CN103390784A - 一种小型化基片集成波导双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化基片集成波导双工器，包括从上向下依次层叠的第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层、第三介质层、第四金属覆铜层，由金属化通孔阵列围成双模谐振腔与三角形谐振腔，双模谐振腔与三角形谐振腔通过耦合缝连接，三角形谐振腔之间通过耦合窗相连，输入输出用微带线结构。本发明可用于微波毫米波通信***，其优点是适用于***的小型化、重量轻、低成本、易于集成、加工周期快。

Description

一种小型化基片集成波导双工器
技术领域
本发明属于微波毫米波无源器件技术领域，尤其涉及微波毫米波无源器件中的基片集成波导双工器。
背景技术
随着现代通信***的快速发展，微波毫米波电路的功能越来越复杂、电性能要求越来越高，同时也向着小型化、轻量化、低成本的方向发展。这种发展趋势是为了适应微波毫米波电路的商业化要求而形成的。而基片集成波导正是在这种形势下产生的一种具有低损耗、高功率容量、低成本、易于集成的传输线结构，利用这种技术可以制作出高性能的滤波器、天线、双工器等微波毫米波器件。
通常使用双工器来实现发射与接收共用一副天线，从而达到降低成本和减小***体积的目的。传统设计中，双工器通常是由一个进行阻抗匹配的T型结连接的两个滤波器构成，其中一个滤波器工作在发射频段，而另一个滤波器工作在接收频段。合理的T型结要同时满足端口间的阻抗匹配要求和隔离要求。然而，T型结通常会占据很大的空间，不利于双工器的小型化。另一方面，传统的工作在高频段的双工器多是由机械加工的金属腔体构成，因此其加工成本高，周期长，体积大，重量重，不易集成。传统双工器有诸多缺点，亟需改进。
发明内容
本发明的目的是提出一种小型化基片集成波导双工器，克服现有双工器体积大、加工成本高、不易集成的缺点。
本发明的技术方案是：一种小型化基片集成波导双工器，包括从上向下依次层叠的第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层、第三介质层、第四金属覆铜层；所述金属化通孔阵列贯穿了第一金属覆铜层、第一介质层、第二金属覆铜层形成了大小相同的三角形谐振腔一与三角形谐振腔二，这两个三角形谐振腔为等腰直角三角形；所述金属化通孔阵列以及两个进行微扰的金属化通孔贯穿了第二金属覆铜层、第二介质层、第三金属覆铜层形成了一个正方形的双模谐振腔，两个进行微扰的金属化通孔位于正方形的对角线上；所述金属化通孔阵列贯穿了第三金属覆铜层、第三介质层、第四金属覆铜层形成了大小相同的三角形谐振腔三与三角形谐振腔四，这两个三角形谐振腔为等腰直角三角形；位于第三金属层的微带线、微带线两侧的耦合槽、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口，共同构成双工器的输入端口，输入端口的一端与正方形双模谐振腔相连；位于第一金属层的微带线、微带线两侧的耦合槽、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口，共同构成双工器一个输出端口，该端口的一端与三角形谐振腔一相连；位于第四金属层的微带线、微带线两侧的耦合槽、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口，共同构成双工器另一个输出端口，该端口的一端与三角形谐振腔三相连。
进一步的，三角形谐振腔一与三角形谐振腔二斜边相邻,它们交界区域的金属化通孔中断，形成耦合窗口；三角形谐振腔三与三角形谐振腔四斜边相邻,它们交界区域的金属化通孔中断，形成耦合窗口。
进一步的，正方形双模谐振腔通过第二金属覆铜层上的长方形耦合缝与三角形谐振腔二相连，通过第三金属覆铜层上的长方形耦合缝与三角形谐振腔四相连，这两条长方形耦合缝沿长边的方向分别与正方形双模谐振腔的两条对角线平行。
本发明的优点和有益效果：
（1）相比与传统的双工器，本发明具有结构紧凑的优点。一方面，通过使用公共谐振单元取代T型结，公共谐振单元不仅能提供谐振，还能消除了T型结所占用的面积，使电路尺寸降低。另一方面，使用层叠结构将谐振单元重叠起来，与使用平面结构相比，尺寸缩减很多；
（2）本发明的双工器由于采用印制电路板技术来生产加工，而传统的双工器采用机械加工而成，因此本发明的双工器成本更低、重量更轻、加工周期快、易于集成；
附图说明
图1是本发明的总体结构展开示意图
图2是本发明的总体结构的俯视示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，小型化基片集成波导双工器，其特征在于，包括从上向下依次层叠的第一金属覆铜层1、第一介质层2、第二金属覆铜层3、第二介质层4、第三金属覆铜层5、第三介质层6、第四金属覆铜层7；所述金属化通孔阵列81贯穿了第一金属覆铜层1、第一介质层2、第二金属覆铜层3形成了大小相同的三角形谐振腔一22与三角形谐振腔二24，这两个三角形谐振腔为等腰直角三角形；所述金属化通孔阵列82以及两个进行微扰的金属化通孔42贯穿了第二金属覆铜层3、第二介质层4、第三金属覆铜层5形成了一个正方形的双模谐振腔41，两个进行微扰的金属化通孔42位于正方形的对角线上；所述金属化通孔阵列83贯穿了第三金属覆铜层5、第三介质层6、第四金属覆铜层7形成了大小相同的三角形谐振腔三62与三角形谐振腔四64，这两个三角形谐振腔为等腰直角三角形；位于第三金属层的微带线51、微带线两侧的耦合槽52、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口43，共同构成双工器的输入端口，输入端口的一端与正方形双模谐振腔41相连；位于第一金属层的微带线11、微带线两侧的耦合槽12、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口21，共同构成双工器一个输出端口，该端口的一端与三角形谐振腔一22相连；位于第四金属层的微带线71、微带线两侧的耦合槽72、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口61，共同构成双工器另一个输出端口，该端口的一端与三角形谐振腔三62相连。
进一步的，三角形谐振腔一22与三角形谐振腔二24斜边相邻,它们交界区域的金属化通孔中断，形成耦合窗口23；三角形谐振腔三62与三角形谐振腔四64斜边相邻,它们交界区域的金属化通孔中断，形成耦合窗口63。
进一步的，正方形双模谐振腔41通过第二金属覆铜层3上的长方形耦合缝31与三角形谐振腔二24相连，通过第三金属覆铜层5上的长方形耦合缝53与三角形谐振腔四64相连，这两条长方形耦合缝沿长边的方向分别与正方形双模谐振腔41的两条对角线平行。
本发明的技术方案的原理是：正方形双模谐振腔41可以在两个频率谐振，当微扰通孔42在双模谐振腔41的对角线上移动时，可以改变双模谐振腔41的一个谐振频率，另一个谐振频率不变。从微带线51进入双模谐振腔41的信号将在双工器的两个通带中心频率上产生谐振，其中一个谐振频率同三角形谐振腔22与24的谐振频率相同，而另一个谐振频率同三角形谐振腔62与64的谐振频率相同。于是，一路信号由正方形双模谐振腔41通过耦合缝31进入三角形谐振腔二24，再经耦合窗23进入三角形谐振腔一22，最后由微带线11输出。另一路信号则由正方形双模谐振腔41通过耦合缝53进入三角形谐振腔四64，再经耦合窗63进入三角形谐振腔三62，最后由微带线71输出。通过控制耦合缝31、耦合窗23的大小可以控制其中一路信号通带的带宽，而控制耦合缝53、耦合窗63的大小可以控制另一路信号通带的带宽。耦合槽52、12、72的大小可以控制滤波器的输入输出品质因数。
为进一步说明上述技术方案的可实施性，下面给出一个具体设计实例，一个小型化基片集成波导双工器，设计的低频通道工作在8GHz，高频通道工作在9GHz，两个通道带宽均为0.33GHz。介质基片使用厚度为0.8mm，介电常数为2.55的F4B基片。选定金属化通孔的直径为0.8mm。图2中端口A为输入端口，端口B与端口C为两个输出端口，对应的双工器的几何参数取值如下：a1 = 27.64 mm, a2 = 24.5 mm, w= 2.3 mm, w1 = 6.03 mm, w2 = 5.73 mm, l1 = 4.5mm, l2 = 4.7 mm, l3 = 3.5 mm, t = 5.85 mm, p1= 1.02 mm, p2 = 1 mm, p3 = 1.1 mm, p4 = 1.11 mm, s1 = 1.5 mm, s2 = 1 mm, s3 = 1.5 mm, s4= 4.45 mm, s5 = 1 mm, s6 = 4.4 mm, s7 = 1.06 mm, d1 = 2.33 mm, d2 = 1.34 mm。测试结果表明，该双工器两个通道滤波器的中心频率分别为8.02GHz和9.08GHz，对应带宽为0.293GHz和0.326GHz，在中心频率处的***损耗分别为2.86dB和3.04dB。从7GHz到10GHz，其隔离度大于40dB。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种小型化基片集成波导双工器，其特征在于，从上向下依次层叠的第一金属覆铜层（1）、第一介质层（2）、第二金属覆铜层（3）、第二介质层（4）、第三金属覆铜层（5）、第三介质层（6）、第四金属覆铜层（7）；所述金属化通孔阵列（81）贯穿了第一金属覆铜层（1）、第一介质层（2）、第二金属覆铜层（3）形成了大小相同的三角形谐振腔一（22）与三角形谐振腔二（24），这两个三角形谐振腔为等腰直角三角形；所述金属化通孔阵列（82）以及两个进行微扰的金属化通孔（42）贯穿了第二金属覆铜层（3）、第二介质层（4）、第三金属覆铜层（5）形成了一个正方形的双模谐振腔（41），两个进行微扰的金属化通孔（42）位于正方形的对角线上；所述金属化通孔阵列（83）贯穿了第三金属覆铜层（5）、第三介质层（6）、第四金属覆铜层（7）形成了大小相同的三角形谐振腔三（62）与三角形谐振腔四（64），这两个三角形谐振腔为等腰直角三角形；位于第三金属层的微带线（51）、微带线两侧的耦合槽（52）、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口（43），共同构成双工器的输入端口，输入端口的一端与正方形双模谐振腔（41）相连；位于第一金属层的微带线（11）、微带线两侧的耦合槽（12）、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口（21），共同构成双工器一个输出端口，该端口的一端与三角形谐振腔一（22）相连；位于第四金属层的微带线（71）、微带线两侧的耦合槽（72）、微带线下方的金属化通孔阵列中断构成的窗口（61），共同构成双工器另一个输出端口，该端口的一端与三角形谐振腔三（62）相连。
2.根据权利要求1所述的小型化基片集成波导双工器，其特征在于，三角形谐振腔一（22）与三角形谐振腔二（24）斜边相邻，它们交界区域的金属化通孔中断，形成耦合窗口（23）；三角形谐振腔三（62）与三角形 谐振腔四（64）斜边相邻,它们交界区域的金属化通孔中断，形成耦合窗口（63）。
3.根据权利要求1所述的小型化基片集成波导双工器，其特征在于，正方形双模谐振腔（41）通过第二金属覆铜层（3）上的长方形耦合缝（31）与三角形谐振腔二（24）相连，通过第三金属覆铜层（5）上的长方形耦合缝（53）与三角形谐振腔四（64）相连，这两条长方形耦合缝沿长边的方向分别与正方形双模谐振腔（41）的两条对角线平行。
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