一种引入附加零点的腔体双工器的制作方法

本实用新型涉及一种双工器，具体涉及一种引入附加零点的腔体双工器。

背景技术：

近些年来，在信息领域中发展最快、应用最广的是无线通信技术。它的应用已经深入到人们生活和工作的各个方面。其中3g、wlan、uwb、蓝牙、宽带卫星系统都是二十一世纪最热门的无线通信技术的应用。微波滤波器作为技术含量最高的微波无源器件，一般被用来分开或整合不同频段的信号。在电磁环境日益复杂和频谱资源日益拥挤的今天，实现选频去噪和高带外抑制等重要功能的微波滤波器使其成为微波与无线通信系统中重要的组成部分，已广泛运用于通信系统、雷达系统、遥测系统，其系能的优劣将直接影响整个通信系统的质量。双工器是在滤波器的基础上发展起来的，微波双工器是现代通信系统中的重要组成部件之一，在移动通信系统中，无线信号的接收和发送都需要通过天线；如果给收信机和发信机各配给一个天线，不但增加了成本、体积，而且收发天线之间还会相互干扰，所以希望收发共用一副天线。简单的说，双工器就是一种专门为解决收、发共用一副天线的问题而设计的微波部件，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，在发射时它接通天线与发射机，但把接收机断开；发射脉冲完了，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进行发射和接收，它在通信系统中可以提高可靠性，对提高抗干扰性和保密程度上来说，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、微波测量等等。随着微波技术的迅速发展，频谱日益拥挤，高性能滤波器、双工器在微波与无线通信系统应用中显得日益重要。传统同轴腔体滤波器使用直接耦合的腔体滤波器，传统同轴腔体滤波器还需要在高选择性、小尺寸、通带内低插入损耗、低成本等指标上不断优化。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是解决传统同轴腔体滤波器选择性不高、尺寸较大、通带内插入损耗较高等问题，目的在于提供一种引入附加零点的腔体双工器，通过引入附件零点(交叉耦合技术)以及对谐振单元的合理布局，实现腔体双工器在l波段的高选择性、小尺寸、高隔离度、低插入损耗等指标进行优化。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种引入附加零点的腔体双工器，包括接收腔体滤波器、发射腔体滤波器和公共端口，所述接收腔体滤波器和发射腔体滤波器均通过输入输出线连接到公共端口，还包括接收耦合螺钉、发射耦合螺钉、电容耦合探针、电感耦合调节螺钉，其中，

所述接收腔体滤波器包括依次交叉连接的第一接收谐振单元、第二接收谐振单元、第三接收谐振单元、第四接收谐振单元、第五接收谐振单元，其中，每个接收谐振单元均包括一个接收谐振腔，每个接收谐振单元的接收谐振腔通过接收耦合螺钉互相连接，相邻两个接收谐振单元的接收谐振腔的交叉部分构成耦合结构；

所述发射腔体滤波器包括依次交叉连接的第一发射谐振单元、第二发射谐振单元、第三发射谐振单元、第四发射谐振单元、第五发射谐振单元，其中，每个发射谐振单元均包括一个发射谐振腔，每个发射谐振单元的发射谐振腔通过发射耦合螺钉互相连接，相邻两个发射谐振单元的发射谐振腔的交叉部分构成耦合结构；

所述电容耦合探针设于第二接收谐振单元的接收谐振腔和第四接收谐振单元的接收谐振腔之间，所述电感耦合调节螺钉设于第二发射谐振单元的发射谐振腔和第四发射谐振单元的发射谐振腔之间。

传统同轴腔体滤波器使用直接耦合的腔体滤波器，本方案通过在传统同轴腔体滤波器基础上，引入交叉耦合技术，在阻带产生有限传输零点，提高滤波器的带外抑制并减少滤波器的阶数，接收腔体滤波器和发射腔体滤波器通过各自的调谐螺钉调节各自腔体内每个谐振单元的谐振点，通过耦合结构上的耦合螺钉调节各个谐振单元之间的耦合量，耦合螺钉对相邻谐振腔起直接耦合作用，耦合螺钉深入腔体的部分越多，耦合量越大，对应的腔体滤波器带宽越宽；在接收腔体滤波器的非相邻第二接收谐振单元的接收谐振腔和第四接收谐振单元的接收谐振腔之间设有电容耦合探针，引入了附加电耦合，可在低频处产生传输零点，以抑制发射的信号，通过调节电容耦合探针离接收腔体底部的高度、探针两边谐振杆圆柱的半径、探针的长度来调节电耦合量大小，离接收腔体底部的高度越高、探针两边谐振杆圆柱的半径越大、探针的长度越长，附加电耦合量越大，传输零点也就越靠近通带，反之远离通带；在发射腔体滤波器非相邻第二发射谐振单元的发射谐振腔和第四发射谐振单元的发射谐振腔之间设有电感耦合调节螺钉，引入附加磁耦合，可在高频处产生传输零点，以抑制接收的信号，通过调节电感耦合调节螺钉深入发射腔体的深度调节磁耦合量大小，电感耦合调节螺钉深入越多，附加磁耦合量越大，传输零点也就越靠近通带，反之远离通带。因此，在两个腔体滤波器中各自引入一个传输零点使得腔体滤波器在高频率选择、低插损、高隔离特性方面得到进一步优化。

进一步地，所述第一接收谐振单元、第二接收谐振单元分别与第五接收谐振单元、第四接收谐振单元沿第三接收谐振单元的轴向延长线对称，第一发射谐振单元、第二发射谐振单元分别与第五发射谐振单元、第四发射谐振单元沿第三发射谐振单元的轴向延长线对称，第一接收谐振单元与第一发射谐振单元均与公共端口连接，所述第五接收谐振单元靠近所述第五发射谐振单元，通过对接受腔体滤波器和接收腔体滤波器各自腔体内的谐振单元的合理布局，实现腔体双工器的小型化。

进一步地，还包括探针支撑介质，探针支撑介质用于支撑和固定所述电容耦合探针，探针支撑介质的大小、介质材料可以改变，对滤波器性能影响较小。

进一步地，由于谐振腔越大，则对应的腔体滤波器的q值越高，所承受的功率越大，接收谐振腔和所述发射谐振腔的大小匹配于腔体双工器的体积大小，即接收谐振腔和所述发射谐振腔的大小根据腔体双工器的体积要求进行选择。

进一步地，所述每个接收谐振单元均包括一个接收谐振杆、一个接收调谐螺钉，所述接收谐振杆位于所述接收谐振腔内，接收谐振杆顶端设有中间开有孔的接收圆盘，所述接收调谐螺钉穿过所述接收圆盘的孔设于接收谐振杆上；所述每个发射谐振单元均包括发射谐振杆、发射调谐螺钉，所述发射谐振杆位于所述发射谐振腔内，所述发射谐振杆顶端设有中间开有孔的发射圆盘，所述发射调谐螺钉穿过所述发射圆盘的孔设于发射谐振杆上，5个接收谐振单元对应的接收谐振腔与对应的接收谐振杆形成对应的谐振点，5个发射谐振单元对应的发射谐振腔与对应的发射谐振杆形成对应的谐振点，接收和发射的调谐螺钉可分别调节各自谐振单元的谐振频率，调谐螺钉深入谐振杆的部分越多，对应谐振单元的谐振频点就越往低频移动。

进一步地，所述每个接收谐振单元的接收谐振杆的大小高度相互之间均一致，所述每个发射谐振单元的发射谐振杆的大小高度相互之间均一致，易于加工。

进一步地，所述每个接收谐振单元接收谐振杆的高度与每个发射谐振单元发射谐振杆的高度一致，易于加工。

进一步地，所述发射圆盘直径大于所述接收圆盘直径，这是由于发射滤波器的发射频段比接收滤波器的接收频段低，谐振杆都是一端接地，一端通过谐振杆顶部圆盘部分进行电容加载，这样缩短了谐振杆的高度，电容加载可使谐振杆的高度降低，缩小腔体滤波器的体积，从而实现滤波器的小型化。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型一种引入附加零点的腔体双工器，在传统同轴腔体滤波器基础上，引入附加零点(交叉耦合技术)以及对谐振单元的合理布局，实现腔体双工器在l波段的高选择性、小尺寸、高隔离度、低插入损耗等指标上的优化；用电容加载、引入附加零点来实现腔体双工器的小型化、低插损和高选择性，具体是在在直接耦合腔体滤波器的谐振腔中加载电容性金属柱，可以缩小谐振腔的长度，从而实现滤波器的小型化，引入交叉耦合在有限频点引入传输零点，在保证滤波器抑制特性的前提下，减少滤波器的阶数，实现双工器的小型化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构俯视图；

图3为接收部分s参数仿真曲线；

图4为发射部分s参数仿真曲线。

附图中标记及对应的零部件名称：

11-第一接收谐振单元，110-接收谐振腔，111-接收圆盘，112-接收调谐螺钉，12-第二接收谐振单元，13-第三接收谐振单元，14-第四接收谐振单元，15-第五接收谐振单元，21-第一发射谐振单元，210-发射谐振腔，211-发射圆盘，212-发射调谐螺钉，22-第二发射谐振单元，23-第三发射谐振单元，24-第四发射谐振单元，25-第五发射谐振单元，3-公共端口，4-接收耦合螺钉，5-发射耦合螺钉，6-电容耦合探针，7-探针支撑介质，8-电感耦合调节螺钉。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例1一种引入附加零点的腔体双工器，包括接收腔体滤波器、发射腔体滤波器和公共端口，接收腔体滤波器和发射腔体滤波器均通过输入输出线连接到公共端口，还包括接收耦合螺钉4、发射耦合螺钉5、电容耦合探针6、电感耦合调节螺钉8，其中，

接收腔体滤波器包括通过耦合结构依次交叉连接的第一接收谐振单元11、第二接收谐振单元12、第三接收谐振单元13、第四接收谐振单元14、第五接收谐振单元15，其中，每个接收谐振单元均包括一个接收谐振腔110，每个接收谐振单元的接收谐振腔通过接收耦合螺钉4互相连接，相邻两个接收谐振单元的接收谐振腔的交叉部分构成耦合结构；

发射腔体滤波器包括通过耦合结构依次交叉连接的第一发射谐振单元21、第二发射谐振单元22、第三发射谐振单元23、第四发射谐振单元24、第五发射谐振单元25，其中，每个发射谐振单元均包括一个发射谐振腔，每个发射谐振单元的发射谐振腔通过发射耦合螺钉5互相连接，相邻两个发射谐振单元的发射谐振腔的交叉部分构成耦合结构；

电容耦合探针6设于第二接收谐振单元12的接收谐振腔和第四接收谐振单元14的接收谐振腔之间，电感耦合调节螺钉8设于第二发射谐振单元22的发射谐振腔和第四发射谐振单元24的发射谐振腔之间。

上述第一接收谐振单元11、第二接收谐振单元12分别与第五接收谐振单元15、第四接收谐振单元14沿第三接收谐振单元13的轴向延长线对称，第一发射谐振单元21、第二发射谐振单元22分别与第五发射谐振单元25、第四发射谐振单元24沿第三发射谐振单元23的轴向延长线对称，第一接收谐振单元11与第一发射谐振单元21均与公共端口3连接，第五接收谐振单元15靠近第五发射谐振单元25，通过对接受腔体滤波器和接收腔体滤波器各自腔体内的谐振单元的合理布局，实现腔体双工器的小型化。

还包括探针支撑介质7，探针支撑介质7用于支撑和固定电容耦合探针6，探针支撑介质的大小、介质材料可以改变，对滤波器性能影响较小。

由于谐振腔越大，则对应的腔体滤波器的q值越高，所承受的功率越大，接收谐振腔和发射谐振腔的大小根据腔体双工器的体积要求进行选择。

每个接收谐振单元均包括一个接收谐振杆、一个接收调谐螺钉112，接收谐振杆位于接收谐振腔110内，接收谐振杆顶端设有中间开有孔的接收圆盘111，接收调谐螺钉112穿过接收圆盘111的孔设于接收谐振杆上；每个发射谐振单元均包括发射谐振杆、发射调谐螺钉212，发射谐振杆位于发射谐振腔210内，发射谐振杆顶端设有中间开有孔的发射圆盘211，发射调谐螺钉212穿过发射圆盘211的孔设于发射谐振杆上，5个接收谐振单元对应的接收谐振腔与对应的接收谐振杆形成对应的谐振点，5个发射谐振单元对应的发射谐振腔与对应的发射谐振杆形成对应的谐振点，接收和发射的调谐螺钉可分别调节各自谐振单元的谐振频率，调谐螺钉深入谐振杆的部分越多，对应谐振单元的谐振频点就越往低频移动。

5个接收谐振单元的接收谐振杆大小高度均一致，5个发射谐振单元的发射谐振杆的大小高度均一致，易于加工。每个接收谐振单元接收谐振杆的高度与每个发射谐振单元发射谐振杆的高度一致，易于加工。发射圆盘211直径大于接收圆盘111直径，这是由于发射滤波器的发射频段比接收滤波器的接收频段低，它们的谐振杆都是一端接地，一端通过谐振杆顶部圆盘部分进行电容加载，这样缩短了谐振杆的高度，电容加载可使谐振杆的高度降低，缩小腔体滤波器的体积，从而实现滤波器的小型化。

传统同轴腔体滤波器使用直接耦合的腔体滤波器，本方案通过在传统同轴腔体滤波器基础上，引入交叉耦合技术，在阻带产生有限传输零点，提高滤波器的带外抑制并减少滤波器的阶数，接收腔体滤波器和发射腔体滤波器通过各自的调谐螺钉调节各自腔体内每个谐振单元的谐振点，通过耦合结构上的耦合螺钉调节各个谐振单元之间的耦合量，耦合螺钉对相邻谐振腔起直接耦合作用，耦合螺钉深入腔体的部分越多，耦合量越大，对应的腔体滤波器带宽越宽；在接收腔体滤波器的非相邻接收谐振单元的接收谐振腔2和第四接收谐振单元的接收谐振腔之间设有电容耦合探针，引入了附加电耦合，可在低频处产生传输零点，以抑制发射的信号，通过调节电容耦合探针离接收腔体底部的高度、探针两边谐振杆圆柱的半径、探针的长度来调节电耦合量大小，离接收腔体底部的高度越高、探针两边谐振杆圆柱的半径越大、探针的长度越长，附加电耦合量越大，传输零点也就越靠近通带，反之远离通带；在发射腔体滤波器非相邻第二发射谐振单元的发射谐振腔和第四发射谐振单元的发射谐振腔之间设有电感耦合调节螺钉，引入附加磁耦合，可在高频处产生传输零点，以抑制接收的信号，通过调节电感耦合调节螺钉深入发射腔体的深度调节磁耦合量大小，电感耦合调节螺钉深入越多，附加磁耦合量越大，传输零点也就越靠近通带，反之远离通带。因此，在两个腔体滤波器中各自引入一个传输零点使得腔体滤波器在高频率选择、低插损、高隔离特性方面得到进一步优化。

腔体双工器的接收腔体滤波器和发射腔体滤波器的频率分别取决于各自谐振腔和谐振杆的高度，为实现腔体双工器的小型化，在谐振杆顶端的圆盘采用电容加载的方式，圆盘半径越大，加载的电容值越大，谐振频率由谐振腔高度、谐振杆和圆盘半径共同决定，由于谐振腔之间的相互影响，确定好谐振腔和谐振杆高度圆盘半径后，还需要加入调谐螺钉根据其深入腔体的高度来调节每个谐振单元谐振频率，就可以由所需要的群时延计算出输入输出抽头高度，也就是输入输出镀银线连接在第一接收谐振单元、第五接收谐振单元和第一发射谐振单元、第五发射谐振单元的谐振杆上的高度，高度越高即越靠近谐振杆顶部，直接耦合越大，群时延越小，反之越大，加入调谐螺钉和耦合螺钉微调后即可得出所需腔体滤波器。

可以理解的是，本实施例中腔体双工器用电容加载、引入附加零点来实现腔体双工器的小型化、低插损和高选择性，具体是在在直接耦合腔体滤波器的谐振腔中加载电容性金属柱，可以缩小谐振腔的长度，从而实现滤波器的小型化，引入交叉耦合在有限频点引入传输零点，在保证滤波器抑制特性的前提下，减少滤波器的阶数，实现双工器的小型化。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，将本实用新型的腔体双工器应用于通信收发系统中，腔体双工器工作于射频信号前端，与天线相连，从天线接收的信号经过接收滤波器处理滤掉干扰信号后，被低噪声放大器放大，通过混频器进行下变频后，把转化的中频接收信号送到中频处理端，与接收信号处理过程相反，从中频处理端出来的中频发射信号，经过上变频混频器后变换到射频信号，高功率放大器将射频信号功率放大，然而由高功率放大器输出的信号包含有多种干扰信号，这些干扰信号必须利用发射滤波器滤掉再由天线发射出去，发射滤波器的基本功能一是从发射端减少杂散辐射信号以避免对其他无线通信系统的干扰，这些无用信号的主要成分是发射信号频率的二、三次谐波和变频时候产生的镜像频率，二是衰减掉发射信号中接收频段内的噪声，抑制它到接收机的灵敏度以下。因此发射滤波器必须保持一个宽的阻带以抑制杂散信号，同时能维持低的带内插损和在输出端处理大信号电平。接收滤波器的基本功能一是避免由于发射端输出信号的泄漏而造成对接收机干扰，二是减少来自天线的本机振荡器的功率泄漏。所以滤波器的最佳性能包括高衰减以及去除干扰。

腔体双工器的公共端直接与天线相连，公共端是将发射滤波器与接收滤波器用匹配传输线连接起来，可以使得天线在发射端口与接收端口自由切换，自由选择通信信道，从而减少了天线的使用数量，并且避免采用收发天线时之间的互相干扰。

本实用新型在传统同轴腔体滤波器的基础上引入交叉耦合技术，在阻带产生有限传输零点，提高滤波器的带外抑制并减少滤波器的阶数，同波导双工器一样，谐振回路中电磁场全部封闭在同轴腔体内，没有辐射损耗。如用空气作为介质，其同轴内外导体表面镀银，则其介质损耗，欧姆损耗都很小。其无载品质因素可以达到几千，拥有良好的通带内低插入损耗，可以有效的降低信号在传输中的能量损耗，同时腔体往往具有较高的功率容量，不容易击穿，并且具有稳定性高、屏蔽性好、生产复制性强等优点，同时提及却比波导双工器要小。

为了更直观的展现本实用新型的腔体双工器的优点，图3展示了该腔体双工器接收部分的s参数仿真曲线，从图中可以看到接收频带为1.62-1.68ghz，通带带宽为60mhz低端有一个传输零点，对发射频带抑制大于75db，图4展示了发射部分的s参数仿真曲线，从图中可以看出发射频带为1.51-1.54ghz，带宽为30mhz，通高端有一个传输零点，对接收频带抑制大于90db。

由上述描述可以看出本实用新型腔体滤波器在传统直接耦合的同轴腔体滤波器的基础上进行改进，通过电容加载、附加耦合引入传输零点、以及对谐振单元的合理布局来实现腔体双工器的小型化，两个腔体滤波器各自引入一个传输零点来实现腔体滤波器的高频率选择、低插损、高隔离特性，可以实现现有的通信系统对双工器的要求，可应用于地面通信和卫星通信中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。