基于矩形基片集成波导共用腔的双工器的制作方法

本发明属于选频器件技术领域，特别是一种集成度高、带宽比容易改变、高频、可控的基于矩形基片集成波导共用腔的双工器。

背景技术：

双工器是在滤波器的基础上发展起来的一种专门为解决收发共用一副天线时设计的一种无源微波器件。

双工器一般分为两种类型：收发开关和频段双工器。前者主要用于时分复用的雷达系统中，在发射时接通天线与发射机，但把接收机断开；发射脉冲结束，马上接通天线与接收机，而把发射机断开。而后者是将不同频段的信号借助同一副天线分别进行发射和接收，它在雷达和通信技术中可以提高可靠性，对提高抗干扰性和保密程度来说，作用更加突出。因此这种频段双工器拥有更为广泛的应用范围，可用于微波中继通信、卫星通信、微波测量等。

现有频段双工器如中国发明专利申请“高隔离度高温超导双工器及设计方法”(申请号：cn201610936119.9公开日：2017-02-22)所述，两个滤波器通道分别位于公共端口的左右两边,与公共端口形成t型结构,并通过微带线相互连接；两个滤波器通道、公共端口及微带线加工在基片上层,基片的下层为接地层；基片采用氧化镁mgo材料,或者铝酸镧laalo3材料、蓝宝石材料,介电常数设置为9.7,厚度h为0.5mm,上层和接地层均为钇钡铜氧(ybco)超导薄膜。

然而，上述频段双工器存在的问题是：(1)使用t型结连接两个分支滤波器造成双工器集成度低，并且体积大。(2)分支滤波器为两个独立的单元，变换分支滤波器的带宽比时，需要分别改变分支滤波器的结构。(3)频率过低，不能满足当代通信频带扩展的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于长方形基片集成波导共用腔的双工器，集成度高、带宽比容易改变、高频、可控。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于矩形基片集成波导共用腔的双工器，包括矩形介质基板5、满贴于所述介质基板5下表面的金属接地层4和贴附于介质基板5上表面的金属层7，还包括多个贯穿介质基板5连接金属层7与接地层4的金属化通孔6；

所述多个金属化通孔6围合成一长方形共用腔a和与共用腔a一长边相邻的第一低频矩形腔b和第一高频矩形腔e，以及分别与第一低频矩形腔b相接的第二低频矩形腔c和与第一高频矩形腔e相接的与第二高频矩形腔d；

所述第一低频矩形腔b与第一高频矩形腔e以一排共用的金属化通孔6相区隔，第二低频矩形腔c与第二高频矩形腔d以一排共用的金属化通孔6相区隔；

所述第二低频矩形腔c与第一低频矩形腔b共用的一排金属化通孔6存在供低频信号通过的耦合窗，第二高频矩形腔d与第一高频矩形腔e共用的一排金属化通孔6存在供高频信号通过的耦合窗；

所述共用腔a与第一低频矩形腔b和第一高频矩形腔e相对的另一边设有输入馈线1，所述输入馈线1的输入端设在介质基板5的第一短边上；

所述第二低频矩形腔c与第一低频矩形腔b相对的另一边设有低频输出馈线2，所述低频输出馈线2的输出端设在介质基板5的第二短边上；

所述第二高频矩形腔d与第一高频矩形腔e相对的另一边设有高频输出馈线3，所述高频输出馈线3的输出端设在介质基板5的第二短边上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)运用长方形基片集成波导谐振腔的两种谐振模式，省略传统双工器设计中的功分结构(t型结)，有效减小了双工器的尺寸，增大其集成度；

(2)根据长方形基片集成波导谐振腔的特性改变馈电点的高度能够控制双工器的两个通带的带宽；

(3)中心频率满足高频需求，并且在一定范围内可控，插入损耗小，回波损耗由于-18db，且该结构的双工器具有优良的选择性。

(4)采用长方形基片集成波导谐振腔的一次模和二次模式与接近正方形的基片集成波导腔体相耦合，可以尽可能减少两个通带内的杂散，增加双工器的隔离度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明基于矩形基片集成波导共用腔的双工器的立体结构示意图。

图2是图1中上层结构示意图。

图3是实施例的频率响应特性曲线。

图中，1输入馈线，2低频输出馈线，3高频输出馈线，4金属接地层，5介质基板，6金属化通孔，7金属层，

a共用腔，b第一低频矩形腔，c第二低频矩形腔，e第一高频矩形腔，d第二高频矩形腔。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于矩形基片集成波导共用腔的双工器，包括矩形介质基板5、满贴于所述介质基板5下表面的金属接地层4和贴附于介质基板5上表面的金属层3，还包括多个贯穿介质基板5连接金属层3与接地层4的金属化通孔6；

所述多个金属化通孔6围合成一长方形共用腔a和与共用腔a一长边相邻的第一低频矩形腔b和第一高频矩形腔e，以及分别与第一低频矩形腔b相接的第二低频矩形腔c和与第一高频矩形腔e相接的与第二高频矩形腔d；

所述第一低频矩形腔b与第一高频矩形腔e以一排共用的金属化通孔6相区隔，第二低频矩形腔c与第二高频矩形腔d以一排共用的金属化通孔6相区隔；

所述第二低频矩形腔c与第一低频矩形腔b共用的一排金属化通孔6存在供低频信号通过的耦合窗，第二高频矩形腔d与第一高频矩形腔e共用的一排金属化通孔6存在供高频信号通过的耦合窗；

所述共用腔a与第一低频矩形腔b和第一高频矩形腔e相对的另一边设有输入馈线1，所述输入馈线1的输入端设在介质基板5的第一短边上；

所述第二低频矩形腔c与第一低频矩形腔b相对的另一边设有低频输出馈线2，所述低频输出馈线2的输出端设在介质基板5的第二短边上；

所述第二高频矩形腔d与第一高频矩形腔e相对的另一边设有高频输出馈线3，所述高频输出馈线3的输出端设在介质基板5的第二短边上。

如图2所示，所述第一低频矩形腔b与共用腔a共用的一排金属化通孔6存在供低频信号通过的耦合窗，

所述第一高频矩形腔e与共用腔a共用的一排金属化通孔6存在供高频信号通过的耦合窗。

所述共用腔a可分别工作在低次模te101或高次模te201模式下。

所述输入端口1、低频输出馈线2、高频输出馈线3均为50欧姆微带线。

优选地，所述金属化通孔6直径d为0.6mm，相邻金属化通孔6间距p为1mm。

图3是实施例的频率响应特性曲线。

从图3看出，本发明基于矩形基片集成波导共用腔的双工器的通带分别14.2～14.8ghz和16.2～17.2ghz，选用rogersrt5880为介质，介电常数为2.2。介质厚度为0.508mm。通带内的插入损耗低于1db，回波损耗优于-18db，尺寸仅为23mm*40mm。隔离度大于-25db。

如图2所示，调节长方形基片波导谐振腔的馈电点高度tio能够控制分支滤波器的带宽比，ls能够控制分支滤波器的带宽。双工器的中心频率是由长方形基片集成波导的边长l1和w1决定的。l1和w1的长度决定了长方形基片集成波导谐振腔的谐振频率的大小，即决定了分支滤波器的中心频率。调节耦合窗的大小，可以控制谐振腔之间的耦合，达到更好的带内特性要求。本例中，先确定共用腔的尺寸，即确定双工器的中心频率，进而计算出另外4个基片集成波导谐振腔的尺寸，最后通过调节腔间的耦合设计完成如图所示的中频率为14.5ghz、16.7ghz的带通滤波器。本实施例的具体参数如下：

l1＝20.4mm,w1＝7.35mm,l2ⁱ＝10.7mm,w2ⁱ＝9mm,l2ⁱⁱ＝8mm,w2ⁱⁱ＝9mm,l3ⁱ＝10.7mm,

w3ⁱ＝9mm,,l3ⁱⁱ＝8.05mm,w3ⁱⁱ＝9mm,w12ⁱ＝4.31mm,w23ⁱ＝3.82mm,w12ⁱⁱ＝4.35mm,

w23ⁱⁱ＝4.03mm.

本实例使用ansys公司的全波电磁仿真软件hfss进行仿真，频率响应曲线如图3所示，通带分别14.2～14.8ghz和16.2～17.2ghz，通带内的插入损耗低于1db，回波损耗优于-18db，尺寸仅为23mm*40mm。隔离度大于-25db。满足设计指标，符合实际应用要求。

本发明采用了矩形基片集成波导共用腔有效地减小了双工器的整体尺寸，对比传统的双工器设计，共用腔结构省去了功分器部分，在腔体中直接分频，有效地提高了双工器的集成度。在腔体中开耦合窗来方腔基片集成波导耦合，易于调节和实施。本设计两个分支滤波器均采用了三阶长方形基片集成波导腔体耦合形成通带的形式，有效地增加了本双工器的隔离度。