CN114497932A - 一种插入ebg结构的毫米波双工器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种插入EBG结构的毫米波双工器，包括：带通滤波器、T型结、第一带阻滤波器和第二带阻滤波器；带通滤波器包括第一波导端口和第二波导端口；T型结包括公共端口、两个输出端口和脊优化器件；第一带阻滤波器和第二带阻滤波器的波导腔体底部均插入有电磁带隙EBG结构；带通滤波器的第二波导端口与T型结的公共端口连接，T型结的两个输出端口分别与第一带阻滤波器和第二带阻滤波器连接；当毫米波信号进入带通滤波器的第一波导端口后，先通过带通滤波器进行初次频率选择，再经过T型结的脊优化器件，分别接入第一带阻滤波器和第二带阻滤波器进行二次频率选择，实现双工。本发明通过EBG结构的带阻滤波器，在小体积情况下实现了高信道隔离度。

Description

一种插入EBG结构的毫米波双工器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是指一种插入EBG结构的毫米波双工器。

背景技术

随着5G时代的建设与发展，频谱资源进一步紧张。为应对未来通信场景下可能出现的更多的接入设备和更高的传输速率，通信频率的上升已经成为必然。为应对此需求，毫米波成为下一阶段的研究重点，毫米波频谱资源丰富，具有更宽的可用带宽，使超高速率的实时传输成为可能。

双工器是毫米波通信系统实现双工通信的关键器件，其可决定信道所用频段与带宽。而国家对于射频干扰的相关规定，使得双工器需要具有较高的信道隔离度和较高的带外抑制，降低其他信号对所用射频信号的干扰。基于此需求，设计研发具有高信道隔离度和高带外抑制特性的双工器就显得尤为重要。

双工器为典型的三端口器件，一个公共信号端口，两个不同频率的信号输入/输出端口。目前阶段，双工器主要是基于带通滤波器进行设计，在公共端口设置T型或Y型结构进行分路，将公共端口一分为二，而后在两个支路上分别嵌入两个不同频率的带通滤波器实现双工，即带通滤波器的性能参数在很大程度上决定了双工器的最终性能。

现阶段，毫米波频段的带通滤波器主要以基于介质板材及波导腔体结构为主。其中，介质板材结构具有易于加工、成本低等优势，但其介质损耗会随着频率升高而显著提高，故其较为适合且广泛应用于低频段毫米波，基于介质板材结构的毫米波滤波器多以基片集成波导(SIW)腔体的形式进行设计。而波导腔体结构由于其具有较高的Q值、较高的功率容量、易加工等特性，能够较好应用于高频毫米波频段。基于SIW腔体与波导腔体的带通滤波器，主要有三组形式，多级单模腔体串联模式、插入多模腔体模式和交叉耦合模式，多模腔体串联模式以腔体TE101模为主谐振频率，以多个腔体串联，相邻腔体之间加以一定的耦合结构，形成切比雪夫特性滤波器，其无传输零点，滤波器频率选择性根据腔体数量增多而增强；插入多模腔体模式以腔体的多个高次模进行相互耦合，并在不同腔体之间利用不同的耦合关系，引入传输零点，在腔体数量不增多的情况下，可以显著提升滤波器的矩形系数；交叉耦合模式通过在不相邻的腔体之间引入多种电磁耦合结构，可以在通带外引入传输零点，提升滤波器的矩形系数。

分路部分主要是基于T型或者Y型结构进行设计，而每种结构又可以分为H面和E面结构，可根据实际设计需求灵魂选择分路部分结构。另外，还具有多模腔体作为公共腔体进行设计的方案，其公共腔体的两个主要谐振频率分别为两个通带频率，在通过两个耦合结构连接其他腔体，形成多级串联的滤波器。

对比现有的两种基于带通滤波器的双工器实现方式，基于SIW结构的带通滤波器设计较为灵活，但其工作在高频毫米波时，其具备相当大的介质损耗，使其应用场景受到较大限制；基于波导结构的带通滤波器设计虽然可以较好的工作在高频段毫米波，但其设计较为局限，在小体积情况下较难实现较高的信道隔离度，而实现较高的信道隔离度需要增加腔体数量，增加腔体数量会增加带通滤波器的尺寸。因此，需要设计一种插入EBG结构的毫米波双工器。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中基于波导结构的带通滤波器在小体积情况下较难实现较高信道隔离度的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种插入EBG结构的毫米波双工器，包括：

带通滤波器、T型结、第一带阻滤波器和第二带阻滤波器；

所述带通滤波器包括第一波导端口和第二波导端口；

所述T型结包括公共端口、两个输出端口和脊优化器件；

所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器的波导腔体底部均插入有电磁带隙EBG结构；

所述带通滤波器的第二波导端口与所述T型结的公共端口连接，所述T型结的两个输出端口分别与所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器连接；

当毫米波信号进入所述带通滤波器的第一波导端口后，先通过所述带通滤波器进行初次频率选择，再经过所述T型结的脊优化器件，分别接入所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器进行二次频率选择，实现双工。

在本发明的一个实施例中，所述电磁带隙EBG结构包括方形铜层和金属板，所述方形铜层的中心区域设置有通孔，所述方形铜层通过所述通孔连接所述金属板，所述金属板嵌入波导腔体底部。

在本发明的一个实施例中，通过更改所述电磁带隙EBG结构的周期数量调节所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器的隔离度。

在本发明的一个实施例中，所述带通滤波器为基于波导腔体的多阶带通滤波器。

在本发明的一个实施例中，所述多阶带通滤波器的结构为多个腔体串联结构，相邻腔体之间通过感性窗口形成耦合。

在本发明的一个实施例中，所述腔体的谐振模式为TE101模式。

在本发明的一个实施例中，所述T型结为H面T型结或E面T型结。

在本发明的一个实施例中，所述脊优化器件设置在所述T型结的中心位置处。

在本发明的一个实施例中，所述第一波导端口为标准矩形波导端口WR-12。

在本发明的一个实施例中，一种毫米波通信系统，包括上述任意一项所述的毫米波双工器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的插入EBG结构的毫米波双工器，包括：带通滤波器、T型结、第一带阻滤波器和第二带阻滤波器；带通滤波器包括第一波导端口和第二波导端口；T型结包括公共端口、两个输出端口和脊优化器件；第一带阻滤波器和第二带阻滤波器均设置有电磁带隙EBG结构；带通滤波器的第二波导端口与T型结的公共端口连接，T型结的两个输出端口分别与第一带阻滤波器和第二带阻滤波器连接；当毫米波信号进入带通滤波器的第一波导端口后，先通过所述带通滤波器进行初次频率选择，再经过T型结的脊优化器件，分别接入第一带阻滤波器和第二带阻滤波器进行二次频率选择，实现双工。本发明通过插入EBG结构的带阻滤波器，实现了双工器的小型化，减小了分支结构尺寸，同时可以通过更改EBG的周期数量来实现不同的隔离度，在小体积的情况下达到高信道隔离度，适合应用于未来的系统集成化及小型化。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为传统基于双带通滤波器的双工器结构图；

图2为插入EBG结构的毫米波双工器结构图；

图3(a)为插入EBG结构毫米波双工器的立体示意图；

图3(b)为插入EBG结构毫米波双工器的俯视图；

图3(c)为毫米波双工器的性能参数示意图；

图4(a)为带通滤波器的立体示意图；

图4(b)为带通滤波器的俯视图；

图4(c)为带通滤波器的性能参数示意图；

图5(a)为T型结的立体示意图；

图5(b)为T型结的俯视图；

图5(c)为T型结的性能参数示意图；

图6(a)为带阻滤波器的立体示意图；

图6(b)为带阻滤波器的俯视图；

图6(c)为带阻滤波器的性能参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明所述的插入EBG结构的毫米波双工器，包括：带通滤波器、T型结、第一带阻滤波器和第二带阻滤波器；

所述带通滤波器包括第一波导端口和第二波导端口；

所述T型结包括公共端口、两个输出端口和脊优化器件；

所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器的波导腔体底部均插入有电磁带隙EBG结构；

所述带通滤波器的第二波导端口与所述T型结的公共端口连接，所述T型结的两个输出端口分别与所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器连接；

当毫米波信号进入所述带通滤波器的第一波导端口后，先通过所述带通滤波器进行初次频率选择，再经过所述T型结的脊优化器件，分别接入所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器进行二次频率选择，实现双工。

本实施例所提供的毫米波双工器，通过结合EBG结构的带阻滤波器，在减小了加工难度的同时，又减小了分支结构的物理尺寸，且可根据需求，通过更改EBG周期数量实现不同的隔离度。

本实施例的插入EBG结构的毫米波双工器其区别于传统双带通滤波器组成的双工器结构，包括带通滤波器、T型结、第一带阻滤波器和第二带阻滤波器；所述毫米波双工器工作于E波段，利用宽带带通滤波器接入公共端口作为初次的频率选择，再经过T型分路结构，分别接入两个基于EBG结构的不同频率的带阻滤波器进行二次频率选择，形成最终的双工结构。该双工器的双工频带为71GHz-76GHz和81GHz-86GHz，频带内插入损耗小于1.8dB，回波损耗大于10dB，隔离度大于35dB，且具备较小体积和设计灵活度，不会影响通信信号的传输质量，可根据调整EBG结构尺寸和位置灵活调整双工频带。其中，所述传统基于双带通滤波器的双工器如图1所示，所述插入EBG结构的毫米波双工器结构图如图2所示。

当毫米波信号进入所述带通滤波器的第一波导端口后经五阶波导谐振腔带通滤波器，再经T型结构进行分路，分别连接基于EBG结构的带阻滤波器，实现双工。所述毫米波双工器的示意图如图3(a)和图3(b)所示。所述毫米波双工器的性能参数如图3(c)所示，隔离度大于35dB，且带内损耗小于1.8dB。

所述带通滤波器的第一波导端口为标准矩形波导端口，毫米波信号进入所述第一波导端口后，首先经过一个基于波导腔体的多阶带通滤波器，所述多阶带通滤波器可根据具体情况确定带通滤波器的阶数，在本发明的此实施例中所述多阶带通滤波器以五阶带通滤波器为例，该结构采用五个腔体串联形式，如图4(a)和图4(b)所示，腔体的谐振模式为TE101，相邻腔体通过感性窗口形成耦合，达到滤波效果。即信号经所述带通滤波器的第一波导端口进入双工器时，先经过宽带带通滤波器进行初次频率选择。其中，所述第一波导端口为标准矩形波导端口WR-12。所述带通滤波器的性能参数如图4(c)所示。

所述T型结具有三个信号端口，左侧为公共端口，右侧两个输出端口。并在中心位置加入脊优化器件性能，实现端口的分路与功率分配。如图5(a)和图5(b)所示，所述T型结的性能参数如图5(c)所示。

所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器的设计基于电磁带隙(EBG)结构进行，具体结构如图6(a)和图6(b)所示。该带阻滤波器基于罗杰斯5880板材进行设计，上层部分为周期性的方形铜层，通过中心区域的圆形通孔连接底层金属板，嵌入波导腔体底部，形成带阻滤波器结构，带阻滤波器的性能参数如图6(c)所示。所述带阻滤波器可以通过调节上层方形金属片尺寸灵活调整通带范围，可通过调节方形金属片之间的间隙调节阻带带宽。

本实施例所提供的毫米波双工器，与同特性双工器相比，有较简单的设计方式，适用于高频高隔离度双工器设计。通过嵌入波导腔体内部的带通滤波器，可通过增加带通滤波器周期数量，灵活更改端口隔离度，不需更改腔体的机械尺寸。通过采用插入EBG结构的带阻滤波器，实现了双工器的小型化，较传统双工器减小了分支结构尺寸，较为合适应用于未来的系统集成化及小型化。在减小了加工难度的同时，又减小了分支结构的物理尺寸，且可根据需求，通过更改EBG周期数量实现不同的隔离度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种插入EBG结构的毫米波双工器，其特征在于，包括：

带通滤波器、T型结、第一带阻滤波器和第二带阻滤波器；

所述带通滤波器包括第一波导端口和第二波导端口；

所述T型结包括公共端口、两个输出端口和脊优化器件；

所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器的波导腔体底部均插入有电磁带隙EBG结构；

所述带通滤波器的第二波导端口与所述T型结的公共端口连接，所述T型结的两个输出端口分别与所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器连接；

当毫米波信号进入所述带通滤波器的第一波导端口后，先通过所述带通滤波器进行初次频率选择，再经过所述T型结的脊优化器件，分别接入所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器进行二次频率选择，实现双工。

2.根据权利要求1所述的毫米波双工器，其特征在于，所述电磁带隙EBG结构包括方形铜层和金属板，所述方形铜层的中心区域设置有通孔，所述方形铜层通过所述通孔连接所述金属板，所述金属板嵌入波导腔体底部。

3.根据权利要求1所述的毫米波双工器，其特征在于，通过更改所述电磁带隙EBG结构的周期数量调节所述第一带阻滤波器和所述第二带阻滤波器的隔离度。

4.根据权利要求1所述的毫米波双工器，其特征在于，所述带通滤波器为基于波导腔体的多阶带通滤波器。

5.根据权利要求4所述的毫米波双工器，其特征在于，所述多阶带通滤波器的结构为多个腔体串联结构，相邻腔体之间通过感性窗口形成耦合。

6.根据权利要求5所述的毫米波双工器，其特征在于，所述腔体的谐振模式为TE101模式。

7.根据权利要求1所述的毫米波双工器，其特征在于，所述T型结为H面T型结或E面T型结。

8.根据权利要求1所述的毫米波双工器，其特征在于，所述脊优化器件设置在所述T型结的中心位置处。

9.根据权利要求1所述的毫米波双工器，其特征在于，所述第一波导端口为标准矩形波导端口WR-12。

10.一种毫米波通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的毫米波双工器。

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