本發(fā)明涉及高頻器件的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于十字形諧振器的寬阻帶微帶三工器。

背景技術(shù)：

由于近年來無線通信的高速發(fā)展，無論是4G技術(shù)的普及、物聯(lián)網(wǎng)的火熱還是5G的到來，都標(biāo)志著無線技術(shù)又將迎來一個蓬勃發(fā)展的高峰期。如今的無線通信系統(tǒng)，基本都是多工的系統(tǒng)，對于時分雙工，只要將收與發(fā)安排在不同的時間片就可以解決問題了，而對于頻分多工，為了減少天線的數(shù)量從而節(jié)省成本則需要設(shè)計專門的器件來使不同頻率的電磁波共用一副天線而不互相引起干擾，這樣的器件就是多工器。而隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信對于多工器的性能要求也越來越高，小型化、寬阻帶、高隔離、低成本、易設(shè)計，都成為評價一個多工器性能的標(biāo)準(zhǔn)之一。

多工器，一般都是由一個匹配網(wǎng)絡(luò)再加上若干個帶通濾波器構(gòu)成。帶通濾波器實現(xiàn)頻率選擇而匹配網(wǎng)絡(luò)則實現(xiàn)各個通道與端口的匹配以及通道之間的隔離。以一個三工器為例，如果該三工器每個通道都是三階的切比雪夫帶通響應(yīng)，則一般需要一個匹配網(wǎng)絡(luò)加上9個諧振器，這樣將使三工器的尺寸較大并且增加了生產(chǎn)成本。而通過使三個帶通濾波器公用一個三模諧振器，將可以減少兩個諧振器，并且共用諧振器還能夠?qū)崿F(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)的功能，這樣三工器的尺寸將能夠大大的減小，應(yīng)用面也將更廣。

對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行調(diào)查了解，具體如下：

2006年，Chi‐Feng Chen等人在"IEEE TREANSACTIONS AND MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES"上發(fā)表題為"Microstrip Diplexers Design With Common Resonator Sections for Compact Size,But High Isolation"，采用階梯阻抗諧振器作為共用諧振器，將兩個個開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的帶通濾波器相連，形成一個雙工器。

2006年，Chi‐Feng Chen等人在"Asia‐Pacific Microwave Conference"上發(fā)表題為"A Miniaturized Microstrip Common Resonator Triplexer without Extra Matching Network"，采用三模的階梯阻抗諧振器，將三個帶通濾波器相連，形成一個三工器，但是該結(jié)構(gòu)的高頻抑制不是很好。

2011年，Ming‐Lin Chuang等人在"IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS"上發(fā)表題為"Microstrip Diplexer Design Using Common T‐Shaped Resonator"，采用T型共用諧振器，將兩個帶通濾波器相連，形成一個雙工器。該結(jié)構(gòu)的阻帶不夠?qū)挷⑶宜岬降腡形諧振器只能別兩個通道共用。

總的來說，目前由帶通濾波器組合而成的多工器設(shè)計已比較成熟，隨著現(xiàn)代便攜式無線電子產(chǎn)品的發(fā)展，小型化、成本低、高頻化成為了雙工器研究的標(biāo)向，而微帶多工器正好能滿足這些要求。在小型化方面，各國的科研工作者都做過不少工作，其中一種方法就是采用共用諧振器。但是其中絕大部分研究都是基于雙工器而做的，多工器方面的少之又少，阻帶特性好結(jié)構(gòu)簡單緊湊的更少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提出了一種基于十字形諧振器的寬阻帶微帶三工器，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的濾波特性和寬阻帶特性，具有設(shè)計靈活、體積小、成本低、寬阻帶等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種基于十字形諧振器的寬阻帶微帶三工器，包括輸入端口、第一輸出端口、第二輸出端口、第三輸出端口、十字形諧振器，具有二分之一波長的第一、第二、第三、第四開路諧振器，具有四分之一波長的第一、第二短路諧振器；所述十字形諧振器能夠在三個不同的頻率產(chǎn)生諧振，三個頻率對應(yīng)三個通道，分別為第一通道、第二通道、第三通道，三個通道共用同一個輸入端口和十字形諧振器，三個通道的中心頻率能夠通過調(diào)整十字形諧振器的短路截線和開路截線的長度來調(diào)節(jié)，所述第一通道由順序依次耦合的輸入端口、十字形諧振器、第一短路諧振器、第二短路諧振器、第一輸出端口構(gòu)成，所述第二通道由順序依次耦合的輸入端口、十字形諧振器、第一開路諧振器、第二開路諧振器、第二輸出端口構(gòu)成，所述第三通道由順序依次耦合的輸入端口、十字形諧振器、第三開路諧振器、第四開路諧振器、第三輸出端口構(gòu)成。

所述第一短路諧振器、第三開路諧振器、第四開路諧振器均采用折彎結(jié)構(gòu)來減小尺寸。

所述十字形諧振器、第一短路諧振器、第二短路諧振器及第一輸出端口的饋線上均開設(shè)有接地通孔，為短路端。

所述第一、第二短路諧振器工作在1.57GHz處，所述第一、第二開路諧振器工作在2.4GHz處，所述第三、第四開路諧振器工作在3.5GHz處，每個通道均為三階切比雪夫響應(yīng)。

所述輸入端口、第二輸出端口、第三輸出端口采用雙指耦合結(jié)構(gòu)。

所述輸入端口、第一輸出端口、第二輸出端口、第三輸出端口均為50歐姆的阻抗匹配。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、通過引入共用的十字形諧振器，在實現(xiàn)良好的濾波性能的同時減少了諧振器的數(shù)量并且避免了匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，有效的減小了尺寸和縮短了設(shè)計周期，使該結(jié)構(gòu)更易于應(yīng)用。

2、通過十字形諧振器和多種類型諧振器的混合使用，在保證它們基模諧振頻率相同的情況下，使它們的高次模錯開，從而能夠?qū)崿F(xiàn)一個寬阻帶的特性，這在實際應(yīng)用中將很好的實現(xiàn)對高頻噪聲的抑制。

3、本發(fā)明的寬阻帶微帶三工器具有較低插入損耗，帶外選擇性良好，濾波特性好的特點。

4、由于本發(fā)明的寬阻帶微帶三工器為微帶結(jié)構(gòu)，重量輕、成本低、適合工業(yè)批量生產(chǎn)，因此雙工器具備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計容易、制造成本低廉的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的寬阻帶微帶三工器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的寬阻帶微帶三工器的散射參數(shù)仿真結(jié)果。

圖3為本發(fā)明的寬阻帶微帶三工器的隔離帶的參數(shù)仿真結(jié)果。

圖4為本發(fā)明的寬阻帶微帶三工器的阻帶特性仿真結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

本實施例所提供的寬阻帶微帶三工器主要基于十字形諧振器，使十字形諧振器分別在三個不同的頻率諧振，使其被三個通帶所共用。每個通帶的其他諧振器可以自行選擇和設(shè)計。

參見圖1所示，本實施例的寬阻帶微帶三工器以印刷電路板的方式制作在雙面覆銅微帶板1上，微帶板的另外一面是覆銅接地板。本實施例的寬阻帶微帶三工器包括輸入端口Port1、第一輸出端口Port4、第二輸出端口Port3、第三輸出端口Port2、十字形諧振器2，具有二分之一波長的第一、第二、第三、第四開路諧振器10、12、14、15，具有四分之一波長的第一、第二短路諧振器4、5；十字形諧振器2能夠在三個不同的頻率產(chǎn)生諧振，三個頻率對應(yīng)三個通道，分別為第一通道、第二通道、第三通道，三個通道共用同一個輸入端口Port1和十字形諧振器2，三個通道的中心頻率可以通過調(diào)整十字形諧振器2的短路截線18和開路截線13的長度來調(diào)節(jié)，第一通道由順序依次耦合的輸入端口Port1、十字形諧振器2、第一短路諧振器4、第二短路諧振器5、第一輸出端口Port4構(gòu)成，第二通道由順序依次耦合的輸入端口Port1、十字形諧振器2、第一開路諧振器10、第二開路諧振器12、第二輸出端口Port3構(gòu)成，第三通道由順序依次耦合的輸入端口Port1、十字形諧振器2、第三開路諧振器14、第四開路諧振器15、第三輸出端口Port2構(gòu)成。其中，第一、第二短路諧振器4、5工作在1.57GHz處，第一、第二開路諧振器10、12工作在2.4GHz處，第三、第四開路諧振器14、15工作在3.5GHz處，每個通道均為三階切比雪夫響應(yīng)。設(shè)計中為了使結(jié)構(gòu)更加緊湊，分別對第一短路諧振器4、第三開路諧振器14、第四開路諧振器15進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹澱?。四個端口Port1、Port2、Port3、Port4均為50歐姆的阻抗匹配，為便于SMA頭的焊接，端口預(yù)留了足夠長度的饋線，圖中7、9、16、17為端口饋線，輸入端口Port1、第二輸出端口Port3、第三輸出端口Port2采用雙指耦合結(jié)構(gòu)來獲得更強的端耦合。3、6、8和11是接地通孔，需要用焊錫與覆銅接地板連接上，為短路端。

參見圖2所示，顯示了本實施例上述寬阻帶微帶三工器的散射參數(shù)仿真結(jié)果，其中心頻率分別為1.57Ghz、2.4Ghz和3.5GHz。橫軸表示寬阻帶微帶三工器的信號頻率，縱軸表示幅度，包括插入損耗(S12、S13)的幅度以及回波損耗S11的幅度，其中S11表示port1的回波損耗，S21、S31、S41分別表示port1和port3、port4的插入損耗。插入損耗表示一個信號的輸入功率與另一個端口信號的輸出功率之間的關(guān)系，其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)為：輸出功率/輸入功率(dB)＝20*log|S21|?；夭〒p耗表示該端口信號的輸入功率與信號的反射功率之間的關(guān)系,其相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)如下：反射功率/入射功率＝＝20*log|S11|。在本實施例中，回波損耗可以達(dá)到15dB以上，第一通道的中心頻率為1.57GHz，相對帶寬為7％，插入損耗為1.81dB，第二通道的中心頻率為2.4GHz，相對帶寬為10.8％，插入損耗為1.06dB，第三通道的中心頻率為3.5GHz，相對帶寬為5.4％，插入損耗為1.9dB。

參見圖3所示，顯示了本實施例上述寬阻帶微帶三工器的隔離帶的參數(shù)仿真結(jié)果，在1～4.5GHz的范圍內(nèi)，S32達(dá)的絕對值到了50dB以上，S42的絕對值達(dá)到34dB以上，S43的絕對值達(dá)到40dB以上。

參見圖4所示，顯示了本實施例上述寬阻帶微帶三工器的阻帶特性，從圖中可以看到其20dB阻帶可以達(dá)到基頻的6倍以上，并且通過進(jìn)一步的優(yōu)化諧振器結(jié)構(gòu)仍然有進(jìn)一步的提高空間。

以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。