CN107834135B - 一种基于枝节加载结构的平面三工器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于枝节加载结构的平面三工器，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低通滤波器、第二低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、第一T型分支线和第二T型分支线构成，所述第一T型分支线和第二T形分支线均包括一个输入分支及两个输出分支，由上述滤波器和分支线的不同连接构成第一、第二及第三滤波网络，所述的第一滤波网络和第二滤波网络共用第一低通滤波器，降低了第二低通滤波器和带通滤波器的电路复杂度。

Description

一种基于枝节加载结构的平面三工器
技术领域
本发明涉及一种应用于射频前端电路的平面三工器，具体涉及一种基于枝节加载结构的平面三工器。
背景技术
在无线通信领域中，三工器具有很大的需求。通过接入三工器，可以使通信系统收发端共用一副天线，从而极大的减小了系统的体积。三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，海内外学者对三工器展开了很多研究。性能最优异的腔体三工器，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，限制了腔体三工器的实际应用。微带线三工器具有造价低、重量轻、体积小等优点。同时对微带线三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，组成三工器的滤波器需要尽可能多的引入传输零点。传统设计中通常使用三个滤波器实现三工器的三个通带，但存在抑制差的问题。
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枝节加载结构的平面三工器。
本发明在前两个滤波网络使用共用的低通滤波器，在最高频段内实现很好的抑制效果，减少枝节数量，降低电路复杂性。
本发明采用如下技术方案：
一种基于枝节加载结构的平面三工器，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低通滤波器、第二低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、第一T型分支线和第二T型分支线构成，所述第一T型分支线和第二T形分支线均包括一个输入分支及两个输出分支，具体连接如下：
第一T型分支线的输入分支输入信号，经过第一T型分支线的一个输出分支连接第一低通滤波器的输入端，第一低通滤波器的输出端与第二T型分支线的输入分支连接，然后第二T型分支线的一个输出分支连接第二低通滤波器的输入端，信号从第二低通滤波器输出端输出，构成第一滤波网络；
第一T型分支线的输入分支输入信号，经过第一T型分支线的一个输出分支连接第一低通滤波器的输入端，然后第一低通滤波器的输出端与第二T型分支线的输入分支连接，由第二T型分支线的另一个输出分支连接带通滤波器的输入端，最后从带通滤波器的输出端输出信号，构成第二滤波网络；
第一T型分支线的输入分支输入信号，经过第一T型分支线的另一个输出分支连接高通滤波器的输入端，从高通滤波器的输出端输出信号，构成第三滤波网络。
所述第一低通滤波器、第二低通滤波器、带通滤波器及高通滤波器均采用开路或短路加载用于产生传输零点的枝节。
所述第一低通滤波器至少加载一个枝节，且第一低通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第三滤波网络的通带频率内。
所述第二低通滤波器至少加载一个枝节，第二低通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第二滤波网络的通带频率内。
所述带通滤波器至少加载一个枝节，带通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第一滤波网络的通带频率内。
所述高通滤波器至少加载两个枝节，两个枝节所产生的传输零点频率位于第一滤波网络和第二滤波网络的通带频率内。
第一低通滤波器加载三个枝节，且其中一个枝节向左弯折；
所述第二低通滤波器加载两个枝节，其中一个枝节为L型，另一个枝节为弓型连接两个枝节的微带线呈90度；
所述高通滤波器加载五个枝节，每个枝节长度均相对小于两个低频段滤波器的加载枝节长。
所述高通滤波器的五个枝节，第一个枝节向右弯折，其余枝节向左弯折，枝节末端开有均匀排列的圆形开孔。
本发明的有益效果；
(1)本发明使用共用的低通滤波器实现两个滤波网络，降低了电路的复杂度，提升抑制效果；
(2)本发明采用枝节加载的结构可以实现很宽的工作频段，同时枝节产生的传输零点可以实现高隔离度和高滚降系数。
附图说明
图1是本发明的一种基于枝节加载结构的平面三工器的结构示意图；
图2是图1中第一低通滤波器的结构示意图；
图3是图1中第二低通滤波器的结构示意图；
图4是图1中带通滤波器的结构示意图；
图5是图1中高通滤波器的结构示意图；
图6是本发明中的第一T型分支线结构示意图；
图7是本发明中的第二T型分支线结构示意图；
图8是本发明的三工器实施例的频率响应特性曲线图。
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所示，一种基于枝节加载结构的平面三工器，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低通滤波器1、第二低通滤波器2、带通滤波器3、高通滤波器4、第一T型分支线5和第二T型分支线6构成，所述第一T型分支线和第二T型分支线均包括一个输入分支及两个输出分支，所述第一低通滤波器1，第二低通滤波器2，带通滤波器3，高通滤波器4，第一T型分支线5和第二T型分支线6所组成的第一滤波网络，第二滤波网络和第三滤波网络；所述的第一滤波网络和第二滤波网络共用第一低通滤波器，降低了第二低通滤波器和带通滤波器的电路复杂度。
第一滤波网络，具体连接如下：从第一T型分支线的输入分支50输入信号，经过第一T型分支线的一个输出分支51连接到第一低通滤波器的输入端11，再从第一低通滤波器的输出端12连接到第二T型分支线的输入分支60，然后经过第二T型分支线的一个输出分支61连接到第二低通滤波器的输入端21，最后从第二低通滤波器的输出端22输出。
第一T型分支线的输入分支50输入信号，经过第一T型分支线的一个输出分支51连接第一低通滤波器的输入端11，然后第一低通滤波器的输出端12与第二T型分支线的输入分支60连接，由第二T型分支线的另一个输出分支62连接带通滤波器的输入端31，最后从带通滤波器的输出端32输出信号，构成第二滤波网络；
第一T型分支线的输入分支50输入信号，经过第一T型分支线的另一个输出分支52连接高通滤波器的输入端41，从高通滤波器的输出端42输出信号，构成第三滤波网络。
所述第一低通滤波器、第二低通滤波器、带通滤波器及高通滤波器均采用开路或短路加载用于产生传输零点的枝节，实现隔离度和滚降特性的提升，枝节的数量决定传输零点的个数。
所述第一低通滤波器至少加载一个枝节，且第一低通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第三滤波网络的通带频率内。
如图2所示，本实施例中，第一低通滤波器有三个加载枝节13，按照从左向右的顺序，第一及第二枝节为矩形结构，第三枝节为L形结构，并向左弯折，减小面积。
所述第二低通滤波器至少加载一个枝节，第二低通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第二滤波网络的通带频率内。
如图3所示，本实施例中，第二低通滤波器由加载两个枝节23，一个弯折成L型，一个弯折成弓字形结构，可以有效的节约器件面积。
所述带通滤波器至少加载一个枝节，带通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第一滤波网络的通带频率内。
如图4所示，带通滤波器有三个加载枝节33，第一、二个枝节弯折成“L”型结构，第三个枝节弯折成“弓”型结构，连接枝节的两段微带线呈90°，节约面积。
如图5所示，高通滤波器有五个加载枝节43，每个枝节长度均相对小于两个低频段滤波器的加载枝节长，从左向右的顺序，第一个加载枝节向右弯折，其余枝节均向左弯折，枝节末端均匀排列圆形开孔，用来被金属化过孔通过实现接地形成短路枝节。
如图6所示，第一T型分支线和第二T型分支线均具有一个输入分支和两条输出分支线。
上述滤波器加载枝节的宽度用于用来调整各个滤波器的端口的匹配状态。
如图7所示为输入端口上下级联第一低通滤波器和高通滤波器的T型枝节，T型枝节与两个滤波器的连接处的微带线宽度相等，可以有效地解决微带线的不连续性，降低微带线结构中不连续性带来的误差。
作为举例，下面对本实施例的各项参数描述如下：
如图2至图7所示，L1至L42以及W1至W42标明了本实施例的各尺寸长度，具体如下：
L1等于9.1mm，W1等于3.25mm；L2等于10.35mm，W2等于17.6mm；L3等于18.35mm，W3等于1.8mm；L4等于21.1mm，W4等于12.25mm；L5等于23.3mm，W5等于1.8mm；L6等于31.8mm，W6等于4.7mm；L7等于9.33mm，W7等于2.55mm；L8等于4.4mm，W8等于1.8mm；L9等于143mm，W9等于1.7mm；L10等于130.7mm，W10等于7mm；L11等于81.4mm，W11等于2.5mm；L12等于117.6mm，W12等于4mm；L13等于6.1mm，W13等于4.7mm；L14等于20.3mm，W14等于1.2mm；L15等于78.8mm，W15等于2.2mm；L16等于28.85mm，W16等于1.8mm；L17等于77.85mm，W17等于6mm；L18等于33.8mm，W18等于1.8mm；L19等于57.5mm，W19等于3.85mm；L20等于10.85mm，W20等于4.2mm；L21等于2.53mm，W21等于6.45mm；L22等于10.75mm，W22等于3.6mm；L23等于14.95mm，W23等于2.8mm；L24等于31.1mm，W24等于5.15mm；L25等于14mm，W25等于5mm；L26等于14.95mm，W26等于2.4mm；L27等于20.35mm，W27等于4.25mm；L28等于15.7mm，W28等于0.85mm；L29等于25.15mm，W29等于3.85mm；L30等于6.9mm，W30等于5mm；L31等于14.95mm，W31等于4.6mm；L32等于24.75mm，W32等于4.15mm；L33等于22.5mm，W33等于2.35mm；L34等于5mm，W34等于4.2mm；L35等于5mm，W35等于4.2mm；L36等于10.1mm，W36等于3.25mm；L37等于5.25mm，W37等于1mm；L38等于55.9mm，W38等于1.9mm；L39等于6.45mm，W39等于4.43mm；L40等于9.33mm，W40等于2.55mm；L41等于16.45mm，W41等于2.15mm；L42等于8.7mm，W42等于3mm。本案例中所采用的介质基板的厚度为1.524mm，相对介电常数为2.55，介质损耗正切角为0.003，微带线上全部镀铜，铜厚1oz，高通滤波器加载枝节上的圆孔为金属化过孔，整个器件的面积为14mm*17mm。
实验结果如图8所示，图中包含S11,S21,S31以及S41四条曲线，该三工器的三个通带位于350-470MHz，698-960MHz，1.71-2.7GHz三个频段，三个工作网络的插入损耗均小于0.9dB，带内波动小于0.5dB，回波损耗均大于17dB,带外抑制大于25dB。高频通带内两个低频段产生的插入损耗均大于35dB，通过级联第一低通滤波器的方式，实现对两个低频段产生的高次谐波的有效抑制，降低了两个低频滤波器所需要的枝节数，在简化电路的同时，达到了更好的抑制效果。
综上，本发明提供了一个基于枝节加载结构的三工器，在使用四个滤波器的情况下能有效地提高前两个滤波网络在高频通带的抑制，具有插损小，滤波效果好，隔离效果好的优异性能，可广泛应用于无线通信系统的射频前端中。
本发明采用开路和短路枝节加载结构，枝节数量和尺寸决定传输零点的个数及位置，加载枝节产生的传输零点提高了抑制效果和滚降特性；对枝节进行弯折以减小面积；区别于传统设计中使用三个滤波器所实现的三工器，本发明在前两个滤波网络使用共用的低通滤波器，在最高频段内实现很好的抑制效果，减少枝节数量，降低电路复杂性。
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 (7)

1.一种基于枝节加载结构的平面三工器，包括上层微带结构、中间介质基板和底层金属地板，其特征在于，所述上层微带结构由第一低通滤波器、第二低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、第一T型分支线和第二T型分支线构成，所述第一T型分支线和第二T形分支线均包括一个输入分支及两个输出分支，具体连接如下：
第一T型分支线的输入分支输入信号，经过第一T型分支线的一个输出分支连接第一低通滤波器的输入端，第一低通滤波器的输出端与第二T型分支线的输入分支连接，然后第二T型分支线的一个输出分支连接第二低通滤波器的输入端，信号从第二低通滤波器输出端输出，构成第一滤波网络；
第一T型分支线的输入分支输入信号，经过第一T型分支线的一个输出分支连接第一低通滤波器的输入端，然后第一低通滤波器的输出端与第二T型分支线的输入分支连接，由第二T型分支线的另一个输出分支连接带通滤波器的输入端，最后从带通滤波器的输出端输出信号，构成第二滤波网络；
第一T型分支线的输入分支输入信号，经过第一T型分支线的另一个输出分支连接高通滤波器的输入端，从高通滤波器的输出端输出信号，构成第三滤波网络；
第一低通滤波器加载三个枝节，且其中一个枝节向左弯折；
所述第二低通滤波器加载两个枝节，其中一个枝节为L型，另一个枝节为弓型连接两个枝节的微带线呈90度；
所述高通滤波器加载五个枝节，每个枝节长度均小于两个低通滤波器的加载枝节长。
2.根据权利要求1所述的平面三工器，其特征在于，所述第一低通滤波器、第二低通滤波器、带通滤波器及高通滤波器均采用开路或短路加载用于产生传输零点的枝节。
3.根据权利要求1所述的平面三工器，其特征在于，所述第一低通滤波器至少加载一个枝节，且第一低通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第三滤波网络的通带频率内。
4.根据权利要求1所述的平面三工器，其特征在于，所述第二低通滤波器至少加载一个枝节，第二低通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第二滤波网络的通带频率内。
5.根据权利要求1所述的平面三工器，其特征在于，所述带通滤波器至少加载一个枝节，带通滤波器的枝节所产生的传输零点频率位于第一滤波网络的通带频率内。
6.根据权利要求1所述的平面三工器，其特征在于，所述高通滤波器至少加载两个枝节，两个枝节所产生的传输零点频率位于第一滤波网络和第二滤波网络的通带频率内。
7.根据权利要求1所述的平面三工器，其特征在于，所述高通滤波器的五个枝节，第一个枝节向右弯折，其余枝节向左弯折，枝节末端开有均匀排列的圆形开孔。
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