CN108598638A - 基于介质集成悬置线的多工器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于介质集成悬置线的多工器结构，所述多工器为N工器，N为大于等于2的正整数，N工器包括第一至第N带通滤波器，每个带通滤波器均包括：相互连接的一低通滤波器和一高通滤波器；当多工器为双工器时，第二低通滤波器的一端为双工器的输入端，第二低通滤波器的另一端通过T型结与第二高通滤波器和第一低通滤波器相连，第二高通滤波器另一端为第二输出端，第一低通滤波器另一端与第一高通滤波器相连，第一高通滤波器的另一端为第一输出端；解决了在多工器同时接收、发射信号时保证信道之间的高隔离度，避免其相互干扰。

Description

基于介质集成悬置线的多工器结构

技术领域

本发明涉及射频微波电路技术领域，具体地，涉及一种基于介质集成悬置线的多工器结构。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，频谱资源日益紧张，多通道通信系统实时多向通信越来越普遍。通信系统中，多工器可以将几个分布在不同频谱位置上的射频信号分离或合并，并经由公共天线传输，且由于滤波器网络的互易性，多工器可以在同一器件中起到分离发射与接收频带的作用，使发射机和接收机能够使用同一幅天线进行收发从而降低成本和体积、减少干扰。多工器的使用对于优化频率资源，保护通信信道，提高通信质量十分重要，它己广泛应用于卫星通信、中继通信、电子对抗、雷达、遥感、微波测量和太空技术等方面。

在现有技术中，由于现有的多工器的实现方式主要有三种，一种是通过一个阻抗匹配网络连接各个信道滤波器，另一种是采用分布式耦合技术来满足所有滤波器通道的共振条件，最后一种是采用环型器实现通道间的隔离，这三种方式都对多工器信道的数量有所限制。所以现有的多工器存在在布局上难以实现较多信道匹配的多工器并同时达到较高隔离度的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于介质集成悬置线的多工器结构，解决了现有多工器无法实现较多信道同时匹配的问题，并在多工器同时接收、发射信号时保证信道之间的高隔离度，避免其相互干扰。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种基于介质集成悬置线的多工器结构，所述多工器为N工器，N为大于等于2的正整数，N工器包括第一至第N带通滤波器，每个带通滤波器均包括：相互连接的一低通滤波器和一高通滤波器；当多工器为双工器时，第二低通滤波器的一端为双工器的输入端，第二低通滤波器的另一端通过T型结与第二高通滤波器和第一低通滤波器相连，第二高通滤波器另一端为第二输出端，第一低通滤波器另一端与第一高通滤波器相连，第一高通滤波器的另一端为第一输出端；当多工器为三工器时，在双工器的输入端连接第三带通滤波器，第二低通滤波器、第三低通滤波器、第三高通滤波器之间通过T型结进行连接，第三低通滤波器未有相连电路的一端为输入端，第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器未连电路的一端分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；当多工器为四工器时，在第三低通滤波器的输入端通过T型结连接第四带通滤波器，第四低通滤波器的一端为输入端，四个高通滤波器分别为四工器的输出端；以此类推形成N工器。

其中，双工器包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，三工器包括第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器，四工器包括第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器和第四带通滤波器，依次类推。所述多工器中每个带通滤波器由一低通滤波器和一高通滤波器组成，信号从低通滤波器的一端输入，从另一端传输到高通滤波器，再从高通滤波器的另一端输出，或者反之。对于双工器，第二低通滤波器的一端为双工器的输入端，其另一端与第二高通滤波器和第一低通滤波器通过T型结相连，第二高通滤波器另一端为第二输出端，第一低通滤波器另一端与第一高通滤波器相连，第一高通滤波器的另一端为第一输出端。第一带通滤波器与第二带通滤波器之间直接相连的T型结为第一匹配电路。在所述双工器的输入端，按照第一带通滤波器与第二带通滤波器的连接方式连接第三带通滤波器，组成三工器，其中第二低通滤波器、第三低通滤波器、第三高通滤波器直接相连的传输线形成的T型结为第二匹配电路。第三低通滤波器未有相连电路的一端为输入端，第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器未连电路的一端分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口。与三工器同理，在第三低通滤波器的输入端通过第三匹配电路连接第四带通滤波器形成四工器，第四低通滤波器的一端为输入端，四个高通滤波器分别为四工器的输出端。在此结构的基础之上，可按相同的设计方法类推设计多工器。

特别地，所述第一低通滤波器和第二低通滤波器采用相同的电路结构，其由四个结构相同的低通单元级联而成：一对耦合线的一端与一贴片电容相连，另一端分别连接一段传输线用以单元间的级联。第三低通滤波器和第四低通滤波器均为七阶切比雪夫低通滤波器，由三个并联电容和四个串联电感交错构成。该结构的低通滤波器采用的电路结构具有较好的选择性和带外抑制深度以及阻带宽度。

特别地，所述第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器和第四高通滤波器采用相同的电路结构：七阶切比雪夫高通滤波器。该电路结构由三个并联电感和四个串联电容交错组成，其中电感采用传输线并联短路分支线的结构，电容采用宽边耦合线实现。该结构的高通滤波器最大限度的利用了悬置线的特点，宽边耦合电容的电容量要大于缝隙耦合电容的电容值，实现响应较好的高通滤波器。

特别地，所述匹配电路1、匹配电路2和匹配电路3均采用T型结的结构，由三段相连的传输线构成，每段传输线的电长度均为90°，使传输线的尾端对于另一个信道滤波器等效于开路端口，以抵消对信道特性的损坏，达到较高的隔离度。

特别地，其特征在于，还包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括五层自上而下叠压的电路板，中间是介质，每层电路板两面均附有金属层，第三层电路板上、下表面为所设计的多工器的电路，第二层电路板和第四层电路板分别进行镂空切除，通过压合分别与第一电路板、第三电路板、第五电路板形成空气腔。在介质集成悬置线中，电磁场主要分布在空气腔，减少了介质损耗，具有较高的Q值，并同时具有自封装、低成本的优点。

特别地，所述高通滤波器电路中电容采用平行板电容，电感分布在第三层电路板的下表面。

特别地，在介质集成悬置线的基础之上对第三层电路板进行介质挖除：在保证电路板的可支撑度的情况下把未附有金属电路的介质进行镂空挖除，该方法进一步减小了介质损耗，使得在其上设计的多工器具有低的插入损耗。

特别地，所述第一层至第五层电路板的中间介质的材质及厚度依次为Fr4,Fr4，Rogers5880,Fr4,Fr4；0.6mm，2mm，0.254mm，2mm，0.6mm。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述的基于介质集成悬置线的双工器、三工器和四工器中每两个带通滤波器间通过一个T型结连接，每个信道的信号从输入端通过多个低通滤波器和一个高通滤波器输出，该结构便于拓展多工器，每个T型结只需要满足相邻的两个信道滤波器的匹配要求，即每两个相邻的信道都可以组成一个双工器，使得每个双工器达到较好的性能即可。该方法大大简化了多工器的匹配部分设计的难度，在保证高隔离度的同时可以拓展设计多工器，解决了现有多工器无法实现较多信道同时匹配的问题；同时，所述多工器具有低插入损耗、高隔离度、自封装的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器的截面视图；

图2为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器的三维立体图；

图3为本发明实施例1提供的介质集成悬置双工器的G5层；

图4为本发明实施例1提供的介质集成悬置双工器的G6层；

图5为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器仿真和测试频率响应结果图；

图6为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器两通路间隔离的仿真和测试结果图；

图7为本发明实施例2提供的介质集成悬置双工器的G5层；

图8为本发明实施例2提供的介质集成悬置双工器的G6层；

图9为本发明实施例3提供的介质集成悬置双工器的G5层；

图10为本发明实施例3提供的介质集成悬置双工器的G6层。

具体实施方式

本发明提供了一种基于介质集成悬置线的多工器结构，解决了现有多工器无法实现较多信道同时匹配的问题，并在多工器同时接收、发射信号时保证信道之间的高隔离度，避免其相互干扰。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例公开了一种基于介质集成悬置线的双工器结构，如图1、图2、图3所示，图1为本发明实施例1提供的基于介质集成悬置线的双工器的截面视图，图2为本发明实施例1提供的基于介质集成悬置线的双工器的三维立体图。

本实施例中，所述介质集成悬置线平台包括五层自上而下叠压的电路板，为第一至第五层电路板，中间是介质，每层电路板两面均附有金属层即G1至G10十层金属层。五层电路板介质材质依次为Fr4,Fr4，Rogers5880,Fr4,Fr4，厚度依次为0.6mm,2mm,0.254mm,2mm,0.6mm。第二层电路板和第四层电路板分别进行镂空切除，通过压合保证第三层电路板分别与第一层电路板和第五层电路板形成空气腔体结构。第三层电路板上、下表面的金属层G5、G6为所设计的双工器结构，电路的输入、输出端口从G5层走线。同时，在保证电路板可支撑度的情况下把未附有金属电路的介质进行镂空挖除，以达到减小损耗的目标。

如图3、图4所示，图3为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器的G5层，图4为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器的G6层。所述基于介质集成悬置线的双工器采用双层布线，由第一带通滤波器和第二带通滤波器通过匹配电路1连接组成。每个带通滤波器由一低通滤波器和一高通滤波器组成，信号从低通滤波器的一端输入，从另一端传输到高通滤波器，再从高通滤波器的另一端输出，或者反之。对于双工器，第二低通滤波器的一段为双工器的输入端，其另一端与第二高通滤波器和第一低通滤波器通过T型结相连，第二高通滤波器另一端为第二输出端，第一低通滤波器另一端与第一高通滤波器相连，低一高通滤波器的另一端为第一输出端。第一带通滤波器与第二带通滤波器之间直接相连的T型结为匹配电路1，由三段相连的传输线构成，每段传输线的电长度均为90°。所述第一低通滤波器和第二低通滤波器采用相同的电路结构，其由四个结构相同的低通单元级联而成：一对耦合线的一端与一贴片电容相连，另一端分别连接一段传输线用以单元间的级联。所述第一高通滤波器和第二高通滤波器采用相同的电路结构：七阶切比雪夫高通滤波器。该电路结构由三个并联电感和四个串联电容交错组成，其中电感采用传输线并联短路分支线的结构，电容采用宽边耦合线，在G5、G6两层走线。

本实施例中，分别选取第一带通滤波器、第二带通滤波器中心频率为f₁＝0.8GHz、f₂＝2.5GHz，通过电磁仿真软件可以得到版图具体尺寸为：L1＝27mm，L2＝24mm，L3＝8.4mm，L4＝14mm，L5＝11.4mm，L6＝10.2mm，L7＝5.5mm，L8＝6mm，L9＝10mm，L10＝3mm，W1＝W2＝2.4mm，W3＝0.6mm，W4＝1mm，W5＝1.3mm，W6＝2mm。对本实施例所述介质集成悬置线差分耦合器进行测试，测试结果如图5、图6所示，图5为本发明实施例1提供的介质集成悬置线仿真和测试频率响应结果图。图6为本发明实施例1提供的介质集成悬置线双工器两通路间隔离的仿真和测试结果图。由图5、图6可知，本实施例所述基于介质集成悬置线的双工器的电磁仿真和测试结果吻合较好。两个滤波器的带宽分别为55％、43％，测试的插入损耗为1.03dB和0.96dB，两信道之间的隔离大于60dB。由上述测试结果可知，本实施例所述介质集成悬置线双工器具有插入损耗低、隔离度高、自封装、一体化集成、电磁屏蔽、成本低的优点。

实施例二

本实施例公开了一种在实施例1提供的介质集成悬置线双工器的基础上拓展设计的介质集成悬置线三工器，其三维结构与实施例1中的图1、图2相同。图7为本发明实施例提供的介质集成悬置线三工器的G5层，图8为本发明实施例2提供的介质集成悬置线三工器的G6层。所述基于介质集成悬置线的三工器由第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器组成，即在实施例1中的双工器的输入端按照第一带通滤波器与第二带通滤波器的连接方式连接第三带通滤波器，组成三工器，第三带通滤波器同样由一低通滤波器和一高通滤波器组成。所述介质集成悬置线中第二低通滤波器、第三低通滤波器、第三高通滤波器直接相连的传输线形成的T型结为匹配电路2，由三段相连的传输线构成，每段传输线的电长度均为90°。第三低通滤波器未有相连电路的一段为输入端，第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器未连电路的一段分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口。第三低通滤波器为七阶切比雪夫低通滤波器，由三个并联电容和四个串联电感交错构成。第三高通滤波器和第一高通滤波器、第二高通滤波器采用相同的电路结构：七阶切比雪夫高通滤波器。该电路结构由三个并联电感和四个串联电容交错组成，其中电感采用传输线并联短路分支线的结构，电容采用宽边耦合线，在G5、G6两层走线。本实施例中，选取第三带通滤波器中心频率为f₃＝6.5GHz。

实施例三

本实施例公开了一种在实施例2提供的介质集成悬置线三工器的基础上拓展设计的介质集成悬置线四工器，其三维结构与实施例1中的图1、图2相同。图9为本发明实施例提供的介质集成悬置线四工器的G5层，图10为本发明实施例提供的介质集成悬置线四工器的G6层。所述基于介质集成悬置线的四工器由第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器和第四带通滤波器组成，即在实施例2中的三工器的输入端按照前述的连接方式连接第四带通滤波器，组成四工器，第三带通滤波器同样由一低通滤波器和一高通滤波器组成。所述介质集成悬置线中第三低通滤波器、第四低通滤波器、第四高通滤波器直接相连的传输线形成的T型结为匹配电路3，由三段相连的传输线构成，每段传输线的电长度均为90°。第四低通滤波器未有相连电路的一段为输入端，第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器、第四高通滤波器未连电路的一段分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口、第四输出端口。第四低通滤波器与第三低通滤波器采用相同的电路结构，为七阶切比雪夫低通滤波器，由三个并联电容和四个串联电感交错构成。第四高通滤波器和第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器采用相同的电路结构：七阶切比雪夫高通滤波器。该电路结构由三个并联电感和四个串联电容交错组成，其中电感采用传输线并联短路分支线的结构，电容采用宽边耦合线，在G5、G6两层走线。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，所述多工器为N工器，N为大于等于2的正整数，N工器包括第一至第N带通滤波器，每个带通滤波器均包括：相互连接的一低通滤波器和一高通滤波器；当多工器为双工器时，第二低通滤波器的一端为双工器的输入端，第二低通滤波器的另一端通过T型结与第二高通滤波器和第一低通滤波器相连，第二高通滤波器另一端为第二输出端，第一低通滤波器另一端与第一高通滤波器相连，第一高通滤波器的另一端为第一输出端；当多工器为三工器时，在双工器的输入端连接第三带通滤波器，第二低通滤波器、第三低通滤波器、第三高通滤波器之间通过T型结进行连接，第三低通滤波器未有相连电路的一端为输入端，第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器未连电路的一端分别为第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口；当多工器为四工器时，在第三低通滤波器的输入端通过T型结连接第四带通滤波器，第四低通滤波器的一端为输入端，四个高通滤波器分别为四工器的输出端；以此类推形成N工器。

2.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，第一带通滤波器与第二带通滤波器之间相连的T型结为第一匹配电路；第二低通滤波器、第三低通滤波器、第三高通滤波器之间相连的T型结为第二匹配电路；第三低通滤波器的输入端与第四带通滤波器之间相连的T型结为第三匹配电路。

3.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，第一低通滤波器和第二低通滤波器的电路结构相同，均由四个结构相同的低通单元级联而成：一对耦合线的一端与一贴片电容相连，另一端分别连接一段传输线用以单元间的级联；第三低通滤波器和第四低通滤波器均为七阶切比雪夫低通滤波器，七阶切比雪夫低通滤波器由三个并联电容和四个串联电感交错构成。

4.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，第一高通滤波器、第二高通滤波器、第三高通滤波器、第四高通滤波器的电路结构相同均为：七阶切比雪夫高通滤波器，七阶切比雪夫低通滤波器由三个并联电感和四个串联电容交错组成，其中电感采用传输线并联短路分支线的结构，电容采用宽边耦合线实现。

5.根据权利要求2所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路均由三段相连的传输线构成，每段传输线的电长度均为90°。

6.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，所述多工器还包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台包括五层自上而下叠压的电路板，中间层是介质，每层电路板两面均附有金属层，第三层电路板上、下表面为所设计的多工器的电路，第二层电路板和第四层电路板分别进行镂空切除，通过压合分别与第一电路板、第三电路板、第五电路板形成空气腔。

7.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，高通滤波器电路中电容采用平行板电容，电感分布在第三层电路板的下表面。

8.根据权利要求6所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，在介质集成悬置线的基础之上对第三层电路板进行介质挖除，将未附有金属电路的介质进行镂空挖除。

9.根据权利要求6所述的基于介质集成悬置线的多工器结构，其特征在于，所述第一层至第五层电路板的中间介质的材质及厚度依次为：Fr4,Fr4，Rogers5880,Fr4,Fr4；厚度依次为：0.6mm，2mm，0.254mm，2mm，0.6mm。