本發(fā)明涉及混合電磁耦合雙工器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于半?；刹▽?dǎo)(HMSIW)的混合電磁耦合雙工器。

背景技術(shù)：

無線通信是信息傳播的載體，電磁波作為信息在空間中傳輸?shù)拿浇?，其出現(xiàn)使得人們擺脫了導(dǎo)線的限制，是人類社會史上的一次重大的飛躍。隨著生產(chǎn)力水平的不斷提高，人類對通信系統(tǒng)的技術(shù)要求也與日俱增。雙工器是在濾波器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，簡單地說雙工器就是一種專門為解決收發(fā)共用一副天線時設(shè)計的一種無源微波器件。

雙工器一般分為兩種類型：收發(fā)開關(guān)和頻段雙工器。收發(fā)開關(guān)主要用于時分復(fù)用的雷達系統(tǒng)中，在發(fā)射脈沖時天線接通發(fā)射機，斷開接收機；發(fā)射脈沖完成后，天線接通接收機，斷開發(fā)射機。頻段雙工器是將不同頻段的信號借助同一副天線分別進行發(fā)射和接收，它在雷達和通信技術(shù)中可以提高可靠性，對提高抗干擾性和保密程度來說，作用更加突出，因此頻段雙工器擁有更為廣泛的應(yīng)用范圍，可用于微波中繼通信、衛(wèi)星通信、微波測量等。但是，現(xiàn)有雙工器普遍存在阻帶諧波抑制能力差，尺寸大、集成度低的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種集成度高、體積小、隔離度高、結(jié)構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)的用于隔離收發(fā)信號的雙工器。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于半?；刹▽?dǎo)的混合電磁耦合雙工器，包括介質(zhì)基板，設(shè)置于介質(zhì)基板下表面的金屬接地層，設(shè)置于介質(zhì)基板上表面的上金屬層，該上金屬層包括第一端口、第二端口和第三端口，其中第一端口為輸入端口，第二端口為低頻段分支濾波器輸出端口，第三端口為高頻段分支濾波器輸出端口；

所述介質(zhì)基板的上金屬層設(shè)置低通帶濾波器和高通帶濾波器，且二者并聯(lián)形成混合電磁耦合雙工器；所述上金屬層設(shè)置由第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線加載而成的半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，低通帶濾波器包括一個半模結(jié)構(gòu)連接一對對稱的第一開路枝節(jié)線，高通帶濾波器包括一個半模結(jié)構(gòu)連接一對對稱的第二開路枝節(jié)線，每一對開路枝節(jié)線的末端均為平行的開路耦合線，該第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線共用一個對稱軸，且該對稱軸平行于開路耦合線；低通帶濾波器和高通帶濾波器之間設(shè)置一列金屬化通孔，該列金屬化通孔等間距分布且貫穿介質(zhì)基板。

進一步地，所述第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線的長度不同，第一開路枝節(jié)線對應(yīng)低通帶濾波器中心頻率處的1/4波長，第二開路枝節(jié)線對應(yīng)高通帶濾波器中心頻率處的1/4波長，所述第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線分別控制低通帶濾波器和高通帶濾波器的中心頻率。

進一步地，所述半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)中第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線的結(jié)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)：通過改變第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線的長度和寬度，來改變低通帶濾波器、高通帶濾波器的中心頻率；通過改變第一開路枝節(jié)線和第二開路枝節(jié)線長度以及開路耦合線之間的間距來改變低通帶濾波器、高通帶濾波器的電耦合強度。

進一步地，所述第一輸入饋線、第二輸入饋線、第一輸出饋線和第二輸出饋線均為50歐姆微帶線；金屬化通孔的直徑d為0.6mm，金屬化通孔的孔間距p為1mm。

進一步地，所述第一輸入饋線的長度對應(yīng)高通帶分支濾波器中心頻率處的1/4波長；第二輸入饋線的長度對應(yīng)高通帶分支濾波器中心頻率處的1/4波長。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是：(1)利用半模結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)加開路枝節(jié)耦合線的結(jié)構(gòu)，有效地減少了雙工器的體積；(2)采用開路枝節(jié)平行耦合線，通過調(diào)節(jié)耦合線的長度和平行耦合線之間的距離來調(diào)節(jié)電耦合，調(diào)節(jié)HMSIW的長、寬調(diào)節(jié)磁耦合，改變混合耦合改變零點的位置抑制諧波提高了雙工器的隔離度；(3)采用新穎的結(jié)構(gòu)使得該發(fā)明的插入損耗小，回波損耗由于-20dB，且具有優(yōu)良的選擇性。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是基于半?；刹▽?dǎo)的混合電磁耦合雙工器的上層結(jié)構(gòu)圖。

圖2是基于半模基片集成波導(dǎo)的混合電磁耦合雙工器的立體示意圖。

圖3是基于半?；刹▽?dǎo)的混合電磁耦合雙工器的1.5～3.5GHz頻率響應(yīng)特性曲線圖。

圖4是基于半?；刹▽?dǎo)的混合電磁耦合雙工器的1～7GHz頻率響應(yīng)特性曲線圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1～2，本發(fā)明基于半?；刹▽?dǎo)的混合電磁耦合雙工器，包括介質(zhì)基板1，設(shè)置于介質(zhì)基板1下表面的金屬接地層2，設(shè)置于介質(zhì)基板1上表面的上金屬層，該上金屬層包括第一端口3、第二端口6和第三端口7，其中第一端口3為輸入端口，第二端口6為低頻段分支濾波器輸出端口，第三端口7為高頻段分支濾波器輸出端口；

所述介質(zhì)基板1的上金屬層設(shè)置低通帶濾波器a和高通帶濾波器b，且二者并聯(lián)形成混合電磁耦合雙工器；所述上金屬層設(shè)置由第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9加載而成的半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，低通帶濾波器a包括一個半模結(jié)構(gòu)連接一對對稱的第一開路枝節(jié)線5，高通帶濾波器b包括一個半模結(jié)構(gòu)連接一對對稱的第二開路枝節(jié)線9，每一對開路枝節(jié)線的末端均為平行的開路耦合線，該第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9共用一個對稱軸，且該對稱軸平行于開路耦合線；低通帶濾波器a和高通帶濾波器b之間設(shè)置一列金屬化通孔8，該列金屬化通孔8等間距分布且貫穿介質(zhì)基板1。

進一步地，所述第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9的長度不同，第一開路枝節(jié)線5對應(yīng)低通帶濾波器a中心頻率處的1/4波長，第二開路枝節(jié)線9對應(yīng)高通帶濾波器b中心頻率處的1/4波長，所述第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9分別控制低通帶濾波器a和高通帶濾波器b的中心頻率。

進一步地，所述半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)中第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9的結(jié)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)：通過改變第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9的長度和寬度，來改變低通帶濾波器a、高通帶濾波器b的中心頻率；通過改變第一開路枝節(jié)線5和第二開路枝節(jié)線9長度以及開路耦合線之間的間距來改變低通帶濾波器a、高通帶濾波器b的電耦合強度。

進一步地，所述第一輸入饋線4、第二輸入饋線10、第一輸出饋線6和第二輸出饋線7均為50歐姆微帶線；金屬化通孔8的直徑d為0.6mm，金屬化通孔的孔間距p為1mm。

進一步地，所述第一輸入饋線4的長度對應(yīng)高通帶分支濾波器a中心頻率處的1/4波長；第二輸入饋線10的長度對應(yīng)高通帶分支濾波器a中心頻率處的1/4波長。

上述開路枝節(jié)的耦合部分調(diào)節(jié)分支濾波器的電耦合；半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)的寬度與長度調(diào)節(jié)分支濾波器的磁耦合，分支帶通濾波器引入了混合電磁耦合從而在高阻帶得到更多的零點。同時，在每一分支濾波器前串聯(lián)了一段另一分支濾波器的四分之一匹配負載傳輸線以提高雙工器的隔離度。

綜上，本發(fā)明半?；刹▽?dǎo)有效地減小了每一分支濾波器的體積，從而減小雙工器的整體尺寸。連接半?；刹▽?dǎo)的是兩條開路枝節(jié)線，兩條開路枝節(jié)線的末端平行放置等效于一個新的耦合電容，產(chǎn)生了電耦合，與半模結(jié)構(gòu)中的磁耦合相互混合，能夠使分支濾波器的阻帶上產(chǎn)生新的零點以此來提高該雙工器的隔離度。

實施例1

本發(fā)明采用介質(zhì)厚度為0.508mm的Rogers RT5880板材，介電常數(shù)為2.2。結(jié)合圖1～2，本發(fā)明基于半?；刹▽?dǎo)的混合電磁耦合雙工器，由金屬接地層2、介質(zhì)基板1、上金屬層三層組成，其中由金屬化通孔8連接金屬接地層2和上金屬層形成一個半模結(jié)構(gòu)的基片集成波導(dǎo)。每一分支濾波器由一個半模結(jié)構(gòu)連接一對對稱的開路枝節(jié)組成，這對開路枝節(jié)線的末端引進平行的開路耦合線，等效于一個電容，調(diào)節(jié)耦合線的長度以及耦合線的間距可以調(diào)節(jié)電容的大小，以此來控制分支濾波器的零點的位置，微調(diào)濾波器的諧振頻率。分支濾波器的中心頻率由開路枝節(jié)線的長度決定，上、下頻道的分支濾波器由結(jié)構(gòu)相同的單元組成。將這兩個中心頻率不同的分支濾波器通過一個T型結(jié)并聯(lián)起來，使得上下通帶的輸出不相互影響，就制成如圖所示的結(jié)構(gòu)的雙工器。

連接兩個分支濾波器的是一個T型結(jié)，該T型結(jié)構(gòu)采用50Ω傳輸線將輸入信號平分為兩路，分別送入兩個不同通帶的濾波器中。其中，低通帶分支濾波器的前端串聯(lián)的50Ω傳輸線的長度是λ₂/4(λ₁是指低頻帶分支濾波器的中心頻率對應(yīng)的導(dǎo)波波長，λ₂是指高頻帶分支濾波器的中心頻率對應(yīng)的導(dǎo)波波長)；同理，高通帶分支濾波器的前端串聯(lián)的50Ω傳輸線的長度是λ₁/4。這樣設(shè)計的是原理是導(dǎo)波經(jīng)過λ/4后由短路變?yōu)殚_路，如此設(shè)計可以進一步提高隔離度。

結(jié)合圖3、4，可看出本設(shè)計的通帶分別2.35～2.46GHz和2.82～3.00GHz，選用Rogers RT 5880為介質(zhì)，介電常數(shù)為2.2。介質(zhì)厚度為0.508mm。通帶內(nèi)的插入損耗低于2dB，回波損耗優(yōu)于-20dB，尺寸僅為30.5mm*34mm。隔離度大于-25dB。如圖1調(diào)節(jié)雙模諧振器的開路枝節(jié)的l₃長度可以改變?yōu)V波器的中心頻率，(l₁+l₂+l₃)的長度決定了濾波器的中心頻率，因為若改變的長度即改變了耦合線的長度，即改變了濾波器的電耦合，會改變?yōu)V波器的帶寬以及零點的位置等，所以在單純改變?yōu)V波器的中心頻率只要調(diào)節(jié)l₁的長度，使其中心頻率移動到低通帶濾波器的阻帶上。通過調(diào)節(jié)l₃的長度和間距S可以調(diào)節(jié)該分支濾波器的電耦合，然后，對平行耦合線的長度和間距進行微調(diào),設(shè)計完成如圖所示的中頻率為2.41GHz、2.91GHz的帶通濾波器。本實施例的具體參數(shù)如下：l₁＝12.5mm,l₂＝3.275mm,l₃＝6.1,s₁＝0.65mm,l₁’＝10.5mm,l₂’＝0.3375mm,l₃’＝4mm,s₂＝0.45mm,w＝8.8mm,a₁＝a₂＝3.2mm。

本實例使用ANSYS公司的全波電磁仿真軟件HFSS進行仿真，頻率響應(yīng)曲線如圖3、4所示，通帶分別2.35～2.46GHz和2.82～3.00GHz，通帶內(nèi)的插入損耗低于2dB，回波損耗優(yōu)于-20dB，尺寸僅為30.5mm*34mm。隔離度大于-25dB。滿足設(shè)計指標(biāo)，符合實際應(yīng)用要求。本發(fā)明

引入了電磁混合耦合引入新的零點，增加了雙工器的隔離度，同時引入半?；刹▽?dǎo)結(jié)構(gòu)，減小了雙工器的尺寸，并且更加便于生產(chǎn)和制造。