一種小型波導(dǎo)雙工器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種小型波導(dǎo)雙工器，包括一個H面T型結(jié)、一個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸入端口P1、兩個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸出端口P2和P3、位于輸入端口P1到輸出端口P2路徑上的第一波導(dǎo)帶通濾波器、位于輸入端口P1到輸出端口P3路徑上的第二波導(dǎo)帶通濾波器。這兩個波導(dǎo)帶通濾波器均屬于電磁感應(yīng)透明型波導(dǎo)濾波器，工作于不同的工作頻帶，實現(xiàn)頻分雙工的功能。通過合理設(shè)計兩個波導(dǎo)帶通濾波器到T型結(jié)中心的距離可以實現(xiàn)這種小型化波導(dǎo)雙工器的兩通道之間良好隔離。這種小型化波導(dǎo)雙工器的兩輸出通道在一條直線上，介質(zhì)基板插入到輸出通道矩形波導(dǎo)中央，介質(zhì)基板所有電路總長度小于一個波導(dǎo)波長，因此本實用新型可實現(xiàn)長度小于一個波導(dǎo)波長的小型化雙工器。
【專利說明】
一種小型波導(dǎo)雙工器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微波毫米波濾波器設(shè)計技術(shù)，尤其涉及一種小型波導(dǎo)型雙工器設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002]雙工器是發(fā)射接收系統(tǒng)中的一個重要的微波、毫米波器件，在毫米波頻段，大多采用波導(dǎo)器件。波導(dǎo)雙工器由于其損耗小，功率容量大等優(yōu)點在微波毫米波通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)、電子對抗、測試儀表等系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在雙工器的設(shè)計中，位于兩個通道路徑上的波導(dǎo)帶通濾波器對雙工器的性能及尺寸起著至關(guān)重要的作用。目前，國內(nèi)外有多種波導(dǎo)帶通濾波器的設(shè)計方法及種類，但其中由于E面波導(dǎo)濾波器具有加工簡單、成本低、適用于大批量生產(chǎn)，設(shè)計較靈活等優(yōu)點，因此E面波導(dǎo)濾波器在波導(dǎo)雙工器中的應(yīng)用較為廣泛。國內(nèi)外很多研究學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，例如，在國內(nèi)有關(guān)于Ka波段波導(dǎo)雙工器的研制(見:張志鴻，鄧友富.Ka波段波導(dǎo)雙工器的研制[C].浙江省電子學(xué)會2013學(xué)術(shù)年會，2013，29-30.)，該雙工器是由兩個E面膜片波導(dǎo)濾波器和H面T型結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成，其中E面膜片波導(dǎo)濾波器是其重要的組成部分，位于輸入端到兩個輸出端的路徑上，具有不同的工作頻段，較好的實現(xiàn)雙工特性。在國外，例如采用H面Y型結(jié)構(gòu)和兩個E面膜片波導(dǎo)濾波器實現(xiàn)波導(dǎo)雙工器(見:G.Shimonov, K.Garb, R.Kastner.Mode Matching Analysis andDesign of Waveguide E-plane Filters and Diplexers[C].Antenna Technology (IffAT)
,201Internat1nal Workshop on, 2010, 1-4.),同理,這兩個E面膜片波導(dǎo)濾波器位于不同的路徑上具有不同的工作通帶，在雙工器的設(shè)計中具有重要作用，此外，該雙工器的兩個通道的工作通帶3dB相對帶寬均小于2%，最小插入損耗大于ldB，整個雙工器的長度尺寸大于10倍波導(dǎo)波長。通過分析總結(jié)國內(nèi)外的雙工器研究成果，可知，目前所設(shè)計的雙工器結(jié)構(gòu)尺寸大都相對較大，其根本原因在于通道上采用的帶通波導(dǎo)濾波器都進(jìn)行了多級級聯(lián)而體積較大，造成最終設(shè)計的雙工器體積較大；若是直接減少級聯(lián)數(shù)目，雖然可以實現(xiàn)小型化，但是其濾波特性以及雙路隔離度又會大幅度降低。如何解決小型化與濾波隔離之間的矛盾是雙工器研究的一大難點，本實用新型致力于提出一種整體結(jié)構(gòu)尺寸小于一個波導(dǎo)波長的小型化雙工器，通過調(diào)控濾波器的傳輸零點來保證濾波與隔離性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]由于影響雙工器尺寸大小的主要因素在于通道上的波導(dǎo)濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸，因此對于選擇具有較小尺寸實現(xiàn)較好性能的優(yōu)良波導(dǎo)濾波器對于小型雙工器的設(shè)計是至關(guān)重要的。本實用新型將采用加工較為方便的H面T型結(jié)結(jié)構(gòu)和一種新型的波導(dǎo)濾波器，實現(xiàn)雙工器小型化的同時，盡可能保證其良好的濾波以及雙路隔離性能。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:
[0005]一種小型波導(dǎo)雙工器，包括一個H面T型結(jié)、一個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸入端口 P1、兩個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸出端口 P2和P3、位于輸入端口 Pl到輸出端口 P2的路徑上的第一波導(dǎo)帶通濾波器、位于輸入端口 Pl到輸出端口 P3的路徑上的第二波導(dǎo)帶通濾波器，所述第一波導(dǎo)帶通濾波器由位于介質(zhì)基板正面的矩形金屬環(huán)和位于介質(zhì)基板背面的兩根金屬條帶構(gòu)成，第二波導(dǎo)帶通濾波器由位于介質(zhì)基板正面的矩形金屬環(huán)和位于介質(zhì)基板背面的兩根金屬條帶構(gòu)成；第一波導(dǎo)帶通濾波器和第二波導(dǎo)帶通濾波器具有不同的結(jié)構(gòu)尺寸，其中，第一個波導(dǎo)帶通濾波器的工作特性主要由參數(shù)比，、h決定，第二個波導(dǎo)帶通濾波器的工作特性主要由參數(shù)h2，w2，t2決定，兩個波導(dǎo)帶通濾波器具有不同尺寸參數(shù)，工作在不同的頻段內(nèi)，從而實現(xiàn)頻率雙工的特性。
[0006]進(jìn)一步的，第一波導(dǎo)帶通濾波器和第二波導(dǎo)帶通濾波器均是基于電磁感應(yīng)透明(EIT)原理實現(xiàn)的，并且其通帶兩側(cè)存在用來改善矩形系數(shù)的傳輸零點；在設(shè)計中使第一個波導(dǎo)帶通濾波器的上邊帶零點位于第二個波導(dǎo)帶通濾波器的通帶頻段內(nèi)；第二個波導(dǎo)帶通濾波器的下邊帶零點位于第一個波導(dǎo)帶通濾波器的通帶頻段內(nèi)，從而減少兩波導(dǎo)帶通濾波器通帶之間的干擾。
[0007]進(jìn)一步的，通過合理設(shè)計第一波導(dǎo)帶通濾波器到T型結(jié)中心的距離Cl1以及第二波導(dǎo)帶通濾波器到T型結(jié)中心的距離d2的值，可以實現(xiàn)當(dāng)工作頻帶處于在第一波導(dǎo)帶通濾波器的通帶內(nèi)時，含有第二波導(dǎo)帶通濾波器的輸出路徑在T型結(jié)中心處等效為開路；工作頻帶處于在第二波導(dǎo)帶通濾波器的通帶內(nèi)時，含有第一波導(dǎo)帶通濾波器的輸出路徑在T型結(jié)中心處等效為開路，從而很好的實現(xiàn)兩工作通帶之間的隔離。
[0008]進(jìn)一步的，在小型雙工器的設(shè)計中，為設(shè)計簡單方便，使兩輸出通道在一條直線上，且介質(zhì)基板插入到輸出通道矩形波導(dǎo)中央，其介質(zhì)基板所有電路總長度小于一個波導(dǎo)波長，因此這種波導(dǎo)雙工器可實現(xiàn)長度小于一個波導(dǎo)波長的小型化設(shè)計要求。
[0009]本實用新型的優(yōu)點和有益效果:
[0010](I)本實用新型采用電磁感應(yīng)透明的波導(dǎo)濾波器實現(xiàn)小型雙工器的設(shè)計與制作，通過設(shè)計EIT波導(dǎo)濾波器的工作頻帶實現(xiàn)頻分雙工。
[0011](2)本實用新型采用在采用了傳統(tǒng)的H面T型結(jié)，兩輸出通帶在一條直線上，每個通道上的帶通濾波器只由一個電磁感應(yīng)透明的波導(dǎo)濾波器單元構(gòu)成，避免了級聯(lián)，設(shè)計靈活方便，且易于設(shè)計。
[0012](3)本實用新型合理設(shè)計兩個EIT波導(dǎo)濾波器到T型結(jié)中心的距離Cl1和d2，實現(xiàn)兩工作通帶之間良好的隔離；另外通過設(shè)計使得第一個波導(dǎo)帶通濾波器的上邊帶零點位于第二個波導(dǎo)帶通濾波器的通帶頻段內(nèi)；第二個波導(dǎo)帶通濾波器的下邊帶零點位于第一個波導(dǎo)帶通濾波器的通帶頻段內(nèi)，從而進(jìn)一步提高兩路之間的隔離。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0014]圖1是本實用新型提供的一種小型波導(dǎo)雙工器的結(jié)構(gòu)三維示意圖。
[0015]圖2是本實用新型提供的一種小型波導(dǎo)雙工器的基板正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實用新型提供的一種小型波導(dǎo)雙工器的基板背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本實用新型提供的一種小型波導(dǎo)雙工器的總測試結(jié)果圖。

【具體實施方式】
[0018]如圖1、圖2和圖3所示，一種小型波導(dǎo)雙工器，包括一個H面T型結(jié)、一個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸入端口 PU兩個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸出端口 P2和P3、位于輸入端口 Pl到輸出端口 P2的路徑上的第一波導(dǎo)帶通濾波器1、位于輸入端口 Pl到輸出端口 P3的路徑上的第二波導(dǎo)帶通濾波器2，所述第一波導(dǎo)帶通濾波器I由位于介質(zhì)基板3正面的矩形金屬環(huán)11和位于介質(zhì)基板3背面的兩根金屬條帶12構(gòu)成，第二波導(dǎo)帶通濾波器2由位于介質(zhì)基板3正面的矩形金屬環(huán)21和位于介質(zhì)基板3背面的兩根金屬條帶22構(gòu)成；第一波導(dǎo)帶通濾波器I和第二波導(dǎo)帶通濾波器2具有不同的結(jié)構(gòu)尺寸，工作于不同的工作頻帶，從而實現(xiàn)頻分雙工功能；
[0019]第一波導(dǎo)帶通濾波器I和第二波導(dǎo)帶通濾波器2均是基于電磁感應(yīng)透明原理實現(xiàn)的，并且其通帶兩側(cè)存在用來改善矩形系數(shù)的傳輸零點；第一個波導(dǎo)帶通濾波器I的上邊帶零點位于第二個波導(dǎo)帶通濾波器2的通帶頻段內(nèi)；第二個波導(dǎo)帶通濾波器2的下邊帶零點位于第一個波導(dǎo)帶通濾波器I的通帶頻段內(nèi)，從而減少兩波導(dǎo)帶通濾波器通帶之間的干擾；
[0020]通過合理設(shè)計第一波導(dǎo)帶通濾波器I到T型結(jié)中心的距離Cl1以及第二波導(dǎo)帶通濾波器2到T型結(jié)中心的距離d2的值，可以實現(xiàn)當(dāng)工作頻帶處于在第一波導(dǎo)帶通濾波器I的通帶內(nèi)時，含有第二波導(dǎo)帶通濾波器2的輸出路徑在T型結(jié)中心處等效為開路；工作頻帶處于在第二波導(dǎo)帶通濾波器2的通帶內(nèi)時，含有第一波導(dǎo)帶通濾波器I的輸出路徑在T型結(jié)中心處等效為開路。
[0021]兩輸出通道在一條直線上，且介質(zhì)基板3插入到輸出通道矩形波導(dǎo)中央，介質(zhì)基板上所有電路總長度小于一個波導(dǎo)波長，因此這種波導(dǎo)雙工器可實現(xiàn)長度小于一個波導(dǎo)波長的小型化設(shè)計要求。
[0022]作為一個實例，設(shè)計、加工、測試了一種小型波導(dǎo)雙工器。H面T型結(jié)由工作于Ka波段標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)WR-28 (7.112mm*3.556mm)構(gòu)成,仿真設(shè)計中選用的介質(zhì)基板為RogersRT/duroid 5880其介電常數(shù)為2.2，厚度0.254mm，損耗角正切為0.0009，其中第一波導(dǎo)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸為=W1 = 1.8mm, Ii1 = 3.2mm, h = 0.15mm ;第二波導(dǎo)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)尺寸為:w2 = 1.8mm, h2 = 2.9mm, t2 = 0.2mm ;第一波導(dǎo)帶通濾波器I到T型結(jié)中心的距離(I1 = 2.7mm ;第二波導(dǎo)帶通濾波器2到T型結(jié)中心的距離d2 = 2.6。由測試結(jié)果可知:第一通道的最小插損分別為0.9dB,中心頻率為31.79GHz相對帶寬為7.2%;第二通道的最小插損分別為0.5dB,中心頻率為34.74GHz相對帶寬為8.6%，這種小型波導(dǎo)雙工器適合應(yīng)用在要求小尺寸，低損耗和大帶寬的情況。
【權(quán)利要求】
1.一種小型波導(dǎo)雙工器，包括一個H面T型結(jié)、一個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸入端口 Pl、兩個標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)輸出端口 P2和P3、位于輸入端口 Pl到輸出端口 P2的路徑上的第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)、位于輸入端口 Pl到輸出端口 P3的路徑上的第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)，其特征在于:所述第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)由位于介質(zhì)基板(3)正面的矩形金屬環(huán)(11)和位于介質(zhì)基板(3)背面的兩根金屬條帶(12)構(gòu)成，第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)由位于介質(zhì)基板(3)正面的矩形金屬環(huán)(21)和位于介質(zhì)基板(3)背面的兩根金屬條帶(22)構(gòu)成；第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)和第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)具有不同的結(jié)構(gòu)尺寸，工作于不同的工作頻帶，從而實現(xiàn)頻分雙工功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型波導(dǎo)雙工器，其特征在于:第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)和第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)均是基于電磁感應(yīng)透明原理實現(xiàn)的，并且其通帶兩側(cè)存在用來改善矩形系數(shù)的傳輸零點；第一個波導(dǎo)帶通濾波器(I)的上邊帶零點位于第二個波導(dǎo)帶通濾波器(2)的通帶頻段內(nèi)；第二個波導(dǎo)帶通濾波器(2)的下邊帶零點位于第一個波導(dǎo)帶通濾波器(I)的通帶頻段內(nèi)，從而減少兩波導(dǎo)帶通濾波器通帶之間的干擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型波導(dǎo)雙工器，其特征在于:通過合理設(shè)計第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)到T型結(jié)中心的距離Cl1以及第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)到T型結(jié)中心的距離d2的值，可以實現(xiàn)當(dāng)工作頻帶處于在第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)的通帶內(nèi)時，含有第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)的輸出路徑在T型結(jié)中心處等效為開路；工作頻帶處于在第二波導(dǎo)帶通濾波器(2)的通帶內(nèi)時，含有第一波導(dǎo)帶通濾波器(I)的輸出路徑在T型結(jié)中心處等效為開路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型波導(dǎo)雙工器，其特征在于:兩輸出通道在一條直線上，且介質(zhì)基板(3)插入到輸出通道矩形波導(dǎo)中央，介質(zhì)基板所有電路總長度小于一個波導(dǎo)波長，因此這種波導(dǎo)雙工器可實現(xiàn)長度小于一個波導(dǎo)波長的小型化設(shè)計要求。
【文檔編號】H01P1/20GK204167444SQ201420575668
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】林先其, 靳俊葉, 江源, 于家偉, 張瑾, 康湛毓, 聶麗瑛, 袁野, 劉王毛, 樊勇 申請人:電子科技大學(xué)