CN104466329A - 电介质波导管输入/输出结构以及电介质波导管双工器 - Google Patents

电介质波导管输入/输出结构以及电介质波导管双工器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电介质波导管输入/输出结构以及使用该电介质波导管输入/输出结构的电介质波导管双工器。具有将微波传输带线路变换为同轴线路的输入结构的电介质波导管双工器中，需要独立于谐振器组的电介质波导管。本发明申请的电介质波导管输入/输出结构，其是用于将同轴连接器和多个由呈大致立方体形状的电介质块构成的电介质波导管谐振器之间进行连接的输入/输出结构，第1电介质波导管谐振器和第2电介质波导管谐振器用导体膜覆盖各自的外壳除设于各自的一个侧面的耦合窗之外的部分，所述耦合窗形成有由导体膜构成的直线形状的能量引出部件，第1电介质波导管谐振器和第2电介质波导管谐振器的各自的一个侧面相对地进行配置。

Description

电介质波导管输入/输出结构以及电介质波导管双工器
技术领域
本发明涉及一种用于将天线和电介质波导管之间进行连接的输入/输出结构，特别是涉及一种为了将发送路径和接收路径之间进行分离而使用的双工器。 
背景技术
存在如下一种电介质波导管双工器，为了借助于天线仅发送和接收所期望的频带的信号，将多个电介质波导管谐振器借助于耦合窗进行连接并且使发送用的谐振器组和接收用的谐振器组成为一体。通常，双工器为了覆盖不同的发送频带和接收频带，需要具有宽频带的频率特性的输入/输出结构。 
图8为对使用了日本特开2012－147286号公报所记载的电介质波导管的输入/输出结构的、从下方透视地观察以往的电介质波导管双工器的分解立体图。 
如图8所示，电介质波导管双工器90由电介质波导管91a、电介质波导管谐振器91b、91c、91d、91e、91f以及印刷电路板99构成。 
电介质波导管91a，电介质波导管谐振器91b、91c、91d、91e、91f用导体膜94覆盖外壳，电介质波导管谐振器91b、91c借助于使电介质暴露的耦合窗92b进行串联连接，电介质波导管谐振器91d、91e、91f借助于使电介质暴露的耦合窗92d和耦合窗92e进行串联连接。 
电介质波导管91a、90a和电介质波导管谐振器91b之间借助于使电介质暴露的耦合窗92a进行连接，电介质波导管91a和电介质波导管谐振器91d之间借助于使电介质暴露的耦合窗92c进行连接。 
电介质波导管91a的底面设有一部分与导体膜94相连接的呈大致圆形的 岛状电极93。 
印刷电路板99的主面上设有接地图案96和与接地图案96之间绝缘的呈大致圆形的输入/输出电极95，背面上设有微波传输带线路97。微波传输带线路97的一端在输入/输出电极95的中心和导通通孔98处连接，另一端借助于未图示的同轴连接器连接于天线等。 
电介质波导管双工器90以使导体膜94和岛状电极93分别与印刷电路板99的接地图案96和输入/输出电极95相对的方式进行配置。 
上述的电介质波导管双工器90通过岛状电极93和导体膜94之间一部分连接且使电介质暴露部形成为C字形状，从而使频率特性宽频带化。 
发明内容
发明要解决的问题
上述的电介质波导管双工器存在下述问题： 
由于使用了电介质波导管－微波传输带变换结构，因此由于需要一定程度的长度的微波传输带线路而无法使占用面积变小， 
为了应对来自微波传输带线路的辐射而产生的电磁场泄漏，有时需要在微波传输带线路上设有金属制的箱盖， 
电介质波导管－微波传输带变换结构无法避免由于无用辐射和在该结构上由于电场集中于电介质波导管谐振器和印刷电路板之间而引起的损失， 
为了将电介质波导管谐振器组和电介质波导管谐振器组之间进行连接，需要独立于谐振器组的用于输入/输出的电介质波导管等。 
本发明是考虑到上述问题点而做出的，其目的在于提供一种具有同轴线路的输入/输出结构、不需要多余的电介质波导管、占用面积小、体积较小、廉价且小型的电介质波导管输入/输出结构。 
用于解决问题的方案
本发明的电介质波导管输入/输出结构是用于将同轴连接器和多个由呈 大致立方体形状的电介质块构成的电介质波导管谐振器之间进行连接的输入/输出结构，其特征在于：第1电介质波导管谐振器和第2电介质波导管谐振器用导体膜覆盖各自的外壳除了设于各自的一个侧面的耦合窗之外的部分，所述耦合窗形成有由导体膜构成的直线形状的能量引出部件，该能量引出部件的一端连接于形成于所述一个侧面的边缘部的、与所述导体膜之间绝缘的馈电点，并且另一端连接于所述耦合窗的外周的导体膜，第1电介质波导管谐振器和第2电介质波导管谐振器以第1电介质波导管谐振器的耦合窗的位置与第2电介质波导管谐振器的耦合窗的位置一致的方式使各自的一个侧面相对地进行配置。 
发明的效果
根据本发明的电介质波导管输入/输出结构，由于不需要将同轴线路变换到微波传输带线路，因此能够提供不需要应对电磁场泄漏的电介质波导管输入/输出结构以及使用该电介质波导管输入/输出结构的电介质波导管双工器，而且，由于不需要多余的电介质波导管，因此能够提供能够减少电介质波导管双工器的零部件数量而减小体积和占用面积，并能够构成廉价且小型的电介质双工器的电介质波导管输入/输出结构以及使用该电介质波导管输入/输出结构的电介质波导管双工器。 
附图说明
图1是用于对本发明的电介质波导管输入/输出结构进行说明的分解立体图。 
图2A、图2B是用于对本发明的电介质波导管输入/输出结构进行详细说明的图。 
图3是用于对本发明的电介质波导管输入/输出结构进行说明的俯视图。 
图4是对本发明的电介质波导管输入/输出结构的频率特性进行了归一化的图表。 
图5是用于对本发明的电介质波导管双工器进行说明的分解立体图。 
图6是对使用了本发明的电介质波导管输入/输出结构的电介质波导管双工器的频率特性进行了归一化的图表。 
图7是用于对本发明的电介质波导管输入/输出结构的变形实施例进行说明的图。 
图8是以往的电介质波导管双工器的例子的分解立体图。 
附图标记说明
10            电介质波导管输入/输出结构 
11、90        电介质波导管双工器 
11a、11b      谐振器组 
20a、21a、22a、23a、20b、21b、22b、23b、91b、91c、91d、91e、91f电介质波导管谐振器 
30a、31a、32a、30b、31b、32b、40a、40b、92a、92b、92c、92d、92e耦合窗 
50、51        能量引出部件 
60            馈电点 
70            同轴连接器 
80            短截线 
91a           电介质波导管 
93            岛状电极 
94            导体膜 
95            输入/输出电极 
96            接地图案 
97            微波传输带线路 
98            导通通孔 
99            印刷电路板 
具体实施方式
(输入/输出结构的实施例) 
以下，用图1～3对本申请的发明的电介质波导管输入/输出结构进行说明。图1是用于对本发明的电介质波导管输入/输出结构进行说明而透视地观察电介质波导管输入/输出结构的分解立体图，图2A是从图1的箭头A所示的方向观察电介质波导管谐振器20a的侧面20a1的主视图，图2B是从图1的箭头B所示的方向观察电介质波导管谐振器20b的侧面20b1的主视图，图3是电介质波导管输入/输出结构的俯视图。在图1～3中，阴影部分表示电介质暴露部。 
如图1～3所示，本发明的电介质波导管输入/输出结构10由： 
低频率侧的电介质波导管谐振器20a，其用导体膜覆盖长度L20a、宽度W20a、厚度H20a的呈大致长方体形状的电介质的外壳； 
高频率侧的电介质波导管谐振器20b，其用导体膜覆盖长度L20b、宽度W20b、厚度H20b的呈大致长方体形状的电介质的外壳； 
以及同轴连接器70构成； 
电介质波导管谐振器20a的一个侧面20a1设有使电介质暴露的宽度W40、高度H40的耦合窗40a，电介质波导管谐振器20b的一个侧面20b1设有使电介质暴露的宽度W40、高度H40的耦合窗40b，以耦合窗40a和耦合窗40b的位置一致的方式使侧面20a1和侧面20b1相对地进行配置。 
耦合窗40a、40b设有由导体膜构成的直线形状的能量引出部件50。能量引出部件50的一端连接于设于侧面20a1和侧面20b1的边缘部的、并与导体膜之间绝缘的馈电点60，另一端连接于耦合窗40a、40b的外周的导体膜。同轴连接器70配置于馈电点60之上。 
耦合窗40a自侧面20a1的左侧的侧面20a2离开距离D40a， 
耦合窗40b自侧面20b1的右侧的侧面20b2离开距离D40b。即，电介质波导管谐振器20a和电介质波导管谐振器20b以使侧面20a2和侧面20b2之间错开Δ d(＝D40a－D40b)地进行配置。 
图4是对上述的电介质波导管输入/输出结构的频率特性进行了归一化的图表。图4中，虚线表示低频率侧的特性，实线表示高频率侧的特性，纵轴为dB，横轴为频率GHz。 
上述的实施例中，能够根据距离D40a，D40b调整外部Q。 
对于外部Q来说，根据发送路径侧和接收路径侧的各自的频带决定最佳值，通常以耦合窗的宽度等对外部Q进行调整。本申请的发明的电介质波导管输入/输出结构能够不只是通过耦合窗的宽度来调整外部Q，还能够通过自侧面20a1、20b1的宽度方向(图中x轴方向)的中心偏离地配置耦合窗来调整外部Q。 
外部Q能够在耦合窗40a、40b配置于各自侧面20a1、20b1的宽度方向上的中心时形成为最小。然而，由于电介质波导管谐振器20a和电介质波导管谐振器20b频带不同，因此电介质波导管谐振器20a的长度L20a和电介质波导管谐振器20b的长度L20b不同。因此，在将耦合窗配置于各自的侧面的情况下，不限定于侧面20a2和侧面20b2处于同一平面。电介质波导管谐振器20a和电介质波导管谐振器20b由于必须以耦合窗40a、40b相重叠的方式进行配置，因此其结果是，难以进行位置对准。因此，通过将耦合窗40a和/或耦合窗40b以使D40a、D40b相同(即，使Δd等于0)的方式进行配置，从而也能够易于进行组装时的位置对准。 
由于上述的电介质波导管输入/输出结构独立于谐振器组，没有用于输入/输出的电介质波导管，而仅利用谐振器组构成电介质波导管输入/输出结构，因此能够减少电介质波导管双工器的零部件数量，从而能够减小体积和占用面积，并且实现廉价的电介质双工器。此外，由于若未将能量引出部件的另一端连接于耦合窗的外周的导体膜则无法得到宽频带的频率特性，因此不适合作为双工器的输入/输出结构。 
(双工器的实施例) 
图5是使用了图1所示的电介质波导管输入/输出结构的电介质波导管双 工器的实施例，且为从上方看到的立体图。图5中，阴影部分表示电介质暴露部。另外，与图1～3所示的电介质波导管输入/输出结构相同的构件标注相同的附图标记，并省略说明。 
如图5所示，电介质波导管双工器11由低频率侧接收用的谐振器组11a、高频率侧发送用的谐振器组11b以及同轴连接器70构成， 
谐振器组11a由在耦合窗30a、31a、32a处串联连接的电介质谐振器20a、21a、22a、23a构成， 
谐振器组11b由在耦合窗30b、31b、32b处串联连接的电介质谐振器20b、21b、22b、23b构成。 
电介质波导管谐振器20a的一个侧面20a1设有耦合窗40a，电介质波导管谐振器20b的一个侧面20b1设有耦合窗40b，以耦合窗40a和耦合窗40b的位置一致的方式使侧面20a1和侧面20b1相对地进行配置。 
同轴连接器70连接于未图示的天线。 
上述的电介质波导管双工器11能够用谐振器组11a对从天线接收到的低频率侧的接收信号Rx进行滤波，并且能够用谐振器组11b对高频率侧的发送信号Tx进行滤波并从天线ANT进行发送。 
图6是表示图5所示的电介质波导管双工器11的实施例的频率特性的图表，在图中，细线表示接收侧信号Rx，粗线表示发送侧信号Tx，回波损耗用虚线表示，***损耗用实线表示。 
此外，电介质波导管双工器设计成： 
接收侧的中心频率f0a＝1.93GHz，接收侧的帯宽Wa＝20MHz， 
发送侧的中心频率f0b＝2.12GHz，发送侧的帯宽Wb＝20MHz； 
电介质谐振器20a：长度L20a＝25.15mm，宽度W20a＝22mm，高度H20a＝4mm； 
电介质谐振器21a：长度L21a＝24.96mm，宽度W21a＝22mm，高度H21a＝4mm； 
电介质谐振器22a：长度L22a＝24.96mm，宽度W22a＝22mm，高度H22a＝ 4mm； 
电介质谐振器23a：长度L23a＝24.71mm，宽度W23a＝22mm，高度H23a＝4mm； 
电介质谐振器20b：长度L20b＝20.70mm，宽度W20b＝22mm，高度H20b＝4mm； 
电介质谐振器21b：长度L21b＝20.57mm，宽度W21b＝22mm，高度H21b＝4mm； 
电介质谐振器22b：长度L22b＝20.57mm，宽度W22b＝22mm，高度H22b＝4mm； 
电介质谐振器23b：长度L23b＝20.35mm，宽度W23b＝22mm，高度H23b＝4mm； 
耦合窗30a：宽度W30a＝5.47mm，高度H30a＝3mm； 
耦合窗31a：宽度W31a＝4.67mm，高度H31a＝3mm； 
耦合窗32a：宽度W32a＝5.47mm，高度H32a＝3mm； 
耦合窗30b：宽度W30b＝4.51mm，高度H30b＝3mm； 
耦合窗31b：宽度W31b＝3.96mm，高度H31b＝3mm； 
耦合窗32b：宽度W32b＝4.51mm，高度H32b＝3mm； 
耦合窗40：宽度W40＝7.60mm，高度H40＝3.6mm； 
耦合窗40的位置：D40a＝6.45mm，D40b＝6.45mm； 
能量引出部件50的宽度W50＝1.1mm； 
电介质谐振器20a～23a、20b～23b的相对介电常数为21。 
从图6得知，得到窄频带且发送频率Tx和接收频率Rx之间被隔离开的特性。 
(变形实施例) 
图7是表示用于对本发明的变形实施例进行说明的耦合窗的图。 
如图7所示，通过使能量引出部件51的顶端部51a的宽度W51a比能量引出部件的宽度W51大(W51a＞W51)，能够使阻抗匹配并降低外部Q。而且，如图 7所示，通过在能量引出部件51的两侧设有长度L80的短截线80，能够抑制3倍高次谐波。L80为管内波长λ的1/4较好。 
另外，能量引出部件51和短截线80可以设于耦合窗40a、40b二者，也可以仅设于其中任意一者，在耦合窗40a设有能量引出部件51，耦合窗40b设有短截线80，使电介质波导管谐振器20a和电介质波导管谐振器20b相对地进行配置时，也可以进行组合而形成所期望的形状。 
而且，上述的实施例中，虽然同轴连接器直接配置于电介质波导管谐振器，但是为了确保同轴连接器的连接强度，也可以以夹持比同轴连接器的占用面积稍微大一点的印刷电路板的方式配置同轴连接器。 
本申请基于2013年9月13日所提出申请的日本国特许出愿2013－189934要求优先权，该申请的内容通过引用的方式被编入本申请中。 

Claims (8)

1.一种电介质波导管输入/输出结构，其是用于将同轴连接器和多个由呈大致立方体形状的电介质块构成的电介质波导管谐振器之间进行连接的输入/输出结构，其特征在于：
第1电介质波导管谐振器和第2电介质波导管谐振器被导体膜覆盖各自的外壳除设于各自的一个侧面的耦合窗之外的部分，
所述耦合窗形成有由导体膜构成的直线形状的能量引出部件，该能量引出部件的一端连接于形成于所述一个侧面的边缘部的、与所述导体膜之间绝缘的馈电点，并且另一端连接于所述耦合窗的外周的导体膜，
第1电介质波导管谐振器和第2电介质波导管谐振器以该第1电介质波导管谐振器的耦合窗的位置与该第2电介质波导管谐振器的耦合窗的位置一致的方式使各自的一个侧面相对地进行配置。
2.根据权利要求1所述的电介质波导管输入/输出结构，其中，
所述能量引出部件设有短截线。
3.根据权利要求2所述的电介质波导管输入/输出结构，其中，
所述能量引出部件设于所述第1电介质波导管谐振器的耦合窗，
所述短截线设于所述第2电介质波导管谐振器的耦合窗。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电介质波导管输入/输出结构，其中，
所述第1电介质波导管谐振器的一个侧面的横向长度与所述第2电介质波导管谐振器的一个侧面的横向长度不同。
5.根据权利要求4所述的电介质波导管输入/输出结构，其中，
所述第1电介质波导管谐振器的耦合窗偏离所述第1电介质波导管谐振器的一个侧面的中心，以使所述第1电介质波导管谐振器的与一个侧面相邻接的另一个侧面与所述第2电介质波导管谐振器的与一个侧面相邻接且与所述第1电介质波导管谐振器的另一个侧面相同侧的另一个侧面位于同一平面。
6.根据权利要求4所述的电介质波导管输入/输出结构，其中，
所述第2电介质波导管谐振器的耦合窗偏离所述第2电介质波导管谐振器的一个侧面的中心，以使所述第1电介质波导管谐振器的与一个侧面相邻接的另一个侧面与所述第2电介质波导管谐振器的与一个侧面相邻接且与所述第1电介质波导管谐振器的另一个侧面相同侧的另一个侧面位于同一平面。
7.根据权利要求1所述的电介质波导管输入/输出结构，其中，
所述第1电介质波导管谐振器的耦合窗偏离所述第1电介质波导管谐振器的一个侧面的中心，所述第2电介质波导管谐振器的耦合窗偏离所述第2电介质波导管谐振器的一个侧面的中心，从而使得所述第1电介质波导管谐振器的与一个侧面相邻接的另一个侧面与所述第2电介质波导管谐振器的与一个侧面相邻接且与所述第1电介质波导管谐振器的另一个侧面相同侧的另一个侧面位于同一平面。
8.一种电介质波导管双工器，其中，
该电介质波导管双工器使用了权利要求1至7中任意一项所记载的电介质波导管输入/输出结构。
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