基于枝節(jié)加載雙模諧振器的寬帶雙工器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于枝節(jié)加載雙模諧振器的寬帶雙工器，主要解決傳統(tǒng)雙工器通道帶寬小，尺寸大和隔離度差的問題。其包括微帶介質(zhì)基板(1)、金屬接地板(2)、開路枝節(jié)加載階梯阻抗諧振器(3)、短路枝節(jié)加載階梯阻抗諧振器(4)、公共饋線(5)、開路輸出饋線(6)，短路輸出饋線(7)。短路枝節(jié)加載諧振器和開路枝節(jié)加載諧振器分別位于公共輸入饋線左右兩側(cè)，開路輸出饋線位于開路枝節(jié)加載諧振器的右側(cè)，短路輸出饋線位于短路枝節(jié)加載諧振器的左側(cè)；通過公共輸入饋線給枝節(jié)加載諧振器饋電，從開路和短路輸出饋線處獲得收發(fā)信道的寬帶濾波通帶。本發(fā)明提高了雙工器的帶寬和隔離度，減小了雙工器的尺寸，可用于無線通信系統(tǒng)。
【專利說明】基于枝節(jié)加載雙模諧振器的寬帶雙工器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及微帶寬帶雙工器，可用于無線通信系統(tǒng)射頻前端。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著第四代移動通信、無線局域網(wǎng)和衛(wèi)星通信等快速發(fā)展，無線頻譜利用率越來越高，對通信系統(tǒng)中的射頻微波器件提出了小型化和寬帶化的要求。微帶雙工器不僅具有選頻濾波功能，而且還用作隔離元件連接發(fā)射和接收電路，使得收發(fā)系統(tǒng)能共用一個天線，從而減小系統(tǒng)的復(fù)雜度與系統(tǒng)的體積，對改善通信系統(tǒng)的性能有著重要影響。微帶雙工器具有尺寸小，重量輕，成本低，易加工的優(yōu)點，在微波電路中得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]2011 年，Ming-Lin Chuang等人在 IEEE on Microwave and Wireless ComponentsLetters 期刊(vol.21, n0.11, pp.583-585, 2011)上發(fā)表了“Microstrip Diplexer DesignUsing Common T-Shaped Resonator”,提出了用枝節(jié)加載的形式實現(xiàn)雙模諧振器,并采用公共T型諧振腔構(gòu)成微帶雙工器。但該方案構(gòu)成的微波雙工器的缺點在于收發(fā)信道的相對帶寬都過小，無法形成寬帶濾波；公共T型諧振腔的饋電形式會導(dǎo)致雙工器的尺寸太大，并且收發(fā)信道的隔離度不夠好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于枝節(jié)加載雙模諧振環(huán)的寬帶雙工器，以獲得寬帶和和高抑制雙工特性，并保證尺寸小型化。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過級聯(lián)使雙模諧振頻率分裂成四個模式并引入兩個傳輸零點，整個雙工器包括:介質(zhì)基板、金屬接地板、開路枝節(jié)加載諧振器、短路枝節(jié)加載諧振器、輸入饋線、開路枝節(jié)輸出饋線、短路枝節(jié)輸出饋線。其特征在于:
[0006]開路枝節(jié)加載諧振器3，由兩個并排級聯(lián)的第一開路枝節(jié)加載諧振器31和第二開路枝節(jié)加載諧振器32組成；該第一開路枝節(jié)加載諧振器31包括第一半波長諧振器311和第一開路枝節(jié)312 ;該第二開路枝節(jié)加載諧振器32包括第二半波長諧振器321和第二開路枝節(jié)322 ;所述的兩個半波長諧振器311，321均呈“U”形，且第一開路枝節(jié)312位于第一半波長諧振器311的“U”形中間；第二開路枝節(jié)322位于第二半波長諧振器321的“U”形中間；
[0007]短路枝節(jié)加載諧振器4，由兩個并排級聯(lián)的第一短路枝節(jié)加載諧振器41和第二短路枝節(jié)加載諧振器42組成；該第一短路枝節(jié)加載諧振器41包括第三半波長諧振器411和第一短路枝節(jié)412 ;該第二短路枝節(jié)加載諧振器42包括第四半波長諧振器421和第二短路枝節(jié)422 ;所述的兩個半波長諧振器411，421均呈“U”形，且第一短路枝節(jié)412位于第三半波長諧振器411的“U”形中間；第二短路枝節(jié)422位于第四半波長諧振器421的“U”形中間；
[0008]所訴開路輸出饋線6，位于開路枝節(jié)加載諧振器3的右側(cè)；[0009]所述短路輸出饋線7，位于短路枝節(jié)加載諧振器4的左側(cè)；
[0010]所述的兩個短路枝節(jié)加載諧振器4和兩個開路枝節(jié)加載諧振器3，其分別位于公共輸入饋線5的左右兩側(cè)；通過輸入饋線5給所述的枝節(jié)加載諧振器3和4饋電，開路輸出饋線6處獲得發(fā)射信道的寬帶濾波通帶，短路輸出饋線7處獲得接收信道的寬帶濾波通帶，從而實現(xiàn)雙工器的寬帶濾波器功能。
[0011]本發(fā)明具有以下技術(shù)優(yōu)點:
[0012]1.通過級聯(lián)兩個枝節(jié)加載雙模諧振器，實現(xiàn)收發(fā)信道的寬帶濾波響應(yīng)。
[0013]2.用公共輸入饋線耦合饋電的形式取代了傳統(tǒng)的T形頭饋電，減小了饋電模塊的尺寸，實現(xiàn)了雙工器的小型化。
[0014]3.利用開路枝節(jié)加載諧振器在發(fā)射通道低頻處形成一個傳輸零點，且短路枝節(jié)加載諧振器在接收通道高頻處形成另一個傳輸零點，從而在收發(fā)信道的中間頻段引入兩個傳輸零點，提高了收發(fā)信道的隔離度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為圖1的俯視圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實施例的傳輸特性曲線響應(yīng)圖；
[0018]圖4為本發(fā)明實施例的反射特性曲線和隔離特性曲線響應(yīng)圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作詳細(xì)說明:
[0020]實施例1:設(shè)計尺寸為27.7mmX20.7mm的寬帶雙工器。
[0021]參照圖1和圖2，本發(fā)明包括介質(zhì)基板1、金屬接地板2、開路枝節(jié)加載諧振器3、短路枝節(jié)加載諧振器4、輸入饋線5、開路輸出饋線6和短路輸出饋線7。其中:
[0022]所述介質(zhì)基板I，采用的介電常數(shù)為2.65,厚度為1mm的覆銅接地板；
[0023]所述金屬接地板2為微帶介質(zhì)基板的覆銅面；
[0024]所述開路枝節(jié)加載諧振器3，其由兩個并排級聯(lián)的第一開路枝節(jié)加載諧振器31和第二開路枝節(jié)加載諧振器32組成；該第一開路枝節(jié)加載諧振器31包括第一半波長諧振器311和第一開路枝節(jié)312;第一半波長諧振器311的線寬W1 = 1mm，第一半波長諧振器311的豎直方向長度L1和水平方向長度L2,滿足長度關(guān)I 2 * Zn + L2 = 0.5 * X1 = 0.5 *
Cfif1 * 7^)=39.4mm,本實施例中取L1 = 16.7mm和L2 = 6mm,其中λ i為開路枝節(jié)加載諧 振器3工作在中心頻率時的波長，滿足λ i = 78.8mm，c為真空中的光速，滿足c = 3 X108m/s，e e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，滿足e e = 2.094，為開路枝節(jié)加載諧振器3的中心頻率為2.5GHz ;第一開路枝節(jié)312的線寬W2 = 2mm,第一開路枝節(jié)312的長度為L3 =
0.25*λ1+δ = 22.7mm, , δ為一個微變量，本實施例中取δ = Imm ;第二半波長諧振器321，其形狀和尺寸與第一半波長諧振器311相同；第二開路枝節(jié)322的尺寸與第一開路枝節(jié)311相同；所述的兩個半波長諧振器311和321均呈“U”形，且第一開路枝節(jié)312位于第一半波長諧振器311的“U”形中間；第二開路枝節(jié)322位于第二半波長諧振器321的“U”形中間；
[0025] 所述短路枝節(jié)加載諧振器4，其由兩個并排級聯(lián)的第一短路枝節(jié)加載諧振器41和第二短路枝節(jié)加載諧振器42組成；該第一短路枝節(jié)加載諧振器41包括第三半波長諧振器411和第一短路枝節(jié)412 ;第三半波長諧振器411的線寬W3 = Imm,第三半波長諧振器411的豎直方向長度L4和水平方向長度L5，滿足長度關(guān)系.2 *L4 + L5 = 0.5 * X2 = 0.5 *
ciif2 *λ/^)=47.4irai,本實施例中取L4 = 20.7mm和L5 = 6mm,其中λ2為短路枝節(jié)加載諧
振器4工作在中心頻率f2時的工作波長，滿足λ 2 = 94.8mm, c為真空中的光速，滿足c =3 X108m/s, e e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，滿足e e = 2.094，f2 = 2GHz為短路枝節(jié)加載諧振器4的中心頻率，第一短路枝節(jié)412的線寬W4 = 2mm,第一短路枝節(jié)412的長度L6滿足lmm〈L6〈(l/16)*X2，本實施例中取L6 = 3.7mm，第四半波長諧振器421，其形狀和尺寸與第三半波長諧振器411相同；第二短路枝節(jié)422的尺寸與第一短路枝節(jié)412相同。所述的兩個半波長諧振器411和421均呈“U”形，且第一短路枝節(jié)412位于第三半波長諧振器411的“U”形中間；第二短路枝節(jié)422位于第四半波長諧振器421的“U”形中間；
[0026]所述開路輸出饋線6，位于開路枝節(jié)加載諧振器3的右側(cè)，開路輸出饋線6與開路枝節(jié)加載諧振器3的間距d3 = 0.5mm ；
[0027]所述短路輸出饋線7，位于短路枝節(jié)加載諧振器4的左側(cè)，短路輸出饋線7與短路枝節(jié)加載諧振器4的間距d4 = 0.53mm ；
[0028]所述公共輸入饋線5，位于短路枝節(jié)加載諧振器4和開路枝節(jié)加載諧振器3的中間位置，輸入饋線5與短路枝節(jié)加載諧振器4的間距(I1 = 0.53mm ;輸入饋線5與開路枝節(jié)加載諧振器3的間距d2 = 0.5mm ；
[0029]本實施例通過級聯(lián)枝節(jié)加載諧振器3和4，獲得寬帶的收發(fā)信道帶寬，且利用開路枝節(jié)加載諧振器3在發(fā)射通道低頻處形成一個傳輸零點，短路枝節(jié)加載諧振器4在接收通道高頻處形成另一個傳輸零點，從而在收發(fā)信道的中間頻段引入兩個傳輸零點，以提高收發(fā)信道的隔離度；并通過輸入饋線5給枝節(jié)加載諧振器3和4饋電，在開路輸出饋線6處獲得發(fā)射信道的寬帶濾波通帶，短路輸出饋線7處獲得接收信道的寬帶濾波通帶，從而實現(xiàn)雙工器的寬帶濾波器功能。。
[0030]實施例2:設(shè)計尺寸為30.7mmX20.2mm的寬帶雙工器。
[0031]本實施例的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，以下給出不同于實施例1的結(jié)構(gòu)參數(shù):
[0032]所述第一半波長諧振器311的線寬W1 = 1_，第一半波長諧振器311的豎直方向長
度 L1 和水平方向長度 L2，滿足長度關(guān)系 2 ^L1+L2 = 0.S* Xi = 0.5 * c/if, * '[Te) =39.lmra，
本實施例中取L1 = 16.2mm和L2 = 7mm,其中λ i為開路枝節(jié)加載諧振器3工作在中心頻率時的波長，λι = 78.8mm，c為真空中的光速，c = 3X108m/s, e e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，e e = 2.094，= 2.5GHz為開路枝節(jié)加載諧振器3的中心頻率；第一開路枝節(jié)312的線寬W2 = 2mm,第一開路枝節(jié)312的長度L3 = 0.25* λ ^ δ，且L3 = 18.7mm,，δ為一個微變量，本實施例中取δ =? 1mm;第二半波長諧振器321，其形狀和尺寸與第一半波長諧振器311相同；第二開路枝節(jié)322的尺寸與第一開路枝節(jié)相同311 ；
[0033]所述第三半波長諧振器411的線寬W3 = 1mm，第三半波長諧振器411的豎直方向長度1^4和水平方向長度1^5，滿足長度關(guān)系2*14 + /^ = 0.5*12 = 0.5 * c/(f2 * ^Te) =47.4mm,
本實施例中取L4 = 20.2mm和L5 = 7mm,其中λ 2為短路枝節(jié)加載諧振器4工作在中心頻率f2時的工作波長，入2 = 94.8mm, c為真空中的光速c = 3X 108m/s，e e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，e e = 2.094，f2 = 2.0GHz為短路枝節(jié)加載諧振器4的中心頻率，第一短路枝節(jié)412的線寬W4 = 2mm，第一短路枝節(jié)412的長度L6 = 1.1mm，第四半波長諧振器421，其形狀和尺寸與第三半波長諧振器411相同；第二短路枝節(jié)422的尺寸與第一短路枝節(jié)412相同；
[0034]所述開路輸出饋線6與開路枝節(jié)加載諧振器3的間距d3 = 0.21mm ；
[0035]所述短路輸出饋線7與短路枝節(jié)加載諧振器4的間距d4 = 0.21mm ；
[0036]所述輸入饋線5與短路枝節(jié)加載諧振器4的間距Cl1 = 0.21mm ;輸入饋線5與開路枝節(jié)加載諧振器3的間距d2 = 0.21mm。
[0037]實施例3:設(shè)計尺寸為25.7mmX21.2mm的寬帶雙工器。
[0038]本實施例的 結(jié)構(gòu)與實施例1相同，以下給出不同于實施例1的結(jié)構(gòu)參數(shù):
[0039]所述第一半波長諧振器311的線寬W1 = 1mm，第一半波長諧振器311的豎直方向長度L1和水平方向長度L2ilL1 = 17.2mm, L2 = 5mm,第一開路枝節(jié)312的線寬W2 = 2mm,第一開路枝節(jié)312的長度L3 = 0.25* λ 1+δ，且L3 = 19.7mm，，δ為一個微變量，本實施例中取δ = lmm;第二半波長諧振器321，其形狀和尺寸與第一半波長諧振器311相同；第二開路枝節(jié)322的尺寸與第一開路枝節(jié)相同311 ；
[0040]所述第三半波長諧振器411的線寬W3 = 1mm，第三半波長諧振器411的豎直方向長度L4 = 21.2mm,水平方向長度L5 = 5mm ;第一短路枝節(jié)412的線寬W4 = 2mm,第一短路枝節(jié)412的長度L6 = 5.925mm，第四半波長諧振器421，其形狀和尺寸與第三半波長諧振器411相同；第二短路枝節(jié)422的尺寸與第一短路枝節(jié)412相同；
[0041]所述開路輸出饋線6與開路枝節(jié)加載諧振器3的間距d3 = 0.69mm ；
[0042]所述短短路輸出饋線7與短路枝節(jié)加載諧振器4的間距d4 = 0.69mm ；
[0043]所述輸入饋線5與短路枝節(jié)加載諧振器4的間距Cl1 = 0.69mm ;輸入饋線5與開路枝節(jié)加載諧振器3的間距d2 = 0.69mm。
[0044]本發(fā)明的效果可以通過以下仿真結(jié)果進(jìn)一步說明:
[0045]仿真1:對實施例1中的寬帶雙工器的傳輸特性進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖3所示，其中圖3中的S21為該寬帶雙工器中發(fā)射通道的傳輸特性曲線，S31為該寬帶雙工器中接收通道的傳輸特性曲線；
[0046]由圖3可見，本實施例中的寬帶雙工器的中心頻率分別為2.0GHz和2.5GHz，相對帶寬分別為30%和24%，具有較寬的通道帶寬；
[0047]仿真2:對實施例1的寬帶雙工器的反射特性和隔離特性進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4所示，其中圖4中的Sll為該寬帶雙工器的輸入端口的反射特性曲線，S32為該寬帶雙工器中接收和發(fā)射通道的隔離特性曲線。
[0048]由圖4可見，本實施例中寬帶雙工器的隔離特性曲線均在_40dB以下，收發(fā)通道具有良好的隔離特性。
[0049]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于枝節(jié)加載的雙模諧振器的寬帶雙工器，包括介質(zhì)基板(I)、金屬接地板(2)、開路枝節(jié)加載諧振器(3)、短路枝節(jié)加載諧振器(4)、輸入饋線(5)、開路枝節(jié)輸出饋線(6)、短路枝節(jié)輸出饋線(7)，其特征在于: 開路枝節(jié)加載諧振器(3)，由兩個并排級聯(lián)的第一開路枝節(jié)加載諧振器(31)和第二開路枝節(jié)加載諧振器(32)組成；該第一開路枝節(jié)加載諧振器(31)包括第一半波長諧振器(311)和第一開路枝節(jié)(312);該第二開路枝節(jié)加載諧振器(32)包括第二半波長諧振器(321)和第二開路枝節(jié)(322);所述的兩個半波長諧振器(311，321)均呈“U”形，且第一開路枝節(jié)(312)位于第一半波長諧振器(311)的“U”形中間；第二開路枝節(jié)(322)位于第二半波長諧振器(321)的“U”形中間； 短路枝節(jié)加載諧振器(4)，由兩個并排級聯(lián)的第一短路枝節(jié)加載諧振器(41)和第二短路枝節(jié)加載諧振器(42)組成；該第一短路枝節(jié)加載諧振器(41)包括第三半波長諧振器(411)和第一短路枝節(jié)(412);該第二短路枝節(jié)加載諧振器(42)包括第四半波長諧振器(421)和第二短路枝節(jié)(422);所述的兩個半波長諧振器(411，421)均呈“U”形，且第一短路枝節(jié)(412)位于第三半波 長諧振器(411)的“U”形中間；第二短路枝節(jié)(422)位于第四半波長諧振器(421)的“U”形中間； 所訴開路輸出饋線(6)，位于開路枝節(jié)加載諧振器(3)的右側(cè)； 所述短路輸出饋線(7)，位于短路枝節(jié)加載諧振器(4)的左側(cè)； 所述的兩個短路枝節(jié)加載諧振器(4)和兩個開路枝節(jié)加載諧振器(3)，其分別位于公共輸入饋線(5)的左右兩側(cè)；通過輸入饋線(5)給所述的枝節(jié)加載諧振器(3，4)饋電，在開路輸出饋線(6)處獲得發(fā)射信道的寬帶濾波通帶，在短路輸出饋線(7)處獲得接收信道的寬帶濾波通帶，從而實現(xiàn)雙工器收發(fā)信道的寬帶濾波功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于枝節(jié)加載的雙模諧振器的寬帶雙工器，其特征在于，第一半波長諧振器(311)的線寬，記為W1,滿足W1 = 1mm，其長度關(guān)系滿足2A+ L2 = 0.5 * A1 = 0.5 * c/if, * /[)，其中L1為第一半波長諧振器(311)豎直方向的長度，L2為第一半波長諧振器(311)水平方向的長度，X1S開路枝節(jié)加載諧振器(3)工作在中心頻率時的波長，c為真空中的光速，e e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，fi為開路枝節(jié)加載諧振器(3)的中心頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于枝節(jié)加載的雙模諧振器的寬帶雙工器，其特征在于第一開路枝節(jié)(312)的線寬，記為W2，滿足W2 = 2*Wi，第一開路枝節(jié)(312)的長度L3滿足L3 =0.25* λ + δ，其中λ為開路枝節(jié)加載諧振器(3)工作在中心頻率時的工作波長,W1為第一半波長諧振器(311)的線寬，δ為一個微變量,其取值范圍:-lmm〈 δ〈1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于枝節(jié)加為載的雙模諧振器的寬帶雙工器，其特征在于，第三半波長諧振器(411)的線寬，記為W3，滿足W3= 1mm，其長度關(guān)系滿足2 * L, + L5 = 0.5 * A2 = 0.5 * c/(f, * V^)，其中L4為第二半波長諧振器(411)豎直方向的長度，L5為第二半波長諧振器(411)水平方向的長度，λ 2為短路枝節(jié)加載諧振器(4)工作在中心頻率f2時的工作波長，c為真空中的光速，e e為介質(zhì)基板的有效介電常數(shù)，f2為短路枝節(jié)加載諧振器(4)的中心頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于枝節(jié)加載的雙模諧振器的寬帶雙工器，其特征在于，第一短路枝節(jié)(412)的線寬，記為W4，滿足W4 = 2*W3，第一短路枝節(jié)(412)的長度L6滿足lmm〈L6〈(l/16)*X，其中λ為短路枝節(jié)加載諧振器(4)工作在中心頻率f2時的工作波長，W3為第三半波長諧振器(311)的線寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于枝節(jié)加載的雙模諧振器的寬帶雙工器，其特征在于，所述第二半波長諧振器(321)，其形狀和尺寸與第一半波長諧振器(311)相同； 所述第二開路枝節(jié)(322)的尺寸與第一開路枝節(jié)(312)相同； 所述第四半波長諧振器(421)，其形狀和尺寸與第三半波長諧振器(411)相同； 所述第二短路枝節(jié)(422)的尺寸與第一短路枝節(jié)(412)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于枝節(jié)加載的雙模諧振器的寬帶雙工器，其特征在于:輸入饋線(5)與短路枝節(jié)加載諧振器(4)的間距,記為(I1,滿足0.2^(1^0.7mm ； 輸入饋線(5)與開路枝節(jié)加載諧振器(3)的間距，記為d2，其滿足:0.2mm〈d2〈0.7mm ； 開路枝節(jié)輸出饋線(6)與開路枝節(jié)加載諧振器(3)的間距，記為d3，d3的數(shù)值與Cl1相同； 短路枝節(jié)輸出饋線(7)與短路枝節(jié)加載諧振器(4)的間距，記為d4，d4的數(shù)值與(12相同。
【文檔編號】H01P1/203GK103972617SQ201410208599
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】吳邊, 邱楓, 張靈芝, 林磊, 鄧?yán)? 申請人:西安電子科技大學(xué)