CN116345091B - 一种基于双模枝节加载谐振器的双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，包括介质基板，以及设置在介质基板表面的第一双模枝节加载谐振器、第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器；所述第一双模枝节加载谐振器分别与第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器耦合以产生第一通带和第二通带，且分别在第一通带和第二通带产生三个传输零点。本发明的双工器具有高矩形系数，因此频率选择性较高。与对应的同频段的现有双工器相比，在两个中心频点处高隔离度都更低，同时所设计的双工器尺寸较小，便于小型化应用。
Description
技术领域
本发明涉及双工器技术领域，具体涉及一种基于双模枝节加载谐振器的双工器。
背景技术
双工器是无线通信系统中用于信道选择，信号合成和频率分离的关键组件之一。近年来，双工器作为系统中必不可少的组成部分，已经在包括GSM，CDMA和UMTS-WCDMA在内的现代高速无线系统中得到越来越多的应用。
实现双工器的最常见方法是两个通过三端口阻抗匹配网络组合的带通滤波器。但是，设计匹配网络要在一个通带中产生较好的传输，而在另一个通带中产生良好的衰减，T形结通常用作连接两个不同带通滤波器的组合电路。储鹏等人在文章《Dual-ModeSubstrate Integrated Waveguide Filter With Flexible Response（双模基片集成波导柔性响应滤波器）》，《IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUESIEEE（微波理论与技术交易）》，第65期，824-830页中使用T形结设计了一种紧凑的双工器。然而，T形结部分尺寸结构较大。由于双工器是两个具有不同频带的带通滤波器组成，减小其总尺寸方法是将两个带通滤波器尺寸最小化。朱熙铖等人在文章《Design and Implementationof a Triple-Mode Planar Filter（一种三模平面滤波器的设计与实现）》，《IEEEMICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS（微波理论与技术交易）》，第23期，243-245页中引入了一个公共谐振器来代替T形结，从而大大减小了所构成的双工器的尺寸。在现有技术中，采用共用谐振器使得每个通带能够得到一个传输极点，从而可以减少双工器中两个通带中的谐振器的总数。然而，使用双模谐振器开发具有高隔离度的紧凑型双工器仍然是一项艰巨的工作。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于双模枝节加载谐振器的双工器。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，包括：
介质基板，以及设置在介质基板表面的第一双模枝节加载谐振器、第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器；
所述第一双模枝节加载谐振器分别与第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器耦合以产生第一通带和第二通带，且分别在第一通带和第二通带产生三个传输零点。
可选地，所述第一双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第一中心枝节微带线和第一旁边枝节微带线，所述第一中心枝节微带线的输入端设置输入微带线。
可选地，所述输入微带线采用叉指电容结构对第一中心枝节微带线进行馈电。
可选地，所述第二双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第二中心枝节微带线和第二旁边枝节微带线，所述第二旁边枝节微带线的一侧与第一旁边枝节微带线的一侧平行耦合设置，所述第二旁边枝节微带线的另一侧设置第一输出微带线。
可选地，所述第二中心枝节微带线采用四分之一波长谐振枝节线。
可选地，所述第二旁边枝节微带线的长度大于第二中心枝节微带线的长度。
可选地，所述第三双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第三中心枝节微带线和第三旁边枝节微带线，所述第三旁边枝节微带线的一侧与第一旁边枝节微带线的另一侧平行耦合设置，所述第三旁边枝节微带线的另一侧设置第二输出微带线。
可选地，所述第三中心枝节微带线采用四分之一波长谐振枝节线。
可选地，所述第三旁边枝节微带线的长度大于第三中心枝节微带线的长度。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过在第一双模枝节加载谐振器两侧设置第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器相互耦合，可以在两个不同的通带分别产生两个不同的传输极点，使得在双工器的每个通带都产生了三个传输极点。并且本发明的双工器具有高矩形系数，因此频率选择性较高。与对应的同频段的现有双工器相比，在两个中心频点处高隔离度都更低，同时所设计的双工器尺寸较小，便于小型化应用。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于双模枝节加载谐振器的双工器示意图；
图2为本发明实施例的双工器耦合路径示意图；
图3为本发明实施例的双工器尺寸示意图；
图4为本发明实施例的双工器仿真结果示意图；
图5为本发明实施例的双工器测量S参数图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，包括：
介质基板，以及设置在介质基板表面的第一双模枝节加载谐振器、第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器；
所述第一双模枝节加载谐振器分别与第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器耦合以产生第一通带和第二通带，且分别在第一通带和第二通带产生三个传输零点。
在本发明的一个可选实施例中，所述第一双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第一中心枝节微带线和第一旁边枝节微带线，所述第一中心枝节微带线的输入端设置输入微带线。
所述第二双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第二中心枝节微带线和第二旁边枝节微带线，所述第二旁边枝节微带线的一侧与第一旁边枝节微带线的一侧平行耦合设置，所述第二旁边枝节微带线的另一侧设置第一输出微带线，作为双工器的第一输出端口port2。
所述第三双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第三中心枝节微带线和第三旁边枝节微带线，所述第三旁边枝节微带线的一侧与第一旁边枝节微带线的另一侧平行耦合设置，所述第三旁边枝节微带线的另一侧设置第二输出微带线，作为双工器的第一输出端口port3。
如图2所示，为本发明实施例的双工器耦合路径示意图。本实施例利用三个双模枝节加载谐振器设计能够分离发送和接收的信号的双工器，而且还可以使得双工器的每个频带中产生一个附加的传输极点。端口P1上的入射信号通过公共的第一双模枝节加载谐振器DMR1分为两路信号，根据奇偶模理论，它具有两种谐振模式，即M1和M1’，其奇模和偶模的谐振频率分别设计在较低通带和较高通带。另外在第一双模枝节加载谐振器两侧相互耦合的第二双模枝节加载谐振器DMR2和第三双模枝节加载谐振器DMR3也可以通过奇偶模理论进行分解，第一个低频模式M1耦合到左路的第二双模枝节加载谐振器DMR2，其中第二双模枝节加载谐振器DMR2是一个二阶的谐振器，同前面奇偶模理论分析，它的两个谐振器分别为M2和M2’；同理，第二个高频模式M1耦合到右路的第三双模枝节加载谐振器DMR3，其中第三双模枝节加载谐振器DMR3是一个二阶的谐振器，它的两个谐振器分别为M3和M3’。
本实施例采用第一双模枝节加载谐振器DMR1作为公共谐振器，根据奇偶模定理可以分解为奇模和偶模两个不同的谐振频率，因此这两个由中间的公共谐振器产生的不同频率可以在两个不同的通带上分别形成两个传输极点。另外在第一双模枝节加载谐振器两侧相互耦合的第二双模枝节加载谐振器DMR2和第三双模枝节加载谐振器DMR3也可以通过奇偶模原理分解出两个不同频率的模式，同样在两个不同的通带分别产生两个不同的传输极点，这样在双工器的每个通带都产生了三个传输极点。该双工器具有高矩形系数，因此频率选择性较高。与对应的同频段的现有双工器相比，在两个中心频点处高隔离度都更低，同时所设计的双工器尺寸较小，便于小型化应用。
在本发明的一个可选实施例中，第一双模枝节加载谐振器的输入微带线采用叉指电容结构对第一中心枝节微带线进行馈电，从而能够增加通带带宽和耦合强度。如图1和图3所示，本实施例的叉指电容结构采样Y型结构，其通过采用两个耦合臂与第一双模枝节加载谐振器的输入微带线相对平行设置的方式，基于缝隙耦合馈电原理实现对第一中心枝节微带线进行馈电，从而增大天线的工作带宽并且提高耦合强度，其输入端作为双工器的第一输入端口port1。
在本发明的一个可选实施例中，第二双模枝节加载谐振器的第二中心枝节微带线采用四分之一波长谐振枝节线；第三双模枝节加载谐振器的第三中心枝节微带线采用四分之一波长谐振枝节线。由于偶模式下谐振频率随中心枝节微带线的长度的变化而变化，因此本实施例通过调节第二双模枝节加载谐振器的第二中心枝节微带线和第三双模枝节加载谐振器的第三中心枝节微带线到谐振频率的四分之一的导波波长附近，同时可以将对应负载谐振器中的两个谐振频率设置为彼此接近，从而提供了形成滤波电路的特性。
在本发明的一个可选实施例中，第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器均采用对称E型结构，对称E型结构谐振器可以看成是一个半波长的微带线中心加载了一端开路的微带线，该开路微带线等效集总参数中的LC电路，当开路的微带线不发生谐振时，在无损耗的情况下可以等效为一个电容或者电感元件，当开路的微带线发生谐振时，它的等效阻抗为零，相当于半波长的微带线中心并联了一个短路元件，这时开路的微带线可以看成一个短路结构，因此信号在发生谐振时的谐振频率下不能通过开路传输线进行传输，这时响应就在该谐振频率处产生了一个传输零点。
对称E型结构谐振器具有两个不同的谐振频率，分别是奇模和偶模谐振频率。对称E型结构谐振器在滤波器的通带外产生的一个传输零点与奇模和偶模的谐振频率有关，如果偶模频率小于奇模频率，那么该传输零点位于通带的左侧；同理，如果偶模频率大于奇模频率，那么该传输零点位于通带的右侧。而奇模谐振器的谐振频率只与旁路枝节微带线的长度有关，偶模谐振器的谐振频率与旁路枝节微带线和中心枝节微带线的长度都有关，所以中心枝节微带线的长度变化时，偶模谐振频率也会随之变化。
因此本实施例设置第二双模枝节加载谐振器的第二旁边枝节微带线的长度大于第二中心枝节微带线的长度，第三双模枝节加载谐振器的第三旁边枝节微带线的长度大于第三中心枝节微带线的长度，从而可以调节三个由双模枝节加载谐振器所产生的传输零点分别位于下通带的上方、两个通带的中间和上通带的下方，进而改善两个所需通道之间的隔离度；并且通过使用公共谐振器，使得本实施例的双工器具有更加紧凑的尺寸，实现小型化。
如图3所示，为本实施例的双工器尺寸示意图，具体尺寸参数和对应数值见表1；如图4所示，为本实施例的双工器仿真结果示意图，其中S11、S12、S13、S23为双工器测量S参数。可以看到第一个通带S11<-10dB的频率范围为1.92GHz-2GHz，第二个通带S11<-10dB的频率范围为2.1GHz-2.18GHz。同时，两个通带各引入了两个传输零点，增强了通带的频率选择性和通带间的隔离度。通带的带外抑制度达到了40dB，以及两个通道中心频率的隔离度为-44dB和-48dB。
表1 本实施例的双工器参数数值表
本实施例的双工器是采用SMA接头进行馈电。该结构采用Agilent公司的E5071C矢量网络分析仪进行测量，首先对矢量网络分析仪进行校准，按顺序将校准件中的开路、短路、负载，连接到仪器的一号端口上，再设置需要测试的频段，设置起始终止频率，最后将双工器的两端接入到矢量网络分析仪上。测量结果图如图5所示，可以发现双工器S11<-10dB的两个带宽中心频率分别为1.97GHz和2.397GHz、带宽分别为1.876GHz-2.07GHz和2.492GHz-2.558GHz，传输零点的位置分别位于1.56GH和2.4GHz，两个通带带外抑制均优于-30dB。如表2所示，为本实施例的双工器与现有双工器的性能参数对比表。
表2 双工器性能参数比较表
通过表2可以发现，本实施例所设计的双模枝节加载谐振器的双工器在两个中心工作频点都具有较好的隔离度，在第一个中心频率和第二个中心频率处的隔离度分别为-44dB和-48dB，高于现有双工器1、2、3、4的隔离度，并且设计的双工器的矩形系数低于其他现有双工器中的矩形系数（这里矩形系数的计算是40dB带宽与3dB带宽的比值），这说明双工器具有较高的选择性。电路尺寸也相比于其他现有双工器的尺寸都相对较小。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，其特征在于，包括：
介质基板，以及设置在介质基板表面的第一双模枝节加载谐振器、第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器；
所述第一双模枝节加载谐振器分别与第二双模枝节加载谐振器和第三双模枝节加载谐振器耦合以产生上通带和下通带，且分别在下通带的上方、上通带和下通带的中间、以及上通带的下方产生三个传输零点；
所述第一双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第一中心枝节微带线和第一旁边枝节微带线，所述第一中心枝节微带线的输入端设置输入微带线；
所述第二双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第二中心枝节微带线和第二旁边枝节微带线，所述第二旁边枝节微带线的一侧与第一旁边枝节微带线的一侧平行耦合设置，所述第二旁边枝节微带线的另一侧设置第一输出微带线；
所述第三双模枝节加载谐振器包括构成E型结构的第三中心枝节微带线和第三旁边枝节微带线，所述第三旁边枝节微带线的一侧与第一旁边枝节微带线的另一侧平行耦合设置，所述第三旁边枝节微带线的另一侧设置第二输出微带线。
2.根据权利要求1所述的一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，其特征在于，所述输入微带线采用叉指电容结构对第一中心枝节微带线进行馈电。
3.根据权利要求1所述的一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，其特征在于，所述第二中心枝节微带线采用四分之一波长谐振枝节线。
4.根据权利要求3所述的一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，其特征在于，所述第二旁边枝节微带线的长度大于第二中心枝节微带线的长度。
5.根据权利要求1所述的一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，其特征在于，所述第三中心枝节微带线采用四分之一波长谐振枝节线。
6.根据权利要求5所述的一种基于双模枝节加载谐振器的双工器，其特征在于，所述第三旁边枝节微带线的长度大于第三中心枝节微带线的长度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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