CN212517461U - 一种免调试波导双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免调试波导双工器，其特征在于：包括滤波器腔体本体，所述滤波器腔体本体内设有公共通道、低频通道和高频通道，所述低频通道和高频通道分别由若干个谐振腔滤波器级联而成，且所述低频通道和高频通道的各自电磁场场型沿中轴线平面呈对称分布；所述低频通道和高频通道的射频端口设在滤波器腔体本体的一侧，所述公共通道设在低频通道和高频通道之间，且公共通道的视频端口位于滤波器腔体本体的另一侧；所述公共通道的视频端口的底部还设有阻抗匹配台阶。本发明具有低插损、免调谐螺钉、结构紧凑、宽泛工作带宽等特点，且于与前端的天线以及后端的射频电路进行系统集成。
Description
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种结构紧凑、无需调谐螺钉的波导双工器，尤其适用于各类通信天线的系统集成。
背景技术
双工器是一种广泛应用于现代通信系统中的收发一体的三端口器件，其主要作用是将两路不同频率的无线信号分开或者合并，其结构一般包括两个带通滤波器和一个连接部件。双工器的具体实现方式有很多，如分立元器件(电感、电容、电阻等)双工器、微带双工器、同轴双工器、介质双工器、声表面波双工器，以及波导双工器等。其中，分立元器件双工器、介质双工器、声表面波双工器等具有体积小、重量轻的优势，但在微波毫米波频段，其插入损耗很大，随着工作频率的进一步上升，其损耗将难以接受。
波导双工器具有插入损耗最小、耐微波功率最高的优点，其三维结构尺寸取决于工作波长。因此，在低频段，其体积和重量相对较大，而随着工作频率的增加，尤其到微波毫米波频段，其体积和重量都大大减小。因此，近年来，随着通信系统不断提升工作频率，波导双工器受到越来越多的关注。普通的波导双工器多采用加载耦合膜片、调谐螺钉，以及耦合螺钉来实现滤波特性。例如，中国电科第五十四所在申请号为CN201810734205.0的专利中公开了一种宽带C波段圆极化四端口馈源网络，其频率双工器包括公共T形波导、低通滤波器，以及侧壁耦合E面弯波导，结构复杂，不利于集成。湖北楚航电子科技有限公司在申请号为CN201621297812.8的专利中公开了一种Ku波段高谐波抑制双工器，该双工器包括两路滤波，其中每路滤波有两个滤波器和一个匹配段组成，两个滤波器分别实现近带滤波和谐波抑制，匹配段实现两个滤波器之间的阻抗匹配，该设计结构冗长，体积和重量较大，难以系统与卫星天线进行系统集成。北京航天光华电子技术有限公式在申请号为CN201620647927.9的专利中公开了一种Ku频段紧凑型波导双工器，该双工器的高频通道滤波器采用自谐振膜片和短路支节相结合，低频通道滤波器采用的波纹波导滤波器技术。T型接头公共端有谐振窗，可降低回波损耗。该设计方案非常复杂，对加工精度要求极高，难以规模化生产，且工作带宽非常窄。河北环通微波技术研发股份有限公司在申请号为CN201320473545.5的专利中公开了一种微波天线Ku波段双工器，该双工器包括公共T形接头和两个90度拐角滤波器，低频接收端口内有介质贴片和若干滤波柱，T形接头与滤波主题通过法兰连接，结构复杂，装配耗时，也不利于集成。
总之，在微波毫米波频段，研发插入损耗低、外形紧凑，且易于与前端的天线及后端的射频电路进行集成的波导双工器是微波通信技术人员的不断追求。
实用新型内容
发明目的：为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种免调试波导双工器，降低了插入损耗，免除调谐螺钉，使其外观紧凑、简洁(平板状)，三个射频端口亦灵活可变(可设计为波导接口，也可改为同轴接口)，易于与前端的天线以及后端的射频电路进行系统集成。简洁的内外结构易于加工、便于批量化工业生产，且具有足够宽的工作带宽(中心带宽(FBW)为36％)。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：一种免调试波导双工器，包括滤波器腔体本体，所述滤波器腔体本体内设有公共通道、低频通道和高频通道，所述低频通道和高频通道分别由若干个谐振腔滤波器级联而成，且所述低频通道和高频通道的各自电磁场场型沿中轴线平面呈对称分布；所述低频通道和高频通道的射频端口设在滤波器腔体本体的一侧，所述公共通道设在低频通道和高频通道之间，且公共通道的视频端口位于滤波器腔体本体的另一侧；所述公共通道的视频端口的底部还设有阻抗匹配台阶。
作为优选方案，所述低频通道和高频通道的谐振腔滤波器采用矩形腔体滤波器，
所述低频通道由6个谐振腔滤波器级联构成，从端口1往端口2的腔体尺寸依次分别为：10.5mm×7.2mm×15mm、18.9mm×4.9mm×15mm、21.6mm×4.6mm×15mm、21.6mm×4.6mm×15mm、18.9mm×4.9mm×15mm、10.5mm×7.2mm×15mm；
所述高频通道由6个谐振腔滤波器级联构成，从端口1往端口3s的腔体尺寸依次分别为：6.3mm×3.4mm×15mm、14.1mm×4.2mm×15mm、20.3mm×5.8mm×15mm、20.3mm×5.8mm×15mm、14.1mm×4.2mm×15mm、6.3mm×3.4mm×15mm；
所述公共通道的射频端口采用矩形波导口，尺寸为15mm×5.6mm，长度为10.5mm。
作为优选方案，所述公共通道的阻抗匹配台阶和波导的宽度采用圆弧倒角。
作为优选方案，所述低频通道和高频通道的射频端口采用矩形波导接口或同轴射频接口。
作为优选方案，所述低频通道和高频通道的谐振腔滤波器采用圆柱形腔体滤波器、椭圆腔滤波器、三角形腔体滤波器，或多边形腔体滤波器。
作为优选方案，所述低频通道和高频通道的谐振腔滤波器的棱边采用倒角或圆角处理。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过级联腔体滤波器实现高性能滤波器，去除了传统双工器中繁琐的螺钉调谐模式，简化了生产、装配工艺，可极大提高生产效率、降低成本。
(2)利用腔体侧边耦合的方式实现谐振腔滤波器的级联，大大缩减了滤波器的尺寸和体积，结构非常紧凑。波导双工器可以进一步与前端天线的几何外型进行贴合赋形设计，不再简单地作为一种级联微波器件，有利于通信系统一体化设计，可进一步缩减通信系统的体积。
(3)在中轴线平面上对波导双工器进行结构拆分，场型对称分布，对电磁波传播影响最小，所拆分的两部分结构也易于加工、生产。
附图说明
图1为本发明所述免调试波导双工器的结构透视示意图；
图2为本发明所述免调试波导双工器沿中轴线平面的结构剖视图；
图3为低频电磁波在本发明所述免调试波导双工器的场图；
图4为高频电磁波在本发明所述免调试波导双工器的场图；
图5为本发明所述免调试波导双工器的三个端口的电压驻波比曲线图；
图6为本发明所述免调试波导双工器的三个端口的传输系数曲线图。
其中，公共通道1、低频通道2、高频通道3、阻抗匹配台阶4、低频谐振腔滤波器5、高品谐振腔滤波器6、公共通道射频端口7、低频通道射频端口8、高频通道射频端口9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。本发明实施例为本发明的优选实施例，不因以此限定本发明的保护范围，凡在本发明的思路和方案之上所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
下面结合实施例对本发明做详细说明：
如图1和2所示，为本发明的应用于Ku频段紧凑型波导双工器，用于平板卫星天线的馈电系统中。如图1所示，本实施例呈长方体状，公共通道1的矩形波导口在正上方，可与平板状卫星天线完全贴合，矩形波导口尺寸为15mm×5.6mm,长度为10.5mm。低频通道的端口2和高频通道的端口3分布在长方体正下方的两端，也采用了矩形波导口形式，尺寸为15mm×3.7mm。图2给出了该实施例中分剖视图。
本实施例中高、低通滤波器均采用了级联腔体滤波器技术，该种形式的滤波器结构紧凑，带内回波损耗低，带外抑制高，可以采用模式分析法进行理论计算，即确定每个腔体滤波器的散射参数，然后将所有腔体滤波器级联起来，借助全波电磁仿真软件进行优化。本实施例中低通滤波器部分由6个谐振腔级联构成，从端口1往端口2的腔体尺寸分别为：10.5mm×7.2mm×15mm、18.9mm×4.9mm×15mm、21.6mm×4.6mm×15mm、21.6mm×4.6mm×15mm、18.9mm×4.9mm×15mm、10.5mm×7.2mm×15mm。本实施例中高通滤波器部分同样由6个谐振腔级联构成，从端口1往端口3s的腔体尺寸分别为：6.3mm×3.4mm×15mm、14.1mm×4.2mm×15mm、20.3mm×5.8mm×15mm、20.3mm×5.8mm×15mm、14.1mm×4.2mm×15mm、6.3mm×3.4mm×15mm。
低频通道的工作频带为10.25GHz-13.00GHz，中心带宽约为24％，高频通道的工作频带为13.54GHz～14.90GHz，中心带宽约为10％。工作时，10.25-13.00GHz的低频信号只能通过端口1和端口2之间的通道，13.54-14.90GHz的高频信号只能通过端口3和端口1之间的通道。图3所示为波导双工器接收10.74GHz电磁波信号时的电场分布图，从图中可看出，电磁波从公共端口1进入双工器，从低频通道端口2出，由于高频通道级联腔体滤波器的滤波作用，端口3没有出射电磁场。图4所示为波导双工器发射14.3GHz电磁波信号时的电场分布图，从图中可看出，电磁波从高频端口3进入双工器，从公共端口1出，由于低频通道级联腔体滤波器的滤波作用，端口2没有耦合电磁波。因此，该三端口波导功分器具备很好地分频功能。
在公共通道射频端口1与低频滤波器和高频滤波器2连接处设计了一个阻抗匹配台阶11(如图2中所示)，其保证了公共波导端与低频滤波器通道和高频滤波器通道的阻抗匹配，图5给出了本实施例的测试结果，从电压驻波比曲线可知：在规定的频带内(10.25GHz～13.00GHz，13.54GHz～14.90GHz)回波损耗小于-15dB。
图6进一步给出了三个端口之间的传输系数曲线图。从图中可知：在规定的频带内(10.25GHz～13.00GHz，13.54GHz～14.90GHz)，波导双工器的插入损耗(S21，S31)趋近于0dB，低频通道端口2和高频通道端口3的隔离度(S32)大于60dB。
本实施例双工器的尺寸为：140mm×30mm×28mm，对于10.25GHz～14.90GHz这么宽的工作频带而言已经非常紧凑。另外，三个射频端口可以根据实际需要灵活设计，如可改为同轴接口。
应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (6)
1.一种免调试波导双工器，其特征在于：包括滤波器腔体本体，所述滤波器腔体本体内设有公共通道、低频通道和高频通道，所述低频通道和高频通道分别由若干个谐振腔滤波器级联而成，且所述低频通道和高频通道的各自电磁场场型沿中轴线平面呈对称分布；所述低频通道和高频通道的射频端口设在滤波器腔体本体的一侧，所述公共通道设在低频通道和高频通道之间，且公共通道的视频端口位于滤波器腔体本体的另一侧；所述公共通道的视频端口的底部还设有阻抗匹配台阶。
2.根据权利要求1所述免调试波导双工器，其特征在于：所述低频通道和高频通道的谐振腔滤波器采用矩形腔体滤波器，
所述低频通道由6个谐振腔滤波器级联构成，从端口1往端口2的腔体尺寸依次分别为：10.5mm×7.2mm×15mm、18.9mm×4.9mm×15mm、21.6mm×4.6mm×15mm、21.6mm×4.6mm×15mm、18.9mm×4.9mm×15mm、10.5mm×7.2mm×15mm；
所述高频通道由6个谐振腔滤波器级联构成，从端口1往端口3s的腔体尺寸依次分别为：6.3mm×3.4mm×15mm、14.1mm×4.2mm×15mm、20.3mm×5.8mm×15mm、20.3mm×5.8mm×15mm、14.1mm×4.2mm×15mm、6.3mm×3.4mm×15mm；
所述公共通道的射频端口采用矩形波导口，尺寸为15mm×5.6mm，长度为10.5mm。
3.根据权利要求1所述免调试波导双工器，其特征在于：所述公共通道的阻抗匹配台阶和波导的宽度采用圆弧倒角。
4.根据权利要求1所述免调试波导双工器，其特征在于：所述低频通道和高频通道的射频端口采用矩形波导接口或同轴射频接口。
5.根据权利要求1所述免调试波导双工器，其特征在于：所述低频通道和高频通道的谐振腔滤波器采用圆柱形腔体滤波器、椭圆腔滤波器、三角形腔体滤波器，或多边形腔体滤波器。
6.根据权利要求1所述免调试波导双工器，其特征在于：所述低频通道和高频通道的谐振腔滤波器的棱边采用倒角或圆角处理。
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