CN112768858A - 一种介质波导谐振器及包含所述谐振器的合路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质波导谐振器及包含所述谐振器的合路器。谐振器表面设置金属化的盲孔，金属化的盲孔开设位置满足以下要求：提取或激励TM210模的信号、提取或激励TM120模的信号或同时提取或激励TM210模、TM120模信号，以谐振器两垂直边分别作为x轴、y轴；所述TM210模：其两个电场最强点位于沿x方向的中心轴线上；所述TM120模：其两个电场最强点位于沿y方向的中心轴线上。本发明通过对介质波导谐振器模式进行分析，选择其中的TM210模和TM120模作为构建合路器两个通路的模式；在介质波导的上表面设置金属化盲孔，用来提取或激励这两个模式；设计出应用于第五代和未来无线通信系统基站射频前端的介质波导合路器，具有体积小、重量轻、损耗低、温漂特性好等优点。

Description

一种介质波导谐振器及包含所述谐振器的合路器

技术领域

本发明涉及一种介质波导谐振器及包含所述谐振器的合路器，涉及通信设备组件技术领域。

背景技术

介质波导技术是一种通过在一体成型的介质陶瓷结构外表面进行金属化而实现的新的滤波器技术。与传统的金属腔体技术、印刷电路板金属相比，其同时具有体积小、重量轻、损耗低、温漂特性好等诸多优势。因此，介质波导技术已逐渐成为现代无线通信系统基站射频前端的重要技术之一。现行的第五代移动通信中，基站射频滤波器就是采用的介质波导技术，即介质波导滤波器。对于第五代和未来移动通信系统，时分双工和频分双工两种子系统将长期共存。而合路器是频分双工子系统的重要元件之一，用来将不同频段的输入输出信号进行合路。然而，目前还没有基于介质波导技术的合路器被报道出来。因此，发明出基于介质波导技术的合路器十分必要。

发明内容

本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种结构合理、具有体积小、重量轻、损耗低、温漂特性好等优点的一种介质波导谐振器及包含所述谐振器的合路器。

为此本发明采用的技术方案是：一种介质波导谐振器，形状为矩形，在所述谐振器表面设置金属化的盲孔，所述金属化的盲孔开设位置满足以下要求：提取或激励TM210模的信号、提取或激励TM120模的信号或同时提取或激励TM210模、TM120模信号，以谐振器两垂直边分别作为x轴、y轴；

所述TM210模：其两个电场最强点位于沿x方向的中心轴线上；

所述TM120模：其两个电场最强点位于沿y方向的中心轴线上。

进一步的，在所述盲孔的周围设置未金属化的区域。

进一步的，提取或激励所述TM120信号的盲孔开设在沿x方向的中心轴线上；

提取或激励所述TM210信号的盲孔开设在沿y方向的中心轴线上；

同时提取或激励TM210模、TM120模信号的盲孔开设在由两中心轴线隔离形成的四个象限区域之内。

所述盲孔为圆形，在x方向的中心轴线上、在y方向的中心轴线上的盲孔其圆心距离谐振器边缘的距离为对应边四分之一的长度。

一种合路器，选择TM210模、TM120模作为构建合路器的两个通路模式。

进一步的所述合路器，包括介质波导部分和印刷电路部分：

所述介质波导部分：包括若干个所述介质波导谐振器，相邻介质波导谐振器通过表面金属化的通槽分隔，所述介质波导谐振器设置盲孔的位置周围形成有未金属化的区域，该区域用于将盲孔与所述介质波导谐振器表面金属层的分隔；

所述印刷电路部分：包括金属化的上表面和下表面，所述上表面设置若干段设置有输入端口、输出端口的微带线，所述微带线通过非金属区域和上表面金属层形成分隔；所述下表面设置若干开设有通孔的金属圆盘，所述金属圆盘通过非金属区域和下表面金属层形成分隔；所述圆盘通过通孔和所述微带线对应设置形成电连接；

所述介质波导部分上表面金属层与印刷电路板部分下表面金属层电连接，所述介质波导部分的各盲孔分别和所述印刷电路部分的相应圆盘对应设置形成电连接。

本发明的优点是：本发明通过对矩形介质波导谐振器的模式进行分析，选择其中的TM210模和TM120模作为构建合路器两个通路的模式。在矩形介质波导的上表面设置金属化盲孔，用来提取或激励这两个模式，并分析出盲孔的最优位置。进而设计出应用于第五代和未来无线通信系统基站射频前端的介质波导合路器，具有体积小、重量轻、损耗低、温漂特性好等优点。

附图说明

图1为本发明所使用的介质波导谐振器的三维结构示意图。

图2为本发明介质波导谐振器的两种模式的电场分布图。

图3为提取或激励不同模式信号的盲孔位置示意图。

图4为实施例1合路器（印刷电路部分）的结构示意图。

图5为实施例1合路器（介质波导部分）的结构示意图。

图6为实施例1合路器的仿真结果示意图。

图7为实施例2合路器（印刷电路部分）的结构示意图。

图8为实施例2合路器（介质波导部分）的结构示意图。

图9为实施例2合路器的仿真结果示意图。

具体实施方式

一种介质波导谐振器，形状为矩形，在所述谐振器表面设置金属化的盲孔，所述金属化的盲孔开设位置满足以下要求：提取或激励TM210模的信号、提取或激励TM120模的信号或同时提取或激励TM210模、TM120模信号，以谐振器两垂直边分别作为x轴、y轴；

所述TM210模：其两个电场最强点位于沿x方向的中心轴线上；

所述TM120模：其两个电场最强点位于沿y方向的中心轴线上。

进一步的，在所述盲孔的周围设置未金属化的区域。

进一步的，提取或激励所述TM120信号的盲孔开设在沿x方向的中心轴线上；

提取或激励所述TM210信号的盲孔开设在沿y方向的中心轴线上；

同时提取或激励TM210模、TM120模信号的盲孔开设在由两中心轴线隔离形成的四个象限区域之内。

所述盲孔为圆形，在x方向的中心轴线上、在y方向的中心轴线上的盲孔其圆心距离谐振器边缘的距离为对应边四分之一的长度。

一种合路器，选择TM210模、TM120模作为构建合路器的两个通路模式。

进一步的所述合路器，包括介质波导部分和印刷电路部分：

所述介质波导部分：包括若干个所述介质波导谐振器，相邻介质波导谐振器通过表面金属化的通槽分隔，所述介质波导谐振器设置盲孔的位置周围形成有未金属化的区域，该区域用于将盲孔与所述介质波导谐振器表面金属层的分隔；

所述印刷电路部分：包括金属化的上表面和下表面，所述上表面设置若干段设置有输入端口、输出端口的微带线，所述微带线通过非金属区域和上表面金属层形成分隔；所述下表面设置若干开设有通孔的金属圆盘，所述金属圆盘通过非金属区域和下表面金属层形成分隔；所述圆盘通过通孔和所述微带线对应设置形成电连接；

所述介质波导部分上表面金属层与印刷电路板部分下表面金属层电连接，所述介质波导部分的各盲孔分别和所述印刷电路部分的相应圆盘对应设置形成电连接。

下面对本发明做进一步说明，以更好了解本发明：

介质波导谐振器可以是各种形状，如矩形、圆形、椭圆形等。本发明以矩形介质波导谐振器为例进行分析和设计。图1所示为本发明所使用的矩形介质波导谐振器的三维结构示意图。所述介质波导谐振器由介质陶瓷结构形成，且将介质陶瓷结构外表面进行金属化。通过对矩形介质波导谐振器的诸多模式进行分析，选出了两个正交模式，即TM210模和TM120模，它们的电场分布图如图2所示。由图2可以看到，TM210模的两个电场最强点位于沿x方向的中心轴线上，而TM120模的两个电场最强点位于沿y方向的中心轴线上。且在TM210模的电场最强处，TM120模的电场很弱；反之亦然。为了提取或激励不同的信号，可以在矩形介质波导谐振器的上表面设置盲孔，盲孔金属化，且在盲孔的周围设置未金属的环形槽，以防信号短路。图3给出了提取或激励不同信号的盲孔的位置示意图。其中，在A1和A2处设置盲孔仅提取或激励TM210模的信号；在B1和B2处设置盲孔仅提取或激励TM120模的信号；在C1、C2、C3、C4处设置盲孔可以同时提取或激励TM210模和TM120模的信号。

下面将利用上述矩形介质波导谐振器设计合路器，给出两个介质波导合路器的设计实例，并以第一设计实例为例对所发明的基于双模介质波导谐振器的合路器的技术方案进行清楚、完整的描述。

下述实施例1、2盲孔为圆形，在x方向的中心轴线上、在y方向的中心轴线上的盲孔其圆心距离谐振器边缘的距离为对应边四分之一的长度；其余盲孔位置不做具体限定。

实施例1：

所述介质波导合路器包含介质波导部分和印刷电路板部分。

介质波导部分至少包含三个外表面金属化的介质波导谐振器（谐振器1、谐振器2、谐振器3），谐振器1和谐振器2由通槽1分隔开，谐振器1和谐振器3由通槽2分隔开，所述通槽1和通槽2表面金属化。所述谐振器1上表面设置三个盲孔（盲孔1、盲孔2、盲孔3），所述谐振器2上表面设置两个盲孔（盲孔4、盲孔5），所述谐振器3上表面设置两个盲孔（盲孔6、盲孔7）。所述盲孔1-7均表面金属化，且均在周围刻蚀环形非金属部分，使得盲孔1-7均与谐振器表面金属层分隔开。其中盲孔1设置在可以同时激励TM210模和TM120模处；盲孔2、盲孔4、盲孔5设置在仅可提取或激励TM210模处；盲孔3、盲孔6、盲孔7设置在仅可提取或激励TM210模处。

印刷电路板部分上下表面均为金属层。下表面设置七个金属圆盘（圆盘1、圆盘2、圆盘3、圆盘4、圆盘5、圆盘6、圆盘7），所述圆盘1-7均在周围刻蚀环形非金属部分，使得与下表面金属层分隔开。上表面设置五段微带线（微带1、微带2、微带3、微带4、微带5），所述微带1-5均与上表面金属层分隔开。在所述微带1的一端设置一个输入输出端口（端口1）；在所述微带3的一端设置一个输入输出端口（端口2）；在所述微带5的一端设置一个输入端口（端口3）。所述圆盘1由通孔1与微带1电连接；所述圆盘2、圆盘4分别由通孔2、通孔4与微带2电连接；所述圆盘5由通孔5与微带3电连接；所述圆盘3、圆盘6分别由通孔3、通孔6与微带4电连接；所述圆盘7由通孔7与微带5电连接。

所述介质波导部分上表面金属层与印刷电路板部分下表面金属层电连接；所述盲孔1、盲孔2、盲孔3、盲孔4、盲孔5、盲孔6、盲孔7分别于所述圆盘1、圆盘2、圆盘3、圆盘4、圆盘5、圆盘6、圆盘7分别电连接。

下面描述该介质波导合路器的工作过程：

信号由端口1经微带1、通孔1、圆盘1、盲孔1馈入谐振器1，同时激励起TM210模和TM120模。其中TM210模经过由盲孔2、圆盘2、通孔2、微带2、通孔4、圆盘4、盲孔4构成的耦合结构从谐振器1耦合到谐振器2，再由盲孔5提取，经圆盘5、通孔5、微带3，从端口2输出，构建合路器的其中一个通路；TM120模经过由盲孔3、圆盘3、通孔3、微带4、通孔6、圆盘6、盲孔6构成的耦合结构从谐振器1耦合到谐振器3，再由盲孔7提取，经圆盘7、通孔7、微带5，从端口3输出，构建合路器的另一通路。

图5给出了本发明提供的介质波导合路器第一设计实例的仿真结果。由于盲孔位置的差异，该介质波导合路器的两个通路分别为3300MHz-3400MHz和3700MHz-3800MHz，且各通路均具有良好的频率选择性和小的损耗，两个通路之间具有良好的隔离性能，验证了本发明的可行性与实用性。

实施例2：

实施例2的介质波导合路器和实施例1相似，不同点在于每一个通路各增加了一个介质波导谐振器。

图7给出了本发明提供的介质波导合路器第二设计实例的仿真结果。可以看到，由于盲孔位置的差异，该介质波导合路器的两个通路分别为3300MHz-3400MHz和3700MHz-3800MHz，比较图7和图5可以看到，由于增加了介质波导谐振器的个数，本设计实例的各通路频率选择性和通路间隔离度均得到提高，进一步验证了本发明的可行性与实用性。

综上所述：1）利用盲槽将相邻介质波导谐振器分隔开，结合介质波导谐振器上的盲孔和印刷电路板上的微带设计出相邻谐振器之间的耦合结构，印刷电路板电路的引入扩展了设计维度且便于后期调试。

2）将上述耦合结构中的盲孔设置在介质不同位置，进而可以对不同模式的信号进行提出或激励，形成不同频段通路之间的隔离。

3）改变介质波导谐振器的尺寸可以改变本发明介质波导合路器的两个通路的频段。

Claims (4)

1.一种介质波导谐振器，形状为矩形，其特征在于，在所述谐振器表面设置金属化的盲孔，所述金属化的盲孔开设位置满足以下要求：提取或激励TM210模的信号、提取或激励TM120模的信号或同时提取或激励TM210模、TM120模信号，以谐振器两垂直边分别作为x轴、y轴；

所述TM210模：其两个电场最强点位于沿x方向的中心轴线上；

所述TM120模：其两个电场最强点位于沿y方向的中心轴线上；

在所述盲孔的周围设置未金属化的区域；

提取或激励所述TM120信号的盲孔开设在沿x方向的中心轴线上；

提取或激励所述TM210信号的盲孔开设在沿y方向的中心轴线上；

同时提取或激励TM210模、TM120模信号的盲孔开设在由两中心轴线隔离形成的四个象限区域之内。

2.根据权利要求1所述的一种介质波导谐振器，其特征在于，所述盲孔为圆形，在x方向的中心轴线上、在y方向的中心轴线上的盲孔其圆心距离谐振器边缘的距离为对应边四分之一的长度。

3.一种包含上述任一权利要求所一种介质波导谐振器的合路器，其特征在于，选择TM210模、TM120模作为构建合路器的两个通路模式。

4.根据权利要求3所述的合路器，其特征在于，包括介质波导部分和印刷电路部分；

所述介质波导部分：包括若干个所述介质波导谐振器，相邻介质波导谐振器通过表面金属化的通槽分隔，所述介质波导谐振器设置盲孔的位置周围形成有未金属化的区域，该区域用于将盲孔与所述介质波导谐振器表面金属层的分隔；

所述印刷电路部分：包括金属化的上表面和下表面，所述上表面设置若干段设置有输入端口、输出端口的微带线，所述微带线通过非金属区域和上表面金属层形成分隔；所述下表面设置若干开设有通孔的金属圆盘，所述金属圆盘通过非金属区域和下表面金属层形成分隔；所述圆盘通过通孔和所述微带线对应设置形成电连接；

所述介质波导部分上表面金属层与印刷电路板部分下表面金属层电连接，所述介质波导部分的各盲孔分别和所述印刷电路部分的相应圆盘对应设置形成电连接。

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