。因此，与现有技术相比，本发明进步十分明显，其具有实质性的特点和进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，其特征在于，包括金属盒体（4）、盖板（7）、磁环（5）以及根据6dB电桥式混合电阻网路原理设计的微波平面电路板（6）；所述金属盒体（4）上分别设有第一射频接头（1）、第二射频接头（2）和第三射频接头（3）；所述微波平面电路板（6）和磁环（5）均内置在金属盒体（4）内；所述微波平面电路板（6）分别与第一射频接头（1）、第二射频接头（2）和第三射频接头（3）连接；所述磁环（5）套在微波平面电路板（6）连接第三射频接头（3）的部位上，用于保证在所需的频段内实现信号的选择和滤除；所述盖板（7）则盖在金属盒体（4）上，实现对金属盒体内部的完全密封和减小谐振。

2.根据权利要求1所述的一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，其特征在于，所述微波平面电路板（6）包括第一端口（61）、第二端口（62）、第三端口（63）、第一电阻（64）、第二电阻（65）、第三电阻（66）以及包含有第一参考平面（68）和第二参考平面（69）的微波平面印制板（67）；所述第一端口（61）位于第一射频接头（1）处；所述第二端口（62）位于第二射频接头（2）处；所述第三端口（63）位于第三射频接头（3）处；所述第一电阻（64）同时与第一端口（61）和第二端口（62）连接；所述第二电阻（65）同时与第二端口（62）和第二参考平面（69）连接；所述第三电阻（66）同时与第一参考平面（68）和第二参考平面（69）连接。

3.根据权利要求2所述的一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，其特征在于，所述第一端口（61）和第二端口（62）均设置在第一参考平面（68）上，该第一参考平面（68）用作第一端口（61）和第二端口（62）的共同参考地；所述第三端口（63）设置在第二参考平面（69）上，该第二参考平面（69）用作第三端口（63）的参考地。

4.根据权利要求3所述的一种带隔离度的20GHz超宽带合路器，其特征在于，所述第一端口（61）连接有设置在微波平面印制板（67）上的第一信号线；所述第二端口（62）连接有设置在微波平面印制板（67）上的第二信号线；所述第三端口（63）连接有与第一信号线连通的第三信号线，且该第三信号线与第二参考平面一同贯穿磁环（5）；所述第一电阻（64）一端焊接在第一信号线上，另一端焊接在第二信号线上；所述第二电阻（65）一端焊接在第二信号线上，另一端焊接在第二参考平面（69）上。