CN110165347B - 一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明为加载开路枝节的高隔离度微带双工器，解决双工器两个通道隔离度低的问题。该双工器包括匹配网络(1)、电容耦合带通滤波器(2)以及电感耦合带通滤波器(3)，匹配网络(1)是由第一端口(11)、钩形微带线(12)以及L形微带线(13)组成，电容耦合带通滤波器是由第一耦合电容(231)、第一谐振器(221)、第二耦合电容(232)、第二谐振器(222)、第三耦合电容(233)、第二端口(21)依次相连组成，电感耦合带通滤波器(3)由第一短路枝节(331)、第一谐振器(321)、第二短路枝节(332)、第二谐振器(322)、第三短路枝节(333)、第三端口(31)依次相连组成。

Description

一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器
技术领域
本发明属于微波射频无源器件技术领域，尤其涉及微波射频无源器件中的双工器。
背景技术
现今微波系统都向高集成度、高性能、小尺寸的方向发展，一个收发系统中经常集成两个或者多个信道，如果在接收机和发射机中分别安装一个天线，不仅会增大整个系统的体积，接收机的天线和发射机的天线也会相互影响，所以接收机和发射机通常共用一套天馈系统。为了降低接收信道和发射信道之间的相互影响，需要在天线和收发前端加入双工器。
双工器按照实现方式可以分为波导、同轴以及微带双工器等。波导双工器是最早在工程中得到应用的双工器，它主要是利用波导的谐振腔实现频率的选择，它的优点是在通带内插入损耗极低，隔离度高，然而波导双工器也有着体积较大、成本高、加工困难、重量较大等缺点。同轴双工器体积比波导双工器小，但是在设备高度集成的今天，其体积仍然显得较大。同轴双工器采用调谐螺钉来调试，调试费时费力。微带双工器相比于这两种双工器有着体积小、成本低以及易于加工的优点。但是普通的微带双工器通过增加谐振器的数量来增加隔离度，由此带来的问题是双工器的体积变大，插入损耗也增大。
发明内容
本发明的目的是提出一种加载开路枝节的高隔离度双工器，克服现有双工器隔离度不够高的缺点。
本发明的技术方案是：一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器，介质基片4下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括匹配网络1，电容耦合带通滤波器2，电感耦合带通滤波器3，电容耦合带通滤波器2构成双工器的高频通道，电感耦合带通滤波器3构成双工器的低频通道，电容耦合带通滤波器2由第一耦合电容231、第一谐振器221、第二耦合电容232、第二谐振器222、第三耦合电容233、第二端口21依次相连构成，第一谐振器221的开路枝节向上设置，并向右弯折，第二谐振器222的开路枝节向上设置，并向左弯折，第一、第二、第三耦合电容231、232、233均为交指电容，交指的宽度均相等，交指之间缝隙的宽度也相等，左、右两端交指的数目分别为2和3，电感耦合带通滤波器3由第一短路枝节331、第三谐振器321、第二短路枝节332、第四谐振器322、第三短路枝节333、第三端口31依次相连构成，第一、第二、第三短路枝节331、332、333由水平设置的高阻抗微带线右端接金属化通孔构成，电感耦合带通滤波器3的第三、第四谐振器321、322是由三段微带线呈Y字形连接而成，其中长的开路枝节水平设置，向右伸出，与另外短的两臂的夹角都是150度，两臂之间的夹角是60度，匹配网络1由第一端口11、钩形微带线12，以及L形微带线13组成，其中钩形微带线12的上端连接第一端口11，下端连接的是电容耦合带通滤波器2的第一耦合电容231，L形微带线13的上端连接的是电感耦合带通滤波器3的第一短路枝节331，右端连接第一端口11，上表面的金属层中的微带线除短路枝节及交指电容外，均为50欧姆，电容耦合带通滤波器2的第一、第二谐振器221、222的开路枝节长度为其零点对应频率的四分之一波长，电容耦合带通滤波器2的两零点频率覆盖电感耦合带通滤波器3的通带，电感耦合带通滤波器3的第三、第四谐振器321、322的开路枝节长度为其零点对应频率的四分之一波长，电感耦合带通滤波器3的两零点频率覆盖电容耦合带通滤波器2的通带。
本发明的技术方案的原理是：谐振器的开路枝节长度为各滤波器传输零点频率对应波长的四分之一，所以可以通过调整谐振器221、222、321、322的开路枝节的长度来控制带通滤波器2、3的传输零点。电感耦合带通滤波器3的两个传输零点的频率高于其通带频率；电容耦合带通滤波器2的两个传输零点的频率低于其通带频率。通过调整开路枝节的长度来控制两个滤波器传输零点的位置，让两个带通滤波器的两个传输零点覆盖彼此的通带，从而提高双工器两个通道之间的隔离度。匹配网络1将电容耦合带通滤波器2与电感耦合带通滤波器3连接到一起。通过调整L形微带线13以及钩形微带线12的长度，来实现匹配。电容耦合带通滤波器2在电感耦合带通滤波器3的中心频率处，从双工器主路参考面看进去等效为开路。电感耦合带通滤波器3在电容耦合带通滤波器2的中心频率处，从双工器主路参考面看进去等效为开路。此外，电容耦合带通滤波器2的第一、第二、第三交指电容231、232、233等效为电容，从而实现谐振器之间的容性耦合。电感耦合带通滤波器3的第一、第二、第三短路枝节331、332、333可以等效为电感，从而实现谐振器之间的感性耦合。对第一、第二谐振器221、222，第一端口11、钩形微带线12、L形微带线13进行弯折，匹配网络1、电容耦合带通滤波器2、电感耦合带通滤波器3进行紧凑布局，实现双工器的小型化。
本发明的优点和有益效果：
本发明的双工器将每个通道滤波器的零点置于另一个通道滤波器的通带处，通道之间的隔离度较高。零点位置只与开路枝节的长度相关，便于控制。此外，本发明对滤波器的开路枝节，匹配网络等部分的微带线进行了弯折处理，电路结构紧凑。由于采用印制电路板技术来生产加工，本发明的双工器成本低、重量轻、加工周期短，一致性好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器，介质基片4下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括匹配网络1，电容耦合带通滤波器2，电感耦合带通滤波器3，电容耦合带通滤波器2构成双工器的高频通道，电感耦合带通滤波器3构成双工器的低频通道，电容耦合带通滤波器2由第一耦合电容231、第一谐振器221、第二耦合电容232、第二谐振器222、第三耦合电容233、第二端口21依次相连构成，第一谐振器221的开路枝节向上设置，并向右弯折，第二谐振器222的开路枝节向上设置，并向左弯折，第一、第二、第三耦合电容231、232、233均为交指电容，交指的宽度均相等，交指之间缝隙的宽度也相等，左、右两端交指的数目分别为2和3，电感耦合带通滤波器3由第一短路枝节331、第三谐振器321、第二短路枝节332、第四谐振器322、第三短路枝节333、第三端口31依次相连构成，第一、第二、第三短路枝节331、332、333由水平设置的高阻抗微带线右端接金属化通孔构成，电感耦合带通滤波器3的第三、第四谐振器321、322是由三段微带线呈Y字形连接而成，其中长的开路枝节水平设置，向右伸出，与另外短的两臂的夹角都是150度，两臂之间的夹角是60度，匹配网络1由第一端口11、钩形微带线12，以及L形微带线13组成，其中钩形微带线12的上端连接第一端口11，下端连接的是电容耦合带通滤波器2的第一耦合电容231，L形微带线13的上端连接的是电感耦合带通滤波器3的第一短路枝节331，右端连接第一端口11，上表面的金属层中的微带线除短路枝节及交指电容外，均为50欧姆，电容耦合带通滤波器2的第一、第二谐振器221、222的开路枝节长度为其零点对应频率的四分之一波长，电容耦合带通滤波器2的两零点频率覆盖电感耦合带通滤波器3的通带，电感耦合带通滤波器3的第三、第四谐振器321、322的开路枝节长度为其零点对应频率的四分之一波长，电感耦合带通滤波器3的两零点频率覆盖电容耦合带通滤波器2的通带。
为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器。介质基片使用厚度为0.8mm，相对介电常数为2.55的F4B基片，测试结果如图2所示，电容耦合带通滤波器2和电感耦合带通滤波器3通带的中心频率分别是2.4GHz和1.8GHz，其3dB相对带宽分别为9.6％和14.2％,两个通道之间的隔离度大于50dB。

Claims (1)

1.一种加载开路枝节的高隔离度微带双工器，其特征在于：介质基片(4)下表面完全被金属层覆盖，上表面的金属层包括匹配网络(1)，电容耦合带通滤波器(2)，电感耦合带通滤波器(3)，电容耦合带通滤波器(2)构成双工器的高频通道，电感耦合带通滤波器(3)构成双工器的低频通道，电容耦合带通滤波器(2)由第一耦合电容(231)、第一谐振器(221)、第二耦合电容(232)、第二谐振器(222)、第三耦合电容(233)、第二端口(21)依次相连构成，第一谐振器(221)的开路枝节向上设置，并向右弯折，第二谐振器(222)的开路枝节向上设置，并向左弯折，第一、第二、第三耦合电容(231)、(232)、(233)均为交指电容，交指的宽度均相等，交指之间缝隙的宽度也相等，左、右两端交指的数目分别为2和3，电感耦合带通滤波器(3)由第一短路枝节(331)、第三谐振器(321)、第二短路枝节(332)、第四谐振器(322)、第三短路枝节(333)、第三端口(31)依次相连构成，第一、第二、第三短路枝节(331)、(332)、(333)由水平设置的高阻抗微带线右端接金属化通孔构成，电感耦合带通滤波器(3)的第三、第四谐振器(321)、(322)是由三段微带线呈Y字形连接而成，其中长的开路枝节水平设置，向右伸出，与另外短的两臂的夹角都是150度，两臂之间的夹角是60度，匹配网络(1)由第一端口(11)、钩形微带线(12)，以及L形微带线(13)组成，其中钩形微带线(12)的上端连接第一端口(11)，下端连接的是电容耦合带通滤波器(2)的第一耦合电容(231)，L形微带线(13)的上端连接的是电感耦合带通滤波器(3)的第一短路枝节(331)，右端连接第一端口(11)，上表面的金属层中的微带线除短路枝节及交指电容外，均为50欧姆，电容耦合带通滤波器(2)的第一、第二谐振器(221)、(222)的开路枝节长度为其零点对应频率的四分之一波长，电容耦合带通滤波器(2)的两零点频率覆盖电感耦合带通滤波器(3)的通带，电感耦合带通滤波器(3)的第三、第四谐振器(321)、(322)的开路枝节长度为其零点对应频率的四分之一波长，电感耦合带通滤波器(3)的两零点频率覆盖电容耦合带通滤波器(2)的通带。
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