CN106785299A - 一种多层介质板带状线双工器的设计方法 - Google Patents

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徐晓宁
李春早
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Abstract

本发明提供一种多层介质板带状线双工器的设计方法，包括如下步骤：根据项目所需确定带状线双工器的两个通道滤波器的级数和类型；根据两个通道滤波器的级数和类型得到两个通道滤波器的耦合矩阵；根据多层介质板板层结构构建电磁场仿真环境并根据获得的耦合矩阵建立两个通道滤波器的各自滤波器模型；对两个滤波器模型进行电磁场仿真；根据每个滤波器模型电磁场仿真后获得的数据构建项目所需的带状线双工器连接结构；带状线双工器连接结构以及两个通道滤波器构成项目所需的带状线双工器，并将带状线双工器进行整体电磁场仿真验证。本发明的多层介质板带状线双工器的设计方法，实现微波有源无源电路一体化设计，从而有效减小电路模块的体积。

Description

一种多层介质板带状线双工器的设计方法
技术领域
本发明属于微波无源电路设计技术领域，具体涉及一种多层介质板带状线双工器的设计方法。
背景技术
随着通信设备日益小型化的需求，在各种器件的指标得到保证的情况下，对各种器件体积的要求和模块的电磁兼容性要求越来越高。特别是未来5G通信要求在高频甚至毫米波频段实现微波多功能电路的一体化设计，会越来越多地使用到多层介质板技术，而在该技术前提下解决电路小型化最核心的问题在于实现无源电路的小型化集成设计，而双工器技术是通信领域最关键的无源电路，其指标和小型化程度都决定了整个电路产品的性能和尺寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层介质板带状线双工器的设计方法，实现微波有源无源电路一体化设计，从而有效减小电路模块的体积。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种多层介质板带状线双工器的设计方法，包括如下步骤：
步骤一：根据项目所需确定带状线双工器的两个通道滤波器的级数和类型；
步骤二：根据该两个通道滤波器的级数和类型得到该两个通道滤波器的耦合矩阵；
步骤三：根据多层介质板板层结构构建电磁场仿真环境并在该环境中根据步骤二中获得的耦合矩阵建立两个所述通道滤波器的各自滤波器模型；
步骤四：对该两个滤波器模型进行电磁场仿真；
步骤五：根据步骤四中每个滤波器模型电磁场仿真后获得的数据构建项目所需的带状线双工器连接结构；
步骤六：该项目所需的带状线双工器连接结构以及该两个通道滤波器构成项目所需的带状线双工器，并将该带状线双工器进行整体电磁场仿真验证。
优选地是，所述多层介质板板层结构包括从上到下依次层叠的第一金属层、第一介质板层、第二介质板层、第三金属层，其中，该第一介质板层与该第二介质板层之间粘接有第一介质板粘合材料层，并且在该第二介质板层靠近第一介质板粘合材料层一侧布置有第二金属层。
优选地是，所述第二金属层为蚀刻有两个所述通道滤波器以及该两个通道滤波器间的其连接作用的所述带状线双工器连接结构的图形。
优选地是，所述第一金属层厚度为0.02mm，第一介质层板层厚度为0.508mm，第一质板粘合材料层厚度为0.1mm，第二金属层厚度约为0.02mm，第二介质板层厚度为0.508mm，第三金属层厚度约为0.02mm
本发明所提供的一种多层介质板带状线双工器的设计方法的有益效果在于，不借助于结构件，借助于多层介质板技术，在多层介质板内部实现微波双工器设计；易于大规模批次生产；结构简单、体积小、重量轻；这种有源无源电路混合设计方法为电路的设计提供了很高的灵活性，为系统集成创造了很好的技术基础。
附图说明
图1为本发明多层介质板带状线双工器的设计方法中带状线双工器的多层介质板板层结构示意图；
图2为图1所示的多层介质板板层结构中的第一金属层示意图；
图3为图1所示的多层介质板板层结构中的第二金属层上的蚀刻图形示意图；
图4为本发明多层介质板带状线双工器的设计方法中带状线双工器通道滤波器的耦合矩阵；
图5为本发明多层介质板带状线双工器的设计方法中带状线双工器的S参数曲线图。
附图标记：
1-第一金属层、2-第一介质板层、3-第一质板粘合材料层、4-第二金属层、5-第二介质板层、6-第三金属层、7-通道滤波器A、8-通道滤波器B、9-带状线双工器连接结构。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的多层介质板带状线双工器的设计方法做进一步详细说明。
一种多层介质板带状线双工器的设计方法，包括如下步骤：
步骤一：根据项目需求选取双工器的工作频率、带宽、明确带外滤波抑制度，根据上述指标要求确定双工器的两个通道滤波器的级数和类型。
步骤二：根据上步确定的通道滤波器的级数和类型，并结合端口阻抗的要求使用软件进行网络综合得到该两个通道滤波器相应的耦合矩阵。(耦合矩阵可以确定滤波制式)
步骤三：根据多层介质板板层结构构建电磁场仿真环境并在该环境中根据步骤二中获得的耦合矩阵建立两个通道滤波器的各自滤波器模型。
步骤四：按照耦合矩阵进行两个滤波器模型的电磁场仿真设计，并将仿真好的滤波器模型的参数导出成为S2P格式，此处可采用HFSS、ADS等软件进行仿真，但最好采用ADS进行仿真，因为ADS具有强大的原理图分析设计能力，可以方便带状线双工器连接结构的设计。
步骤五：根据步骤四中每个滤波器模型电磁场仿真后获得的数据构建项目所需的带状线双工器连接结构。
也就是将仿真好的两个滤波器模型的S2P在ADS原理设计软件中打开，对带状线双工器连接结构进行分支线匹配，利用原理图的优化以及调试工具对分支线结构参数进行仿真优化设计，直至得到最好的回波损耗与隔离度效果，其回波损耗参考目标值小于-10dB，即项目所需的带状线双工器连接结构。
步骤六：该项目所需的带状线双工器连接结构以及该两个通道滤波器构成项目所需的带状线双工器，并将该带状线双工器进行整体电磁场仿真验证，并进行一些简单微调，即可得到最终的带状线双工器实物。
结合附图和具体实施例阐述。
如图1所示，多层介质板板层结构包括从上到下依次层叠的第一金属层1、第一介质板层2、第二介质板层5、第三金属层6，其中，该第一介质板层2与该第二介质板层5之间粘接有第一介质板粘合材料层3，并且在该第二介质板层5靠近第一介质板粘合材料层3一侧布置有第二金属层4。
第一金属层1为顶部的覆铜金属地层，厚度约为0.02mm，如图2所示；
第一介质层板层2为ARLON-CLTE-XT介质板，厚度为0.508mm；
第一质板粘合材料层3为TACONIC-FR27介质板，厚度为0.1mm；
第二金属层4为图形蚀刻层，厚度约为0.02mm；
第二介质板层5为ARLON-CLTE-XT介质板，厚度为0.508mm；
第三金属层6为底部的覆铜金属地层，厚度约为0.02mm；
其中，除了第二金属层4以外，其余所有层都是完整层。
第二金属层4为图形蚀刻层，主要由三个部分组成，分别是：通道滤波器7、通道滤波器8、以及该两个通道滤波器间的其连接作用的带状线双工器连接结构9，如图3所示。
整体设计流程为：首先，根据工作频率将通道滤波器7和通道滤波器8按照八阶四零点广义切比雪夫滤波器结构进行ADS电磁场仿真设计，得到其电路版图，其耦合矩阵设计参数为图4所示，将电磁场仿真软件的电路进行打包生成器件component模型；其次，在ADS原理仿真软件里对带状线双工器连接结构进行建模，整体上采用分支线结构，具体方法是以对方滤波器工作频率波长的1/4长度为基准设计滤波器连接线，在这个基础上根据具体电路的设计需要将连接线进行进一步的分段，并对每段的线宽进行调整，同时在这些线段中间插入分支线结构并通过改变分支线的宽度和长度来共同改善各个端口的驻波和隔离度，设计参考值驻波应小于-15dB，如图5所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种多层介质板带状线双工器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：根据项目所需确定带状线双工器的两个通道滤波器的级数和类型；
步骤二：根据该两个通道滤波器的级数和类型得到该两个通道滤波器的耦合矩阵；
步骤三：根据多层介质板板层结构构建电磁场仿真环境并在该环境中根据步骤二中获得的耦合矩阵建立两个所述通道滤波器的各自滤波器模型；
步骤四：对该两个滤波器模型进行电磁场仿真；
步骤五：根据步骤四中每个滤波器模型电磁场仿真后获得的数据构建项目所需的带状线双工器连接结构；
步骤六：该项目所需的带状线双工器连接结构以及该两个通道滤波器构成项目所需的带状线双工器，并将该带状线双工器进行整体电磁场仿真验证。
2.根据权利要求1所述的多层介质板带状线双工器的设计方法，其特征在于，所述多层介质板板层结构包括从上到下依次层叠的第一金属层(1)、第一介质板层(2)、第二介质板层(5)、第三金属层(6)，其中，该第一介质板层(2)与该第二介质板层(5)之间粘接有第一介质板粘合材料层(3)，并且在该第二介质板层(5)靠近第一介质板粘合材料层(3)一侧布置有第二金属层(4)。
3.根据权利要求2所述的多层介质板带状线双工器的设计方法，其特征在于，所述第二金属层(4)为蚀刻有两个所述通道滤波器以及该两个通道滤波器间的其连接作用的所述带状线双工器连接结构的图形。
4.根据权利要求2所述的多层介质板带状线双工器的设计方法，其特征在于，所述第一金属层(1)厚度为0.02mm，第一介质层板层(2)厚度为0.508mm，第一质板粘合材料层(3)厚度为0.1mm，第二金属层(4)厚度约为0.02mm，第二介质板层(5)厚度为0.508mm，第三金属层(6)厚度约为0.02mm。
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