CN113036327B - 一种基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，包含金属腔体、位于金属腔体内的级联的第一双模介质谐振器和第二双模介质谐振器，金属腔体底壁上固定有与第一双模介质谐振器耦合的两个位于不同极化方向上的输入端口、与第二双模介质谐振器耦合的两对位于不同极化方向上的输出端口，位于相同极化方向上的一个输入端口和两个输出端口构成一个滤波巴伦。本发明将两个滤波巴伦集成在一起设计，共用相同的两阶双模介质谐振器，设计出双通道滤波巴伦，从而进一步减小电路体积，也降低了设计和加工成本。这与未来通信系统低成本、小型化的发展趋势相一致。

Description

一种基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦。
背景技术
现代通信系统往往需要兼容多种类型的通信制式，为了保证各路信号的通信质量，需要用到大量工作于不同频段的滤波器。
巴伦电路（平衡到不平衡转换电路）是连接差分和单端器件之间的纽带，例如，用于差分天线与单端收发电路之间的连接。带有滤波功能的巴伦电路（滤波巴伦）是将滤波器和巴伦电路相互集成，电路中不必再额外级联滤波器，因此结构更加紧凑。
发明人于2016年提交了中国发明专利申请CN2016106097635，涉及一种巴伦滤波器，在金属盒体内设置有两个介质谐振器、一输入端子以及两个输出端子，输入端子与第一介质谐振耦合，两个输出端子分别与该第二介质谐振器耦合；该两个输出端子用于输出等幅反相的信号。该发明具有较好的电气性能、较低的插入损耗、较好的高通带选择性以及较好的输出信号幅度平衡与相位反相特性。
当需要设计两种不同频率的滤波巴伦时，采用传统的堆叠设计，其电路体积大，设计和加工成本高。
发明内容
本发明的目的在于，解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，将两个滤波巴伦集成在一起，具有电路体积小、设计和加工成本低的优点。
为了实现本发明目的，本发明提供基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，包含金属腔体、位于金属腔体内的级联的第一双模介质谐振器和第二双模介质谐振器，所述第一双模介质谐振器和第二双模介质谐振器均具有两个谐振频率相异的模式：模式A和模式B，两个模式的极化方向互相垂直，金属腔体底壁上固定有与第一双模介质谐振器耦合的两个输入端口、与第二双模介质谐振器耦合的四个输出端口， 两个输入端口分设于第一双模介质谐振器的两个极化方向上，四个输出端口则两两的设置于第二双模介质谐振器的两个极化方向上且分设于第二双模介质谐振器的四周，位于相同极化方向上的一个输入端口和两个输出端口构成一个滤波巴伦。
本发明将两个滤波巴伦集成在一起设计，共用相同的两阶双模介质谐振器，设计出双通道滤波巴伦，从而进一步减小电路体积，也降低了设计和加工成本。这与未来通信系统低成本、小型化的发展趋势相一致。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明；
图1是本发明基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的三维视图。
图2是本发明基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的俯视图。
图3是双模介质谐振器中的模式A和模式B的极化方向示意图。
图4是本发明基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的幅频响应曲线图。
图5是本发明基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的第一通道的幅频响应曲线图。
图6是本发明基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的第二通道的幅频响应曲线图。
图7是对应第一通道的输出端相位差（∠S21-∠S31）。
图8是对应第二通道的输出端相位差（∠S54-∠S64）。
图9是双通道滤波巴伦的端口隔离度曲线图。
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。
如图1、图2所示，本发明实施例基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，包含金属腔体1、位于金属腔体内的级联的第一双模介质谐振器2和第二双模介质谐振器3。第一双模介质谐振器2与第二双模介质谐振器3通过金属腔体1中部的缝隙进行耦合。
本发明在具体的电路设计过程中，采用了较为常见的矩形切角双模介质谐振器。即：双模介质谐振器是通过横截面呈正方形的矩形介质谐振器在对角线位置设置用于分离正交简并模式的一对切角而得到。其底部与金属腔体的底面直接接触，该双模介质谐振器的顶部与金属腔体顶部间隔一定距离。本发明的创新点主要是异频双通道滤波巴伦概念的首次提出。
根据该双模介质谐振器中的模式A和模式B的极化方向（如图3中的箭头所示），当端口的馈线与电场极化方向平行摆放时，可以最大程度耦合对应模式的能量。由于模式A和模式B的极化方向相互垂直，因此模式之间具有良好的隔离度。本发明中提出的“双通道”的概念就是基于这种天然的模式隔离实现的。又因为模式A和模式B的谐振频率不同，从而实现“异频”。
金属腔体底壁上固定有通过馈线与第一双模介质谐振器2耦合的两个输入端口，通过馈线与第二双模介质谐振器3耦合的四个输出端口。两个输入端口分设于第一双模介质谐振器2的两个极化方向上，四个输出端口则两两的设置于第二双模介质谐振器3的两个极化方向上且分设于第二双模介质谐振器3的四周，位于相同极化方向上的一个输入端口和两个输出端口构成一个单通带滤波巴伦。
可见，本实施例异频双通道滤波巴伦包含两个独立的单通带滤波巴伦，即这两个滤波巴伦共用了谐振器（电路体积减小一半），且使用各自独立的端口。例如，端口1和端口2、3构成一个独立的单通带滤波巴伦；端口4和端口5、6构成另一个单通带滤波巴伦。而传统的双通带滤波巴伦其实只是单个滤波巴伦电路，它包含一个输入端口和两个输出端口，其滤波响应包含两个通带，即双通带滤波。
本异频双通道滤波巴伦，包含两个输入端，且分别对应两对相互独立的输出端。由于两个模式隔离度好，一个通道内的端口匹配程度对另一个通道的端口匹配没有影响，因此可以独立的设计每个通道。
本实施例基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的器件参数如下：
金属腔体长93mm，宽度40mm，高度35mm，腔体中部的缝隙宽度为19mm；双模介质谐振器的边长D=25mm，高度为20mm，切角边长s=8mm；端口1的馈线高度为25mm，端口2的馈线高度为20mm，端口3的馈线高度为26mm，端口4的馈线高度为30mm，端口5和端口6的馈线高度均为24mm；端口1的馈线到第一双模介质谐振器2的最近距离为2mm，端口2和端口3的馈线到第二双模介质谐振器3的最近距离均为2mm，端口4的馈线到第一双模介质谐振器2的垂直距离为5.1mm，端口5和端口6的馈线到第二双模介质谐振器3的垂直距离均为5.1mm。
基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦的幅频响应如图4-图6所示。为了便于观察，图5和图6是对应图4中的第一和第二通道幅频响应的单独展示。在第一通道内，S 21和S 31的带内插入损耗均为-3.3dB，回波损耗优于-18dB；在第二通道内，S 54和S 64的带内插入损耗分别为-3.4dB和-3.5dB，回波损耗优于-18 dB。
第一通道和第二通道的输出端相位差如图7和图8所示，可以看出二者都是反相的（相位差180°），这是巴伦电路的重要特征。双通道滤波巴伦的端口隔离度如图9所示。可以看出，这两个集成在一起的滤波巴伦之间的隔离度优于-30dB，可以满足实际应用需求。此处，双通道滤波巴伦的端口隔离度采用能量从其中一个滤波巴伦的输入端传输到另一个滤波巴伦的输出端的幅度来表征。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，包含金属腔体（1）、位于金属腔体内的级联的第一双模介质谐振器（2）和第二双模介质谐振器（3），所述第一双模介质谐振器（2）和第二双模介质谐振器（3）均具有两个谐振频率相异的模式：模式A和模式B，两个模式的极化方向互相垂直，金属腔体底壁上固定有与第一双模介质谐振器（2）耦合的两个输入端口、与第二双模介质谐振器（3）耦合的四个输出端口，两个输入端口分设于第一双模介质谐振器（2）的两个极化方向上，四个输出端口则两两的设置于第二双模介质谐振器（3）的两个极化方向上且分设于第二双模介质谐振器（3）的四周，位于相同极化方向上的一个输入端口和两个输出端口构成一个滤波巴伦。
2.根据权利要求1所述的基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，其特征在于：所述第一双模介质谐振器（2）与第二双模介质谐振器（3）通过金属腔体（1）中部的缝隙进行耦合。
3.根据权利要求1所述的基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，其特征在于：双模介质谐振器是通过横截面呈正方形的矩形介质谐振器在对角线位置设置用于分离正交简并模式的一对切角而得到，其底部与金属腔体的底面直接接触，该双模介质谐振器的顶部与金属腔体顶部之间存在间隔。
4.根据权利要求1所述的基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，其特征在于：输入端口和输出端口通过馈线与双模介质谐振器耦合。
5.根据权利要求1所述的基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，其特征在于：第一双模介质谐振器（2）的模式A的极化方向与第二双模介质谐振器（3）的模式A的极化方向平行，第一双模介质谐振器（2）的模式B的极化方向与第二双模介质谐振器（3）的模式B的极化方向平行。
6.根据权利要求5所述的基于双模介质谐振器的异频双通道滤波巴伦，其特征在于：所述金属腔体（1）为矩形腔体，第一双模介质谐振器（2）和第二双模介质谐振器（3）的模式A的极化方向为Y方向，第一双模介质谐振器（2）和第二双模介质谐振器（3）的模式B的极化方向为X方向。
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