CN216251061U - 一种四频双工器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四频双工器，其包括介质基板、设在介质基板下表面的金属接地板、以及设在介质基板上表面的四个枝节加载阶梯阻抗谐振器、公共馈线和两条输出馈线；所述四个枝节加载阶梯阻抗谐振器相向设置组成两个双频滤波器，公共馈线和两条输出馈线与两个双频滤波器抽头直接馈入，采用以上技术方案的四频双工器具有高隔离性、高选择性，设计简单有弹性的优点。

Description

一种四频双工器

技术领域

本实用新型涉及电子器件技术领域，特别涉及微带四频双工器，可用于无线通信系统射频前端。

背景技术

随着移动通信、卫星通信和雷达、遥感技术的迅猛发展，无线频谱日益拥挤，同时满足多信道实时双向通信的需求，往往需要在射频设备前端设计多通道的波道合成和分离器件，因此对通信系统中的射频微波收发器提出了越来越高的要求。微带双工器作为双通道的选频器件，可以使收发系统同时共用一个天线，从而减小系统的复杂度与收发信号的串扰，微带双工器具有尺寸小、重量轻、成本低、易加工的优点，在微波电路中得以广泛应用。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具有高隔离性、高选择性，设计简单有弹性，且具有四个通带，工作在所需要的频带的四频双工器。

本实用新型的一种四频双工器，采用以下技术方案：其包括介质基板、金属接地板、四个枝节加载阶梯阻抗谐振器、公共馈线和两条输出馈线；

所述金属接地板设在介质基板下表面；

所述公共馈线为T型接头，设在所述介质基板的上表面，所述T型接头包括主馈线和分支馈线，所述主馈线垂直于分支馈线，所述主馈线与天线连接；

所述两条输出馈线设在所述介质基板的上表面；

所述四个枝节加载阶梯阻抗谐振器为两个第一枝节加载阶梯阻抗谐振器和两个第二枝节加载阶梯阻抗谐振器，其均包括阶梯阻抗谐振器、开路枝节和末端枝节，所述阶梯阻抗谐振器呈“U”型，所述开路枝节耦合在阶梯阻抗谐振器的开口处的中部，所述末端枝节分别相向耦合在阶梯阻抗谐振器的两端，并垂直开路枝节；

所述两个第一枝节加载阶梯阻抗谐振器的开口处相向电耦合形成第一双频滤波器，所述两个第二枝节加载阶梯阻抗谐振器同样开口处相向电耦合形成第二双频滤波器，所述分支馈线两端分别通过抽头直接馈入所述第一个双频滤波器和第二个双频滤波器一端，所述两条输出馈线分别通过抽头直接馈入所述第一双频滤波器和第二双频滤波器另一端。

进一步，所述介质基板选自玻璃纤维板、玻璃基板、陶瓷基板或半导体基板之一。

进一步，所述介质基板的介电常数为2.2，基板厚度为0.787mm，损失正切常数为0.0009的覆铜板，所述金属接地板为介质基板的覆铜面。

进一步，所述分支馈线包括连接第一个双频滤波器的第一分支馈线和连接第二个双频滤波器的第二分支馈线，所述第一分支馈线的长度大于所述第二分支馈线。

进一步，所述阶梯阻抗谐振器的阻抗大于所述开路枝节的阻抗。

进一步，所述开路枝节的长度小于所述阶梯阻抗谐振器的长度的四分之一。

进一步，两个所述第一枝节加载阶梯阻抗谐振器的电耦合间距为0.2mm，其阶梯阻抗谐振器的长度为29.52mm，线宽为1.6mm；开路枝节的长度为3.3mm，线宽为1.6mm；末端枝节的长度为3.9mm，线宽为0.36mm。

进一步，两个所述第二枝节加载阶梯阻抗谐振器的电耦合间距为0.2mm，其阶梯阻抗谐振器的长度为38.9mm，线宽为1.8mm；开路枝节的长度为3.5mm，线宽为1.8mm；末端枝节的长度为4.7mm，线宽为0.45mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：采用了0度馈入，使得双频滤波器都产生了传输零点，提高了滤波器的选择性；同时在设计过程中通过分支阻抗匹配法实现了很好的阻抗匹配，使得双工器在应用过程中，两个双频滤波器隔离性很好，第一个双频滤波器可以应用于4G通信系统的2.6GHz和5G通信系统的4.8GHz；第二个双频滤波器可以应用于5G通信系统的3.48GHz和卫星通信系统的6.1GHz。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，在附图中：

图1为本实用新型的立体结构图；

图2为图1的俯视图；

图3为本实用新型的第一个双频滤波器仿真效果图；

图4为本实用新型的第二个双频滤波器仿真效果图；

图5为本实用新型的分支馈线抽头直接馈入匹配负载第一个双频滤波器的模拟频率响应图；

图6为本实用新型的分支馈线抽头直接馈入匹配负载第二个双频滤波器的模拟频率响应图；

图7为本实用新型的模拟和实测的比较图；

图8为本实用新型的模拟和实测的S₂₃比较图。

具体实施方式

参见图1和图2所示，实施例的一种四频双工器，其包括介质基板1、金属接地板2、四个枝节加载阶梯阻抗谐振器、公共馈线和两条输出馈线6；

所述介质基板1选自玻璃纤维板、玻璃基板、陶瓷基板或半导体基板之一。较佳地，所述介质基板1为介电常数为2.2，基板厚度为0.787mm，损失正切常数为0.0009的覆铜板，所述金属接地板2的介质基板1的覆铜面。

所述四个枝节加载阶梯阻抗谐振器为两个第一枝节加载阶梯阻抗谐振器3和两个第二枝节加载阶梯阻抗谐振器4，其均包括阶梯阻抗谐振器31、41开路枝节32、42和末端枝节33、43，所述阶梯阻抗谐振器31、41呈“U”型，所述开路枝节32、42耦合在阶梯阻抗谐振器31、41的开口处的中部，所述末端枝节33、43分别相向耦合在阶梯阻抗谐振器31、41的两端，并垂直开路枝节32、42；

所述阶梯阻抗谐振器31、41的阻抗大于所述开路枝节32、42的阻抗，所述开路枝节32、42的长度小于所述阶梯阻抗谐振器31、41的长度的四分之一。

较佳地，所述第一枝节加载阶梯阻抗谐振器3的阶梯阻抗谐振器31的一半长度L1为14.76mm，线宽W1为1.6mm；开路枝节32的长度Ls1为3.3mm，线宽W1为1.6mm；末端枝节33的长度L2为3.9mm，线宽W2为0.36mm。

较佳地，所述第二枝节加载阶梯阻抗谐振器4的阶梯阻抗谐振器41的一半长度L3为19.45mm，线宽W3为1.8mm；开路枝节42的长度Ls2为3.5mm，线宽W3为1.8mm；末端枝节43的长度L4为4.7mm，线宽W4为0.45mm。

所述两个第一枝节加载阶梯阻抗谐振器3的开口处相向电耦合形成第一个双频滤波器，其电耦合间距g1为0.2mm；所述两个第二枝节加载阶梯阻抗谐振器4同样开口处相向电耦合形成第二个双频滤波器，其电耦合间距g2为0.2mm；

所述公共馈线为T型接头，设在所述介质基板1的上方，所述T型接头包括主馈线51和分支馈线，所述主馈线51垂直于分支馈线，所述主馈线51与天线连接，所述分支馈线包括连接第一个双频滤波器的第一分支馈线52和连接第二个双频滤波器的第二分支馈线53，所述第一分支馈线52的长度Lc1为32.1 mm ，所述第二分支馈线53的长度Lc2为10.1 mm，所述分支馈线两端分别通过抽头直接馈入所述第一双频滤波器和第二双频滤波器一端；

两条输出馈线6设在所述介质基板1的上方；所述两条输出馈线6分别通过抽头直接馈入所述第一个双频滤波器和第二个双频滤波器另一端。

本实用新型的原理：

第一个双频滤波器和第二个双频滤波器：

参见图3所示，耦合间距采用g=0.2mm。实现了中心频率分别为3.48GHz和6.3GHz，-3dB带宽分别17.8%和13.5%，同时由于采用了0度馈入方法，得到了三个传输零点，实现了双频滤波器的高隔离性和选择性。

得出第一个双频滤波器仿真参数：L1=14.76mm，L2=3.9mm，Ls1=3.3mm，W1=1.6mm，W2=0.36mm，g1=0.2mm；t1=4mm，高阻抗130欧姆 0.36mm 低阻抗65欧姆1.6mm。

参见图4所示，耦合间距采用g=0.2mm。实现了中心频率分别为2.6GHz和4.8GHz，-3dB带宽分别14.6%和13.5%，同时由于采用了0度馈入方法，得到了三个传输零点，实现了双频滤波器的高隔离性和选择性。

得出第二个双频滤波器仿真参数：L3=19.45mm，L4=4.7mm，Ls2=3.5mm，W3=1.8mm，W4=0.45mm，g2=0.2mm，t2=5mm，K=2，高阻抗120欧姆0.45mm，低阻抗60欧姆1.8mm。

阻抗匹配的双工器：

参见图5和图6，将两个双频滤波器组合起来。单个双频滤波器的性能可以满足4G和5G通信系统、5G通信系统和卫星通信系统的要求，但当把两个双频滤波器组合起来形成双工器，可能会使单个带通滤波器性能发生畸变。此时就需要阻抗匹配来实现形成双工器时不会使得单个带通滤波器性能发生畸变。为了实现双工器的阻抗匹配，设计了抽头分支结构的最佳耦合线长。对第一分支馈线Lc1和第二分支馈线Lc2的长度进行了调整，以实现阻抗匹配。双工器阻抗匹配的必要条件为:第一个双频滤波器工作时，对第二分支馈线Lc1的长度进行了调整，以实现对第二个双频滤波器看到的输入阻抗为无穷大；第二个双频滤波器工作时，第一个双频滤波器看到的输入阻抗为无穷大。第二个双频滤波器工作时，对第一分支馈线Lc2的长度进行了调整，以实现对第一个双频滤波器看到的输入阻抗为无穷大。

通过电磁分析软件IE3D模拟仿真，得到第一分支馈线Lc₁ = 32.1 mm 和第二分支馈线 Lc₂ = 10.1 mm 时达到很好的阻抗匹配。当第一个带通滤波器作为负载时，中心频率3.48GHz的通带和中心频率6.1GHz的通带没有受到影响，而中心频率2.6GHz的通带和中心频率4.8GHz的通带受到抑制，反之亦然。

该四频双工器实现了中心频率分别为3.48GHz和6.1GHz的双频滤波器与中心频率为2.6GHz和4.8GHz的双频滤波器。同时参数|S₂₃|>20dB，说明该四频双工器中两个双频滤波器具有很高的隔离性，两个双频滤波器互不干扰。

实验测试：

将上述仿真的四频双工器进行制作并测试，实际制作的双工器尺寸大约在67mm×28.3mm，即0.75λg×0.32λg，λg为中心频率为2.6GHz下的真空波长。

参见图7和图8所示，在四频双工器中，第一个双频滤波器实现了第一通带的中心频率为3.48GHz,-3dB带宽为17.8%，平均插入损耗|S₂₁|=0.47dB,第二通带的中心频率为6.1GHz，-3dB带宽为13.5%，平均插入损耗|S₂₁|=0.9dB,由于在输入输出端采用了0度馈入，在2.67GHz、4.46GHz、7.15GHz处产生了三个传输零点，提高了高选择性；第二个双频滤波器实现了第一通带的中心频率为2.6GHz,-3dB带宽为14.6%，平均插入损耗|S₂₁|=0.45dB,第二通带的中心频率为4.8GHz，-3dB带宽为13.5%，平均插入损耗|S₂₁|=0.5dB,由于在输入输出端采用了0度馈入，在2.05GHz、3.05GHz、3.32GHz、3.88GHz、5.67GHz处产生了5个传输零点，提高了高选择性；同时因为实现了很好的阻抗匹配，第一个双频滤波器和第二个双频滤波器之间的|S₂₃|>20dB,实现了很好的隔离性。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种四频双工器，其包括介质基板、金属接地板、四个枝节加载阶梯阻抗谐振器、公共馈线和两条输出馈线；

所述金属接地板设在介质基板下表面；

所述公共馈线为T型接头，设在所述介质基板的上表面，所述T型接头包括主馈线和分支馈线，所述主馈线垂直于分支馈线，所述主馈线与天线连接；

所述两条输出馈线设在所述介质基板的上表面；

所述四个枝节加载阶梯阻抗谐振器为两个第一枝节加载阶梯阻抗谐振器和两个第二枝节加载阶梯阻抗谐振器，其均包括阶梯阻抗谐振器、开路枝节和末端枝节，所述阶梯阻抗谐振器呈“U”型，所述开路枝节耦合在阶梯阻抗谐振器的开口处的中部，所述末端枝节分别相向耦合在阶梯阻抗谐振器的两端，并垂直开路枝节；

其特征在于：

所述两个第一枝节加载阶梯阻抗谐振器的开口处相向电耦合形成第一个双频滤波器，所述两个第二枝节加载阶梯阻抗谐振器同样开口处相向电耦合形成第二个双频滤波器，所述分支馈线两端分别通过抽头直接馈入所述第一个双频滤波器和第二个双频滤波器一端，所述两条输出馈线分别通过抽头直接馈入所述第一个双频滤波器和第二个双频滤波器另一端。

2.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：所述介质基板为玻璃纤维板、玻璃基板、陶瓷基板或半导体基板。

3.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：所述介质基板的介电常数为2.2，基板厚度为0.787mm，损失正切常数为0.0009的覆铜板，所述金属接地板为介质基板的覆铜面。

4.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：所述分支馈线包括连接第一个双频滤波器的第一分支馈线和连接第二个双频滤波器的第二分支馈线，所述第一分支馈线的长度大于所述第二分支馈线。

5.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：所述阶梯阻抗谐振器的阻抗大于所述开路枝节的阻抗。

6.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：所述开路枝节的长度小于所述阶梯阻抗谐振器的长度的四分之一。

7.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：两个所述第一枝节加载阶梯阻抗谐振器的电耦合间距为0.2mm，其阶梯阻抗谐振器的长度为29.52mm，线宽为1.6mm；开路枝节的长度为3.3mm，线宽为1.6mm；末端枝节的长度为3.9mm，线宽为0.36mm。

8.根据权利要求1所述的一种四频双工器，其特征在于：两个所述第二枝节加载阶梯阻抗谐振器的电耦合间距为0.2mm，其阶梯阻抗谐振器的长度为38.9mm，线宽为1.8mm；开路枝节的长度为3.5mm，线宽为1.8mm；末端枝节的长度为4.7mm，线宽为0.45mm。

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