CN204947040U

CN204947040U - 一种具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器

Info

Publication number: CN204947040U
Application number: CN201520662507.3U
Authority: CN
Inventors: 章秀银; 郭庆毅; 薛狄; 赵小兰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2025-08-27

Abstract

本实用新型公开一种具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，包括上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属板。上层微带结构由输入馈电线部分、两个滤波器部分和输出馈电线部分组成。从输入馈电线部分输入的信号分别经由两个滤波器选出两个不同且相距很近频率的信号，再分别从各自的输出馈电线部分输出。馈电线部分和滤波器中的谐振器之间各自的选择性耦合使得两个滤波器在工作时实现宽阻带，且两个相距很近的通带在各自的输出端保持高隔离特性。本实用新型具有滤波选择性高，阻带带宽很宽，尺寸小，平面易于实现的特点。

Description

一种具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器

技术领域

本实用新型涉及双工器是射频系统，具体涉及一种具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器。

背景技术

双工器是射频系统中的一种基本无源器件，实际上是两个实现良好隔离的滤波器，实现不同频率的滤波。一个输入端口输入的信号经过双工器，在两个输出端口分别输出两路不同频率的输出信号，两路输出信号要求保持滤波器的良好传输特性，不同于滤波器的进一步要求是两路不同频率的输出信号要实现良好的隔离，互相不会串扰。在综合双频的射频系统中，它普遍被应用且它的性能好坏直接影响两路信号是否正常工作。

在近几年的研究中，国内外学者致力于克服的难点之一是如何在一个双工器两个支路工作频带很近的滤波器输出端口之间实现良好的隔离。其中一种实现方法就是提高两个通带的滤波选择性，使得两路信号之间没有交叉的频率分量，从而提高两个输出端口的隔离特性。所以，为了提高选择性，双工器的实现一般采用三维结构电路，例如采用腔体来设计两路滤波器，或者采用介质谐振器来实现。但这大大增加了电路的制作成本，也不利于平面电路的集成，尺寸也比较大。而且这些电路的滤波特性没有考虑到对谐波的抑制，频率分量在很宽频率范围内并不纯净。为了改善上述缺点，在已经成熟并廉价的PCB制作技术基础上，本实用新型提出一种宽阻带的高选择性的平面双工器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于实现低成本易于制作的基础上，提出一种狂阻带高隔离特性的小型化双工器。本实用新型中。双工器可在平面微带上实现，有效利用馈电线和谐振器之间的选择性耦合，实现宽阻带滤波特性。同时因整体微带线设计紧凑，所提出的结构觉有较小的尺寸，更便于电路的集成。

为实现本实用新型目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，包括上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属板；上层微带结构由输入馈电线部分、输出馈电线部分和左右布置的两个滤波器部分组成；输入馈电线部分从输入端口输入的信号分别耦合到左右两个不同工作频率的所述滤波器中，再由两个不同工作频率的所述滤波器相应地耦合到输出馈电线部分的第一输出端口和第二输出端口进行输出；两个所述滤波器中，左边的高频工作频率滤波器的谐振器与馈电线部分之间进行耦合，使得左边高频工作频率滤波器的三次谐波得到深度抑制，实现一个宽阻带的滤波性能；右边的低频工作频率滤波器的谐振器与馈电线部分进行选择性耦合，滤波器的三次和五次谐波都得到抑制，实现了超宽阻带；两个滤波器相距很近的通带有滤波滚降特性，两个输出端口之间得到隔离。

进一步地，输入馈电线部分是由输入端口连接一段微带线组成，该段微带线是由第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线和第十二微带线连接组成的微带线；左侧高频工作频率滤波器部分是两个高频四分之一波长短路谐振器相互耦合构成的，其中一个谐振器是由第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线、第十六微带线、第十七微带线、第十八微带线和第十九微带线连接组成的短路微带线，第十九微带线通过一个金属化过孔穿过中间层介质板与下层金属板相接，另一个谐振器是由第二十微带线、第二十一微带线、第二十二微带线、第二十三微带线、第二十四微带线、第二十五微带线、第二十六微带线、第二十七微带线和第二十八微带线连接组成的短路微带线，第二十微带线通过一个金属化过孔穿过中间层介质板与下层金属板相接；右侧低频工作频率滤波器部分也是两个低频四分之一波长短路谐振器相互耦合构成的，其中一个谐振器是由第二十九微带线、第三十微带线、第三十一微带线、第三十二微带线、第三十三微带线和第三十四微带线连接组成的短路微带线，第三十四微带线通过一个金属化过孔穿过中间层介质板与下层金属板相接，另一个谐振器是由第三十五微带线、第三十六微带线、第三十七微带线、第三十八微带线、第三十九微带线和第四十微带线连接组成的短路微带线，第三十五微带线通过一个金属化过孔穿过中间层介质板与下层金属板相接；左侧输出馈电线部分是由第一输出端口连接一段微带线组成，该段微带线是由第三十五微带线、第三十六微带线和第三十七微带线连接组成的微带线；右侧输出馈电线部分是由第二输出端口连接一段微带线组成，该段微带线是由第四十一微带线、第四十二微带线、第四十三微带线和第四十四微带线和第四十五微带线连接组成的微带线。

进一步地，左侧高频工作频率滤波器两个高频四分之一波长谐振器的总长度分别等效于高频工作频率f _H所对应波长λ _H的四分之一；右侧低频工作频率滤波器两个低频四分之一波长谐振器的总长度分别等效于低频工作频率f _L所对应波长λ _L的四分之一。

进一步地，馈电线部分与滤波器耦合时，其耦合强度等效于各自电压分布的乘积在耦合区域的积分；左侧滤波器的高频工作频率的三次谐波的耦合强度为零，使得高频工作频率三次谐波的传输得到抑制；右侧滤波器的低频工作频率的三次谐波和五次谐波的耦合强度为零，使得低频工作频率三次谐波和五次谐波的传输得到抑制；从而实现该双工器的宽阻带特性。

进一步地，左侧高频工作频率滤波器的第二十七微带线（44）和第二十八微带线（45）可实现源负载耦合，产生高频通带右侧的传输零点，使得选择性进一步提高。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点和技术效果：

（1）两路滤波电路分别在各自通带意外实现了很宽的阻带频率范围。

（2）双工器的两路通带具有较好的滚降特性，使得两个输出端口的信号串扰很小，隔离度较高。

（3）采用平面微带结构，利用四分之一个波长微带线作为谐振器，并通过平面折叠实现了小型化电路特性，易于平面电路集成。

附图说明

图1是具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器的结构图；

图2是具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器的示意图；

图3是具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器传输特性曲线图；

图4是具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器隔离特性曲线图。

具体实施方案

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下例表述的范围。

如图1所示，具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器包括上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属板。上层微带结构由输入馈电线部分、两个滤波器部分和输出馈电线部分组成。从输入馈电线部分从I/P1输入的信号分别耦合到左右两个不同工作频率的滤波器中，再分别耦合到输出馈电线由O/P2和O/P3输出。

如图1所示，输入馈电线部分是由输入端口I/P1连接一段微带线组成，该段微带线是由第一微带线1、第二微带线2、第三微带线27、第四微带线28、第五微带线29、第六微带线3、第七微带线4、第八微带线5、第九微带线6、第十微带线7、第十一微带线8和第十二微带线9连接组成的微带线；左侧高频工作频率滤波器部分是两个高频四分之一波长短路谐振器相互耦合构成的，其中一个谐振器是由第十三微带线30、第十四微带线31、第十五微带线32、第十六微带线33、第十七微带线34、第十八微带线35和第十九微带线36连接组成的短路微带线，第十九微带线36通过一个金属化过孔51穿过中间层介质板与下层金属板相接，另一个谐振器是由第二十微带线37、第二十一微带线38、第二十二微带线39、第二十三微带线40、第二十四微带线41、第二十五微带线42、第二十六微带线43、第二十七微带线44和第二十八微带线45连接组成的短路微带线，第二十微带线37通过一个金属化过孔52穿过中间层介质板与下层金属板相接；右侧低频工作频率滤波器部分也是两个低频四分之一波长短路谐振器相互耦合构成的，其中一个谐振器是由第二十九微带线10、第三十微带线11、第三十一微带线12、第三十二微带线13、第三十三微带线14和第三十四微带线15连接组成的短路微带线，第三十四微带线15通过一个金属化过孔50穿过中间层介质板与下层金属板相接，另一个谐振器是由第三十五微带线16、第三十六微带线17、第三十七微带线18、第三十八微带线19、第三十九微带线20和第四十微带线21连接组成的短路微带线，第三十五微带线16通过一个金属化过孔49穿过中间层介质板与下层金属板相接；左侧输出馈电线部分是由第一输出端口O/P2连接一段微带线组成，该段微带线是由第三十五微带线45、第三十六微带线46和第三十七微带线47连接组成的微带线；右侧输出馈电线部分是由第二输出端口O/P3连接一段微带线组成，该段微带线是由第四十一微带线22、第四十二微带线23、第四十三微带线24和第四十四微带线25和第四十五微带线26连接组成的微带线；左侧高频工作频率滤波器两个高频四分之一波长谐振器的总长度分别等效于高频工作频率f _H所对应波长λ _H的四分之一；右侧低频工作频率滤波器两个低频四分之一波长谐振器的总长度分别等效于低频工作频率f _L所对应波长λ _L的四分之一；

如图2具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器示意图所示，各微带线尺寸参数如下：L ₁=7.4±0.05mm,L ₂=2.3±0.05mm,L ₃=3.0±0.05mm,L ₄=2.0±0.05mm,L ₅=0.5±0.05mm,L ₆=7.5±0.05mm,L ₇=8.0±0.05mm,L ₈=6.0±0.05mm,L ₉=1.7±0.05mm,L ₁₀=4.2±0.05mm,L ₁₁=4.8±0.05mm,L ₁₂=6.3±0.05mm,L ₁₃=1.8±0.05mm,L ₁₄=13.8±0.05mm,L ₁₅=11.0±0.05mm,L ₁₆=3.2±0.05mm,W ₁=0.5±0.02mm,W ₂=0.5±0.02mm,W ₃=0.3±0.02mm,W ₄=0.5±0.02mm,W ₅=0.7±0.02mm,g ₁=0.1±0.01mm,g ₂=0.1±0.01mm,g ₃=0.4±0.01mm,g ₄=0.4±0.01mm。

每一个输入输出端口的阻抗可以通过改变谐振器之间的耦合强度和端口位置进行调节以达到匹配。如图1的一个输入端口I/P1和两输出端口O/P2和O/P3的输入阻抗均为50欧姆，图3和图4分别包含本双工器各个输入输出端口的自身以及相互幅度仿真响应。

实施例

具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器的结构图如图1所示，有关尺寸规格如图2所示。介质基板的厚度为0.81mm，相对介电常数为3.38。

图3是按照上述参数设计出来的一个具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器的低频通带的仿真传输特性曲线图；传输特性曲线途中的横轴表示频率，纵轴表示传输特性，其中S₁₁表示第一输入端口I/P1的回波损耗，S₂₁表示端口I/P1到端口O/P2的插入损耗，S₃₁表示端口I/P1到端口O/P3的插入损耗；由仿真结果可见，低频通带中心频率在1.8GHz,在中心频点的插入损耗为-0.84dB，最低回波损耗为-27dB,通带两边各有一个传输零点，有效改善滤波功能的滚降特性。高频通带中心频率在2.45GHz,在中心频点的插入损耗为-1.08dB，最低回波损耗为-25dB,通带两边各有一个传输零点。图4是按照上述参数设计出来的具有宽阻带的小型化双工器两个输出端口之间的隔离特性曲线图，S₃₂表示第一输出端口O/P2与第二输出端口O/P3的隔离系数，可见不但两个工作频带及其之间的频带，而且低频工作频率五次谐波的频带的隔离系数都在-30dB以下，体现了远超过工作频带的宽阻带性能。

实施例的仿真结果表明本实用新型器件，不但可以实现双工分别传输两路频率信号的功能，而且两个输出端口之间的隔离性能良好并有远超过工作频带的宽阻带特性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，其特征在于：包括上层微带结构，中间层介质基板和下层接地金属板；上层微带结构由输入馈电线部分、输出馈电线部分和左右布置的两个滤波器部分组成；输入馈电线部分从输入端口（I/P1）输入的信号分别耦合到左右两个不同工作频率的所述滤波器中，再由两个不同工作频率的所述滤波器相应地耦合到输出馈电线部分的第一输出端口（O/P2）和第二输出端口（O/P3）进行输出；两个所述滤波器中，左边的高频工作频率滤波器的谐振器与馈电线部分之间进行耦合，使得左边高频工作频率滤波器的三次谐波得到深度抑制，实现一个宽阻带的滤波性能；右边的低频工作频率滤波器的谐振器与馈电线部分进行选择性耦合，滤波器的三次和五次谐波都得到抑制，实现了超宽阻带；两个滤波器相距很近的通带有滤波滚降特性，两个输出端口之间得到隔离。

2.根据权利要求1所述具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，其特征在于输入馈电线部分是由输入端口（I/P1）连接一段微带线组成，该段微带线是由第一微带线（1）、第二微带线（2）、第三微带线（27）、第四微带线（28）、第五微带线（29）、第六微带线（3）、第七微带线（4）、第八微带线（5）、第九微带线（6）、第十微带线（7）、第十一微带线（8）和第十二微带线（9）连接组成的微带线；左侧高频工作频率滤波器部分是两个高频四分之一波长短路谐振器相互耦合构成的，其中一个谐振器是由第十三微带线（30）、第十四微带线（31）、第十五微带线（32）、第十六微带线（33）、第十七微带线（34）、第十八微带线（35）和第十九微带线（36）连接组成的短路微带线，第十九微带线（36）通过一个金属化过孔（51）穿过中间层介质板与下层金属板相接，另一个谐振器是由第二十微带线（37）、第二十一微带线（38）、第二十二微带线（39）、第二十三微带线（40）、第二十四微带线（41）、第二十五微带线（42）、第二十六微带线（43）、第二十七微带线（44）和第二十八微带线（45）连接组成的短路微带线，第二十微带线（37）通过一个金属化过孔（52）穿过中间层介质板与下层金属板相接；右侧低频工作频率滤波器部分也是两个低频四分之一波长短路谐振器相互耦合构成的，其中一个谐振器是由第二十九微带线（10）、第三十微带线（11）、第三十一微带线（12）、第三十二微带线（13）、第三十三微带线（14）和第三十四微带线（15）连接组成的短路微带线，第三十四微带线（15）通过一个金属化过孔（50）穿过中间层介质板与下层金属板相接，另一个谐振器是由第三十五微带线（16）、第三十六微带线（17）、第三十七微带线（18）、第三十八微带线（19）、第三十九微带线（20）和第四十微带线（21）连接组成的短路微带线，第三十五微带线（16）通过一个金属化过孔（49）穿过中间层介质板与下层金属板相接；左侧输出馈电线部分是由第一输出端口（O/P2）连接一段微带线组成，该段微带线是由第三十五微带线（45）、第三十六微带线（46）和第三十七微带线（47）连接组成的微带线；右侧输出馈电线部分是由第二输出端口（O/P3）连接一段微带线组成，该段微带线是由第四十一微带线（22）、第四十二微带线（23）、第四十三微带线（24）和第四十四微带线（25）和第四十五微带线（26）连接组成的微带线。

3.根据权利要求1所述具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，其特征在于左侧高频工作频率滤波器两个高频四分之一波长谐振器的总长度分别等效于高频工作频率f _H所对应波长λ _H的四分之一；右侧低频工作频率滤波器两个低频四分之一波长谐振器的总长度分别等效于低频工作频率f _L所对应波长λ _L的四分之一。

4.根据权利要求1所述具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，其特征在于馈电线部分与滤波器耦合时，其耦合强度等效于各自电压分布的乘积在耦合区域的积分；左侧滤波器的高频工作频率的三次谐波的耦合强度为零，使得高频工作频率三次谐波的传输得到抑制；右侧滤波器的低频工作频率的三次谐波和五次谐波的耦合强度为零，使得低频工作频率三次谐波和五次谐波的传输得到抑制；从而实现该双工器的宽阻带特性。

5.根据权利要求2所述具有宽阻带高隔离特性的小型化双工器，其特征在于左侧高频工作频率滤波器的第二十七微带线（44）和第二十八微带线（45）可实现源负载耦合，产生高频通带右侧的传输零点。