CN106450600B - 一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板；所述上层微带结构由第一带通滤波网络，第二带通滤波网络，T型分支线、第一谐振器和第二谐振器组成。本发明采用枝节加载谐振器，减小体积，降低损耗；另外，利用谐振器本身特性，使低频的滤波网络在高频段处形成了多个传输零点，高频滤波网络在低频段处也产生传输零点，在不增加电路复杂性的情况下得到很好的抑制效果；同时采用带阻滤波器的设计理论，在低频段与高频段的边缘频率处产生传输零点，得到边缘频率的高滚降特性；本发明提出的双工器不仅适用于宽频带，还可以用于两个频率靠得很近的工作频段，具有创造性，实用性。

Description

一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器
技术领域
本发明涉及一种双工器，特别涉及可应用于射频前端电路的基于多模谐振器的双工器。
背景技术
在无线通信领域中，双工器具有很大的需求。通过接入双工器，可以使的无线接收机和发射机共用一副天线，从而极大的减小了系统的体积。双工器应具有较小的插入损耗，从而提高天线接收的信噪比；同时要具有很高的隔离，防止发射端的信号耦合如接收端，烧坏接收机。近年来，海内外学者对双工器展开了很多研究。性能最优异的腔体双工器，具有低插损，高隔离等特点，但是造价过于昂贵，而且体积较大，重量重，限制了腔体双工器的实际应用。基片集成波导(SIW)相对于腔体更加轻便，造价更低，同时具有比微带线更高的Q值，SIW双工器具有相对微带线较低的插损，更高的隔离，但是SIW双工器难以对实物进行调试，使得研发周期更加漫长。微带线双工器具有造价低、重量轻、体积小等优点。同时对微带线双工器调试也更加容易，因此微带线在工程应用中具有更大的优势。
为了得到高隔离的特性，双工器的两个滤波器需要尽可能多的引入传输零点。最简单的方法是直接在输入或者输出端口引入四分之波长的开路枝节，但这样会使得电路的体积变大；或者使用交叉耦合的方法引入传输零点，但是交叉耦合产生的传输零点不容易控制，而且零点的深度也难以保证；此处使用的是枝节加载谐振器(SLR)产生的传输零点。SLR谐振器的传输零点由开路枝节的长度决定，零点的位置约为开路枝节长度所对应四分之波长的频率。同时，SLR谐振器还可以扩展滤波器的带宽，减少阶数，从而减小了体积。
发明内容
本发明提出了一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，该双工器包含两个滤波网络，通过T型分支线进行连接；每个滤波网络可以看成带通与带阻滤波器的结合；在设计时，采用枝节加载谐振器，减小体积，降低损耗；另外，利用谐振器本身特性，使低频的滤波网络在高频段处形成了多个传输零点，高频滤波网络在低频段处也产生传输零点，在不增加电路复杂性的情况下得到很好的抑制效果；同时采用带阻滤波器的设计理论，在低频段与高频段的边缘频率处产生传输零点，得到边缘频率的高滚降特性；本发明提出的双工器不仅适用于宽频带，还可以用于两个频率靠得很近的工作频段，具有创造性，实用性。
为实现本发明目的，本发明至少采用如下技术方案之一。
一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板；
所述上层微带结构由第一带通滤波网络，第二带通滤波网络，T型分支线、第一谐振器和第二谐振器组成；
所述的第一带通滤波网络由三个谐振器组成，包括第三谐振器、第四谐振器和第五谐振器；
所述的第二带通滤波网络由两个谐振器及两条馈电线组成，包括第六谐振器、第七谐振器、第一馈电线和第二馈电线；
所述的T型分支线横向的两端分别连接第一带通滤波网络和第二带通滤波网络。
进一步地，所述的第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第五谐振器均为矩形去掉一条边后的形状，第四谐振器呈山字形，第六谐振器与第七谐振器为带枝节的微带；所述的第三谐振器和第五谐振器分别与第四谐振器的两端相互靠近形成耦合，共同构成第一带通滤波网络；所述的第一馈电线与第六谐振器的一端，第二馈电线与第七谐振器的一端分别形成交指耦合，第六谐振器与第七谐振器的另外一端相互靠近形成耦合，第六谐振器与第七谐振器共同构成第二带通滤波网络。
进一步地，第六谐振器与第七谐振器的枝节向一边弯折呈h形以减小体积.
进一步地，所述的第一谐振器与第五谐振器相互靠近，形成耦合，用于产生传输零点；所述的第二谐振器与第七谐振器相互靠近，形成耦合，用于产生传输零点。
进一步地，所述的第四谐振器，第六谐振器和第七谐振器为枝节加载的多模谐振器，用于产生多个模式和传输零点，并且每个谐振器的枝节的长度是所需要的传输点的频率所对应的波导波长的四分之一。
本发明每个带通滤波网络都采用了带通带阻混合结构来提高通带边缘的滚降特性，提高带外抑制和隔离；双工器的两路滤波网络，在通过枝节加载谐振器在带外产生零点的同时，利用耦合半波长谐振器的带阻结构，产生额外的传输零点，进一步加深了抑制，提高了隔离和滚降特性；器件利用枝节加载的谐振器的多个谐振模式，获得宽带的滤波响应。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
1.本发明利用多模谐振器拓宽双工器的带宽，降低了谐振器阶数，从而减小了插损，实现了宽带宽。
2.本发明利用开路枝节和耦合半波长谐振器产生的传输零点，在不增大双工器体积的前提下，使得双工器达到了高隔离的效果。
3.本发明用耦合半波长谐振器产生的额外的传输零点，增强了双工器的滚降，双工器能满足频率相隔较近时的设计要求。
附图说明
图1是本发明一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器的结构图；
图2为具有滤波功能的电调功率分配器的尺寸关系示意图；
图3是S 11参数、S 21参数、S 31参数和S 23参数的实验结果图。
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。
如图1所示，一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，每个带通滤波网络都采用了带通带阻混合结构来提高通带边缘的滚降特性，提高带外抑制和隔离；双工器的两路滤波网络，在通过枝节加载谐振器在带外产生零点的同时，利用耦合半波长谐振器的带阻结构，产生额外的传输零点，进一步加深了抑制，提高了隔离和滚降特性；器件利用枝节加载的谐振器的多个谐振模式，获得宽带的滤波响应。
图1所述的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，器件包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板；
所述上层微带结构由第一带通滤波网络1，第二带通滤波网络2，T型分支线3和第一谐振器4和第二谐振器5组成；
所述的第一带通滤波网络由三个谐振器组成，包括第三谐振器6，第四谐振器7，第五谐振器8；
所述的第二带通滤波网络由两个谐振器及两条馈电线组成，包括第六谐振器9，第七谐振器10，第一馈电线11，第二馈电线12；
所述的T型分支线3的其中两端分别连接第一带通滤波网络1和第二带通滤波网络2。
图1所述的的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于，所述的第三谐振器6与第四谐振器7相互靠近形成耦合，第四谐振器7与第五谐振器8相互靠近形成耦合，共同构成第一带通滤波网络1；所述的第一馈电线11与第六谐振器9相互靠近形成耦合，第六谐振器9与第七谐振器10相互靠近形成耦合，第七谐振器10与第二馈电线相互靠近形成耦合，共同构成第二带通滤波网络2。
图1所述的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于，所述的第一谐振器4与第五谐振器8相互靠近，形成耦合，用于产生传输零点；所述的第二谐振器5与第七谐振器10相互靠近，形成耦合，用于产生传输零点。
图1所述的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于，所述的第四谐振器7，第六谐振器9和第七谐振器10为枝节加载的多模谐振器，用于产生多个模式和传输零点，并且每个谐振器的枝节的长度是所需要的传输点的频率所对应的波导波长的四分之一。
作为一种实例，如图2所示，实现本发明具有滤波功能的电调功率分配器的设计，具体电路尺寸选择如下：W 1=4.25mm，W 2=2.65mm，L 1=11.25mm，L 2=33.25mm，L 3=64.6mm，L 4=14.9mm，L 5=14.35mm，L 6=23.3mm，L 7=47.9mm，L 8=13.15mm，L 9=27mm，L 10=18.4mm，L 11=48.7mm，g 1=0.45mm，g 2=0.55mm, g 3=0.3mm, g 4=0.9mm, g 5=1.1 mm,未标注的线宽都是0.4mm,所用的介质基板为Nelco 9255。电路整体尺寸为68mm×78mm。
如图3所示为S 11参数、S 21参数、S 31参数和S 23参数的实验结果图，可知，双工器两路通带内的插损都小于1.2 dB,带外抑制和隔离都大于35 dB，回波损耗大于20 dB,整个双工器具有优良的性能。
综上，本发明提供了一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，具有低插损，高隔离，高抑制等优点，适合应用于无线通信系统的射频前端中。
以上所描述的实施例是本发明中的一个教好的实施例，并不用以限制本发明。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，基于本发明所做的任何修改，等同替换，改进所获得的其他实施例，都属于本发明实施例的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于：包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板；
所述上层微带结构由第一带通滤波网络（1），第二带通滤波网络（2），T型分支线（3）、第一谐振器（4）和第二谐振器（5）组成；
所述的第一带通滤波网络由三个谐振器组成，包括第三谐振器（6）、第四谐振器（7）和第五谐振器（8）；
所述的第二带通滤波网络由两个谐振器及两条馈电线组成，包括第六谐振器（9）、第七谐振器（10）、第一馈电线（11）和第二馈电线（12）；
所述的T型分支线（3）横向的两端分别连接第一带通滤波网络（1）和第二带通滤波网络（2）；
所述的第一谐振器（4）与第五谐振器（8）相互靠近，形成耦合，用于产生传输零点；所述的第二谐振器（5）与第七谐振器（10）相互靠近，形成耦合，用于产生传输零点。
2.如权利要求1所述的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于，所述的第一谐振器（4）、第二谐振器（5）、第三谐振器（6）和第五谐振器（8）均为矩形去掉一条边后的形状，第四谐振器（7）呈山字形，第六谐振器（9）与第七谐振器（10）为带枝节的微带；所述的第三谐振器（6）和第五谐振器（8）分别与第四谐振器（7）的两端相互靠近形成耦合，共同构成第一带通滤波网络（1）；所述的第一馈电线（11）与第六谐振器（9）的一端，第二馈电线（12）与第七谐振器（10）的一端分别形成交指耦合，第六谐振器（9）与第七谐振器（10）的另外一端相互靠近形成耦合，第六谐振器（9）与第七谐振器（10）共同构成第二带通滤波网络（2）。
3.如权利要求2所述的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于，第六谐振器（9）与第七谐振器（10）的枝节向一边弯折呈h形。
4.如权利要求1~3任一项所述的一种基于带通带阻混合结构的边带陡峭平面双工器，其特征在于，所述的第四谐振器（7），第六谐振器（9）和第七谐振器（10）为枝节加载的多模谐振器，用于产生多个模式和传输零点，并且每个谐振器的枝节的长度是所需要的传输点的频率所对应的波导波长的四分之一。
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