CN112952328A - 微带型分频合路器及基站天线 - Google Patents

微带型分频合路器及基站天线 Download PDF

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CN112952328A
CN112952328A CN202110266368.2A CN202110266368A CN112952328A CN 112952328 A CN112952328 A CN 112952328A CN 202110266368 A CN202110266368 A CN 202110266368A CN 112952328 A CN112952328 A CN 112952328A
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张晨曦
曾骏
邬烈锋
王学民
管超
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Mobi Antenna Technologies Shenzhen Co Ltd
Shenzhen Shengyu Wisdom Network Technology Co Ltd
Mobi Technology Xian Co Ltd
Mobi Antenna Technologies Jian Co Ltd
Mobi Technology Shenzhen Co Ltd
Xian Mobi Antenna Technology Engineering Co Ltd
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Mobi Antenna Technologies Shenzhen Co Ltd
Shenzhen Shengyu Wisdom Network Technology Co Ltd
Mobi Technology Xian Co Ltd
Mobi Antenna Technologies Jian Co Ltd
Mobi Technology Shenzhen Co Ltd
Xian Mobi Antenna Technology Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种微带型分频合路器，包括介质基板和合路器线路，所述合路器线路包括功分器、低通滤波器和高通滤波器；所述功分器包括一个总端口和多个分端口，所述总端口分别与低通滤波器和高通滤波器的一端连接，所述分端口分别与低通滤波器或高通滤波器的另一端连接；所述低通滤波器包括低通匹配线路和至少一个高频滤波枝节；所述高通滤波器包括高通匹配线路和设于所述高通匹配线路上的至少一个低频滤波枝节；所述低通匹配线路和所述高通匹配线路包括间隔连接设置的高阻态线路和低阻态线路，并且所述高阻态线路部分或全部被替换为第一慢波结构线路。本发明还提供一种基站天线。借此，本发明能够实现微带型合路器的小型化，并能降低成本。

Description

微带型分频合路器及基站天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种微带型分频合路器及基站天线。
背景技术
目前，随着通信技术的快速发展，为了满足发展的需求及提高用户的体验，需要增加蜂窝小区的数量以及提升小区通信质量。但是，现有的基站分布较为密集，站点资源紧缺，天线的架设空间有限。同时，更多的站点意味着更高的成本。为避免基站的重复建设，减少资源与人力浪费，小型化的多频天线是较好的解决方案，多频天线的使用可大大降低天馈系统成本并可实现多系统共享站点，更高效率的利用有限的站点资源。这使得当前多频段合路分频技术逐渐发展成为通信技术发展的重要组成部分之一。
现有射频信号合路器大都采用空气腔体式结构。空气腔体式合路器存在成本高、体积大、重量大、不宜加工、装配调试难度大等问题。相较于空气腔体式合路器，微带型合路器具有成本更低、体积更小、重量更轻、装配调试更容易等优点。但是，由于受限于电长度，现有微带型合路器的尺寸仍然偏大，而且若要进一步减小微带型合路器的尺寸、降低成本会十分困难。
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种微带型分频合路器及基站天线，其能够实现微带型合路器的小型化，并能降低成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种微带型分频合路器，包括介质基板和设于所述介质基板上的合路器线路，所述合路器线路包括功分器、至少一个低通滤波器和至少一个高通滤波器；
所述功分器包括一个总端口和多个分端口，所述总端口分别与所述低通滤波器和所述高通滤波器的一端连接，所述分端口分别与所述低通滤波器或所述高通滤波器的另一端连接；
所述低通滤波器包括低通匹配线路和设于所述低通匹配线路上的至少一个高频滤波枝节；
所述高通滤波器包括高通匹配线路和设于所述高通匹配线路上的至少一个低频滤波枝节；
所述低通匹配线路和所述高通匹配线路包括间隔连接设置的高阻态线路和低阻态线路，并且所述高阻态线路部分或全部被替换为第一慢波结构线路。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述合路器线路包括一个一分二功分器、一个所述低通滤波器和一个所述高通滤波器；
所述一分二功分器包括总端口、低通分端口和高通分端口，所述总端口分别与所述低通滤波器和所述高通滤波器的一端连接，所述低通分端口与所述低通滤波器的另一端连接，所述高通分端口与所述高通滤波器的另一端连接；
所述低通滤波器包括所述低通匹配线路和设于所述低通匹配线路上的至少两个所述高频滤波枝节；
所述高通滤波器包括所述高通匹配线路和设于所述高通匹配线路上的至少两个所述低频滤波枝节。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述第一慢波结构线路的S参数与相位与被替换的所述高阻态线路的S参数与相位一致。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述高阻态线路的宽度小于所述低阻态线路的宽度。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述高频滤波枝节包括高频滤波开路枝节或高频滤波短路枝节；所述低频滤波枝节包括低频滤波开路枝节或低频滤波短路枝节。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述高频滤波开路枝节的长度为1/4λ1，所述高频滤波短路枝节的长度为1/2λ1，所述λ1为高频阻带中心频点的波长；和/或
所述低频滤波开路枝节的长度为1/4λ2，所述低频滤波短路枝节的长度为1/2λ2，所述λ2为低频阻带中心频点的波长。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述高频滤波枝节和/或所述低频滤波枝节部分或全部被替换为第二慢波结构线路，且所述第二慢波结构线路的S参数与相位与被替换的所述高频滤波枝节和/或所述低频滤波枝节的S参数与相位一致。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述第一慢波结构线路和/或所述第二慢波结构线路呈螺旋线型。
根据本发明所述的微带型分频合路器，所述合路器线路在设计过程中，使用所述第一慢波结构线路代替所述高阻态线路；或者
所述合路器线路在设计完成后，再使用所述第一慢波结构线路替换所述高阻态线路。
本发明还提供一种基站天线，所述基站天线包括任一项所述的微带型分频合路器。
本发明微带型分频合路器包括介质基板和合路器线路，所述合路器线路包括功分器、低通滤波器和高通滤波器；所述低通滤波器包括低通匹配线路和高频滤波枝节；所述高通滤波器包括高通匹配线路和低频滤波枝节；所述低通匹配线路和高通匹配线路采用阶跃式匹配，包括间隔连接设置的高阻态线路和低阻态线路，并且高阻态线路部分或全部被替换为第一慢波结构线路。由于在相同长度下，慢波结构线路比微带的高阻态线路的相速更小，即在相同长度的空间下，慢波结构线路的相位更大，因此本发明用更小尺寸的慢波结构线路替换同等相位的高阻态线路，从而能够减小尺寸，实现微带型合路器的小型化，并能降低成本，且对电性能影响小。
附图说明
图1是本发明优选实施例中微带型分频合路器的结构示意图；
图2是本发明优选实施例中微带型分频合路器的平面示意图；
图3是本发明优选实施例中微带型分频合路器线路的平面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。
图1～图3示出了本发明微带型分频合路器的结构，所述微带型分频合路器100包括介质基板10和设于所述介质基板10上的合路器线路20，所述合路器线路20包括功分器、至少一个低通滤波器21和至少一个高通滤波器22。
所述功分器包括一个总端口231和多个分端口232，总端口231分别与低通滤波器21和高通滤波器22的一端连接，多个分端口232分别与低通滤波器21或高通滤波器22的另一端连接。优选的是，所述功分器为1分N分功分器，N为大于或等于2的自然数，一路射频信号经过N分功分器之后，将被分成N路的高频信号或低频信号。具体可以为一分二功分器、一分三功分器、一分四功分器等。并且，所述功分器的分端口232的个数之和为N，低通滤波器21和高通滤波器22的个数之和也为N。
所述低通滤波器21包括低通匹配线路211和设于低通匹配线路211上的至少一个高频滤波枝节212。所述低通匹配线路211用于匹配低频通路，减少传输损耗。所述高频滤波枝节212用于过滤高频信号，实现通低频阻高频的效果。
所述高通滤波器22包括高通匹配线路221和设于高通匹配线路221上的至少一个低频滤波枝节222。所述高通匹配线路221用于匹配高频通路，减少传输损耗。所述低频滤波枝节222用于过滤低频信号，实现通高频阻低频的效果。
所述低通匹配线路211和高通匹配线路221包括间隔连接设置的高阻态线路241和低阻态线路242。本发明线路匹配采用阶跃式匹配，即用高阻态线路241和低阻态线路242间隔变换的方式实现阻抗匹配，该结构的匹配结果会更收敛，驻波/回波损耗更好。可选的，所述高阻态线路241的宽度小于低阻态线路242的宽度。
所述高阻态线路241部分或全部被替换为第一慢波结构线路31。优选的是，所述第一慢波结构线路31的S参数与相位与被替换的高阻态线路241的S参数与相位一致。更好的是，所述第一慢波结构线路31呈螺旋线型。
所述第一慢波结构线路31是在行波型电子器件中加强运动电子与电磁场的相互作用，使电子流的能量更有效转换成电磁波的高频能量的结构。由于在相同长度下，第一慢波结构线路31比微带的高阻态线路241的相速更小，即在相同长度的空间下，第一慢波结构线路31的相位更大，因此本发明用更小尺寸的第一慢波结构线路31替换同等相位的高阻态线路241，从而能够优化线路布局的方式，减小微带型合路器的尺寸，实现微带型合路器的小型化，并能降低成本，且对电性能影响小。
如图1～图3所示的优选实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20包括一个一分二功分器、一个低通滤波器21和一个高通滤波器22，一路射频信号经过合路器线路20之后，将被分成一路低频信号和一路高频信号。
所述一分二功分器包括三个端口，即一个总端口231、一个低通分端口2321和一个高通分端口2322，总端口231分别与低通滤波器21和高通滤波器22的一端连接，低通分端口2321与低通滤波器21的另一端连接，高通分端口2322与高通滤波器22的另一端连接。
所述低通滤波器21包括低通匹配线路211和设于低通匹配线路211上的至少两个高频滤波枝节212。所述低通匹配线路211用于匹配低频通路，减少传输损耗。所述高频滤波枝节212用于过滤高频信号，实现通低频阻高频的效果。
所述高通滤波器22包括高通匹配线路221和设于高通匹配线路221上的至少两个低频滤波枝节222。所述高通匹配线路221用于匹配高频通路，减少传输损耗。所述低频滤波枝节222用于过滤低频信号，实现通高频阻低频的效果。
所述低通匹配线路211和高通匹配线路221包括间隔连接设置的高阻态线路241和低阻态线路242。本发明线路匹配采用阶跃式匹配，即用高阻态线路241和低阻态线路242间隔变换的方式实现阻抗匹配，该结构的匹配结果会更收敛，驻波/回波损耗更好。可选的，所述高阻态线路241的宽度小于低阻态线路242的宽度。在如图2和图3所示的实施例中，所述低通匹配线路211和高通匹配线路221中都是采用一段较宽的低阻态线路242与一段较细的高阻态线路241间隔连接的方式，实现阶跃式匹配。在本实施例中，高通匹配线路221中包括两个较宽的低阻态线路242和三个较细的高阻态线路241。低通匹配线路211包括一个较宽的低阻态线路242和三个较细的高阻态线路241。
优选的是，所述高频滤波枝节212包括高频滤波开路枝节或高频滤波短路枝节。高频滤波开路枝节的长度约为1/4λ1，高频滤波短路枝节的长度约为1/2λ1，λ1为高频阻带中心频点的波长。
优选的是，所述低频滤波枝节222包括低频滤波开路枝节或低频滤波短路枝节。低频滤波开路枝节的长度约为1/4λ2，低频滤波短路枝节的长度约为1/2λ2，λ2为低频阻带中心频点的波长。
滤波枝节长度限定原理包括：根据传输线理论，每经过1/4λ开路传输线，阻抗的性质就变换一次，传输线开路变短路，以此特性，在阻带产生抑制极点，实现滤波功能。长度范围一般从阻带最低频点1/4λ附近，取到最高频点1/4λ附近，有时为了抑制指标，个别滤波枝节长度会超过这个范围。1/2λ短路传输线也是同理。
所述低通匹配线路211和高通匹配线路221的六个较细的高阻态线路241全部被替换为第一慢波结构线路31。更好的是，所述第一慢波结构线路31成螺旋线型。经过第一慢波结构线路31替换后，电路尺寸明显减小，所述微带型分频合路器100的尺寸和成本有效降低。
优选的是，优选的是，所述第一慢波结构线路31的S参数与相位与被替换的高阻态线路241的S参数与相位一致。因为若不一致，被替换后的第一慢波结构线路31部分不能与其他部分匹配，这样的得到的整体线路也是不匹配的。具体而言，所述第一慢波结构线路31的S参数与被替换的高阻态线路241的S参数一致，即满足
Figure BDA0002972118940000061
S1为第一慢波结构线路31的S参数，S0被替换的高阻态线路241的S参数；同时，第一慢波结构线路31的相位与被替换的高阻态线路241的相位一致慢波线路的相位须与被替换线路一致，即满足
Figure BDA0002972118940000062
Figure BDA0002972118940000063
为第一慢波结构线路31的相位，
Figure BDA0002972118940000064
为被替换的高阻态线路241的相位。
在一实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20在设计过程中，使用第一慢波结构线路31代替高阻态线路241；或者
在另一实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20在设计完成后，再使用第一慢波结构线路31替换高阻态线路241。
优选的是，所述高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222可以视情况决定部分或全部被替换为第二慢波结构线路32。即如果高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222被替换第二慢波结构线路32，可以有效地减少尺寸，且不会产生耦合而影响电性能，则可以替换；若不能，则不建议替换。优选的是，第二慢波结构线路32呈螺旋线型。如图2～图3所示的优选实施例中，将两个低频滤波枝节222全部替换为第二慢波结构线路32，但两个高频滤波枝节212并未替换为第二慢波结构线路32。
同理的是，对于上述需要被替换的高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222，所述第二慢波结构线路32的S参数与相位与被替换的高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222的S参数与相位一致，以确保被替换后的第二慢波结构线路32能与其他部分匹配，这样的得到的整体线路也是匹配的。
所述第二慢波结构线路32是在行波型电子器件中加强运动电子与电磁场的相互作用，使电子流的能量更有效转换成电磁波的高频能量的结构。由于在相同长度下，第二慢波结构线路32比高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222的相速更小，即在相同长度的空间下，第二慢波结构线路32的相位更大，因此本发明用更小尺寸的第二慢波结构线路32替换同等相位的高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222，从而能够优化线路布局的方式，减小微带型合路器的尺寸，实现微带型合路器的小型化，并能降低成本，且对电性能影响小。
在一实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20在设计过程中，使用第二慢波结构线路32代替高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222；或者
在另一实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20在设计完成后，再使用第二慢波结构线路32替换高频滤波枝节212和/或低频滤波枝节222。
本发明提供的上述优选实施例中，所述合路器线路20的功分器为一分二功分器，实际上所述功分器不限于此，还可以是一分三功分器、一分四功分器等。
在本发明另一实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20包括一个一分三功分器、一个低通滤波器21和两个高通滤波器22。一路射频信号经过合路器线路20之后，将被分成一路低频信号和两路高频信号。
所述一分三功分器包括一个总端口231、一个低通分端口2321和两个高通分端口2322，总端口231分别与一个低通滤波器21和两个高通滤波器22的一端连接，一个低通分端口2321与一个低通滤波器21的另一端连接，两个高通分端口2322与两个高通滤波器22的另一端连接。
所述低通滤波器21包括低通匹配线路211和设于低通匹配线路211上的至少两个高频滤波枝节212。所述低通匹配线路211用于匹配低频通路，减少传输损耗。所述高频滤波枝节212用于过滤高频信号，实现通低频阻高频的效果。
所述高通滤波器22包括高通匹配线路221和设于高通匹配线路221上的至少两个低频滤波枝节222。所述高通匹配线路221用于匹配高频通路，减少传输损耗。所述低频滤波枝节222用于过滤低频信号，实现通高频阻低频的效果。
所述低通匹配线路211和高通匹配线路221包括间隔连接设置的高阻态线路241和低阻态线路242，并且高阻态线路241部分或全部被替换为第一慢波结构线路31。
在本发明又一实施例中，所述微带型分频合路器100的合路器线路20包括一个一分四功分器、两个低通滤波器21和两个高通滤波器22，一路射频信号经过合路器线路20之后，将被分成两路低频信号和两路高频信号。
所述一分三功分器包括一个总端口231、两个低通分端口2321和两个高通分端口2322，总端口231分别与两个低通滤波器21和两个高通滤波器22的一端连接，两个低通分端口2321与两个低通滤波器21的另一端连接，两个高通分端口2322与两个高通滤波器22的另一端连接。
所述低通滤波器21包括低通匹配线路211和设于低通匹配线路211上的至少两个高频滤波枝节212。所述低通匹配线路211用于匹配低频通路，减少传输损耗。所述高频滤波枝节212用于过滤高频信号，实现通低频阻高频的效果。
所述高通滤波器22包括高通匹配线路221和设于高通匹配线路221上的至少两个低频滤波枝节222。所述高通匹配线路221用于匹配高频通路，减少传输损耗。所述低频滤波枝节222用于过滤低频信号，实现通高频阻低频的效果。
所述低通匹配线路211和高通匹配线路221包括间隔连接设置的高阻态线路241和低阻态线路242，并且高阻态线路241部分或全部被替换为第一慢波结构线路31。
本发明还提供一种基站天线，所述基站天线包括如图1～图3所示的微带型分频合路器100。
综上所述，本发明微带型分频合路器包括介质基板和合路器线路，所述合路器线路包括功分器、低通滤波器和高通滤波器；所述低通滤波器包括低通匹配线路和高频滤波枝节；所述高通滤波器包括高通匹配线路和低频滤波枝节；所述低通匹配线路和高通匹配线路采用阶跃式匹配，包括间隔连接设置的高阻态线路和低阻态线路，并且高阻态线路部分或全部被替换为第一慢波结构线路。由于在相同长度下，慢波结构线路比微带的高阻态线路的相速更小，即在相同长度的空间下，慢波结构线路的相位更大，因此本发明用更小尺寸的慢波结构线路替换同等相位的高阻态线路，从而能够减小尺寸，实现微带型合路器的小型化，并能降低成本，且对电性能影响小。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微带型分频合路器，其特征在于，包括介质基板和设于所述介质基板上的合路器线路，所述合路器线路包括功分器、至少一个低通滤波器和至少一个高通滤波器；
所述功分器包括一个总端口和多个分端口，所述总端口分别与所述低通滤波器和所述高通滤波器的一端连接，所述分端口分别与所述低通滤波器或所述高通滤波器的另一端连接；
所述低通滤波器包括低通匹配线路和设于所述低通匹配线路上的至少一个高频滤波枝节；
所述高通滤波器包括高通匹配线路和设于所述高通匹配线路上的至少一个低频滤波枝节；
所述低通匹配线路和所述高通匹配线路包括间隔连接设置的高阻态线路和低阻态线路，并且所述高阻态线路部分或全部被替换为第一慢波结构线路。
2.根据权利要求1所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述合路器线路包括一个一分二功分器、一个所述低通滤波器和一个所述高通滤波器；
所述一分二功分器包括总端口、低通分端口和高通分端口，所述总端口分别与所述低通滤波器和所述高通滤波器的一端连接，所述低通分端口与所述低通滤波器的另一端连接，所述高通分端口与所述高通滤波器的另一端连接；
所述低通滤波器包括所述低通匹配线路和设于所述低通匹配线路上的至少两个所述高频滤波枝节；
所述高通滤波器包括所述高通匹配线路和设于所述高通匹配线路上的至少两个所述低频滤波枝节。
3.根据权利要求1所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述第一慢波结构线路的S参数与相位与被替换的所述高阻态线路的S参数与相位一致。
4.根据权利要求1所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述高阻态线路的宽度小于所述低阻态线路的宽度。
5.根据权利要求1所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述高频滤波枝节包括高频滤波开路枝节或高频滤波短路枝节；所述低频滤波枝节包括低频滤波开路枝节或低频滤波短路枝节。
6.根据权利要求5所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述高频滤波开路枝节的长度为1/4λ1，所述高频滤波短路枝节的长度为1/2λ1，所述λ1为高频阻带中心频点的波长；和/或
所述低频滤波开路枝节的长度为1/4λ2，所述低频滤波短路枝节的长度为1/2λ2，所述λ2为低频阻带中心频点的波长。
7.根据权利要求1所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述高频滤波枝节和/或所述低频滤波枝节部分或全部被替换为第二慢波结构线路，且所述第二慢波结构线路的S参数与相位与被替换的所述高频滤波枝节和/或所述低频滤波枝节的S参数与相位一致。
8.根据权利要求7所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述第一慢波结构线路和/或所述第二慢波结构线路呈螺旋线型。
9.根据权利要求1所述的微带型分频合路器，其特征在于，所述合路器线路在设计过程中，使用所述第一慢波结构线路代替所述高阻态线路；或者
所述合路器线路在设计完成后，再使用所述第一慢波结构线路替换所述高阻态线路。
10.一种基站天线，其特征在于，所述基站天线包括如权利要求1～9任一项所述的微带型分频合路器。
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