CN114530677B - 一种超宽带小型化腔体合路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带小型化腔体合路器，包括一个腔体，腔体顶部设置有上盖板，底部设置有下盖板，上盖板与腔体之间设置有调试盖板，腔体内分为高频通道和低频通道，高频通道内设置有超宽带交指滤波器，低频通道内设置有超宽带带阻滤波器；所述腔体外侧一端设置有低频端口接头和高频端口接头，另一端设置有公共端口接头，低频端口接头通过传输线与超宽带带阻滤波器连接，高频端口接头通过高频端口抽头片与超宽带交指滤波器连接；所述超宽带交指滤波器通过公共端抽头片和超宽带带阻滤波器片与合路端传输线相连接，再与公共端口接头连接。本发明实现了合路器的超宽带、小体积、低损耗、高隔离度和高互调。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种超宽带小型化腔体合路器。
背景技术
伴随着5G技术的大力推广，用于移动通信的频谱资源越来越丰富、频率也随着频段的增加而逐步升高。为了达到更好的兼容广播、电视、2G、3G、4G和5G等不同频率信号的传输和节约网络优化与室内分布系统的成本的目的，对用于网络优化与室内分布系统的射频器件提出了超宽带、小型化、低成本和高性能的要求。
对于射频器件来说，超宽带一直是一个行业难题。超宽带滤波器的谐振单元间的耦合方式和端口的耦合方式是最主要的难点。对于由超宽带滤波器组成的超宽带合路器，这个难度将被放大，因为不仅要解决单个超宽带滤波器的难题，还要解决两个或多个超宽带滤波器合路时产生的相互影响。因此，单个超宽带滤波器的选型和超宽带合路器的公共端口的处理，成为了解决这一难题、设计和生产超宽带合路器的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种超宽带小型化腔体合路器，以实现合路器的超宽带、小体积、低损耗、高隔离度和高互调。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超宽带小型化腔体合路器，包括一个腔体，腔体顶部设置有上盖板，底部设置有下盖板，上盖板与腔体之间设置有调试盖板，腔体内分为高频通道和低频通道，高频通道内设置有超宽带交指滤波器，低频通道内设置有超宽带带阻滤波器；所述超宽带交指滤波器包括设置在高频通道内的N个谐振器，N个谐振器交错排列串联，并按切比雪夫分布规律耦合，形成N阶交指滤波器；所述超宽带带阻滤波器包括设在低频通道内的超宽带带阻滤波器片，超宽带带阻滤波器片通过多个带阻滤波器片支撑安装于腔体的低频通道内，形成超宽带带阻滤波器；所述腔体外侧一端设置有低频端口接头和高频端口接头，另一端设置有公共端口接头，低频端口接头通过传输线与超宽带带阻滤波器连接，高频端口接头通过高频端口抽头片与超宽带交指滤波器连接；所述超宽带交指滤波器通过公共端抽头片和超宽带带阻滤波器片与合路端传输线相连接，再与公共端口接头连接。
所述谐振器的长度为高频通道中心频率的λ/4，其中λ是谐振频率的波长，谐振器一端接地，另一端开路。
所述高频端口抽头片和公共端抽头片均通过抽头片支撑安装于腔体内，抽头片支撑的材质为绝缘材料。
所述上盖板内表面设置有上防水圈，上防水圈下方设置调试盖板，下盖板内表面设置有下防水圈，下防水圈上方设置有下屏蔽盖板。
所述调试盖板上留有多种规格的螺纹孔。
所述合路端传输线为T型连接杆，T型连接杆具有三个连接端，分别与公共端接头、低频通道中的带阻滤波器的超宽带带阻滤波器片、高频通道中超宽带交指滤波器的公共端抽头片连接。
所述合路端传输线为阶跃阻抗形式。
有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：
1、超宽带：本发明的低频通道通带频率覆盖了从DC到960MHz，实现了接近1000MHz的超宽带通带带宽；本发明的低频通道阻带频率覆盖了从1695MHz到3900MHz，实现了2205MHz的超宽带阻带带宽；本发明的高频通道覆盖了从1695MHz到3900MHz，实现了2205MHz的超宽带通带带宽，带通滤波器的相对带宽达到了近79%；
2、小体积：本发明在相同频率和指标要求下，实现了比市场上同类产品更小的体积，本发明的外形尺寸为：152×102×35（长×宽×高，单位：mm ，不含安装支架尺寸），比同类产品尺寸缩小了约1/3；
3、低损耗、高隔离度：本发明的双工器插入损耗＜-0.15dB,回波损耗＜-20dB,两个通带之间的相互隔离＜-51.5dB；
4、高互调：本发明结构简单，三阶互调测试效果好，三阶互调＜-168dBc(2×20W)，互调通过率高；
5、可量产性高、低成本：本发明结构简单，易于大批量生产，通过率高，成本低。
附图说明
图1为本发明的超宽带小型化腔体合路器的装配图；
图2为本发明的超宽带小型化腔体合路器的内部结构图；
图3为实施例的超宽带小型化腔体合路器的仿真曲线；
图4为实施例的超宽带小型化腔体合路器在DC-960MHz频段的测试曲线；
图5为实施例的超宽带小型化腔体合路器在1695-3900MHz频段的测试曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1和2所示，本发明的一种超宽带小型化腔体合路器，包括一个腔体8，腔体8顶部设置有上盖板1，底部设置有下盖板11，上盖板1内表面设置有调试盖板3，腔体8内分为高频通道和低频通道，高频通道内设置有超宽带交指滤波器，低频通道内设置有超宽带带阻滤波器；腔体8外侧一端设置有低频端口接头15和高频端口接头16，另一端设置有公共端口接头14，低频端口接头15通过传输线13与超宽带带阻滤波器连接，高频端口接头16通过高频端口抽头片12与交指滤波器连接；超宽带交指滤波器通过公共端抽头片和超宽带带阻滤波器与合路端传输线相连接，再与公共端口接头连接。
交指滤波器包括设置在高频通道内的N个谐振器17，N个谐振器17交错排列串联，并按切比雪夫分布规律耦合，形成N阶交指滤波器。谐振器17的长度为高频通道中心频率的λ/4 ，其中λ是谐振频率的波长，谐振器17一端接地，另一端开路。交指滤波器具有结构紧凑、可靠性高、公差要求低、容易制造、Q值高的特点。这样的滤波器：体积小、重量轻、损耗极小、截止频率有不寻常的陡峭，寄生通带远离中心频率，并且工艺简单，易于生产。交指滤波器有适用于各种带宽的结构和设计方法，可实现相对带宽0.5%-100%的带通滤波器，尤其是终端开路形式的交指滤波器，非常适合做超宽带带通滤波器。本发明的交指滤波器采用了终端开路的形式，实现了相对带宽约79%的超宽带滤波器。由谐振器17组成的交指滤波器，由于电容加载效应的存在，使谐振器的长度可以由理论值的通道中心频率的λ/4缩短到λ/8甚至更小，可以极大的缩小产品的体积。
超宽带带阻滤波器包括设在低频通道内的超宽带带阻滤波器片4，超宽带带阻滤波器片4通过多个带阻滤波器片支撑6安装于腔体8的低频通道内，形成超宽带带阻滤波器。由超宽带带阻滤波器片4、带阻滤波器片支撑6和腔体8组成的超宽带带阻滤波器，具有通带宽、阻带宽、阻带通带相隔较远的特点，非常适合用于超宽带合路器中的低频通道，尤其是低频通道要求的带宽很宽的情况。超宽带带阻滤波器的谐振频率在带外，通过调节超宽带带阻滤波器片电容枝节19的大小，可以有效的控制谐振频率的位置，形成传输零点，对阻带形成很好的抑制，在相同枝节数的情况下，带阻滤波器可以节省更多的体积，降低物料成本和空间成本。超宽带带阻滤波器的谐振频率在带外，所以对输入信号和互调信号有衰减，相比较带通滤波器，其功率容量和互调有无可比拟的优势。超宽带带阻滤波器，其谐振频率在合路器的高频部分，由理论公式:λ=c/f(λ是谐振频率的波长，f是谐振频率，c是光速3*10^8m/s)可知，谐振频率越高，谐振频率的波长越小，物理尺寸越小，所以采用带阻滤波器作为合路器的低通通道，可以有效的减小产品体积。
高频端口抽头片12和公共端抽头片5均通过抽头片支撑7安装于腔体8内，抽头片支撑7的材质为绝缘材料。由于抽头片支撑7采用绝缘材料，可使得金属结构的腔体8和金属结构的公共端抽头片5与高频端口抽头片12完全隔离开，避免了由于金属接触的非线性产生的三阶互调。
上盖板1内表面设置有上防水圈2，上防水圈2下方设置调试盖板3，下盖板11内表面设置有下防水圈10，下防水圈10上方设置有下屏蔽盖板9。由于上下防水盖板和腔体之间均设计有防水圈，可用于室外使用。
调试盖板3上留有多种规格的螺纹孔。
传输线13为50Ω传输线。
合路端传输线18为T型连接杆，T型连接杆具有三个连接端，分别与公共端接头、低频通道中的带阻滤波器的超宽带带阻滤波器片4、高频通道中超宽带交指滤波器的公共端抽头片5连接。合路端传输线18为50Ω-35Ω-50Ω的阶跃阻抗形式，即其与低频通道中的带阻滤波器的超宽带带阻滤波器片4连接的连接端为35Ω阻抗的传输线，与公共端接头、高频通道中超宽带交指滤波器的公共端抽头片5的连接端均为50Ω阻抗的传输线。合路端传输线18和合路端口接头一体化。合路端传输线18分别与低频通道中的带阻滤波器的超宽带带阻滤波器片4、高频通道中超宽带交指滤波器的公共端抽头片5焊接连接。低频通道带阻滤波器和高频通道交指滤波器由T型结构相连接，这样不仅可以提高产品的稳定的，而且易于生产。和传统的公共端采用50Ω连接的方式不同，通过仿真软件模拟可得出，此处采用约35Ω阻抗的传输线连接低频通道带阻滤波器时，可以有效抵消在合路时，低频通道对高频通道产生的影响。合路端传输线与公共端抽头片5连接时，仍然采用50Ω阻抗的传输线连接，此时对高频通道影响最小。因此合路端传输线采用了50Ω-35Ω-50Ω的阶跃阻抗形式。
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例
本实施例的合路器工作频率为DC-960MHz/1695MHz-3900MHz。如图1和2所示：DC-960MHz频段，采用9阶空气带状线带阻滤波器，此9阶空气带状线带阻滤波器由4个电容枝节19和5个电感枝节20构成；1695-3900MHz频段，采用9阶交指带通滤波器，由9个谐振器17交错排列构成；合路部分采用T型结构连接高、低两个通道；高频通道交指滤波器的高频端口抽头片12和公共端抽片头5正下方，用绝缘材料ultem 1000制成的抽头片支撑7隔开，使抽头片和首尾腔之间通过容性耦合的方式进行耦合，从而有效的阻断了直流信号通过，也避免了由于金属接触的非线性所产生的无源互调，提高了产品的可靠性和通过率；低频通道的带阻滤波器由50Ω传输线13从腔体内部引出，与低频端口的50Ω接头连接，在低频通道性能不恶化的情况下，保证了高低频接头之间的间距，易于安装和测试；腔体的上下两个面，均设计有防水圈和防水盖板，加上三个防水接头，使产品满足IP68要求，可用于室内或室外。
本实施例中的低频通道的带阻滤波器，其通带频率为DC-960MHz，可满足-50dB隔离的阻带频率为1695-3900MHz，在满足通带性能需求的情况下，将4个电容枝节19所产生的4个谐振频率分布于阻带频率1695-3900MHz范围内，这样在既保证实现超宽带通带的情况下，也实现了超宽带阻带。
本实施例中的高频通道的交指带通滤波器，其相对带宽达到了近79%，并且具有很好的矩形系数，可获得更好的通道间隔离度。其中交指滤波器的谐振器17的宽度为5mm，可以有效的增加谐振器的可靠性和稳定性。其中交指滤波器的谐振器17的厚度为6mm，在增加可靠性和稳定性的同时，使谐振器之间的耦合面积增大，两两谐振器之间的耦合系数增大，从而增大了谐振器之间的物理间距，本发明中，谐振器间的最小距离为3mm，极大的增加了产品的可生产性，也降低了对谐振器之间间距的公差要求。
本实施例中，公共端口合路部分采用T型结构连接高、低两个通道，T型连接杆采用了50Ω-35Ω-50Ω的阶跃阻抗形式，在中间的35Ω处，将传输线与超宽带带阻滤波器片4焊接，这样有效的消除了合路时低频通道对高频通道的影响，在保证高频部分抽头所需要能量的前提下，也分配了带阻滤波器所需要的能量。在传输线末端采用50Ω阻抗，将合路时低频通道对高频通道产生的影响降到最低。
本发明中，在调试盖板3上留有多种规格的螺纹孔，方便在生产过程中，加入镀银黄铜螺钉调试由于装配和零件的加工误差造成的性能不良，增加了产品的可生产性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种超宽带小型化腔体合路器，其特征在于：包括一个腔体（8），腔体（8）顶部设置有上盖板（1），底部设置有下盖板（11），上盖板（1）与腔体（8）之间设置有调试盖板（3），腔体（8）内分为高频通道和低频通道，高频通道内设置有超宽带交指滤波器，低频通道内设置有超宽带带阻滤波器；所述超宽带交指滤波器包括设置在高频通道内的N个谐振器（17），N个谐振器（17）交错排列串联，并按切比雪夫分布规律耦合，形成N阶交指滤波器；所述超宽带带阻滤波器包括设在低频通道内的超宽带带阻滤波器片（4），超宽带带阻滤波器片（4）通过多个带阻滤波器片支撑（6）安装于腔体（8）的低频通道内，形成超宽带带阻滤波器；所述腔体（8）外侧一端设置有低频端口接头（15）和高频端口接头（16），另一端设置有公共端口接头（14），低频端口接头（15）通过传输线（13）与超宽带带阻滤波器连接，高频端口接头（16）通过高频端口抽头片（12）与超宽带交指滤波器连接；所述超宽带交指滤波器通过公共端抽头片（5）和超宽带带阻滤波器片（4）与合路端传输线（18）相连接，再与公共端口接头（14）连接；所述合路端传输线（18）为T型连接杆，T型连接杆具有三个连接端，分别与公共端口接头、低频通道中的带阻滤波器的超宽带带阻滤波器片（4）、高频通道中超宽带交指滤波器的公共端抽头片（5）连接；所述合路端传输线（18）为阶跃阻抗形式。
2.根据权利要求1所述的超宽带小型化腔体合路器，其特征在于：所述谐振器（17）的长度为高频通道中心频率的λ/4，其中λ是谐振频率的波长，谐振器（17）一端接地，另一端开路。
3.根据权利要求1所述的超宽带小型化腔体合路器，其特征在于：所述高频端口抽头片（12）和公共端抽头片（5）均通过抽头片支撑（7）安装于腔体（8）内，抽头片支撑（7）的材质为绝缘材料。
4.根据权利要求1所述的超宽带小型化腔体合路器，其特征在于：所述上盖板（1）内表面设置有上防水圈（2），上防水圈（2）下方设置调试盖板（3），下盖板（11）内表面设置有下防水圈（10），下防水圈（10）上方设置有下屏蔽盖板（9）。
5.根据权利要求1所述的超宽带小型化腔体合路器，其特征在于：所述调试盖板（3）上留有多种规格的螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的超宽带小型化腔体合路器，其特征在于：所述合路端传输线（18）为50Ω-35Ω-50Ω的阶跃阻抗形式，即其与低频通道中的带阻滤波器的超宽带带阻滤波器片（4）连接的连接端为35Ω阻抗的传输线，与公共端口接头、高频通道中超宽带交指滤波器的公共端抽头片（5）的连接端均为50Ω阻抗的传输线。
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