CN214125262U - 一种基于多重融合结构的双频滤波开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于多重融合结构的双频滤波开关。所述双频滤波开关包括腔体谐振器、金属板、PCB馈电结构；PCB馈电结构包括输入PCB馈电结构和输出PCB馈电结构，输入PCB馈电结构和输出PCB馈电结构均各自包括同轴探针、微带线和控制电路，通过调节控制电路，实现整个开关电路的开(ON)和关(OFF)状态的切换，且ON的状态下利用腔体谐振器的两个基膜，实现双通带的要求。本实用新型利用PCB作为馈电网络，解决传统波导馈电体积大和探针馈电不稳固的问题；滤波开关在ON的状态下利用腔体谐振的两个基膜，实现0.4dB损耗和高品质因素的双通带的要求；在OFF的状态下两个通带内均具有低于30dB的隔离。

Description

一种基于多重融合结构的双频滤波开关

技术领域

本实用新型涉及射频电路领域，更具体的，涉及一种基于多重融合结构的双频滤波开关。

背景技术

现代无线通信系统的发展趋势是高集成、高性能、低成本的，滤波器和开关是时分系统前端不可缺少的两个器件。而在传统时分系统前端，采用的是级联设计的方法，将滤波器和开关级联在一起，这种级联设计体积大成本高，而且存在互联失配，造成大的损耗。而滤波开关的设计就是将滤波器和开关融合设计，在单功能器件体积的基础上实现多功能，这种功能融合设计减小体积和成本，同时降低级联损耗，提高设计集成度，更加符合现代通信系统的设计需求。此外随着多频技术的不断发展，多频滤波开关也在不断发展。

滤波开关近些年来已经在多种技术上进行了研究设计。例如在二维结构的PCB(章秀银，薛艳梅，徐金旭，赵小兰，一种基于准集总参数的小型化滤波开关，实用新型专利，专利号：2017102707345，2017年)和多层结构的LTCC(章秀银,徐金旭,宋校曲,一种基于耦合控制的LTCC滤波开关,实用新型专利，专利号：2016106301355，2016年)中，这些平面和多层结构设计体积小设计灵活，但是损耗高。在三维立体的介质谐振器(章秀银，徐金旭，一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，实用新型专利，专利号：2016112529566，2016年)中，滤波开关也得到了实现，这种设计损耗低，但是探针馈电不灵活，而且模式单一，无法利用更多的模式去设计多频的滤波开关。而现有矩形腔体谐振器在开关的研究上采用探针(李园春，方欣，一种基于腔体谐振器的双频滤波开关，实用新型专利,专利号：201910038395.7，2019年)馈电，探针馈电不灵活，限制了滤波开关的进一步研究。

综上所述，现有的双频滤波开关的设计在实际中受到各方面技术限制。

实用新型内容

本实用新型针对现有滤波开关技术中的不足，提供一种基于多重融合结构的双频滤波开关。本实用新型的双频滤波开关基于多重融合技术，分析馈电PCB和腔体谐振器中的多个谐振模式的电磁场关系，通过控制微带和模式之间的耦合量大小，实现了双频的滤波开关要求。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于多重融合结构的双频滤波开关，包括腔体谐振器、金属板、PCB馈电结构；

所述腔体谐振器被金属板从中部分割为第一腔体谐振器和第二腔体谐振器；所述金属板四周与所述腔体谐振器内壁相连；所述PCB馈电结构包括输入PCB馈电结构和输出PCB馈电结构，输入PCB馈电结构和输出PCB馈电结构均各自包括同轴探针、微带线和控制电路，其中微带线的两端为开路，且微带线在中部偏离中心位置处插入控制电路，通过调节控制电路，实现整个开关电路的开(ON)和关(OFF)状态的切换，且ON的状态下利用所述腔体谐振器的两个基膜，实现双通带的要求。

进一步地，所述输入PCB馈电结构与第一腔体谐振器直接连接，第一腔体谐振器的金属壁直接作为输入PCB馈电结构的金属地；所述输入PCB馈电结构包括输入同轴探针、输入微带线和输入控制电路；输入同轴探针垂直于输入微带线，且输入同轴探针一端连接第一腔体谐振器与金属板相对的金属壁，另一端连接输入微带线的中部；输入微带线两端开路，与水平负方向成夹角倾斜，并且在中部偏离中心位置处插入输入控制电路，输入微带线被分成了连接输入同轴探针和不连接输入同轴探针两个部分。

进一步地，所述输出PCB馈电结构与第二腔体谐振器直接连接，第二腔体谐振器的金属壁直接作为输出PCB馈电结构的金属地；所述输出PCB馈电结构包括输出同轴探针、输出微带线和输出控制电路；输出同轴探针垂直于输出PCB微带线，且输出同轴探针一端连接第二腔体谐振器与金属板相对的金属壁，另一端连接输出微带线的中部；输出微带线两端开路，与水平正方向成夹角倾斜，并且在中部偏离中心位置处插入输出控制电路，输出微带线被分成了连接输出同轴探针和不连接输出同轴探针两个部分。

进一步地，输入控制电路和输出控制电路均包括电容(C)、二极管(PIN)以及两个电感(L)；

输入控制电路中，第一电容一端与连接输入同轴探针的部分输入微带连接，另一端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极与不连接输入同轴探针的部分输入微带连接，第一二极管(PIN)的两端还并联了两个电感，两个电感的另一端与直流电源相连；当第一二极管反偏时，输入控制电路中的滤波开关处于ON状态，腔体谐振器的两个基模TE₁₀₁和TE₀₁₁能被激励；

输出控制电路中，第二电容一端与连接输出同轴探针的部分输出微带连接，另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极与不连接输出同轴探针的部分输出微带连接，第二二极管(PIN)的两端还并联了两个电感，两个电感的另一端与直流电源相连；当第二二极管反偏时，输出控制电路中的滤波开关处于ON状态，腔体谐振器的两个基模TE₁₀₁和TE₀₁₁能被接收。

进一步地，所述金属板包括四根槽线和一块金属隔板；其中，四根槽线分为第一水平槽线、第二水平槽线、第一垂直槽线和第二垂直槽线，水平槽线和垂直槽线分别对称分布在金属隔板的中心；腔体谐振器的TE₁₀₁和TE₀₁₁两个模式能通过四根槽线，从第一腔体谐振器被耦合到第二腔体谐振器，并且实现两个模式的独立调控。

进一步地，输入PCB馈电结构和输出PCB馈电结构的介质基板的型号为5880。

进一步地，所述腔体谐振器和金属板的材质均为镀银铝基板。

进一步地，输入控制电路和输出控制电路的二极管的型号为SMP1302-085LFF。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

本实用新型将二维的PCB与三维腔体谐振器进行结构融合，同时将滤波器和开关的两种功能融合，因此本实用新型实现了结构和功能的双重融合。结构的融合使得本实用新型同时拥有了PCB馈电小体积、低成本、设计灵活和腔体谐振器高Q值多模式的优势，功能的融合减小了本实用新型器件的体积，同时避免了器件级联带来的损耗，提升了工作效率。

本实用新型利用了腔体谐振器中TE₁₀₁和TE₀₁₁两个模式来实现开关和滤波的设计，结合模式和微带的电磁场分布，可以激励或者抑制两个基膜，从而实现本实用新型中ON和OFF的设计，另外输入和输出微带线正交分布，确保了两个模式分配在两个频带内，实现双频的设计。

本实用新型的双频滤波开关处于ON状态时，二极管反偏，二极管的损耗对于ON状态的滤波性能没有影响，保证了ON状态时低损耗的滤波通带。

本实用新型通过调节金属板上的四根槽线的位置和尺寸，可以实现对两个通带耦合的独立控制，从而实现耦合独立可调的双频滤波通带。

附图说明

图1是实例中基于多重融合结构的双频滤波开关的整体结构示意图。

图2是实例中基于多重融合结构的双频滤波开关的整体尺寸示意图。

图3是实例中基于多重融合结构的双频滤波开关的左视图。

图4是实例中基于多重融合结构的双频滤波开关实施例仿真和测试的ON和OFF两个状态的S参数的对比图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本实用新型的具体实施作进一步说明，但本实用新型的实施不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之部件或符号，均是本领域技术人员可以根据本申请和现有技术理解或实现的，例如图2中关于尺寸的举例，相应的符号代表的尺寸含义是可以根据实施例其他图中得出的。

一种基于多重融合结构的双频滤波开关，如图1所示，包括腔体谐振器2、金属板3、PCB馈电结构；

所述腔体谐振器2被金属板3从中部分割为第一腔体谐振器21和第二腔体谐振器22；所述金属板3四周与所述腔体谐振器2内壁相连；所述PCB馈电结构包括输入PCB馈电结构1和输出PCB馈电结构4，输入PCB馈电结构1和输出PCB馈电结构4均各自包括同轴探针、微带线和控制电路，其中微带线的两端为开路，且微带线在中部偏离中心位置处插入控制电路，通过调节控制电路，实现整个开关电路的开(ON)和关(OFF)状态的切换，且ON的状态下利用所述腔体谐振器2的两个基膜，实现双通带的要求。

如图1所示，所述输入PCB馈电结构1与第一腔体谐振器21直接连接，第一腔体谐振器21的金属壁直接作为输入PCB馈电结构1的金属地；所述输入PCB馈电结构1包括输入同轴探针11、输入微带线12和输入控制电路13；输入同轴探针11垂直于输入微带线12，且输入同轴探针11一端连接第一腔体谐振器21与金属板3相对的金属壁，另一端连接输入微带线12的中部；输入微带线12两端开路，与水平负方向成夹角倾斜，并且在中部偏离中心位置处插入输入控制电路13，输入微带线12被分成了连接输入同轴探针11和不连接输入同轴探针11两个部分。

如图1所示，所述输出PCB馈电结构4与第二腔体谐振器22直接连接，第二腔体谐振器22的金属壁直接作为输出PCB馈电结构4的金属地；所述输出PCB馈电结构4包括输出同轴探针41、输出微带线42和输出控制电路43；输出同轴探针41垂直于输出PCB微带线4，且输出同轴探针41一端连接第二腔体谐振器22与金属板3相对的金属壁，另一端连接输出微带线42的中部；输出微带线42两端开路，与水平正方向成夹角倾斜，并且在中部偏离中心位置处插入输出控制电路43，输出微带线42被分成了连接输出同轴探针41和不连接输出同轴探针41两个部分。

如图1所示，输入控制电路13和输出控制电路43均包括电容(C)、二极管(PIN)以及两个电感(L)；

输入控制电路13中，第一电容一端与连接输入同轴探针11的部分输入微带12连接，另一端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极与不连接输入同轴探针11的部分输入微带12连接，第一二极管(PIN)的两端还并联了两个电感，两个电感的另一端与直流电源相连；当第一二极管反偏时，输入控制电路13中的滤波开关处于ON状态，腔体谐振器2的两个基模TE₁₀₁和TE₀₁₁能被激励；

输出控制电路43中，第二电容一端与连接输出同轴探针41的部分输出微带42连接，另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极与不连接输出同轴探针41的部分输出微带42连接，第二二极管(PIN)的两端还并联了两个电感，两个电感的另一端与直流电源相连；当第二二极管反偏时，输出控制电路43中的滤波开关处于ON状态，腔体谐振器2的两个基模TE₁₀₁和TE₀₁₁能被接收。

如图1所示，所述金属板3包括四根槽线和一块金属隔板35；其中，四根槽线分为第一水平槽线31、第二水平槽线33、第一垂直槽线32和第二垂直槽线34，水平槽线和垂直槽线分别对称分布在金属隔板35的中心；腔体谐振器2的TE₁₀₁和TE₀₁₁两个模式能通过四根槽线，从第一腔体谐振器21被耦合到第二腔体谐振器22，并且实现两个模式的独立调控。

本实施例中，通带中心频率由腔体谐振器的尺寸决定，两个通带的耦合由微带线和槽线的尺寸决定，通过调节上述所指出的腔体谐振器的尺寸，微带和槽线的长宽，本实施例获得了所需的双频滤波特性，通过控制二极管的导通和截至状态，本实施例获得了所需的ON和OFF的开关特性。

本实施例中，如图2～图4所示，腔体谐振器的长L1为58.5mm，微带线的长L2为45mm，垂直槽线的长L3为22mm，水平槽线的长L4为22.3mm，腔体的宽W1为63mm，微带线的宽W2为3mm，垂直槽线的宽W3为4mm，水平槽线的宽W4为3.4mm，腔体谐振器的高和金属板的厚度的总长H1为148.4mm，微带倾斜角θ为48°，同轴探针半径R为0.65mm，腔体谐振器的厚度D为4mm，金属板的厚度G为1.5mm，控制电路电容值C为2.4pF，控制电路电感值L为22nH；

本实施例中，所述腔体谐振器2和中间金属板3的材质均为镀银铝基板，所述输入端电路PCB1和所述输出端电路PCB4的介质基板的介电常数为2.2，介质损耗角为0.0009,介质厚度为0.787mm。输入控制电路13和输出控制电路43中的二极管的型号均为SMP 1302-085LFF。

测试结果和仿真结果的对比如图4所示，图中包含六条曲线，分别是仿真ON状态时通带响应S11和S21，仿真OFF状态时的隔离S21，测试ON状态时通带响应S11和S21，测试OFF状态时的隔离S21。从测试结果可以看出，当该双频滤波开关在ON状态下，两个通带工作于3.39G和3.586G，第一通带拥有约为1.24％的3dB相对带宽，最小插入损耗为0.4dB，通带内回波损耗约为17.5dB，第二通带拥有约为1.23％的3dB相对带宽，最小插入损耗为0.4dB，通带内回波损耗约为17.5dB，三个零点分布在通带的两侧，分别为3.138GHz,3.495GHz和3.79GHz，使得通带的选择性变得更好；当该双频滤波开关在OFF状态下，隔离S21的值分别为30.6dB和36dB。

显然，本实用新型的上述实施例仅是为了清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，包括腔体谐振器(2)、金属板(3)、PCB馈电结构；

所述腔体谐振器(2)被金属板(3)从中部分割为第一腔体谐振器(21)和第二腔体谐振器(22)；所述金属板(3)四周与所述腔体谐振器(2)内壁相连；所述PCB馈电结构包括输入PCB馈电结构(1)和输出PCB馈电结构(4)，输入PCB馈电结构(1)和输出PCB馈电结构(4)均各自包括同轴探针、微带线和控制电路，其中微带线的两端为开路，且微带线在中部偏离中心位置处插入控制电路，通过调节控制电路，实现整个开关电路的开ON和关OFF状态的切换，且ON的状态下利用所述腔体谐振器(2)的两个基膜，实现双通带的要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，所述输入PCB馈电结构(1)与第一腔体谐振器(21)直接连接，第一腔体谐振器(21)的金属壁直接作为输入PCB馈电结构(1)的金属地；所述输入PCB馈电结构(1)包括输入同轴探针(11)、输入微带线(12)和输入控制电路(13)；输入同轴探针(11)垂直于输入微带线(12)，且输入同轴探针(11)一端连接第一腔体谐振器(21)与金属板(3)相对的金属壁，另一端连接输入微带线(12)的中部；输入微带线(12)两端开路，与水平负方向成夹角倾斜，并且在中部偏离中心位置处插入输入控制电路(13)，输入微带线(12)被分成了连接输入同轴探针(11)和不连接输入同轴探针(11)两个部分。

3.根据权利要求2所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，所述输出PCB馈电结构(4)与第二腔体谐振器(22)直接连接，第二腔体谐振器(22)的金属壁直接作为输出PCB馈电结构(4)的金属地；所述输出PCB馈电结构(4)包括输出同轴探针(41)、输出微带线(42)和输出控制电路(43)；输出同轴探针(41)垂直于输出PCB馈电结构(4)，且输出同轴探针(41)一端连接第二腔体谐振器(22)与金属板(3)相对的金属壁，另一端连接输出微带线(42)的中部；输出微带线(42)两端开路，与水平正方向成夹角倾斜，并且在中部偏离中心位置处插入输出控制电路(43)，输出微带线(42)被分成了连接输出同轴探针(41)和不连接输出同轴探针(41)两个部分。

4.根据权利要求3所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，输入控制电路(13)和输出控制电路(43)均包括电容、二极管以及两个电感；

输入控制电路(13)中，第一电容一端与连接输入同轴探针(11)的部分输入微带(12)连接，另一端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极与不连接输入同轴探针(11)的部分输入微带(12)连接，第一二极管的两端还并联了两个电感，两个电感的另一端与直流电源相连；当第一二极管反偏时，输入控制电路(13)中的滤波开关处于ON状态，腔体谐振器(2)的两个基模TE₁₀₁和TE₀₁₁能被激励；

输出控制电路(43)中，第二电容一端与连接输出同轴探针(41)的部分输出微带(42)连接，另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极与不连接输出同轴探针(41)的部分输出微带(42)连接，第二二极管的两端还并联了两个电感，两个电感的另一端与直流电源相连；当第二二极管反偏时，输出控制电路(43)中的滤波开关处于ON状态，腔体谐振器(2)的两个基模TE₁₀₁和TE₀₁₁能被接收。

5.根据权利要求1所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，所述金属板(3)包括四根槽线和一块金属隔板(35)；其中，四根槽线分为第一水平槽线(31)、第二水平槽线(33)、第一垂直槽线(32)和第二垂直槽线(34)，水平槽线和垂直槽线分别对称分布在金属隔板(35)的中心；腔体谐振器(2)的TE₁₀₁和TE₀₁₁两个模式能通过四根槽线，从第一腔体谐振器(21)被耦合到第二腔体谐振器(22)，并且实现两个模式的独立调控。

6.根据权利要求1所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，输入PCB馈电结构(1)和输出PCB馈电结构(4)的介质基板的型号为5880。

7.根据权利要求1所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，所述腔体谐振器(2)和金属板(3)的材质均为镀银铝基板。

8.根据权利要求4所述的一种基于多重融合结构的双频滤波开关，其特征在于，输入控制电路(13)和输出控制电路(43)的二极管的型号为SMP 1302-085LFF。

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