CN108321478B - 基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，包括三模谐振腔、三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导，所述三模谐振腔的三个面分别通过缝隙与三个双模谐振腔耦合，所述三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导均为一一对应，每个双模谐振腔与对应的腔壁连接，每个腔壁通过缝隙与对应的馈电波导连接。本发明中的一个三模谐振腔的三个面分别通过缝隙耦合到三个双模谐振腔，每个双模谐振腔对应的腔壁又通过缝隙耦合到一个馈电波导上，实现能量从一个馈电波导输入，从两个馈电波导输出的双工器的特性，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种双工器，尤其是一种基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，属于无线通信领域。
背景技术
微波滤波器是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，它对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对滤波器的规格和可靠性提出了更高的要求。
腔体滤波器作为其中的一个分支，就是采用腔体结构,一个腔体能够等效成电感并联电容这样就形成一个谐振级达到滤波功能.Q值高、体积小、损耗低、承受功率可达100W、可靠性高、稳定性好、温度性能好。由于以上特点，研究腔体滤波器多模结构，腔体滤波器的小型化得到学者们的广泛关注。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
1)谐振器的分离简并模一般有四种方法：1.1)如图1a和1b所示，通过耦合螺钉来实现简并模耦合时，为了避免相互作用，其位置应位于两个谐振(要耦合)的电场强度最大值附近,且其余简并模电场为零的区域，通常耦合螺钉与两个极化的电场成45o，但这种耦合方式可调谐范围比较小；1.2)如图2a和2b所示，在谐振器45°角上方伸进耦合螺钉，同样可以分离简并模；1.3)如图3a和3b所示，剖出个矩形切角，但这种耦合方式不易加工；1.4)如图4a和4b所示，在谐振器中心开槽，同样这种耦合方式不易加工。
2)1951年林为干院士基于波导腔体内模式的谐振频率基本公式提出圆柱形谐振腔中存在着多个简并模式，并设计了显著减小波导滤波器体积的一腔五模滤波器，为一腔多模滤波器的研究奠定基础。
3)1998年10月，G.Lastoria等人在IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS发表题为“CAD of Triple-Mode Cavities in Rectangular Waveguide”的文章中。作者提出了一种采用金属腔体切角的三模结构，结构如图5a所示，通过控制切角的大小将若干个谐振模式平移到我们所需的通带内，它的仿真结果如图5b所示；这种耦合方式的结构不易加工。
4)2004年1月，L.H.Chua等人发表题为“Analysis of dielectric loadedcubical cavity for triplemode filter design”文章中，提出利用同轴线作为馈电，如图6a所示，采用调谐螺钉的介质腔体滤波器结构，仿真结果如图6b所示；这种采用耦合螺钉的结构可调谐的范围比较少，存在一定的不足。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，该双工器具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，包括三模谐振腔、三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导，所述三模谐振腔的三个面分别通过缝隙与三个双模谐振腔耦合，所述三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导均为一一对应，每个双模谐振腔与对应的腔壁连接，每个腔壁通过缝隙与对应的馈电波导连接。
作为一种优选方案，所述三模谐振腔的顶面开有第一缝隙，相邻两个侧面分别开有第二缝隙和第三缝隙；
所述三个双模谐振腔分别为第一双模谐振腔、第二双模谐振腔和第三双模谐振腔，所述三模谐振腔的顶面通过第一缝隙与第一双模谐振腔耦合，三模谐振腔的相邻两个侧面分别通过第二缝隙、第三缝隙与第二双模谐振腔、第三双模谐振腔耦合。
进一步的，所述第一缝隙从三模谐振腔的顶面上看，为倾斜设置的矩形结构；所述第二缝隙和第三缝隙从三模谐振腔相应的侧面上看，均为倾斜设置的矩形结构。
作为一种优选方案，所述三个腔壁分别为第一腔壁、第二腔壁和第三腔壁，所述第一腔壁上开有第四缝隙，所述第二腔壁上开有第五缝隙，所述第三腔壁上开有第六缝隙；
所述三个馈电波导分别为第一馈电波导、第二馈电波导和第三馈电波导，第一腔壁通过第四缝隙与第一馈电波导连接，第二腔壁通过第五缝隙与第二馈电波导连接，第三腔壁通过第六缝隙与第三馈电波导连接。
进一步的，所述第四缝隙和第一馈电波导从第一腔壁的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构；所述第五缝隙和第二馈电波导从第二腔壁的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构；所述第六缝隙和第三馈电波导从第三腔壁的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构。
作为一种优选方案，所述三模谐振腔和三个双模谐振腔均为矩形腔结构。
作为一种优选方案，所述三个腔壁均为矩形结构。
作为一种优选方案，所述三模谐振腔、三个双模谐振腔和三个腔壁均采用金属材料制成。
作为一种优选方案，所述三个双模谐振腔的内部尺寸相同。
作为一种优选方案，每个腔壁的表面尺寸大于对应双模谐振腔各个面的尺寸。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明中的一个三模谐振腔的三个面分别通过缝隙耦合到三个双模谐振腔，每个双模谐振腔对应的腔壁又通过缝隙耦合到一个馈电波导上，实现能量从一个馈电波导输入，从两个馈电波导输出的双工器的特性，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
2、本发明的双工器经过电磁仿真表明，其工作频率在2.93GHz、3.02GHz和3.12GHz三个频点，实现了三个双模谐振腔共用一个三模谐振腔构成的双工器。
3、本发明的双工器加工容易，解决了现有技术加工复杂的问题，且结构简单，应用范围广。
附图说明
图1a为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为矩形体)结构图。
图1b为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为圆柱体)结构图。
图2a为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器立体图。
图2b为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器俯视图。
图3a为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器立体图。
图3b为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器俯视图。
图4a为采用现有技术第四种分离简并模方法的谐振器立体图。
图4b为采用现有技术第四种分离简并模方法的谐振器俯视图。
图5a为现有技术中采用金属腔体切角的三模滤波器结构图。
图5b为现有技术中采用金属腔体切角的三模滤波器仿真结果图。
图6a为现有技术中采用调谐螺钉的介质腔体滤波器结构图。
图6b为现有技术中采用调谐螺钉的介质腔体滤波器仿真结果图。
图7为本发明实施例1的双工器立体图。
图8为本发明实施例1的双工器正视图。
图9为本发明实施例1的双工器俯视图。
图10为本发明实施例1的双工器频率响应的电磁仿真曲线图。
其中，1-三模谐振腔，2-第一双模谐振腔，3-第二双模谐振腔，4-第三双模谐振腔，5-第一腔壁，6-第二腔壁，7-第三腔壁，8-第一馈电波导，9-第二馈电波导，10-第三馈电波导，11-第一缝隙，12-第二缝隙，13-第三缝隙，14-第四缝隙，15-第五缝隙，16-第六缝隙。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图7～图9所示，本实施例提供了一种基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，该双工器包括三模谐振腔1、三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导，三个双模谐振腔分别为第一双模谐振腔2、第二双模谐振腔3和第三双模谐振腔4，三个腔壁分别为第一腔壁5、第二腔壁6和第三腔壁7，三个馈电波导分别为第一馈电波导8、第二馈电波导9和第三馈电波导10。
所述三模谐振腔1、第一双模谐振腔2、第二双模谐振腔3和第三双模谐振腔4均为矩形腔结构，内部都填充有空气，且第一双模谐振腔2、第二双模谐振腔3和第三双模谐振腔4的内部尺寸相同，三模谐振腔1的三个面上分别开有缝隙，优选地，在三模谐振腔1的顶面开有第一缝隙11，在三模谐振腔1的相邻两个侧面分别开有第二缝隙12和第三缝隙13，本实施例的相邻两个侧面分别为前侧面和左侧面，三模谐振腔1的顶面通过第一缝隙11与第一双模谐振腔2耦合，三模谐振腔1的前侧面通过第二缝隙12与第二双模谐振腔3耦合，三模谐振腔1的左侧面通过第三缝隙13与第三双模谐振腔4耦合。
进一步地，第一缝隙11从三模谐振腔1的顶面上看，为倾斜设置的矩形结构，倾斜的角度为30～60度，优选为45度；第二缝隙12从三模谐振腔1的前侧面上看，为倾斜设置的矩形结构，倾斜的角度为30～60度，优选为45度；第三缝隙13从三模谐振腔1的左侧面上看，为倾斜设置的矩形结构，倾斜的角度为30～60度，优选为45度。
所述第一腔壁5、第二腔壁6和第三腔壁7均为矩形结构，第一腔壁5对应第一双模谐振腔2和第一馈电波导8，第二腔壁6对应第二双模谐振腔3和第二馈电波导9，第三腔壁7对应第三双模谐振腔4和第三馈电波导10，且第一腔壁5的表面尺寸大于第一双模谐振腔2各个面的尺寸，第二腔壁6的表面尺寸大于第二双模谐振腔3各个面的尺寸，第三腔壁7的表面尺寸大于第三双模谐振腔4各个面的尺寸，第一腔壁5上开有第四缝隙14，第二腔壁6上开有第五缝隙15，第三腔壁7上开有第六缝隙16，第一腔壁5通过第四缝隙14与第一馈电波导8连接，第二腔壁6通过第五缝隙15与第二馈电波导9连接，第三腔壁7通过第六缝隙16与第三馈电波导10连接。
进一步地，第四缝隙14和第一馈电波导9从第一腔壁5的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构，且第四缝隙14和第一馈电波导9平行于第一缝隙11，即第四缝隙14、第一馈电波导9和第一缝隙11倾斜的角度相同，第四缝隙14的尺寸大于第一缝隙11的尺寸；第五缝隙15和第二馈电波导10从第二腔壁6的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构，且第五缝隙15和第二馈电波导10平行于第二缝隙12，即第五缝隙15、第二馈电波导10和第二缝隙12倾斜的角度相同，而且第五缝隙15的尺寸大于第二缝隙12的尺寸；第六缝隙16和第三馈电波导11从第三腔壁7的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构，且第六缝隙16和第三馈电波导11平行于第三缝隙13，即第六缝隙16、第三馈电波导11和第三缝隙13倾斜的角度相同，第六缝隙16的尺寸大于第三缝隙13的尺寸。
进一步地，第一馈电波导8、第二馈电波导9和第三馈电波导10的尺寸相同，第一馈电波导8、第二馈电波导9和第三馈电波导10均可作为馈电端口，其中第一馈电波导8作为第一馈电端口，第二馈电波导9作为第二馈电端口，第三馈电波导10作为第三馈电端口，第一馈电端口作为输入端口时，第二馈电端口和第三馈电端口作为输出端口，第二馈电端口作为输入端口时，第一馈电端口和第三馈电端口作为输出端口，第三馈电端口作为输入端口时，第一馈电端口和第二馈电端口作为输出端口，实现能量从一个端口输入，从两个端口输出的双工器的特性。
本实施例的双工器工作原理是：以第一馈电波导8作为输入端口，第二馈电波导9和第三馈电波导10作为输出端口，能量从第一馈电波导8输入，第一馈电波导8通过第四缝隙14将能量传输到第一双模谐振器2的内部，第一双模谐振器2的内部通过第一缝隙11将能量传输到三模谐振腔1的内部，三模谐振腔1的内部通过第二缝隙12将一部分能量传输到第二双模谐振器3的内部，以及通过第三缝隙13将另一部分能量传输到第三双模谐振器4的内部，第二双模谐振器3的内部通过第五缝隙15将能量传输给第二馈电波导9，第三双模谐振器4的内部通过第六缝隙16将能量传输给第三馈电波导10，由第二馈电波导9和第三馈电波导10分别将能量输出，从而实现一个馈电波导输入，两个馈电波导输出的双工器。
本实施例的双工器频率响应的电磁仿真曲线如图10所示，图中S11表示第一馈电端口的回波损耗，S21表示第一馈电端口到第二馈电端口的正向传输系数，S31表示第一馈电端口到第三馈电端口的正向传输系数，S12表示第二馈电端口到第一馈电端口的反向传输系数，S22表示第二馈电端口的回波损耗，S32表示第二馈电端口到第三馈电端口的正向传输系数，S13表示第三馈电端口到第一馈电端口的反向传输系数，S23表示第三馈电端口到第二馈电端口的反向传输系数，S33表示第三馈电端口的回波损耗，从图中可以看到，其工作频率在2.93GHz、3.02GHz和3.12GHz三个频点，实现了三个双模谐振腔共用一个三模谐振腔构成的双工器。
上述实施例中，所述三模谐振腔1、第一双模谐振腔2、第二双模谐振腔3、第三双模谐振腔4、第一腔壁5、第二腔壁6和第三腔壁7均采用金属材料制成，金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，、本发明中的一个三模谐振腔的三个面分别通过缝隙耦合到三个双模谐振腔，每个双模谐振腔对应的腔壁又通过缝隙耦合到一个馈电波导上，实现能量从一个馈电波导输入，从两个馈电波导输出的双工器的特性，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，能够满足小型化通信的要求。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利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专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (9)
1.基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：包括三模谐振腔、三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导，所述三个双模谐振腔、三个腔壁和三个馈电波导均为一一对应，每个双模谐振腔与对应的腔壁连接，每个腔壁通过缝隙与对应的馈电波导连接；
所述三模谐振腔的顶面开有第一缝隙，相邻两个侧面分别开有第二缝隙和第三缝隙；
所述三个双模谐振腔分别为第一双模谐振腔、第二双模谐振腔和第三双模谐振腔，所述三模谐振腔的顶面通过第一缝隙与第一双模谐振腔耦合，三模谐振腔的相邻两个侧面分别通过第二缝隙、第三缝隙与第二双模谐振腔、第三双模谐振腔耦合。
2.根据权利要求1所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述第一缝隙从三模谐振腔的顶面上看，为倾斜设置的矩形结构；所述第二缝隙和第三缝隙从三模谐振腔相应的侧面上看，均为倾斜设置的矩形结构。
3.根据权利要求1所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述三个腔壁分别为第一腔壁、第二腔壁和第三腔壁，所述第一腔壁上开有第四缝隙，所述第二腔壁上开有第五缝隙，所述第三腔壁上开有第六缝隙；
所述三个馈电波导分别为第一馈电波导、第二馈电波导和第三馈电波导，第一腔壁通过第四缝隙与第一馈电波导连接，第二腔壁通过第五缝隙与第二馈电波导连接，第三腔壁通过第六缝隙与第三馈电波导连接。
4.根据权利要求3所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述第四缝隙和第一馈电波导从第一腔壁的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构；所述第五缝隙和第二馈电波导从第二腔壁的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构；所述第六缝隙和第三馈电波导从第三腔壁的表面上看，均为倾斜设置的矩形结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述三模谐振腔和三个双模谐振腔均为矩形腔结构。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述三个腔壁均为矩形结构。
7.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述三模谐振腔、三个双模谐振腔和三个腔壁均采用金属材料制成。
8.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：所述三个双模谐振腔的内部尺寸相同。
9.根据权利要求1-4任一项所述的基于波导馈电的四谐振腔组成的双工器，其特征在于：每个腔壁的表面尺寸大于对应双模谐振腔各个面的尺寸。
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