CN112768855A - 一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器，包括腔体、射频电缆，以及分别设置于腔体顶部的上盖板和设置于腔体底部的下盖板；所述腔体内设置有两个滤波器，分别为第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器之间通过公共腔连接，构成双工器；所述第一滤波器和第二滤波器均由若干个谐振器组成，公共腔为一个谐振器，谐振器由谐振杆以及连接于谐振杆上的加载电容组成；所述射频电缆为三根，其一端分别与第一滤波器、第二滤波器、公共腔连接，另一端引出于腔体外。本发明采用公共腔将两个滤波器合并成为一个双工器，这种公共腔的形式，可以提高双工器的隔离度，减小两个滤波器之间的相互干扰，而且结构简单，易于生产。

Description

一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基站天线内置腔体双工器。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，基站天线和射频器件已经成为了人们关注的焦点。在日益增长的市场和需求的推动下，通信技术不断推陈出新，使得通信产业的发展有了新的发展要求和方向。随着基站天线的小型化，轻量化，集成化，低成本，高增益的需求越来越大，对于基站天线内置的射频器件提出了越来越高的要求。其中基站天线内置双工器成为了上述需求中最为关键的部分。基站天线内置双工器用于基站天线的阵列频率复用和频率选择，对于基站天线的小型化和集成化起着至关重要的作用。双工器的性能也影响着天线整机性能，双工器的低损耗和高隔离度可以给天线带来更高的增益和隔离度。随着天线内部结构越来越复杂，内部空间越来越紧凑，更是给基站双工器的体积和重量提出了更高的要求。目前移动通信市场上的产品中，双工器的高性能和小体积一直是一个难以平衡的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器，以实现双工器的小体积、低损耗、高隔离度和高互调。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器，包括腔体、射频电缆，以及分别设置于腔体顶部的上盖板和设置于腔体底部的下盖板；所述腔体内设置有两个滤波器，分别为第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器之间通过公共腔连接，构成双工器；所述第一滤波器和第二滤波器均由若干个谐振器组成，公共腔为一个谐振器，谐振器由谐振杆以及连接于谐振杆上的加载电容组成；所述射频电缆为三根，其中，第一滤波器中离公共腔最远的一个谐振器与第一根射频电缆的一端连接，公共腔与第二根射频电缆的一端连接，第二滤波器中离公共腔最远的一个谐振器与第三根射频电缆连接，三根射频电缆的另一端均引出于腔体外。

进一步的，相邻的谐振器之间设置有金属连筋，金属连筋分别与相邻的谐振器的谐振杆连接。

进一步的，所述金属连筋设置于一个或多个相邻的谐振器之间。

进一步的，所述加载电容中开设有调试孔，调试孔为通孔。

进一步的，相邻的谐振器之间的间距可调。

进一步的，所述第一滤波器中离公共腔最远的一个谐振器与射频电缆连接，所述第二滤波器中离公共腔最远的一个谐振器与射频电缆连接。

进一步的，所述射频电缆为RG-401射频电缆。

有益效果：本发明采用公共腔将两个滤波器合并成为一个双工器，这种公共腔的形式，可以提高双工器的隔离度，减小两个滤波器之间的相互干扰，而且结构简单，易于生产。本发明结构简单，简单的内部结构不仅可以获得更高的三阶互调，还可以提高生产一致性，从而降低生产成本。相比于现有技术，本发明具有以下优点：

1、低损耗、高隔离度：本发明的双工器插入损耗＜-0.5dB,回波损耗＜-20dB,两个通带之间的相互隔离＜-32dB；

2、高互调：本发明结构简单，三阶互调测试效果好，三阶互调＜-155dBc(2×20W)，互调通过率高；

3、可量产性高、低成本：本发明结构简单，易于大批量生产，通过率高，成本低。

附图说明

图1为本发明的高性能小型化基站天线内置腔体双工器的结构示意图；

图2为本发明的高性能小型化基站天线内置腔体双工器的拆解示意图；

图3为腔体内部结构示意图；

图4为射频电缆的焊接点示意图；

图5为实施例的双工器的仿真曲线；

图6为实施例的双工器的测试曲线(698-862MHz频段)；

图7为实施例的双工器的测试曲线(880-960MHz频段)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至3所示，本发明的一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器，包括腔体2、射频电缆4，以及分别设置于腔体2顶部的上盖板1和设置于腔体2底部的下盖板3；腔体2内设置有两个滤波器，分别为第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器之间通过公共腔9连接，构成双工器。

第一滤波器和第二滤波器均由若干个谐振器组成，公共腔9为一个谐振器。

谐振器由谐振杆6以及连接于谐振杆6上的加载电容5组成。由加载电容5和谐振杆6组成的滤波器谐振器，具有较高的品质因数，在本发明所在的780MHz的频率上，可以达到1300以上，在同等滤波器阶数下，可以获得更低的损耗。根据理论公式：f＝1/(2pi×sqrt(L×C))，其中f是谐振频率，C是电感，L是电容。减小谐振杆6的厚度和宽度，相当于增大L，这样可以在相同的腔体体积下，降低谐振器的本征频率；在相同的频率下，可以获得更小的体积，并且品质因数不会急剧恶化。根据理论公式：f＝1/(2pi×sqrt(L×C))，其中f是谐振频率，C是电感，L是电容。增大加载电容5与腔体壁和上、下盖板直径的相对面积，相当于增大C，这样可以在相同的腔体体积下，降低谐振器的本征频率；在相同的频率下，可以获得更小的体积，并且品质因数不会急剧恶化。

射频电缆4为三根，其一端分别与第一滤波器、第二滤波器、公共腔9连接，另一端引出于腔体2外。第一滤波器中离公共腔9最远的一个谐振器与射频电缆4连接，第二滤波器中离公共腔9最远的一个谐振器与射频电缆4连接，如图4所示，第一个射频电缆4的一端与第一滤波器最左端的谐振器的谐振杆焊接，焊接点为A，第二个射频电缆4的一端与公共腔9的加载电容5焊接，焊接点为B，第三个射频电缆4的一端与第二滤波器最右端的谐振器的谐振杆焊接，焊接点为C。

相邻的谐振器之间设置有金属连筋7，金属连筋7分别与相邻的谐振器的谐振杆6连接。其中，金属连筋7设置于一个或多个相邻的谐振器之间，如图2中，最右边的两个谐振器之间未设置金属连筋7，其它的谐振器之间都设置金属连筋7。理论上，相连的谐振器之间会有耦合产生，不相连的谐振器之间没有耦合产生。但是实际设计中，不相连的谐振器之间也是会产生耦合的，不相连的谐振器之间产生的耦合，叫做寄生耦合。在常规的滤波器设计中，这样的寄生耦合是非常弱的，也是需要避免的，过强的寄生耦合会影响滤波器的整体性能，使滤波器无法达到预期的指标。本发明中，采用了谐振器的线性排列来产生较强的寄生耦合，并且可以用谐振器之间的金属连筋7来增强和控制寄生耦合的大小，并能灵活控制它的位置，使这个较强的寄生耦合可以在滤波器的通带左边或者右边产生一个较强的传输零点，增大滤波器的矩形系数。这样将两个滤波器合并成双工器后，可以获得更高的隔离度。理论上，采用此结构，N阶的滤波器，可以产生(N-1)个传输零点。与传统的产品相比，可以获得更多的传输零点，更高的带外抑制。更多的传输零点，也意味着可以用更少的滤波器阶数来实现更高的性能，极大的缩小了滤波器的体积。不仅在传输零点的数量上有很大的优势，在传输零点的强弱和容、感性上也有巨大的优势。通常来说，在滤波器通带左边的传输零点，为容性；在滤波器通带右边的传输零点，为感性。感性可以通过两个谐振器直接相连或者满足一定的耦合间距产生，容性则需要在两个谐振器之间加电容耦合结构才可以产生，容性零点的产生在结构上来说，是相对比较麻烦的。本发明的结构，可以实现在滤波器通带外的任意处产生容性或者感性传输零点，零点的位置更加灵活可控，不需要再增加额外的电容耦合结构，极大的降低了容性耦合所带来的结构压力和成本压力，可以有效的提高生产的一致性和可靠性。

加载电容5中开设有调试孔8，调试孔8为通孔。调试孔8用于调节滤波器的频率，增加了产品的可生产性。

相邻的谐振器之间的间距10可调，以控制滤波器的耦合带宽，使其工作在所需要的频段上。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例

本实施例中，双工器工作频率为698MHz-862MHz/880MHz-960MHz。698MHz-862MHz频段，采用5阶滤波器，由5个谐振器组成；880MHz-960MHz频段，也采用5阶滤波器，由5个谐振器组成。谐振器之间用金属连筋7连接，这样不仅可以增强双工器的整体结构强度，也可以加强非相邻谐振器之间的寄生耦合，产生一个较强的传输零点。698MHz-862MHz频段，用金属连筋将5个谐振器连接，这样可以产生很强的寄生耦合，在通带附近产生较强的传输零点，并通过调节金属连筋的高度，使产生的传输零点正好落在通带的右边。调节金属连筋的高度，也可以调节寄生耦合所产生的传输零点的位置，使其依次分布，达到较好的阻带抑制作用。由指标需要，将698MHz-862MHz频段所产生的4个交叉耦合，都放在了通带的右侧。880MHz-960MHz频段，将前4个谐振器用金属连筋相连，调节金属连筋的高度，使产生的传输零点正好落在通带的左边，并调节其位置，并依次分布，达到较好的阻带抑制作用。由指标需要，将880MHz-960MHz频段所产生的3个交叉耦合，放在了通带的左边，另外还有一个较弱的交叉耦合位于通带的右边，由于这个右边的交叉耦合对双工器整体的性能影响非常小，所以不需要调节它的位置和极性。利用寄生耦合产生交叉耦合的好处：1：减少了加交叉耦合所需要的零部件，使滤波器结构更加简单；2：交叉耦合的极性可以通过寄生耦合的强弱调节，既可以产生感性耦合，也可以产生容性耦合，而且产生的交叉耦合位置可以任意调节，也可以产生较强的交叉耦合3：N阶的滤波器，可以产生(N-1)个交叉耦合，使滤波器获得更好的矩形系数，相同的指标需求下，可以节省滤波器的阶数，这样不仅可以极大的缩小滤波器的尺寸，也可以减小滤波器的插入损耗，使滤波器的性能更优。

本实施例中，谐振杆6的厚度和宽度均为2.5mm，加载电容5与腔体内壁的距离为1.5mm，加载电容5分别与上盖板1、下盖板3间距均为0.5mm。这样在相同的本征频率下，可以使滤波器的宽度和高度尺寸得到大幅度的减小，并且品质因数不会恶化很多。

本实施例中，调试孔8的直径为4mm-5mm，可以在双工器的上盖板上增加调试螺钉，来调节每个谐振器的谐振频率，增加了可生产性。

本实施例中，采用了公共腔9将698MHz-862MHz频段的滤波器和880MHz-960MHz频段的滤波器相连，构成双工器，这样可以在很大程度上减小两路滤波器之间的相互影响，并且能提高双工器的隔离度，使双工器的结构更加简单，从而也提高了三阶互调的通过率，降低生产成本。

本实施例中，采用了RG-401射频电缆作为输入输出端口与双工器的三个端口连接，由于基站天线内部大多是使用RG-401射频电缆连接复杂的馈电网络，所以这样的端口形式可以更好的与天线内部的馈电网络连接，避免了各种端口转接过程中产生的不匹配。

本实施例中，双工器的外形尺寸为：135.25×57×19(长×宽×高，单位：mm，不含安装孔尺寸)，比同类产品尺寸缩小了约1/3。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：包括腔体(2)、射频电缆(4)，以及分别设置于腔体(2)顶部的上盖板(1)和设置于腔体(2)底部的下盖板(3)；所述腔体(2)内设置有两个滤波器，分别为第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器和第二滤波器之间通过公共腔(9)连接，构成双工器；所述第一滤波器和第二滤波器均由若干个谐振器组成，公共腔(9)为一个谐振器，谐振器由谐振杆(6)以及连接于谐振杆(6)上的加载电容(5)组成；所述射频电缆(4)为三根，其中，第一滤波器中离公共腔(9)最远的一个谐振器与第一根射频电缆(4)的一端连接，公共腔(9)与第二根射频电缆(4)的一端连接，第二滤波器中离公共腔(9)最远的一个谐振器与第三根射频电缆(4)连接，三根射频电缆(4)的另一端均引出于腔体(2)外。

2.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：相邻的谐振器之间设置有金属连筋(7)，金属连筋(7)分别与相邻的谐振器的谐振杆(6)连接。

3.根据权利要求2所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：所述金属连筋(7)设置于一个或多个相邻的谐振器之间。

4.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：所述加载电容(5)中开设有调试孔(8)，调试孔(8)为通孔。

5.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：相邻的谐振器之间的间距(10)可调。

6.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：所述射频电缆(4)为RG-401射频电缆。

7.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：所述谐振杆(6)的厚度和宽度均为2.5mm。

8.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：所述加载电容(5)与腔体内壁的距离为1.5mm，加载电容(5)分别与上盖板(1)、下盖板(3)间距均为0.5mm。

9.根据权利要求1所述的高性能小型化基站天线内置腔体双工器，其特征在于：所述第一滤波器为5阶滤波器，由5个谐振器组成；所述第二滤波器也为5阶滤波器，由5个谐振器组成。

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