CN113036331B - 一种基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器 - Google Patents

一种基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器，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，位于不同极化方向上的一个输入端口和一对输出端口构成一个独立的滤波功分器。本发明将两个滤波功分器集成在一起设计，共用相同的两阶双模介质谐振器，设计出双通道滤波功分器，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同频双通道滤波功分器
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同频双通道滤波功分器。
背景技术
随着通信技术的快速发展，用户对通讯体验的要求越来越高。为了保证通信质量，现代通信系统中往往需要用到大量的滤波器。小型化和多功能是射频器件的发展方向，一种有效的解决方案是将射频前端中的滤波器和功分器相互集成为滤波功分器，从而使电路结构更加紧凑。
申请人于2018年5月4日向国知局提交了专利申请CN201810420319.8，涉及一种基于介质谐振器的多端口滤波功分器及其构建方法，在金属腔体内设置有两个环形单模介质谐振器、一个输入端子以及三个输出端子，输入端子与第一环形单模介质谐振耦合，三个输出端子分别与第二环形单模介质谐振器耦合。该发明具有较好的电气性能和较高的通带选择性，所提出的设计方法适用于基于单模介质谐振器的滤波功分器。
当需要同时设计两个同频率的滤波功分器时，往往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同频双通道滤波功分器，将两个滤波功分器集成在一起，从而使电路结构更加紧凑。
为了实现本发明目的，本发明提供基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器，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为正方形双模介质谐振器，具有两个同频正交简并模，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两对输出端口，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，两对输出端口则分设于第二双模介质谐振器的两个极化方向上，并且每对输出端口中的两个输出端口位于第二双模介质谐振器的同一侧，位于不同极化方向上的一个输入端口和一对输出端口构成一个独立的滤波功分器。
本发明将将两个滤波功分器集成在一起设计，共用相同的两阶双模介质谐振器，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同频双通道滤波功分器的三维视图。
图2是本发明基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器的俯视图。
图3是双模介质谐振器中的
Figure GDA0003395404330000021
模式和
Figure GDA0003395404330000022
模式的极化方向示意图。
图4是本发明基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器的第一通道的幅频响应曲线图。
图5是本发明基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器的第二通道的幅频响应曲线图。
图6是本发明同频双通道滤波功分器第一通道不等功分的幅频响应(功分比为10:1)。
图7是本发明同频双通道滤波功分器第二通道不等功分的幅频响应(功分比为10:1)。
图8是本发明同频双通道滤波功分器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同频双通道滤波功分器，包含金属腔体1(金属腔体1包含两个正方形腔体)、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，采用了正方形双模介质谐振器，其包含两个同频正交简并模(
Figure GDA0003395404330000031
模式和
Figure GDA0003395404330000032
模式)。根据
Figure GDA0003395404330000033
模式和
Figure GDA0003395404330000034
模式的电场极化方向如图3中的箭头所示，极化方向分别与正方形腔体的两条对角线平行或重合。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
Figure GDA0003395404330000035
模式和
Figure GDA0003395404330000036
模式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
Figure GDA0003395404330000037
模式和
Figure GDA0003395404330000038
模式是一对同频简并模，即他们的谐振频率相同，从而实现本发明中双通道滤波功分器的“同频”工作。
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,并且每对输出端口中的两个输出端口均位于第二双模介质谐振器3的同一侧，位于不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功分器。
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(端口1和端口4)、与第二双模介质谐振器3耦合的两对输出端口(端口2和端口3构成一对输出端口，端口5和端口6构成一对输出端口)，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(如图1、图2所示，端口1位于第一双模介质谐振器
Figure GDA0003395404330000041
模式的极化方向上，端口4则位于第二双模介质谐振器
Figure GDA0003395404330000042
模式的极化方向上)，两对输出端口则分设于第二双模介质谐振器3的两个极化方向上，并且每对输出端口中的两个输出端口位于第二双模介质谐振器3的同一侧。具体来说，本例中的端口2和端口3在第二双模介质谐振器
Figure GDA0003395404330000043
模式的极化方向上，端口5和端口6在第二双模介质谐振器
Figure GDA0003395404330000044
模式的极化方向上。位于不同极化方向上的一个输入端口和一对输出端口构成一个独立的滤波功分器。即：端口1和端口2、端口3构成一个独立的滤波功分器；端口4和端口5、端口6构成一个独立的滤波功分器。每对输出端口中的两个输出端口位于第二双模介质谐振器的同一侧，且两个输出端口到第二双模介质谐振器的距离不等。
可见，本实施例同频双通道滤波功分器包含两个独立的滤波功分器，即这两个滤波功分器共用了谐振器(电路体积减小一半)，且使用各自独立的端口。
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。
通过改变每个独立滤波功分器的输出端口馈线的长度，可以调节馈线与第二双模介质谐振器之间的耦合强度，从而实现不同的功率分配比(等功分或不等功分)。
本实施例基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器的器件参数如下：
金属腔体长83mm，宽度40mm，高度35mm，腔体中部的缝隙宽度为21mm；正方形双模介质谐振器的边长25mm，高20mm；两个输入端口(端口1和端口4)的馈线高度均为26.5mm，这两根输入端馈线到第一双模介质谐振器的垂直距离均为2mm。
在此基础上，对于等功分的设计而言，端口2和端口5的馈线高度为13.5mm，这两个输出端馈线到第二双模介质谐振器的垂直距离均为1mm；端口3和端口6的馈线高度为32.5mm，两馈线到第二双模介质谐振器的垂直距离均为5.5mm。
对于两个通道内的功分比均为10:1的滤波功分器，端口2和端口5的馈线高度为15.5mm，两馈线到第二双模介质谐振器的垂直距离均为1mm；端口3和端口6的馈线高度为25mm，这两个输出端馈线到第二双模介质谐振器的垂直距离均为7mm。其他尺寸参数均与上述等功分的设计相同。
基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器的幅频响应如图4-图7所示。其中，图4和图5分别对应双通道滤波功分器第一和第二通道等功率分配时的幅频响应。在第一通道内，S21和S31的带内插入损耗均为-3.3dB；在第二通道内，S54和S64的带内插入损耗也都为-3.3dB。此外，两通道的回波损耗均优于-20dB。
图6和图7分别对应双通道滤波功分器第一和第二通道不等功率分配(功分比为10:1)时的幅频响应。在第一通道内，S21和S31的带内插入损耗分别为-0.7dB和-10.9dB，回波损耗优于-16dB；在第二通道内，S54和S64的带内插入损耗分别为-0.8dB和-11.1dB，回波损耗优于-14dB。在实际应用中，通过调节馈线长度以及馈线到谐振器的距离可以方便的获得不同的功分比。
双通道滤波功分器的端口隔离度如图8所示。可以看出，这两个集成在一起的滤波功分器之间的隔离度优于-30dB，可以满足应用需求。此处，双通道滤波功分器的端口隔离度定义为：能量从其中一个滤波功分器的输入端传输到另一个滤波功分器的输出端的大小。
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同频双通道滤波功分器，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)为正方形双模介质谐振器，具有两个同频正交简并模，金属腔体底壁上固定有与第一双模介质谐振器(2)耦合连接的两个输入端口、与第二双模介质谐振器(3)耦合连接的两对输出端口，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，两对输出端口则分设于第二双模介质谐振器(3)的两个极化方向上，并且每对输出端口中的两个输出端口位于第二双模介质谐振器(3)的同一侧，且两个输出端口到第二双模介质谐振器的距离不等，位于不同极化方向上的一个输入端口和一对输出端口构成一个独立的滤波功分器。
2.根据权利要求1所述的基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器，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同频双通道滤波功分器，其特征在于：双模介质谐振器的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同频双通道滤波功分器，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同频双通道滤波功分器，其特征在于：所述同频正交简并模为
Figure FDA0003507904600000011
模式和
Figure FDA0003507904600000012
模式，第一双模介质谐振器(2)的
Figure FDA0003507904600000013
模式的极化方向与第二双模介质谐振器(3)的
Figure FDA0003507904600000014
模式的极化方向平行，第一双模介质谐振器(2)的
Figure FDA0003507904600000015
模式的极化方向与第二双模介质谐振器(3)的
Figure FDA0003507904600000016
模式的极化方向平行。
6.根据权利要求5所述的基于双模介质谐振器的同频双通道滤波功分器，其特征在于：所述金属腔体(1)为矩形腔体，其包含有两个正方形腔体，双模介质谐振器的两个模式的极化方向分别与对应正方形腔体的两条对角线平行或重合。
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