CN109066031A - 基于单层带状线结构的宽带二路合路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单层带状线结构的宽带二路合路器。本发明合路器包括金属腔体以及具有一个公共端且分别带有若干开路阶梯阻抗谐振结构的两条金属条带；每个开路阶梯阻抗谐振结构的上、下均对称设置有厚度相同的绝缘介质片，这些绝缘介质片将两条金属条带支撑固定于所述金属腔体中，两条金属条带的其余部分与金属腔体之间为空气，所述绝缘介质片的介电常数大于空气的介电常数；这两条金属条带与绝缘介质片、空气以及金属腔体一起分别构成一个单层带状线结构低通滤波器和一个单层带状线结构高通滤波器。相比现有技术，本发明具有大带宽，高功率，体积小，低成本，制作简单，免调试，方便大量生产的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种合路器，尤其涉及一种基于单层带状线结构的宽带二路合路器，属于微波元器件技术领域。
背景技术
随着通信技术的广泛应用和发展，作为通信系统中不可缺少的元器件，合路器被大量应用于现代无线通信网络中，在基站、天线系统、塔放，以及室内射频覆盖系统中，都有大量的合路器。合路器的主要功能是将两个或多个不同频率的射频信号合成为一路信号，或者是将一路包含两个或多个不同频率的射频信号分离为单独的信号。随着对无线通信网络容量要求的不断提高，越来越多的频谱资源被规划投入使用，因此也对合路器也提出了新的要求：宽频带，高功率，低损耗，体积小，重量轻，低成本，便于大量生产，等等。
目前大多数合路器的设计是采用多个腔体带通滤波器联接公共端的方式。然而，当频带太宽时，腔体带通滤波器较难实现，因此，采用带状线低通或高通滤波器就成为较好的设计方案。目前，市场上的宽频带合路器中，有少量已采用带状线低通和高通的设计。其中有采用单层电路的宽频2路合路器，也有用双层电路实现的高低通方式的宽频段2路合路器。单层电路具有制作简单，成本低等优点，是一种很好的设计方案；然而它可实现的带宽有限。现有的单层电路形式的2路合路器可实现的带宽一般为698-960MHz和1700-2200MHz，已经不满足大部分国家和地区的频率要求，因为现有的频率规划已经包含了低频端的600MHz和高频端的2700MH。此外，现有带状线结构滤波器普遍采用PCB板覆盖金属覆层的结构，难以支持大功率应用。
综上所述，不断扩展的无线频谱资源对宽带合路器提出了新的要求，新的合路器要求覆盖更宽的频带，有更高的功率容量，同时也要有体积小，重量轻，低成本，便于大量生产的特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于单层带状线结构的宽带二路合路器，具有大带宽，高功率，体积小，低成本，制作简单，免调试，方便大量生产的优点。
本发明基于单层带状线结构的宽带二路合路器，包括金属腔体以及具有一个公共端且分别带有若干开路阶梯阻抗谐振结构的两条金属条带；每个开路阶梯阻抗谐振结构的上、下均对称设置有厚度相同的绝缘介质片，这些绝缘介质片将两条金属条带支撑固定于所述金属腔体中，两条金属条带的其余部分与金属腔体之间为空气，所述绝缘介质片的介电常数大于空气的介电常数；这两条金属条带与绝缘介质片、空气以及金属腔体一起分别构成一个单层带状线结构低通滤波器和一个单层带状线结构高通滤波器。
优选地，所述金属条带的材质为铜。
优选地，所述两条金属条带由一块金属板整体成型而成。
优选地，所述绝缘介质片的材质为聚四氟乙烯。
优选地，每个开路阶梯阻抗谐振结构与相应的绝缘介质片上均开设有对应的安装通孔，可通过与所述安装通孔适配的绝缘介质柱将开路阶梯阻抗谐振结构与绝缘介质片相对固定。
优选地，所述金属条带的厚度为1～2mm。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明采用单层带状线结构高低通滤波器相结合，利用金属条带构建单层带状线结构滤波器，并在单层带状线结构滤波器的谐振器部分使用比电路其余部分更高介电常数的介质，在具有体积小、重量轻、低成本等优点的同时，一方面可有效可扩展合路器的工作频宽，另一方面大幅提高了功率容量。
附图说明
图1为具体实施方式中本发明宽带二路合路器的金属条带部分的结构示意图；
图2为具体实施方式中本发明宽带二路合路器的立体结构示意图；
图3为具体实施方式中本发明宽带二路合路器的爆炸图；
图4为具体实施方式中本发明宽带二路合路器的传输线电路模型；
图5为具体实施方式中本发明宽带二路合路器的S-参数响应曲线。
图中含有以下附图标记：
1、金属条带，2、金属条带，3、公共端，4、输入端，5、输入端，6、开路阶梯阻抗谐振结构，7、安装通孔，8、盖板，9、底板，10、PTFE片，11、PTFE柱。
具体实施方式
为了满足对合路器所提出的覆盖更宽的频带，有更高的功率容量，同时也要有体积小，重量轻，低成本，便于大量生产的要求，本发明的思路是采用具有体积小、重量轻、低成本等优点的单层带状线结构高、低通滤波器相结合的设计方案；同时对结构进行进一步改进，利用具有一定厚度的金属条带构建单层带状线结构滤波器，以提高功率容量，并在单层带状线结构滤波器的谐振器部分使用比电路其余部分更高介电常数的介质，从而提高合路器所能覆盖的带宽。
具体而言，本发明所提出的基于单层带状线结构的宽带二路合路器，包括金属腔体以及具有一个公共端且分别带有若干开路阶梯阻抗谐振结构的两条金属条带；每个开路阶梯阻抗谐振结构的上、下均对称设置有厚度相同的绝缘介质片，这些绝缘介质片将两条金属条带支撑固定于所述金属腔体中，两条金属条带的其余部分与金属腔体之间为空气，所述绝缘介质片的介电常数大于空气的介电常数；这两条金属条带与绝缘介质片、空气以及金属腔体一起分别构成一个单层带状线结构低通滤波器和一个单层带状线结构高通滤波器。
从成本角度考虑，所述金属条带的材质优选为铜或表面覆银的铜，所述绝缘介质片的材质优选为PTFE（聚四氟乙烯，又称铁氟龙）。
为了简化生产工艺，进一步降低成本，所述两条金属条带最好由一块金属板通过冲压、切割等整体成型工艺制备而成。
综合考虑功率容量和其它电气性能，所述金属条带的厚度优选为1～2mm。
绝缘介质片可以使用粘接剂粘接固定在开路阶梯阻抗谐振结构上下表面，但这样会导致介质厚度不易精确控制从而影响电气性能。为了便于安装固定，优选地，每个开路阶梯阻抗谐振结构与相应的绝缘介质片上均开设有对应的安装通孔，可通过与所述安装通孔适配的绝缘介质柱将开路阶梯阻抗谐振结构与绝缘介质片相对固定。
为了便于公众理解，下面以一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
本实施例中的二路合路器的目标通带要达到617-960MHz/1695-2700MHz。该合路器是由一个低通滤波器和一个高通滤波器连接公共端构成，其结构如图1～图3所示。如图1所示，高通和低通滤波器的主体部分是由一块厚度均一的金属板（厚度为1～2mm）切割而成的具有一个公共端3的金属条带1和金属条带2，金属条带1和金属条带2的另一端分别为合路器的两个输入端：输入端4和输入端5。在金属条带1和金属条带2上分别设置有三个开路阶梯阻抗谐振结构6，通过选择合适的开路阶梯阻抗谐振结构6的参数，金属条带1和金属条带2分别形成低通滤波器和高通滤波器。在开路阶梯阻抗谐振结构6、公共端3、输入端4、输入端5上均设置有安装通孔7，可通过与安装通孔7适配的绝缘介质柱进行安装固定。
如图2、图3所示，开路阶梯阻抗谐振结构6被夹在两块相同厚度的PTFE片10之间，PTFE片10的大小形状与开路阶梯阻抗谐振结构6的大小形状相适应，恰好覆盖开路阶梯阻抗谐振结构6，而金属条带1和金属条带2的其它部分则暴露在空气中。整个图1所示的部件被固定在一个由盖板8和底板9所构成的金属腔体中，PTFE片10起到提供所需要的介电常数以及支撑图1所示部件的双重作用。此外，还通过与安装通孔7相适配的PTFE柱对合路器内部部件进行固定，以保证结构的稳定性。可以看出，这六个开路阶梯阻抗谐振结构6与盖板8、底板9、PTFE片10一起构成了以PTFE为介质的带状线结构，而金属条带1和金属条带2的其它部分则与盖板8、底板9、空气一起构成以空气为介质的带状线结构，两种带状线结构的腔体高度也不同。因此，本发明合路器中的低通滤波器和高通滤波器分别由两种单层带状线结构构成。另外，其中的高通滤波器是利用低通滤波器的二次通带实现。
在常规的设计方法中，一般采用相同介电常数和腔体高度的结构，当频带增宽时，金属条带1和2中的开路阶梯阻抗谐振结构将显著增大，同其余的电路重叠，因而无法实现单层电路。在本发明合路器中，采用开路阶梯阻抗谐振结构中加入介电常数大于空气介电常数的固体介质片和减小腔体高度的方法，可以缩小开路阶梯阻抗谐振结构的尺寸，将开路阶梯阻抗谐振结构限制在一定范围之内，使简单的单层电路得以实现。
图4显示了上述合路器的传输线电路模型，在图4电路模型基础上，根据设计指标，通过电磁场仿真及优化，可以得到合路器的详细结构参数。图5显示了合路器的S-参数响应曲线。经实测发现，该合路器的通带达到了617-960MHz/1695-2700MHz，远超现有技术的水平，并且具有高功率，体积小，低成本，制作简单，免调试，方便大量生产的优点。
Claims (6)
1.一种基于单层带状线结构的宽带二路合路器，其特征在于，包括金属腔体以及具有一个公共端且分别带有若干开路阶梯阻抗谐振结构的两条金属条带；每个开路阶梯阻抗谐振结构的上、下均对称设置有厚度相同的绝缘介质片，这些绝缘介质片将两条金属条带支撑固定于所述金属腔体中，两条金属条带的其余部分与金属腔体之间为空气，所述绝缘介质片的介电常数大于空气的介电常数；这两条金属条带与绝缘介质片、空气以及金属腔体一起分别构成一个单层带状线结构低通滤波器和一个单层带状线结构高通滤波器。
2.如权利要求1所述宽带二路合路器，其特征在于，所述金属条带的材质为铜。
3.如权利要求1所述宽带二路合路器，其特征在于，所述两条金属条带由一块金属板整体成型而成。
4.如权利要求1所述宽带二路合路器，其特征在于，所述绝缘介质片的材质为聚四氟乙烯。
5.如权利要求1所述宽带二路合路器，其特征在于，每个开路阶梯阻抗谐振结构与相应的绝缘介质片上均开设有对应的安装通孔，可通过与所述安装通孔适配的绝缘介质柱将开路阶梯阻抗谐振结构与绝缘介质片相对固定。
6.如权利要求1所述宽带二路合路器，其特征在于，所述金属条带的厚度为1～2mm。
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