CN106252795A - 一种lte双工器及其耦合窗口设计方法 - Google Patents

一种lte双工器及其耦合窗口设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LTE双工器及其耦合窗口设计方法，它包括盒体：盒体内部包括接收端、发射端以及天线端；盒体外部侧面安装有一个双工器接收端口（1）、一个双工器发射端口（3）以及一个双工器天线端口（2）；盒体上表面设置有盖板；上行信号经双工器接收端口1输入，依次经过六个接收端谐振腔（41）~（46），然后通过镀银铜线再由双工器天线端口3输出；下行信号双工器发射端端口2输入，依次经过六个接收端谐振腔（56）~（51），然后通过镀银铜线再由双工器天线端口3输出，本发明使用了最少的滤波器阶数，能够使电信LTE2.1G频段信号接收和发射都能同时正常工作，并且具有上下行信号之间具有较高的相互抑制而不会互相干扰，降低了LTE双工器的尺寸及成本，具有损耗小，抑制度高的特点。

Description

一种LTE双工器及其耦合窗口设计方法
技术领域
本发明涉及通信设备领域，特别涉及一种LTE双工器及其耦合窗口设计方法。
背景技术
最早的移动通信电话是采用的模拟蜂窝通信技术，这种技术只能提供区域性话音业务，而且通话效果差、保密性能也不好，用户的接听范围也是很有限。随着移动通信的发展，2G,3G信号的传输速率根本满足不了越来越多移动通信用户的需求，4G通信具有以下特点：通信速度更快 、网络频谱更宽、通信更加灵活、智能性能更高、兼容性能更平滑 、提供各种增殖服务、实现更高质量的多媒体通信、频率使用效率更高、通信费用更加便宜 ，所以4G技术的开发就成为了一种发展的趋势。
LTE 双工器作为直放站的重要部件，其作用是将上行和下行讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。它是由两组不同频率的滤波器组成。在LTE 直放站中，要求双工器具有更高的带外抑制，这通常需要增加谐振腔的级数来达到，这样会增加LTE 双工器的尺寸及成本，因此这里提出一种体积小，带外抑制高，成本低的LTE 双工器。
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LTE双工器及其耦合窗口设计方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种LTE双工器，它包括盒体：盒体内部包括接收端、发射端以及天线端；盒体外部侧面安装有一个双工器接收端口、一个双工器天线端口以及一个双工器发射端口；盒体上表面设置有盖板；
所述的接收端包括有双工器接收端口、接收端谐振腔和接收端谐振杆,所述的接收端谐振腔包括第一接收端谐振腔、第二接收端谐振腔、第三接收端谐振腔、第四接收端谐振腔、第五接收端谐振腔和第六接收端谐振腔；每个谐振腔均设置有一根接收端谐振杆；所述的双工器接收端口通过镀银铜线与第一接接收端谐振腔中的接收端谐振杆相连；第一接收端谐振腔与第二接收端谐振腔之间设置有接收端耦合窗口，第二接收端谐振腔与第三接收端谐振腔设置有接收端耦合窗口，第三接收端谐振腔与第四接收端谐振腔之间设置有接收端耦合窗口，第四接收端谐振腔与第五接收端谐振腔之间设置有接收端耦合窗口，第五接收端谐振腔与第六接收端谐振腔之间设置有接收端耦合窗口；第一接收端谐振腔接与第三接收端谐振腔之间设置有收端容性交叉耦合，第四接收端谐振腔与第六接收端谐振腔之间设置有接收端容性交叉耦；
所述的发射端包括有双工器天线端口、发射端谐振杆和发射端谐振腔，所述的发射端谐振腔包括第一发射端谐振腔、第二发射端谐振腔、第三发射端谐振腔、第四发射端谐振腔、第五发射端谐振腔和第六发射端谐振腔；每个发射端谐振腔均值设置有一根发射端谐振杆；第六发射端谐振腔的发射端谐振杆通过镀银铜线与双工器发射端口相连，第一发射端谐振腔与第二发射端谐振腔之间设置有发射端耦合窗口，第二发射端谐振腔与第三发射端谐振腔之间设置有发射端耦合窗口，第三发射端谐振腔与第四发射端谐振腔之间设置有发射端耦合窗口，第四发射端谐振腔与第五发射端谐振腔之间设置有发射端耦合窗口，第五发射端谐振腔与第六发射端谐振腔 之间设置有发射端耦合窗口，第二发射端谐振腔与第三发射端谐振腔 之间设置有发射端容性交叉耦合；
所述的天线端包括一个双工器天线端口和加长镀银连接杆，加长镀银连接杆一端与双工器天线端口相连，另一端通过镀银铜线分别与第六接收端谐振腔中的发射端谐振杆和第一发射端谐振腔中的发射端谐振杆相连。
所述的加长镀银连接杆的作用是便于接收端和发射端的谐振杆和双工器天线端口连接。
所述的接收端容性交叉耦合的作用是调节接收频段通带外频率的抑制度。
所述的发射端容性交叉耦合的作用为调节发射频段通带外频率的抑制度。
所述的接收端耦合窗口或发射端耦合窗口的作用是通过相邻两个谐振腔之间的信号耦合来传输信号。
一种LTE双工器中耦合窗口的设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1.谐振腔级数的选取：选取接收端谐振腔级数为6级，发射端谐振腔级数为6级；两个通道均采用耦合同轴谐振腔结构；
S2. 耦合窗口尺寸的粗选取：通过网络综合法与微波仿真软件如HFSS、CST相结合得到耦合矩阵值与外部Q值，经过单个谐振腔品质因数仿真，相邻及非相邻谐振腔模型耦合系数扫描仿真确认得到耦合窗口的原始尺寸值；
S3. 耦合窗口尺寸的精选取：利用HFSS仿真软件仿真确认耦合窗口相应的耦合系数,对于相互耦合的双腔结构,对耦合结构尺寸扫描参数,得到了一组随耦合系数变化时对应的耦合窗口尺寸曲线,通过对应耦合系数的点选取耦合窗口尺寸。
所述的耦合窗口包括接收端耦合窗口和发射端耦合窗口。
本发明的有益效果：能够实现电信LTE2.1G频段信号的接收与发射，通过接收端容性交叉和发射端接收端容性交叉的设置，使得在谐振腔的数量减少的情况下达到了相同的效果，并且降低了LTE 双工器的尺寸及成本，插入损耗由1.5控制到了1.0以内，，功率提升了35%，提高隔离度和带外抑制度，简化了装配和调试流程，有效提高了器件的稳定性及可靠性，因此是一种体积小、参数优良、成本低和可靠性高的LTE 双工器，可配套用在数字直放站整机上，提高了设备的稳定性及抗干扰性能。
附图说明
图1为本发明结构方框图。
图中，1-双工器接收端口，2-双工器天线端口，3-双工器发射端口，4-接收端谐振腔，5-发射端谐振腔，6-镀银铜线，7-加长镀银连接杆，8-接收端容性交叉耦合，9-接收端耦合窗口，10-接收端谐振杆，11-发射端容性交叉耦合，12-发射端耦合窗口，13-发射端谐振杆，41-第一接收端谐振腔，42-第二接收端谐振腔，43-第三接收端谐振腔，44-第四接收端谐振腔，45-第五接收端谐振腔，46-第六接收端谐振腔，51-第一发射端谐振腔，52-第二发射端谐振腔，53-第三发射端谐振腔，54-第四发射端谐振腔，55-第五发射端谐振腔，56-第六发射端谐振腔。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示， 一种LTE双工器，其特征在于，它包括盒体：盒体内部包括接收端、发射端以及天线端；盒体外部侧面安装有一个双工器接收端口1、一个双工器天线端口3以及一个双工器天线端口2；盒体上表面设置有盖板；腔体由铝合金材料经数控编程后精加工而成，采用该材料的双工器具有轻便耐腐蚀的特点。
所述的接收端包括有双工器接收端口1、接收端谐振腔4和接收端谐振杆10,所述的接收端谐振腔包括第一接收端谐振腔41、第二接收端谐振腔42、第三接收端谐振腔43、第四接收端谐振腔44、第五接收端谐振腔45和第六接收端谐振腔46；每个谐振腔均设置有一根接收端谐振杆10；所述的双工器接收端口1通过镀银铜线6与第一接接收端谐振腔41中的接收端谐振杆10相连；第一接收端谐振腔41与第二接收端谐振腔42之间设置有接收端耦合窗口9，第二接收端谐振腔42与第三接收端谐振腔43设置有接收端耦合窗口9，第三接收端谐振腔43与第四接收端谐振腔44之间设置有接收端耦合窗口9，第四接收端谐振腔44与第五接收端谐振腔45 之间设置有接收端耦合窗口9，第五接收端谐振腔45与第六接收端谐振腔46之间设置有接收端耦合窗口9；第一接收端谐振腔41接与第三接收端谐振腔43之间设置有收端容性交叉耦合8，第四接收端谐振腔44与第六接收端谐振腔46之间设置有接收端容性交叉耦合8；
所述的发射端包括有双工器天线端口3、发射端谐振杆13和发射端谐振腔5，所述的发射端谐振腔包括第一发射端谐振腔51、第二发射端谐振腔52、第三发射端谐振腔53、第四发射端谐振腔54、第五发射端谐振腔55和第六发射端谐振腔56；每个发射端谐振腔10均值设置有一根发射端谐振杆13；第六发射端谐振腔56的发射端谐振杆13通过镀银铜线6与双工器发射端口3相连，第一发射端谐振腔51与第二发射端谐振腔52之间设置有发射端耦合窗口12，第二发射端谐振腔52与第三发射端谐振腔53之间设置有发射端耦合窗口12，第三发射端谐振腔53与第四发射端谐振腔54之间设置有发射端耦合窗口12，第四发射端谐振腔54与第五发射端谐振腔55之间设置有发射端耦合窗口12，第五发射端谐振腔55与第六发射端谐振腔56 之间设置有发射端耦合窗口12，第二发射端谐振腔52与第三发射端谐振腔53之间设置有发射端容性交叉耦合11；
所述的天线端包括一个双工器天线端口2和加长镀银连接杆7，加长镀银连接杆7一端与双工器天线端口2相连，另一端通过镀银铜线6分别与第六接收端谐振腔46中的发射端谐振杆10和第一发射端谐振腔51中的发射端谐振杆13相连。
所述的加长镀银连接杆7的作用是便于接收端的谐振杆与发射端的谐振杆和双工器天线端口连接。
接收端容性交叉耦合8的作用是调节接收频段通带外频率的抑制度，发射端容性交叉耦合11的作用为调节发射频段通带外频率的抑制度,交叉耦合结构是指非相邻谐振腔之间的耦合，可以产生有限的传输零点，在特定位置产生传输零点可以在不增加滤波级数的前提下提高滤波器的抑制度与隔离度等指标，且简化了装配和调试难度，提高了生产效率和产品电性能指标。
接收端的信号通过6个接收端谐振腔逐级耦合而进行信号的传输，发射端的信号通过6个发射端谐振腔逐级耦合而进行信号的传输，其中的容性交叉耦合，其作用为调节接收频段通带外频率的抑制度，其中的耦合窗口，作用是相邻两个谐振腔之间的信号耦合，进而传输信号；
上行信号经双工器接收端口1输入，依次经过六个接收端谐振腔41~46，然后通过镀银铜线再由双工器天线端口3输出；
下行信号双工器发射端端口2输入，依次经过六个接收端谐振腔56~51，然后通过镀银铜线再由双工器天线端口3输出；
上下行信号形成相互隔离并且同时从双工器天线端口3输出，保证接收和发射信号都能同时正常工作，并且具有上下行信号之间具有较高的相互抑制而不会互相干扰。
一种LTE双工器中耦合窗口的设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1.谐振腔级数的选取：选取接收端谐振腔级数为6级，发射端谐振腔级数为6级；两个通道均采用耦合同轴谐振腔结构；
S2. 耦合窗口尺寸的粗选取：通过网络综合法与微波仿真软件如HFSS、CST相结合得到耦合矩阵值与外部Q值，经过单个谐振腔品质因数仿真，相邻及非相邻谐振腔模型耦合系数扫描仿真确认得到耦合窗口的原始尺寸值；
S3. 耦合窗口尺寸的精选取：利用HFSS仿真软件仿真确认耦合窗口相应的耦合系数,对于相互耦合的双腔结构,对耦合结构尺寸扫描参数,得到了一组随耦合系数变化时对应的耦合窗口尺寸曲线,通过对应耦合系数的点选取耦合窗口尺寸。
所述的耦合窗口包括接收端耦合窗口9和发射端耦合窗口12。
本发明结合插入损耗，隔离度，带外抑制度的指标通过仿真软件对多频双工器进行反复调试，确定所采用的谐振腔的个数，通过耦合矩阵综合方法确定容性交叉耦合的位置，采用多通道共用公共谐振腔的设计和容性交叉耦合，减少了谐振腔的个数，减小了设备体积，达到了降低插入损耗，提高隔离度和带外抑制度的目的。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种LTE双工器，其特征在于，它包括盒体；所述的盒体内部包括接收端、发射端以及天线端；盒体外部侧面安装有一个双工器接收端口（1）、一个双工器发射端口（3）以及一个双工器天线端口（2）；
所述的接收端包括有双工器接收端口（1）、接收端谐振腔（4）和接收端谐振杆（10）,所述的接收端谐振腔（4）包括第一接收端谐振腔（41）、第二接收端谐振腔（42）、第三接收端谐振腔（43）、第四接收端谐振腔（44）、第五接收端谐振腔（45）和第六接收端谐振腔（46）；每个谐振腔均设置有一根接收端谐振杆（10）；所述的双工器接收端口（1）通过镀银铜线(6)与第一接接收端谐振腔（41）中的接收端谐振杆（10）相连；第一接收端谐振腔(41)与第二接收端谐振腔(42)之间设置有接收端耦合窗口(9)，第二接收端谐振腔(42)与第三接收端谐振腔(43)设置有接收端耦合窗口(9)，第三接收端谐振腔(43)与第四接收端谐振腔(44)之间设置有接收端耦合窗口(9)，第四接收端谐振腔(44)与第五接收端谐振腔(45) 之间设置有接收端耦合窗口(9)，第五接收端谐振腔(45)与第六接收端谐振腔(46)之间设置有接收端耦合窗口(9)；第一接收端谐振腔(41)与第三接收端谐振腔(43)之间设置有用于调节接收频段通带外频率的抑制度的接收端容性交叉耦合(8)，第四接收端谐振腔（44）与第六接收端谐振腔（46）之间设置有用于调节接收频段通带外频率的抑制度的接收端容性交叉耦合(8)；
所述的发射端包括有双工器天线端口（3）、发射端谐振杆（13）和发射端谐振腔（5），所述的发射端谐振腔（5）包括第一发射端谐振腔（51）、第二发射端谐振腔（52）、第三发射端谐振腔（53）、第四发射端谐振腔（54）、第五发射端谐振腔（55）和第六发射端谐振腔（56）；每个发射端谐振腔（10）均设置有一根发射端谐振杆（13）；第六发射端谐振腔（56）的发射端谐振杆（13）通过镀银铜线(6)与双工器发射端口（3）相连，第一发射端谐振腔（51）与第二发射端谐振腔（52）之间设置有发射端耦合窗口(12)，第二发射端谐振腔（52）与第三发射端谐振腔（53）之间设置有发射端耦合窗口(12)，第三发射端谐振腔（53）与第四发射端谐振腔（54）之间设置有发射端耦合窗口(12)，第四发射端谐振腔（54）与第五发射端谐振腔(55)之间设置有发射端耦合窗口(12)，第五发射端谐振腔(55)与第六发射端谐振腔(56) 之间设置有发射端耦合窗口(12)，第二发射端谐振腔(52)与第三发射端谐振腔(53) 之间设置有调节发射频段通带外频率的抑制度的发射端容性交叉耦合(11)；
所述的天线端包括一个双工器天线端口（2）和加长镀银连接杆(7)，加长镀银连接杆(7)一端与双工器天线端口（2）相连，另一端通过镀银铜线(6)分别与第六接收端谐振腔（46）中的发射端谐振杆（10）和第一发射端谐振腔（51）中的发射端谐振杆（13）相连。
2.据权利要求1所述的一种LTE双工器，其特征在于，所述的接收端耦合窗口（9）或发射端耦合窗口（12）用于相邻两个谐振腔之间的信号耦合进而传输信号。
3.根据权利要求1所述的一种LTE双工器，其特征在于，所述的盒体上表面设置有盖板。
4.如权利要求1~3中任意一项所述的一种LTE双工器中耦合窗口的设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1.谐振腔级数的选取：选取接收端谐振腔级数为6级，发射端谐振腔级数为6级；两个通道均采用耦合同轴谐振腔结构；
S2. 耦合窗口尺寸的粗选取：通过网络综合法与微波仿真软件如HFSS、CST相结合得到耦合矩阵值与外部Q值，经过单个谐振腔品质因数仿真，相邻及非相邻谐振腔模型耦合系数扫描仿真确认得到耦合窗口的原始尺寸值；
S3. 耦合窗口尺寸的精选取：利用HFSS仿真软件仿真确认耦合窗口相应的耦合系数,对于相互耦合的双腔结构,对耦合结构尺寸扫描参数,得到了一组随耦合系数变化时对应的耦合窗口尺寸曲线,通过对应耦合系数的点选取耦合窗口尺寸。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述的耦合窗口包括接收端耦合窗口（9）和发射端耦合窗口（12）。
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