基于双层带状线容性耦合的超宽带射频合路器的制作方法

本发明涉及一种射频合路器，尤其涉及一种能覆盖超宽频带的超宽带射频合路器。

背景技术：

随着通信技术的广泛应用和发展，对滤波器也提出了越来越高的要求。作为滤波器的一种，合路器是通信系统中不可缺少的原件，大量应用于现代无线通信网络中，在基站，天线系统，塔放，以及室内射频覆盖系统中，都有大量的合路器。合路器的主要功能是将两个或多个不同频率的射频信号合成为一路信号，或者是将一路包含两个或多个不同频率的射频信号分离为两路/多路单独的信号。随着对无线通信网络容量要求的不断提高，越来越多的频谱资源被规划投入使用，因此，对合路器也提出了新的要求：宽频带，高功率，低损耗，体积小，重量轻，低成本，便于大量生产，等等。

目前大多数合路器的设计是采用多个带通腔体滤波器联接公共端的方式。然而，当频带太宽时，腔体结构的带通滤波器较难实现，因此，为了拓展合路器的带宽，采用带状线低通或高通滤波器就成为较好的设计方案。目前，市场上的宽频带合路器中，也有用带线低通和高通的设计。然而，现有采用带线高/低通滤波器实现的合路器普遍存在带宽有限的问题，例如现有的单层电路形式的2合路器可实现的带宽一般为698-960mhz和1700-2200mhz，已经不满足大部分国家和地区的频率要求。现有的频率规划已经包含了低频端的600mhz和高频端的2700mhz，而在5g的频谱中已经包含了6ghz以下的频率。此外，现有采用带线高/低通滤波器实现的合路器还存在功率容量较小，难以满足高功率的应用要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于双层带状线容性耦合的超宽带射频合路器，该合路器可覆盖更宽的频带，具有更高的功率容量，同时还具有体积小，重量轻，低成本，便于大量生产的优点。

本发明所提出的基于双层带状线容性耦合的超宽带射频合路器，包括具有一个公共端的包含高通滤波器和低通滤波器在内的一组通带滤波器，所述高通滤波器由一组开路阶梯阻抗谐振器和一组短路线谐振器构成，该高通滤波器的各谐振器之间以及谐振器与公共端之间分别通过宽边耦合带线结构实现容性耦合。

作为一种优选的结构实现方案，该合路器包括由接地金属顶盖和接地金属底板包夹而成的腔体，以及悬置固定于所述腔体中的电路部分；所述电路部分包括构成所述高通滤波器的一组开路阶梯阻抗谐振器和一组短路线谐振器；所述开路阶梯阻抗谐振器由一段串联高阻线和开路低阻线通过与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接的固体介质支撑件悬置固定于所述腔体中构成；所述短路线谐振器由一段高阻线与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接的金属支撑件悬置固定于所述腔体中构成；每个谐振器上的每根传输线的一部分与其他谐振器或公共端上的传输线的一部分上下非接触地重叠布置，从而与接地金属顶盖、接地金属底板一起形成所述宽边耦合带线结构。

进一步地，所述低通滤波器由一组开路阶梯阻抗谐振器构成，该低通滤波器的各谐振器之间以及谐振器与公共端之间分别通过高阻传输线实现感性耦合。

更进一步地，所述电路部分还包括构成所述低通滤波器的另外一组开路阶梯阻抗谐振器，所述开路阶梯阻抗谐振器由一段串联高阻线和开路低阻线通过与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接的固体介质支撑件悬置固定于所述腔体中构成。

再进一步地，在接地金属顶盖或接地金属底板与各开路阶梯阻抗谐振器中的开路低阻线相对应的位置处设置有一系列凸台，用于缩小各开路低阻线的接地距离。

优选地，该合路器为二路合路器。进一步优选地，该二路合路器的通带为dc-960mhz/1695-2700mhz或dc-2700mhz/3500-6000mhz，其中的高通滤波器由一个开路阶梯阻抗谐振器和一个短路线谐振器构成，低通滤波器由三个开路阶梯阻抗谐振器构成。

优选地，所述电路部分中的所有部件均由相同厚度的金属板切割而成。

优选地，所述固体介质支撑件由介质支架、介质螺钉和介质垫圈构成，所述介质支架的一端可与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接，介质支架的另一端设置有与所述介质螺钉适配的螺纹孔，所述介质垫圈的孔径介于所述螺纹孔孔径与介质支架设置有螺纹孔一端的直径之间。进一步优选地，所述介质垫圈具有多个不同的厚度规格。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明合路器具有超宽频带，并具有高功率，体积小，成本低，制作简单，容易调试，便于大量生产的优点。

附图说明

图1为本发明超宽带射频合路器一个具体实施例的结构爆炸图；

图2为图1超宽带射频合路器未安装顶盖情况下的俯视图；

图3为图1超宽带射频合路器腔体中电路部分的结构示意图；

图4为图1超宽带射频合路器的ads电路模型；

图5为通带为dc-960mhz/1695-2700mhz的二路合路器的ads仿真s-参数响应曲线；

图6为通带为dc-2700mhz/3500-6000mhz的二路合路器的ads仿真s-参数响应曲线；

图7为通带为dc-960mhz/1695-2700mhz的二路合路器实物原型的s-参数响应曲线。

图中含有以下附图标记：

1、底板，2、顶盖，3、公共端，4、高通输入/输出端，5、低通输入/输出端，6、高通滤波器，7、低通滤波器，8、固体介质支撑件，101、凸台，601、开路阶梯阻抗谐振器，602、短路线谐振器，603、宽边耦合带线结构，701~703、开路阶梯阻抗谐振器，704、高阻传输线，801、介质支架，802、介质螺钉，803、介质垫圈。

具体实施方式

针对现有技术所存在的频宽及功率容量方面的不足，本发明提出一种基于双层带状线容性耦合的超宽带射频合路器。为解决频宽问题，本发明采用高通滤波器和低通滤波器联接公共端的合路器方案；为了便于实现高通滤波器中的容性耦合，本发明采用双层带线结构；为了实现高功率传输的要求，本发明中的带线传输线电路采用具有一定厚度（一般为1-2mm）的金属导体。

具体而言，本发明所提出的基于双层带状线容性耦合的超宽带射频合路器，包括具有一个公共端的包含高通滤波器和低通滤波器在内的一组通带滤波器，所述高通滤波器由一组开路阶梯阻抗谐振器和一组短路线谐振器构成，该高通滤波器的各谐振器之间以及谐振器与公共端之间分别通过宽边耦合带线结构实现容性耦合。

为了使得结构更紧凑，并充分降低生产成本，作为一种优选的结构实现方案，该合路器包括由接地金属顶盖和接地金属底板包夹而成的腔体，以及悬置固定于所述腔体中的电路部分；所述电路部分包括构成所述高通滤波器的一组开路阶梯阻抗谐振器和一组短路线谐振器；所述开路阶梯阻抗谐振器由一段串联高阻线和开路低阻线通过与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接的固体介质支撑件悬置固定于所述腔体中构成；所述短路线谐振器由一段高阻线与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接的金属支撑件悬置固定于所述腔体中构成；每个谐振器上的每根传输线的一部分与其他谐振器或公共端上的传输线的一部分上下非接触地重叠布置，从而与接地金属顶盖、接地金属底板一起形成所述宽边耦合带线结构。

本发明合路器中的低通滤波器可以采用现有的腔体结构、单层带线结构、双层带线结构等，为了进一步提高合路器频宽同时降低生产成本，优选地，所述低通滤波器由一组开路阶梯阻抗谐振器构成，该低通滤波器的各谐振器之间以及谐振器与公共端之间分别通过高阻传输线实现感性耦合。在此基础上，为了使得产品结构更紧凑，同时降低生产难度，最好采用与高通部分中的开路阶梯阻抗谐振器相同的结构来实现组成低通滤波器的开路阶梯阻抗谐振器，亦即所述电路部分还包括构成所述低通滤波器的另外一组开路阶梯阻抗谐振器，这些开路阶梯阻抗谐振器由一段串联高阻线和开路低阻线通过与接地金属顶盖/接地金属底板固定连接的固体介质支撑件悬置固定于所述腔体中构成。

为了满足超宽带性能，上述高通和低通中的开路阶梯阻抗谐振器的低阻开路线的面积要求较大，会与其他电路互相交叠，为解决这一问题，本发明进一步在这些低阻开路线对应腔体底部设置有一系列凸台，用于缩小各开路低阻线与腔体底部的距离（即与地的距离），从而减小这些开路低阻线的面积，使得合路器结构更为紧凑，易于实现。

为了便于公众理解，下面以一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：

本实施例中的合路器为二路合路器，其基本结构如图1、图2、图3所示。该二路合路器包括金属的底板1和顶盖2，以及公共端3、高通输入/输出端4、低通输入/输出端5、高通滤波器6、低通滤波器7。底板1和顶盖2结合可形成封闭腔体，高通滤波器6和低通滤波器7悬置固定于该腔体中。

如图1、图2、图3所示，本实施例中的低通滤波器7是由三个开路阶梯阻抗谐振器701~703构成的三阶椭圆函数低通滤波器，低通滤波器中的感性耦合由高阻传输线704实现。高通滤波器6是由一个开路阶梯阻抗谐振器601和一个短路线谐振器602组成的二阶高通滤波器，该高通滤波器的各谐振器之间以及谐振器与公共端3之间分别通过宽边耦合带线结构实现容性耦合。如图1、图2、图3所示，开路阶梯阻抗谐振器601和短路线谐振器602的每根传输线的一部分与其他谐振器或公共端3上的传输线的一部分上下非接触地重叠布置，从而与接地的金属顶盖2、金属底板1一起形成宽边耦合带线结构603。线谐振器通过与接地的金属底板1固定连接的金属支撑件悬置固定于所述腔体中，同时实现与地之间的电连接，从而形成所述短路线谐振器602。开路阶梯阻抗谐振器601和开路阶梯阻抗谐振器701~703则通过与接地金属底板1固定连接的固体介质支撑件8悬置固定于所述腔体中，从而形成所谓开路阶梯阻抗谐振器。

为了尽可能便于生产，该合路器中所有悬置于所述腔体中的电路部分的所有部件（包括开路阶梯阻抗谐振器701~703、开路阶梯阻抗谐振器601、短路线谐振器602、高阻传输线704等）均采用相同厚度的金属板切割成型，因此相比现有采用pcb结构的滤波器，本发明具有大得多的功率容量。

如图1所示，本实施例在接地金属底板1与各开路阶梯阻抗谐振器601、701~703中低阻开路线相对应的位置处设置有一系列向上凸起的凸台101，这些凸台101的作用是缩小各低阻开路线与腔体底部的距离，以减小各低阻开路线平面面积，从而避免电路之间产生重叠，使得合路器的结构更紧凑，易于实现。

如图3所示，本实施例中的固体介质支撑件8由介质支架801、介质螺钉802和介质垫圈803构成，所述介质支架801的一端可与接地金属底板1固定连接，介质支架801的另一端设置有与所述介质螺钉802适配的螺纹孔，所述介质垫圈803的孔径介于所述螺纹孔孔径与介质支架设置有螺纹孔一端的直径之间。如图3所示，利用这种固体介质支撑件可方便地使高通滤波器6和低通滤波器7悬置固定于所述腔体中，并控制带线电路与腔体底面和腔体盖板之间的间距，以及宽边耦合带线结构603的双层带线之间的间距。最好为介质垫圈803设置多个不同的厚度规格，从而可根据实际需要更精准方便地调整容性耦合的耦合量。

利用微波电路仿真软件ads所得到的该合路器的带状线传输线电路模型如图4所示，通过调整传输线的宽度和长度以及耦合间距，可以得到所需要的合路器响应特性。图5显示了基于上述结构的一个通带为dc-960mhz/1695-2700mhz的超宽频合路器的s-参数响应曲线。图4的电路形式也可以用于其它不同通带的宽频合路器，图6显示了基于上述结构的一个通带dc-2700mhz/3500-6000mhz的超宽带合路器s-参数响应曲线。

针对图5的通带为dc-960mhz/1695-2700mhz的超宽频合路器，制作了实物模型用于验证所述电路。在图4电路模型基础上，通过电磁场仿真及优化，可以得到合路器的优化后的具体结构尺寸，实际样品的s-参数实测结果如图7所示。

以上实例为二路合路器，更多路合路器的情况与此类似，此处不再赘述。

综上可知，相比现有技术，本发明所提出的基于双层带状线容性耦合的超宽带射频合路器具有超宽频带和超高功率容量，并且具有体积小，成本低，制作简单，容易调试，便于大量生产的优点。