CN107146931B - 一种四通道可调的微带双工器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四通道可调的微带双工器，主要由公共输入端口、两个输出端口，六个二分之一波长的开路谐振器，两个四分之一波长的短路谐振器，十二个变容二极管，六个隔直电容，十二个直流电源、十二个高频扼流圈、四个馈线组成。其中一个输出端口输出的是第一通道信号和第二通道信号，另外一个输出端口输出的是第三通道信号和第四通道信号。通过控制变容二极管两端的电压可以调节谐振器的工作频率，而且每个通道信号的工作频率可以单独控制。本发明具有每个通道工作频率单独可控、结构简单、尺寸小、成本低等优点，能够独立地调节每个通道的工作频率且不影响其他通道的工作，满足小型化、低成本、特性好的设计要求。

Description

一种四通道可调的微带双工器
技术领域
本发明涉及高频器件的技术领域，尤其是指一种四通道可调的微带双工器。
背景技术
近年来，随着无线电子产品在人民生活中的普及，小型化、成本低已经成为了电子产品的趋势。另一方面，随着电子信息的迅猛发展，日趋紧张的频谱资源更加匮乏，为提高通信容量及降低相邻信道间信号串扰，对滤波器的选择性及集成化等提出了更高的要求。而微带滤波器则满足了这一些要求。
可调滤波器在减小***体积、复杂性、成本方面起着重要的作用，因为其能在一个结构上实现多个频率范围。
另一方面，随着科学技术的发展，微波通信技术的应用范围越来越大，各种微波通信***亦日趋复杂。在不同的微波频段中，各***都是实时双向通信，为了保证在收、发信道共用同一副天线的情况下接收和发射均能同时正常工作，设备的射频前端必须要有信号合成和分离的器件，即微波双工器。
所以，有必要将可调技术和双工器技术结合在一起进行研究，而为了进一步缩小***的体积，四通道可调的微带双工器被提了出来。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种四通道可调的微带双工器，能够独立地调节每个通道的工作频率且不影响其他通道的工作，能够满足小型化、低成本、特性好的设计要求。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种四通道可调的微带双工器，包括公共输入端口、第一输出端口和第二输出端口、具有四分之一波长的第一短路谐振器、具有四分之一波长的第二短路谐振器、具有二分之一波长的第一开路谐振器、具有二分之一波长的第二开路谐振器、具有二分之一波长的第三开路谐振器、具有二分之一波长的第四开路谐振器、具有二分之一波长的第五开路谐振器、具有二分之一波长的第六开路谐振器、第一直流电源、第二直流电源、第三直流电源、第四直流电源、第五直流电源、第六直流电源、第七直流电源、第八直流电源、第九直流电源、第十直流电源、第十一直流电源、第十二直流电源、第一隔直电容、第二隔直电容、第三隔直电容、第四隔直电容、第五隔直电容、第六隔直电容、第一高频扼流圈、第二高频扼流圈、第三高频扼流圈、第四高频扼流圈、第五高频扼流圈、第六高频扼流圈、第七高频扼流圈、第八高频扼流圈、第九高频扼流圈、第十高频扼流圈、第十一高频扼流圈、第十二高频扼流圈、第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管、第四变容二极管、第五变容二极管、第六变容二极管、第七变容二极管、第八变容二极管、第九变容二极管、第十变容二极管、第十一变容二极管、第十二变容二极管、第一馈线、第二馈线、第三馈线、第四馈线；
所述第一馈线由相连的第一L型微带线与第一变容二极管构成，该第一馈线通过第一隔直电容与第一输出端口相连；所述第二馈线由第二变容二极管、第二L型微带线、第四隔直电容、第一直微带线依次相连构成，该第二馈线通过第五隔直电容与公共输出端口相连；所述第三馈线由相连的第七变容二极管与第二直微带线构成，所述第二直微带线连接第一直微带线；所述第四馈线由第八变容二极管、第三L型微带线相连构成，该第四馈线通过第六隔直电容与第二输出端口相连；所述第一短路谐振器由第三直微带线、第三L型微带线、第二隔直电容、第四直微带线、第三变容二极管依次相连构成，所述第三直微带线接地；所述第二短路谐振器由第五直微带线、第四L型微带线、第三隔直电容、第六直微带线、第四变容二极管依次相连构成，所述第五直微带线接地；所述第一开路谐振器由第五变容二极管与第一U型微带线相连构成；所述第二开路谐振器由第六变容二极管与第二U型微带线相连构成，所述第三开路谐振器由第三U型微带线与第十一变容二极管相连构成，所述第四开路谐振器由第四U型微带线与第十二变容二极管相连构成，所述第五开路谐振器由第七直微带线、第五L型微带线、第九变容二极管依次相连构成，所述第六开路谐振器由第八直微带线、第六L型微带线、第十变容二极管依次相连构成；
所述第一馈线和第二馈线左右分开，构成类U型结构，所述第一短路谐振器、第二短路谐振器、第一开路谐振器、第二开路谐振器置于该类U型结构内，且该第一短路谐振器和第二短路谐振器左右分开，该第一开路谐振器和第二开路谐振器左右分开，该第一短路谐振器和第二短路谐振器与第一开路谐振器和第二开路谐振器上下分开；所述第三馈线和第四馈线左右分开，且该第三馈线、第四馈线及第一馈线的第一直微带线一部分构成类U型结构，所述第三开路谐振器、第四开路谐振器、第五开路谐振器、第六开路谐振器置于该类U型结构内，且该第三开路谐振器和第四开路谐振器左右分开，该第五开路谐振器和第六开路谐振器左右分开，该第三开路谐振器和第四开路谐振器与第五开路谐振器和第六开路谐振器上下分开；
所述第一直流电源通过第一高频扼流圈与第一L型微带线相连，所述第二直流电源通过第二高频扼流圈与第二L型微带线相连，所述第三直流电源通过第三高频扼流圈与第四直微带线相连，所述第四直流电源通过第四高频扼流圈与第六直微带线相连，所述第五直流电源通过第五高频扼流圈与第一U型微带线相连，所述第六直流电源通过第六高频扼流圈与第二U型微带线相连，所述第七直流电源通过第七高频扼流圈与第一直微带线相连，所述第八直流电源通过第十高频扼流圈与第三L型微带线相连，所述第九直流电源通过第十一高频扼流圈与第三U型微带线相连，所述第十直流电源通过第十二高频扼流圈与第四U型微带线相连，所述第十一直流电源通过第八高频扼流圈与第七直微带线相连，所述第十二直流电源通过第九高频扼流圈与第八直微带线相连。
所述第一输出端口输出的是第一通道信号和第二通道信号，第二输出端口输出的是第三通道信号和第四通道信号；所述第一短路谐振器和第二短路谐振器的等效电长度为第一通道的工作频率对应波长的四分之一；所述第一开路谐振器和第二开路谐振器的等效电长度为第二通道的工作频率对应波长的二分之一；所述第三开路谐振器和第四开路谐振器的等效电长度为第三通道的工作频率对应波长的二分之一；所述第五开路谐振器和电流开路谐振器等效电长度为第四通道的工作频率对应波长的二分之一。
所述第一通道的工作频率为930MHz-1605MHz，所述第二通道的工作频率为1730MHz-2280MHz，所述第三通道的工作频率为2295MHz-2910MHz，所述第四通道的工作频率为3295MHz-3740MHz。
所述公共输入端口、第一输出端口和第二输出端口的传输线阻抗均为50欧姆。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明通过在谐振器开路末端加载变容管，可以很方便地调节各自通道的工作频率。
2、每一个通道的工作频率可以被单独调节，即可以在其他通道保持不变的情况下独自控制一个通道的工作频率。
3、四个通道的工作频率分别为930MHz-1605MHz，1730MHz-2280MHz，2295MHz-2910MHz，3295MHz-3740MHz，调节范围极宽，覆盖频率范围极宽，回波损耗均优于10dB，且隔离度都优于25dB。
4、由于本发明为微带结构，体积小、重量轻、成本低、适合工业批量生产，所以本发明具备结构简单、生产成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的微带双工器制作在双面覆铜微带板上的结构示意图。
图2为本发明所使用的变容二极管的ADS(Advanced Design System)模型。
图3a为第一通道中心频率可调、其他通道固定的回波损耗(|S22|)、***损耗(|S12|和|S32|)及隔离(|S31|)的ADS(Advanced Design System)仿真结果。
图3b为第二通道中心频率可调、其他通道固定的回波损耗(|S22|)、***损耗(|S12|和|S32|)及隔离(|S31|)的ADS(Advanced Design System)仿真结果。
图3c为第三通道中心频率可调、其他通道固定的回波损耗(|S22|)、***损耗(|S12|和|S32|)及隔离(|S31|)的ADS(Advanced Design System)仿真结果。
图3d为第四通道中心频率可调、其他通道固定的回波损耗(|S22|)、***损耗(|S12|和|S32|)及隔离(|S31|)的ADS(Advanced Design System)仿真结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例所提供的四通道可调的微带双工器的核心内容是通过控制变容管两端电压，控制其容值变化，进而实现谐振器等效电长度的改变而调节谐振频率。
参见图1所示，所述四通道可调的微带双工器，包括公共输入端口Port2、第一输出端口Port1和第二输出端口Port3、具有四分之一波长的第一短路谐振器、具有四分之一波长的第二短路谐振器、具有二分之一波长的第一开路谐振器、具有二分之一波长的第二开路谐振器、具有二分之一波长的第三开路谐振器、具有二分之一波长的第四开路谐振器、具有二分之一波长的第五开路谐振器、具有二分之一波长的第六开路谐振器、第一直流电源6、第二直流电源11、第三直流电源27、第四直流电源36、第五直流电源23、第六直流电源20、第七直流电源13、第八直流电源45、第九直流电源58、第十直流电源51、第十一直流电源41、第十二直流电源42、第一隔直电容2、第二隔直电容29、第三隔直电容33、第四隔直电容12、第五隔直电容16、第六隔直电容48、第一高频扼流圈5、第二高频扼流圈10、第三高频扼流圈28、第四高频扼流圈35、第五高频扼流圈22、第六高频扼流圈19、第七高频扼流圈14、第八高频扼流圈40、第九高频扼流圈43、第十高频扼流圈46、第十一高频扼流圈59、第十二高频扼流圈50、第一变容二极管7、第二变容二极管8、第三变容二极管25、第四变容二极管37、第五变容二极管24、第六变容二极管21、第七变容二极管39、第八变容二极管44、第九变容二极管56、第十变容二极管53、第十一变容二极管57、第十二变容二极管52、第一馈线、第二馈线、第三馈线、第四馈线。
所述第一馈线由相连的第一L型微带线4与第一变容二极管7构成，该第一馈线通过第一隔直电容2与第一输出端口Port1相连；所述第二馈线由第二变容二极管8、第二L型微带线9、第四隔直电容12、第一直微带线15依次相连构成，该第二馈线通过第五隔直电容16与公共输出端口Port2相连；所述第三馈线由相连的第七变容二极管39与第二直微带线38构成，所述第二直微带线38连接第一直微带线15；所述第四馈线由第八变容二极管44、第三L型微带线47相连构成，该第四馈线通过第六隔直电容48与第二输出端口Port3相连；所述第一短路谐振器由第三直微带线30、第三L型微带线31、第二隔直电容29、第四直微带线26、第三变容二极管25依次相连构成，所述第三直微带线30接地；所述第二短路谐振器由第五直微带线61、第四L型微带线32、第三隔直电容33、第六直微带线34、第四变容二极管37依次相连构成，所述第五直微带线61接地；所述第一开路谐振器由第五变容二极管24与第一U型微带线3相连构成；所述第二开路谐振器由第六变容二极管21与第二U型微带线18相连构成，所述第三开路谐振器由第三U型微带线60与第十一变容二极管57相连构成，所述第四开路谐振器由第四U型微带线49与第十二变容二极管52相连构成，所述第五开路谐振器由第七直微带线1、第五L型微带线55、第九变容二极管56依次相连构成，所述第六开路谐振器由第八直微带线17、第六L型微带线54、第十变容二极管53依次相连构成。
所述第一馈线和第二馈线左右分开，构成类U型结构，所述第一短路谐振器、第二短路谐振器、第一开路谐振器、第二开路谐振器置于该类U型结构内，且该第一短路谐振器和第二短路谐振器左右分开，该第一开路谐振器和第二开路谐振器左右分开，该第一短路谐振器和第二短路谐振器与第一开路谐振器和第二开路谐振器上下分开；所述第三馈线和第四馈线左右分开，且该第三馈线、第四馈线及第一馈线的第一直微带线15一部分构成类U型结构，所述第三开路谐振器、第四开路谐振器、第五开路谐振器、第六开路谐振器置于该类U型结构内，且该第三开路谐振器和第四开路谐振器左右分开，该第五开路谐振器和第六开路谐振器左右分开，该第三开路谐振器和第四开路谐振器与第五开路谐振器和第六开路谐振器上下分开。
所述第一直流电源6通过第一高频扼流圈5与第一L型微带线4相连，所述第二直流电源11通过第二高频扼流圈10与第二L型微带线9相连，所述第三直流电源27通过第三高频扼流圈28与第四直微带线26相连，所述第四直流电源36通过第四高频扼流圈35与第六直微带线34相连，所述第五直流电源23通过第五高频扼流圈22与第一U型微带线3相连，所述第六直流电源20通过第六高频扼流圈19与第二U型微带线18相连，所述第七直流电源13通过第七高频扼流圈14与第一直微带线15相连，所述第八直流电源45通过第十高频扼流圈46与第三L型微带线47相连，所述第九直流电源58通过第十一高频扼流圈59与第三U型微带线60相连，所述第十直流电源51通过第十二高频扼流圈50与第四U型微带线49相连，所述第十一直流电源41通过第八高频扼流圈40与第七直微带线1相连，所述第十二直流电源42通过第九高频扼流圈43与第八直微带线17相连。
第一输出端口Port1输出的是第一通道信号和第二通道信号，第二输出端口Port3输出的是第三通道信号和第四通道信号；第一短路谐振器和第二短路谐振器的等效电长度为第一通道的工作频率(930MHz-1605MHz)对应波长的四分之一；第一开路谐振器和第二开路谐振器的等效电长度为第二通道的工作频率(1730MHz-2280MHz)对应波长的二分之一；第三开路谐振器和第四开路谐振器的等效电长度为第三通道的工作频率(2295MHz-2910MHz)对应波长的二分之一；第五开路谐振器和电流开路谐振器等效电长度为第四通道的工作频率(3295MHz-3740MHz)对应波长的二分之一。所述公共输入端口Port2、第一输出端口Port1和第二输出端口Port3的传输线阻抗均为50欧姆。
图2是使用的变容二极管的ADS模型，本实施例具体使用的是SMV 1405(CV＝2.67-0.63pF,Rs＝0.80Ω,Cp＝0.29pF,Ls＝0.7nH)。
图3a显示的是第一通道变化，其他通道不变的情况下双工器的散射参数仿真结果。横轴表示本发明中微带双工器的信号频率，左边纵轴表示双工器的回波损耗(S22)，回波损耗表示该端口信号的输入功率与信号的反射功率之间的关系,其相应的数学函数如下：反射功率/入射功率＝20*log|S22|。图3a左边纵轴还表示双工器的***损耗(S12和S32)仿真结果，***损耗表示一个信号的输入功率与另一个端口信号的输出功率之间的关系，其相应的数学函数为：输出功率/输入功率(dB)＝20*log|S12|和(dB)＝20*log|S32|。其中S12表示公共输入端口Port2到第一输出端口Port1的插损，S32表示公共输入端口Port2到第二输出端口Port3之间的插损。图3a右边纵轴表示双工器的隔离(S31)，双工器的隔离表示双工器输出端口之间的互相影响程度，其相应的数学函数为：输出功率/输入功率(dB)＝20*log|S31|。可以发现第一通道的工作频率为930MHz-1605MHz，每个通道的回波损耗均优于10dB，隔离优于25dB，性能优良。
图3b显示的是第二通道变化，其他通道不变的情况下双工器的散射参数仿真结果。可以发现第二通道的工作频率为1730MHz-2280MHz，每个通道的回波损耗均优于10dB，隔离优于25dB，性能优良。
图3c显示的是第三通道变化，其他通道不变的情况下双工器的散射参数仿真结果。可以发现第三通道的工作频率为2295MHz-2910MHz，每个通道的回波损耗均优于10dB，隔离优于25dB，性能优良。
图3d显示的是第四通道变化，其他通道不变的情况下双工器的散射参数仿真结果。可以发现第四通道的工作频率为3295MHz-3740MHz，每个通道的回波损耗均优于10dB，隔离优于25dB，性能优良。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种四通道可调的微带双工器，其特征在于：包括公共输入端口、第一输出端口和第二输出端口、具有四分之一波长的第一短路谐振器、具有四分之一波长的第二短路谐振器、具有二分之一波长的第一开路谐振器、具有二分之一波长的第二开路谐振器、具有二分之一波长的第三开路谐振器、具有二分之一波长的第四开路谐振器、具有二分之一波长的第五开路谐振器、具有二分之一波长的第六开路谐振器、第一直流电源、第二直流电源、第三直流电源、第四直流电源、第五直流电源、第六直流电源、第七直流电源、第八直流电源、第九直流电源、第十直流电源、第十一直流电源、第十二直流电源、第一隔直电容、第二隔直电容、第三隔直电容、第四隔直电容、第五隔直电容、第六隔直电容、第一高频扼流圈、第二高频扼流圈、第三高频扼流圈、第四高频扼流圈、第五高频扼流圈、第六高频扼流圈、第七高频扼流圈、第八高频扼流圈、第九高频扼流圈、第十高频扼流圈、第十一高频扼流圈、第十二高频扼流圈、第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管、第四变容二极管、第五变容二极管、第六变容二极管、第七变容二极管、第八变容二极管、第九变容二极管、第十变容二极管、第十一变容二极管、第十二变容二极管、第一馈线、第二馈线、第三馈线、第四馈线；
所述第一馈线由相连的第一L型微带线与第一变容二极管构成，该第一馈线通过第一隔直电容与第一输出端口相连；所述第二馈线由第二变容二极管、第二L型微带线、第四隔直电容、第一直微带线依次相连构成，该第二馈线通过第五隔直电容与公共输出端口相连；所述第三馈线由相连的第七变容二极管与第二直微带线构成，所述第二直微带线连接第一直微带线；所述第四馈线由第八变容二极管、第三L型微带线相连构成，该第四馈线通过第六隔直电容与第二输出端口相连；所述第一短路谐振器由第三直微带线、第三L型微带线、第二隔直电容、第四直微带线、第三变容二极管依次相连构成，所述第三直微带线接地；所述第二短路谐振器由第五直微带线、第四L型微带线、第三隔直电容、第六直微带线、第四变容二极管依次相连构成，所述第五直微带线接地；所述第一开路谐振器由第五变容二极管与第一U型微带线相连构成；所述第二开路谐振器由第六变容二极管与第二U型微带线相连构成，所述第三开路谐振器由第三U型微带线与第十一变容二极管相连构成，所述第四开路谐振器由第四U型微带线与第十二变容二极管相连构成，所述第五开路谐振器由第七直微带线、第五L型微带线、第九变容二极管依次相连构成，所述第六开路谐振器由第八直微带线、第六L型微带线、第十变容二极管依次相连构成；
所述第一馈线和第二馈线左右分开，构成类U型结构，所述第一短路谐振器、第二短路谐振器、第一开路谐振器、第二开路谐振器置于该类U型结构内，且该第一短路谐振器和第二短路谐振器左右分开，该第一开路谐振器和第二开路谐振器左右分开，该第一短路谐振器和第二短路谐振器与第一开路谐振器和第二开路谐振器上下分开；所述第三馈线和第四馈线左右分开，且该第三馈线、第四馈线及第一馈线的第一直微带线一部分构成类U型结构，所述第三开路谐振器、第四开路谐振器、第五开路谐振器、第六开路谐振器置于该类U型结构内，且该第三开路谐振器和第四开路谐振器左右分开，该第五开路谐振器和第六开路谐振器左右分开，该第三开路谐振器和第四开路谐振器与第五开路谐振器和第六开路谐振器上下分开；
所述第一直流电源通过第一高频扼流圈与第一L型微带线相连，所述第二直流电源通过第二高频扼流圈与第二L型微带线相连，所述第三直流电源通过第三高频扼流圈与第四直微带线相连，所述第四直流电源通过第四高频扼流圈与第六直微带线相连，所述第五直流电源通过第五高频扼流圈与第一U型微带线相连，所述第六直流电源通过第六高频扼流圈与第二U型微带线相连，所述第七直流电源通过第七高频扼流圈与第一直微带线相连，所述第八直流电源通过第十高频扼流圈与第三L型微带线相连，所述第九直流电源通过第十一高频扼流圈与第三U型微带线相连，所述第十直流电源通过第十二高频扼流圈与第四U型微带线相连，所述第十一直流电源通过第八高频扼流圈与第七直微带线相连，所述第十二直流电源通过第九高频扼流圈与第八直微带线相连；
所述第一输出端口输出的是第一通道信号和第二通道信号，第二输出端口输出的是第三通道信号和第四通道信号；所述第一短路谐振器和第二短路谐振器的等效电长度为第一通道的工作频率对应波长的四分之一；所述第一开路谐振器和第二开路谐振器的等效电长度为第二通道的工作频率对应波长的二分之一；所述第三开路谐振器和第四开路谐振器的等效电长度为第三通道的工作频率对应波长的二分之一；所述第五开路谐振器和第六开路谐振器等效电长度为第四通道的工作频率对应波长的二分之一；
所述第一通道的工作频率为930MHz-1605MHz，所述第二通道的工作频率为1730MHz-2280MHz，所述第三通道的工作频率为2295MHz-2910MHz，所述第四通道的工作频率为3295MHz-3740MHz。
2.根据权利要求1所述的一种四通道可调的微带双工器，其特征在于：所述公共输入端口、第一输出端口和第二输出端口的传输线阻抗均为50欧姆。
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