CN117352982B - 一种超宽频微带合路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线设备技术领域，具体公开了一种超宽频微带合路器，该超宽频微带合路器包括低通滤波电路、中高通滤波电路和合路电路，低通滤波电路一端及中高通滤波电路一端通过合路电路连接，低通滤波电路另一端和中高通滤波电路另一端分别设有第一分频端口和第二分频端口；中高通滤波电路包括具有五条短路枝节的十阶低通超宽带滤波器；该超宽频微带合路器根据十阶低通超宽带滤波器设计中高通滤波电路，使得整体基于微带线设计的中高通滤波电路能直接实现超宽带信号（1695‑4200MHz）的输出，无需利用额外设置的分支合路电路整合中频信号和高频信号的输出，有效简化了电路结构，解决多路分支造成的体积大、高频信号衰减大的问题。
Description
技术领域
本申请涉及天线设备技术领域，具体而言，涉及一种超宽频微带合路器。
背景技术
目前通讯进入5G时代，天线及合路器设计趋向多频宽频化。2G/3G/4G/5G宏站及小基站通讯邻域常用频段为0.6G-4.2G，传统的宽带天线合路器为低频（617-960MHz)、中频(1695MHz-2690MHz)、高频(3300MHz-4200MHz)三频合路，结构方案上体积大、重量大、安装空间大、高频路径长损耗大，对于合路器本身和其配套设备来说成本都是巨大的(原方案设计三频合路其实是由两个分支的合路器并联组成，信号从输入端把低频和中高频滤波合路之后，中高频下一分支再分别把中频与高频合路，会形成走线路径长，多路分支体积大，高频信号衰减大等问题)。为了配合5G时代发展，所有基站、天线配套产品都要求体积小，重量轻，同时电性能也要满足市场需求。因此我们所要求的合路器的频率也随着提高，宽频集成化，同时要求器件体积小，成本低，传统的合路器满足不了这些要求。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种超宽频微带合路器，以减少三频合路器的尺寸大小。
本申请提供了一种超宽频微带合路器，所述超宽频微带合路器包括：低通滤波电路、中高通滤波电路和合路电路，所述低通滤波电路一端及所述中高通滤波电路一端通过所述合路电路连接，所述低通滤波电路另一端和所述中高通滤波电路另一端分别设有第一分频端口和第二分频端口；
所述中高通滤波电路包括具有五条短路枝节的十阶低通超宽带滤波器。
本申请的超宽频微带合路器根据十阶低通超宽带滤波器设计中高通滤波电路，使得整体基于微带线设计的中高通滤波电路能直接实现超宽带信号（1695-4200MHz）的输出，无需利用额外设置的分支合路电路整合中频信号和高频信号的输出，有效简化了电路结构，解决多路分支造成的体积大、高频信号衰减大的问题，其次，该超宽频微带合路器利用合路电路对低通滤波电路和中高通滤波电路进行合路输入，实现三频合路，能满足通讯领域的多频、宽频化使用需求。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述低通滤波电路包括七阶低通滤波器，所述七阶低通滤波器包括三个双开路枝节阶梯阻抗谐振器和四段高阻抗线。
在该示例中，三个双开路枝节阶梯阻抗谐振器分别组成三个一阶滤波器，四段高阻抗线分别组成四个一节滤波器，两者组合构成具有七阶滤波功能的七阶低通滤波器，能将中高频段信号过滤掉。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述高阻抗线的宽度为0.5-2mm，长度为低频段中心波长的1/8。
本申请利用微带线设计符合上述规格的高阻抗线以结合双开路枝节阶梯阻抗谐振器构成七阶低通滤波器，以充分利用线路布置空间来制成低通滤波电路，从而使得本申请的超宽频微带合路器具有尺寸小的特点。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述双开路枝节阶梯阻抗谐振器包括两个开路枝节，所述开路枝节的长度在低频段中心波长的0.15-0.5之间。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述十阶低通超宽带滤波器包括五条短路枝节和五段微带线。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述微带线的特性阻抗为60-80Ω。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述短路枝节的长度为高频段中心波长的0.125-0.25之间。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述短路枝节周围设有多个接地孔。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述超宽频微带合路器设置在介电常数在2.2-3.6之间的PCB板的正面上。
所述的超宽频微带合路器，其中，所述低通滤波电路、中高通滤波电路和合路电路构成的合路器为两套，且为上下镜像设置。
由上可知，本申请提供了一种超宽频微带合路器，该超宽频微带合路器根据十阶低通超宽带滤波器设计中高通滤波电路，使得整体基于微带线设计的中高通滤波电路能直接实现超宽带信号（1695-4200MHz）的输出，无需利用额外设置的分支合路电路整合中频信号和高频信号的输出，有效简化了电路结构，解决多路分支造成的体积大、高频信号衰减大的问题，其次，该超宽频微带合路器利用合路电路对低通滤波电路和中高通滤波电路进行合路输入，实现三频合路，能满足通讯领域的多频、宽频化使用需求。
附图说明
图1为本申请实施例提供的超宽频微带合路器的结构示意图。
图2为低通滤波电路的结构示意图。
图3为中高通滤波电路的结构示意图。
图4为本申请实施例的超宽频微带合路器的S参数变化示意图。
图5为本申请实施例的超宽频微带合路器的电压驻波比的变化示意图。
附图标记：1、低通滤波电路；2、中高通滤波电路；3、合路电路；4、第一分频端口；5、第二分频端口；6、合路端口；7、PCB板；11、双开路枝节阶梯阻抗谐振器；12、第一微带线电路；21、短路枝节；22、第二微带线电路；23、接地孔；121、高阻抗线；221、微带线。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参照图1-图3，本申请一些实施例提供了一种超宽频微带合路器，超宽频微带合路器包括：低通滤波电路1、中高通滤波电路2和合路电路3，低通滤波电路1一端及中高通滤波电路2一端通过合路电路3连接，低通滤波电路1另一端和中高通滤波电路2另一端分别设有第一分频端口4和第二分频端口5；
中高通滤波电路2包括具有五条短路枝节21的十阶低通超宽带滤波器。
具体地，本申请实施例的超宽频微带合路器为基于微带线设计的合路器，即低通滤波电路1、中高通滤波电路2和合路电路3均由微带线构成，微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线。
需要说明的是，本申请实施例的超宽频微带合路器包括PCB板7（双面印刷电路板），其中，PCB板7背面为正面铜层，正面基于微带线设计形成合路器。
更具体地，合路电路3具有合路端口6，用于输入信号；其中，在本申请实施例中，合路电路3优选为含有T型结的合路电路3，其利用T型结构两个分支分别与低通滤波电路1一端及中高通滤波电路2一端连接，利用T型结构余下的分支与合路端口6连接，以实现合路输入功能。
更具体地，低通滤波电路1用于过滤中高频信号以使合路器输入的低频（600～960MHz）信号能基于低通滤波电路1形成的低频段通路进行输出，中高通滤波电路2用于过滤低频信号以使合路器输入的中高频（1695～4200MHz）信号能基于中高通滤波电路2形成的中高段通路进行输出，从而使得本申请实施例的超宽频微带合路器支持600-960MHz及1695MHz-4200MHz的超宽带信号输出；因此，在本申请实施例中，低通滤波电路1设计成通带为600～960MHz，阻带为1695～4200MHz，中高通滤波电路2的设计成通带为1695～4200MHz，阻带为600～960MHz。
更具体地，与现有技术相比而言，本申请实施例设计中高通滤波电路2以集成中频段和高频段信号输出功能，其中，中高通滤波电路2的十阶低通超宽带滤波器能够实现超宽带滤波特性，其利用五条短路枝节21及相应的微带分段设计组成低频滤波通道，能有效优化回波损耗、降低通带***损耗，从而该滤波器能够实现超宽带滤波特性。
本申请实施例的超宽频微带合路器根据十阶低通超宽带滤波器设计中高通滤波电路2，使得整体基于微带线设计的中高通滤波电路2能直接实现超宽带信号（1695-4200MHz）的输出，无需利用额外设置的分支合路电路整合中频信号和高频信号的输出，有效简化了电路结构，解决多路分支造成的体积大、高频信号衰减大的问题，使得本申请实施例的超宽频微带合路器本身及其应用的微波电路或天线具有尺寸小型化、信号损耗小的优势，其次，该超宽频微带合路器利用合路电路3对低通滤波电路1和中高通滤波电路2进行合路输入，实现三频合路，能满足通讯领域的多频、宽频化使用需求。
在一些优选的实施方式中，低通滤波电路1包括七阶低通滤波器，七阶低通滤波器包括三个双开路枝节阶梯阻抗谐振器11和四段高阻抗线121。
具体地，低通滤波电路1包括连接合路电路3一分支及第一分频端口4的第一微带线电路12，该第一微带线电路12包括上述四段高阻抗线121，双开路枝节阶梯阻抗谐振器11均与该第一微带线电路12连接。
更具体地，在该实施方式中，三个双开路枝节阶梯阻抗谐振器11分别组成三个一阶滤波器，四段高阻抗线121分别组成四个一节滤波器，两者组合构成具有七阶滤波功能的七阶低通滤波器，能将中高频段信号过滤掉。
更具体地，在本申请实施例中，该七阶低通滤波器采用椭圆函数滤波器法调节零点位置，使其具有高抑制特性，以在通带和阻带之间形成高滚降的曲线。
在一些优选的实施方式中，高阻抗线121的宽度为0.5-2mm，长度为低频段中心波长的1/8。
具体地，每段高阻抗线的特性阻抗为90-120Ω。
更具体地，在本申请实施例中，高阻抗线121的线宽优选为1mm、特性阻抗优选为105Ω。
更具体地，如图2所示，本申请实施例利用微带线设计符合上述规格的高阻抗线121以结合双开路枝节阶梯阻抗谐振器11构成七阶低通滤波器，以充分利用线路布置空间来制成低通滤波电路1，从而使得本申请实施例的超宽频微带合路器具有尺寸小的特点。
在一些优选的实施方式中，双开路枝节阶梯阻抗谐振器11包括两个开路枝节，开路枝节的长度在低频段中心波长的0.15-0.5之间。
具体地，每个双开路枝节阶梯阻抗谐振器11的两个开路枝节分别连接在第一微带线电路12的两侧，以进一步充分利用线路布置空间来制成低通滤波电路1，从而使得本申请实施例的超宽频微带合路器的尺寸更小。
更具体地，在本申请实施例中，开路枝节的长度在低频段中心波长的0.15-0.5之间具有优异的传输零点，能对高频信号产生高抑制作用。
更具体地，在本申请实施例中，开路枝节采用λL/4阶梯阻抗谐振器（阶梯阻抗谐振器即为SIR，stepped-impedance resonator），其中，λL为低频段中心波长，传输零点可以通过SIR上的两段线路不同的阻抗比来控制，阻抗比也可以影响SIR总的长度，较小的阻抗比可以实现较短的长度，因此，在本申请实施例中，开路枝节长度可以按照使用需求灵活控制；该开路枝节能使得低通滤波电路1具有更小尺寸和能移开杂散谐振频率的优势。
另外，SIR采用椭圆函数滤波器法调节零点位置，使其具有高抑制特性，以在通带和阻带之间形成高滚降的曲线，并能有效减少滤波枝节的使用数量，进而进一步减少本申请实施例的超宽频微带合路器的尺寸。
在一些优选的实施方式中，十阶低通超宽带滤波器包括五条短路枝节21和五段微带线221。
具体地，中高通滤波电路2包括连接合路电路3一分支及第二分频端口5的第二微带线电路22，该第二微带线电路22包括上述五段微带线221，短路枝节21均与该第二微带线电路22连接。
更具体地，在该实施方式中，五条短路枝节21和五段微带线221共同构成十阶低通超宽带滤波器，能将低频段信号过滤掉，具有超宽带滤波特性。
更具体地，短路枝节21和微带线221可采用不同宽度、长度和分布形式的设计组合，该设计组合的设计依据以优化回波损耗和降低通带***损耗为主要目的。
在一些优选的实施方式中，微带线221的特性阻抗为60-80Ω，在本申请实施例中优选为70Ω。
在一些优选的实施方式中，短路枝节21的长度为高频段中心波长的0.125-0.25之间。
具体地，在本申请实施例中，短路枝节21的长度优选为高频段中心波长的1/4，短路枝节21的短路结构形成超宽带的高通滤波器。
更具体地，短路枝节21和第二微带线电路22构成连续E型电路结构（在蛇形结构的第二微带线电路22上连接短路枝节21以形成连续E型电路结构），能有效减少基材面积，以进一步减少本申请实施例的超宽频微带合路器的尺寸。
在一些优选的实施方式中，短路枝节21周围设有多个接地孔23。
具体地，设置在短路枝节21周围的接地孔23能形成信号阻隔墙，有利于减少耦合和表面波辐射线性，从而降低本申请实施例的超宽频微带合路器在进行中高频信号输出时的通带信号损耗。
更具体地，电磁波在微带线与铺铜地之间的特氟龙介质中传播，本申请实施例的超宽频微带合路器设置接地孔23能有效阻隔相邻微带线221信号的干扰，能有效提升合路器的Q值（品质因数），有效提升信号质量。
在一些优选的实施方式中，超宽频微带合路器设置在介电常数在2.2-3.6之间的PCB板7的正面上。
具体地，本申请实施例的超宽频微带合路器采用上述介电常数的PCB板7作为低通滤波电路1、中高通滤波电路2和合路电路3的载体，能有效提高信号传输速率并降低信号传输损耗。
在一些优选的实施方式中，低通滤波电路1、中高通滤波电路2和合路电路3构成的合路器为两套，且为上下镜像设置。
具体地，镜像设置的低通滤波电路1、中高通滤波电路2和合路电路3构成了两个性能、效果一致的合路器；其中，相对于三路分频电路的合路器而言，由于本申请实施例的超宽频微带合路器设计成基于单一的合路电路3对两路电路（低通滤波电路1、中高通滤波电路2）进行合路，故低通滤波电路1、合路电路3、中高通滤波电路2三者能设计成如图1所示的沿一直线方向依次设置，使得超宽频微带合路器设计更整齐合理，在此基础上，镜像设置两个合路器组成本申请实施例的超宽频微带合路器能充分、合理利用PCB板7的板面区域，有效缩小PCB板7面积，使得两个合路器的第一分频端口4和第二分频端口5分别能配对使用。
更具体地，为了天线与合路器一体集成化减少同轴线焊接工序，并保证信号传输效果以及方便焊接同轴电缆和天线巴伦，在本申请实施例中，合路端口6、第一分频端口4和第二分频端口5均设有焊盘，其中，第一分频端口4和第二分频端口5的焊盘用于焊接天线巴伦，合路端口6处的焊盘用于焊接电缆信线。
更具体地，合路端口6处的焊盘与合路端口6之间具有1mm距离，能避免连接短路。
更具体地，焊盘上设有若干接地孔23，能与PCB板7避免覆铜层形成良好的接地效果。
更具体地，第一分频端口4和第二分频端口处的焊盘一侧具有垂直于PCB板7板面设置的铜箔，能帮助巴伦焊接与固定，起到减少天线生产工序和维修返修次数的作用。
本申请实施例提供的超宽频微带合路器产生的电路性能如图4和5所示，其中，在图4中，a线为反射损耗的变化曲线，b线为低频***损耗的变化曲线，c线为中高频***损耗的变化曲线；根据图4可知，本申请实施例的超宽频微带合路器的反射损耗（S11参数）在600～960MHz及1695～4200MHz频率范围内保持在-38至-19dB之间（行业内要求为-14dB以下），能满足使用需求；根据图4可知，b线在1695～4200MHz频率范围内的带外抑制在-35dB（行业内要求为-28dB以下）以下，在600～960MHz频率范围内的***损耗（S21参数）为-0.4dB（行业内要求为-1dB以上）以上；c线在600～960MHz频率范围内的带外抑制在-28dB以下，在1695～4200MHz频率范围内的***损耗为-0.15dB以上，具有满足行业使用要求的带外抑制且具有优异的***损耗。
参照图5可见，本申请实施例提供的超宽频微带合路器的电压驻波比在600～960MHz及1695～4200MHz频率范围内稳定在1.25以下（行业内要求为1.5以下），实现了良好的匹配，性能良好，满足使用需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种超宽频微带合路器，其特征在于，所述超宽频微带合路器包括：低通滤波电路、中高通滤波电路和合路电路，所述低通滤波电路一端及所述中高通滤波电路一端通过所述合路电路连接，所述低通滤波电路另一端设有第一分频端口，所述中高通滤波电路另一端设有第二分频端口；
所述中高通滤波电路包括具有五条短路枝节的十阶低通超宽带滤波器和连接合路电路一分支及所述第二分频端口的第二微带线电路，所述短路枝节均与所述第二微带线电路连接。
2.根据权利要求1所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述低通滤波电路包括七阶低通滤波器和连接合路电路另一分支及所述第一分频端口的第一微带线电路，所述七阶低通滤波器包括三个双开路枝节阶梯阻抗谐振器和四段高阻抗线，所述双开路枝节阶梯阻抗谐振器均与所述第一微带线电路连接。
3.根据权利要求2所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述高阻抗线的宽度为0.5-2mm，长度为低频段中心波长的1/8。
4.根据权利要求2所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述双开路枝节阶梯阻抗谐振器包括两个开路枝节，所述开路枝节的长度在低频段中心波长的0.15-0.5倍之间。
5.根据权利要求1所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述十阶低通超宽带滤波器包括五条短路枝节和五段微带线。
6.根据权利要求5所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述微带线的特性阻抗为60-80Ω。
7.根据权利要求1所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述短路枝节的长度为高频段中心波长的0.125-0.25倍之间。
8.根据权利要求1所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述短路枝节周围设有多个接地孔。
9.根据权利要求1所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述超宽频微带合路器设置在介电常数在2.2-3.6之间的PCB板的正面上。
10.根据权利要求1所述的超宽频微带合路器，其特征在于，所述低通滤波电路、中高通滤波电路和合路电路构成的合路器为两套，且为上下镜像设置。
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