一种小型化高隔离车载射频信号分离器的制作方法

本发明是一种应用于汽车通信系统的射频信号分离器实现方法，属于汽车射频技术领域。

背景技术：

目前在无线通信、射频以及车辆交通等领域，多频率工作越来越普遍，频谱资源日益紧张，因此对不同频段隔离的要求随之相应提高。对于工作在射频频段的信号分离器，其性能的优劣会直接影响整个车载系统的通信质量。因此，设计出高隔离度、高稳定性、小体积的信号分离器成为汽车射频技术的关键环节。

信号分离器又称双工器、天线共用器，是一种特殊的双向三端口无源器件。其中的两个端口分别发射或接收工作在两个频段的信号，并通过第三个端口接收或发射包含两个频率的整合信号。设计指标包括通带范围、插入损耗、回波损耗以及阻带抑制等，具体电路结构可以等效为集总参数的电容、电感元件。通过设计满足相应指标的滤波器，实现两个射频频段信号分离的功能，保证不同频段的车载射频通信系统独立、稳定工作，信号之间互不影响。已有的信号分离器大多是窄带设计，只能整合两个或多个窄带的信号，且绝大多数采用波导或微带线结构，波导结构导致信号分离器体积较大，不易集成，而微带线结构导致信号分离器性能受周围电路和整体结构的影响较大。因此，基于波导或微带线结构的信号分离提均不适用于车载应用。

本发明提出的一种小型化高隔离车载射频信号分离器采用带状线技术，并采用低通滤波通道和带通滤波通道相结合，可以实现2g/3g/4g/lte等无线通信频段的信号和v2x车联网频段的信号的分离，其带内插损小于0.7db，带内反射系数小于-14db，两个输出端口之间的带内隔离高于55db，且具有紧凑的体积。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是解决目前车载射频信号在lt2g/3g/4g/lte等无线通信频段与v2x车联网频段的稳定传输和分离。提供一种隔离度高、体积小、模块化、便于批量生产的信号分离器，促进汽车射频领域的发展和进步，并可应用于汽车通信系统等相关领域。

技术方案：本发明的一种小型化高隔离车载射频信号分离器由两个相同尺寸的上层介质基板和下层介质基板堆叠组成；所述上层介质基板的上表面涂敷上隔离金属层，所述下层介质基板的下表面涂敷下隔离金属层，上层介质基板和下层介质基板之间为一几何形状的信号金属层；该信号分离器包括三个端口，分别是低频输出端口、输入端口、以及高频输出端口。

所述信号金属层包括：与输入端口连接的输入端口处连接微带线、与低频输出端口连接的低通输出端口处连接微带线、与高频输出端口连接的高频输出端口处连接微带线、在输入端口处连接微带线与低通输出端口处连接微带线之间的直角角削弯折结构和加载开路截线的低通滤波器，在输入端口处连接微带线与高频输出端口处连接微带线之间的加载级联耦合开口谐振环的带通滤波器。

所述加载开路截线的低通滤波器包括第一开路截线、第二开路截线、第三开路截线，该三段开路截线之间互相平行、长短粗细各不相同，垂直连接至低通输出端口处连接微带线。

所述开路截线的数量大于等于1，且数量随带宽的增宽和通带边缘矩形系数的增大而增加。

所述加载级联耦合开口谐振环的带通滤波器包括一个顺序设置的小型化开口谐振环和第一谐振开口谐振环、第二谐振开口谐振环、第三谐振开口谐振环三个开口谐振环；小型化开口谐振环的另一端接输入端口处连接微带线，第三谐振开口谐振环的另一端接高频输出端口处连接微带线；四个谐振环大小均不同，呈现阶梯级联耦合的排列形式。谐振环的数量大于等于1，且数量随带宽的增宽和通带边缘矩形系数的增大而增加，相邻谐振环的间距则随带宽的增宽而减小。

所述小型化开口谐振环为小型化谐振环，几何形状为开口处向内弯折延伸的方形环。

所述第一谐振开口谐振环、第二谐振开口谐振环、第三谐振开口谐振环几何形状为开口方形环，该谐振环在顺序排列时，相邻的谐振环开口反向；四个谐振环大小均不同，呈现阶梯级联耦合的排列形式。

有益效果：本发明提出的信号分离器具有以下优点：

(1)良好的信号分离特性。通过设计出相应工作频段的带状线滤波器电路结构，可以令不同频段的信号分离并传输至两个特定端口，分别输出两个频段的信号。其中，两个端口之间的信号互不干扰，具有良好的隔离效果，工作频带内隔离度高于55db。

(2)稳定的信号传输特性。该分离器各个端口的回波损耗很低，带内反射系数小于-14db，同时，插入损耗特性良好，带内插损小于0.7db，信号可以稳定高效地从输入端口传输至输出端口。

(3)与外界的高隔离度特性。由于采用带状线结构，上层介质基板的上层与下层介质基板的下层均敷有隔离金属层，因此内部带状线电路的性能不会受外部车载电路、天线等其他结构的影响。

(3)小型化、实用性高与制作简单。相比于波导和微带线结构，带状线电路结构设计整体尺寸较小，极大地减小了所占空间。同时便于制作和与其它传输电路(包括有源器件与天线)衔接，在汽车通信系统具有较高的实用性，且该结构易集成、便于加工，在量产化上具有优势。

附图说明

图1给出了本发明外观示意图；图1a为正面图，图1b为侧面图。

图2给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的带状线电路结构示意图。

图3给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的输出端口1的反射系数s11和输入端口2和输出端口1之间的传输系数s21。

图4给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的输出端口3的反射系数s33和输入端口2和输出端口3之间的传输系数s23。

图5给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的输入端口2的反射系数s22和输出端口1和输出端口3之间的互耦系数s31。

以上的图中有：低频输出端口1、输入端口2、高频输出端口3、上层介质基板4、下层介质基板5、上层隔离金属层6、信号金属层7、下层隔离金属层8、输入端口处连接微带线9、低通输出端口处连接微带线10、高频输出端口处连接微带线11、加载开路截线的低通滤波器12、加载级联耦合开口谐振环的带通滤波器13、直角角削弯折结构14、第一开路截线15、第二开路截线16、第三开路截线17、小型化开口谐振环18、第一谐振开口谐振环19、第二谐振开口谐振环20、第三谐振开口谐振环21。

具体实施方式

本发明的一种小型化高隔离车载射频信号分离器，其特征在于该信号分离器将信号接入到输入端口2并分离出两个频段的信号，并通过低频输出端口1和高频输出端口3分别输出。利用基于介质基板的带状线形式的电路结构，通过设计加载三根开路截线作为低通滤波器，实现2g/3g/4g/lte频段的信号分离与传输，通过设计级联耦合开口谐振环作为带通滤波器，实现v2x频段的信号分离与传输。四个级联的耦合开口谐振环大小各不相同。

图1给出了信号分离器外观示意图。图1a为外观正面图，具有两个频段的信号由正面图下侧的输入端口2进入，并由正面图右侧的低频输出端口1和高频输出端口3输出。低频输出端口1输出2g/3g/4g/lte频段的信号，高频输出端口3输出v2x车联网频段的信号。图1b为外观侧面图，信号分离器由上层介质基板4和下层介质基板5堆叠组成，上层介质基板的上表面涂敷上层隔离金属层6，下层介质基板的下表面涂敷下层隔离金属层8，上层隔离金属层6和下层隔离金属层8起到信号分离器与外界良好隔离效果。上层介质基板4与下层介质基板5之间为信号金属层7，蚀刻的金属层为带状线电路结构。

图2给出了所述信号分离器蚀刻的信号金属层7的带状线结构示意图，该结构实现射频信号的传输与频段分离。该结构包括：输入端口2处连接输入端口处连接微带线9，低频输出端口1处连接低通输出端口处连接微带线10，在直角弯折处存在直角角削弯折结构14，用于减小反射。在输入端口处连接微带线9与低通输出端口处连接微带线10之间为低通滤波通道，包括第一开路截线15、第二开路截线16、第三开路截线17三段开路截线，长短粗细各不相同，该低通滤波器可分离出2g/3g/4g/lte低频频段的信号。高频输出端口3处连接高频输出端口处连接微带线11，在输入端口处连接微带线9与高频输出端口处连接微带线11之间为一个小型化开口谐振环18和第一谐振开口谐振环19、第二谐振开口谐振环20、第三谐振开口谐振环21阶梯级联耦合组成的加载开路截线的低通滤波器12，该加载开路截线的低通滤波器12分离出高频v2x车联网频段的信号。其中，最靠近输入端口2的小型化开口谐振环18与低通通道的直角角削弯折结构14的距离需要精确控制，使得低频通道的加载开路截线的低通滤波器12在高频频段在小型化开口谐振环18处等效为开路，而高频通道的带通滤波器在2g/3g/4g/lte低频频段等效为开路。两个输出端口之间信号不通，从而实现车载射频信号的分离。

图3给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的低频输出端口1的反射系数s11和输入端口2和低频输出端口1之间的传输系数s21。在2g/3g/4g/lte等无线通信频段所在的0.7–2.7ghz频段内，s11小于-14db，s21大于-0.7db。

图4给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的高频输出端口3的反射系数s33和输入端口2和高频输出端口3之间的传输系数s23。在v2x车联网所在的5.915–5.925ghz频段内，s33小于-14db，s23大于-0.7db。

图5给出了所述一种小型化高隔离车载射频信号分离器的输入端口2的反射系数s22、以及低频输出端口1和高频输出端口3之间的互耦系数s31。在2g/3g/4g/lte等无线通信频段所在的0.7–2.7ghz频段和v2x车联网所在的5.915–5.925ghz频段内，s22均小于-14db，s31小于-55db。

本发明所采用的rogerro4003c介质基板具体参数为：介质基板长度为35mm，宽度为30mm，相对介电常数为3.55。信号分离器由两层介质基板堆叠组成，每层介质基板厚度为1.524mm，上层、下层与中间夹层为覆铜的金属层，覆铜厚度为0.018mm，中间夹层的覆铜蚀刻为带状线电路结构。