本發(fā)明涉及通信，特別涉及一種高隔離度三工器。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今的通信需求朝著多頻段、多業(yè)務(wù)方向發(fā)展，許多設(shè)備不僅需要接收（發(fā)射）多頻段的射頻信號，還需要接收（發(fā)射）高質(zhì)量時鐘信號。因此能夠兼容射頻信號和時鐘信號傳輸?shù)纳漕l前端器件需求逐漸旺盛。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，（a?novel?design?method?for?high?isolated?microstripdiplexer?without?extra?matching?circuit，ieee?access?2019.?7）提出了一種新型的雙工器設(shè)計(jì)方法。這種方法利用特殊諧振器間阻抗變換特性，成功實(shí)現(xiàn)了無額外匹配網(wǎng)絡(luò)的雙工器設(shè)計(jì)，為后面相關(guān)的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

3、（novel?diplexer?and?triplexer?avoiding?additional?matching?circuitoutside?filters，ieee?access?2020.?8）中提出了在公共端口加載多枝節(jié)的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)雙工器及三工器。該種設(shè)計(jì)方法需要有較大的電路面積來設(shè)計(jì)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)使得整體電路體積偏大。并且由于各頻帶內(nèi)沒有設(shè)計(jì)傳輸零點(diǎn)，導(dǎo)致工作頻帶內(nèi)隔離度較差。

4、本申請人在2024年提出了一種內(nèi)匹配的高隔離度雙工器-cn118920045a，通過使用j變換器末端加載并聯(lián)的短路和開路枝節(jié)形成開路短路諧振器及使用j變換器與半波長均勻阻抗諧振器耦合的方式同時實(shí)現(xiàn)了公共端口內(nèi)匹配和高隔離度的雙工器特性。

5、本文將提到的一些專用英文解釋：

6、j變換器：倒置變換器；frequency：頻率；|s21|：端口1至端口2的傳輸系數(shù)；|s11|：端口1的反射系數(shù)；|s31|：端口1至端口3的傳輸系數(shù)；|s41|：端口1至端口4的傳輸系數(shù)；|s23|：端口2至端口3的隔離系數(shù)；|s24|：端口2至端口4的隔離系數(shù)；|s34|：端口3至端口4的隔離系數(shù)；s：源；ll1（ll2、ll3）：負(fù)載；l：電感；c：電容；z：特征阻抗；θ：電長度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：在雙工器的基礎(chǔ)上提出一種高隔離度三工器的設(shè)計(jì)方法，使該三工器在公共端口無需額外添加匹配結(jié)構(gòu)，就能同時實(shí)現(xiàn)三個通道良好的帶內(nèi)插損及帶外濾波特性，最后達(dá)到至少優(yōu)于46db的通道隔離度；該三工器擁有兩個帶通通道（1.8ghz和2.4ghz）和一個低通通道（截止頻率為100mhz），能夠很好地應(yīng)用在帶時鐘信號傳輸?shù)南到y(tǒng)中。并且由于三個通道在公共端口同時實(shí)現(xiàn)了較好的阻抗匹配，通道間的隔離度優(yōu)于46db，極大地降低了各射頻通路間信號串?dāng)_及時鐘雜散問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是設(shè)計(jì)三個通道在公共端口良好匹配和端口間高隔離特性的三工器。具體采用的技術(shù)方案為：一種高隔離度三工器，包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板上表面設(shè)有微帶電路，所述電路包括輸入饋線、輸出饋線、j變換器、在j變換器末端加載的改良復(fù)合諧振器；所述j變換器一端對并聯(lián)的開路枝節(jié)（改良復(fù)合諧振器）進(jìn)行抽頭饋電；所述改良復(fù)合諧振器間通過縫隙耦合，介質(zhì)底面為金屬地并設(shè)有共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的五階lc低通濾波器。

3、進(jìn)一步的，提出高隔離度三工器的耦合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，明晰三個通帶中諧振模式的數(shù)量、構(gòu)成和它們之間的耦合形式。

4、進(jìn)一步的，通過分析三工器公共端口傳輸線模型，介紹三個端口阻抗匹配的理論依據(jù)以及推導(dǎo)公共端口處阻抗匹配條件。

5、進(jìn)一步的，通過分析三工器公共端口傳輸線模型，提出提高三工器隔離度的方法：在工作頻帶內(nèi)產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，提高彼此通道間隔離度。利用改良復(fù)合諧振器來合理設(shè)計(jì)傳輸零點(diǎn)和諧振頻點(diǎn)，結(jié)合j變換器的阻抗變換功能，實(shí)現(xiàn)兩個帶通通道在公共端口自匹配，無需額外設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)；由于低通通道工作頻率為≤100mhz，在f1和f2處是阻帶，因此該通道天然對其他兩個帶通通道有隔離效果。加上本發(fā)明設(shè)計(jì)低通濾波器的第一個l是直接跨接在公共端口處，lc低通電路設(shè)計(jì)在底面的共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步加大了低通通道與介質(zhì)表面的帶通通道隔離度。

6、進(jìn)一步的，通過在電路底面構(gòu)建共面波導(dǎo)形式的五階lc低通濾波器，該濾波器截止頻率為100mhz，阻帶在0.5?~?4.5ghz有大于20db抑制效果。

7、進(jìn)一步的，通過電路電磁仿真和實(shí)際電路結(jié)果揭示了該三工器在公共端口有較好的匹配度，各通道間有很好地隔離效果。

8、進(jìn)一步的，電路整體體積為（λg為1.8ghz對應(yīng)的導(dǎo)波波長）。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

10、1、本發(fā)明設(shè)計(jì)的三工器具有新穎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過使用j變換器末端加載改良復(fù)合諧振器、lc構(gòu)成共面波導(dǎo)低通濾波器、合理設(shè)計(jì)傳輸零點(diǎn)位置，在公共端口同時實(shí)現(xiàn)了三個頻段較好的匹配及通道間高隔離度。

11、2、本發(fā)明中通過分析公共端口的阻抗特性，推導(dǎo)出實(shí)現(xiàn)三個通道匹配的條件。

12、3、本發(fā)明中提出了零點(diǎn)位置分配方案，在兩個帶通濾波器工作頻帶內(nèi)各設(shè)置一個傳輸零點(diǎn)提高通道間的隔離度。使用lc構(gòu)成的共面波導(dǎo)低通濾波器擁有較小的體積及寬阻帶特性，兩兩通道間隔離度＞46db。

13、4、本發(fā)明中每個帶通濾波器高低頻各有一個傳輸零點(diǎn)，提高了濾波器的帶外抑制能力。

14、5、本發(fā)明中每個帶通通道由兩個諧振模式構(gòu)成，即兩階諧振器，每個帶通通道僅使用兩階諧振器就使通道間隔離度大于52db(s23)，優(yōu)于一些三階諧振器構(gòu)成的電路（一般階數(shù)越多，隔離度越高）。此外，在未增加電路層數(shù)情況下，在電路板下方設(shè)計(jì)共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的低通濾波器實(shí)現(xiàn)時鐘信號與高頻信號一同輸出，互相不干擾（隔離度高）。

15、6、lc低通濾波器具有可調(diào)性高、低頻響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，很適合用作低頻時鐘信號的濾波器，此外還具有降低時鐘信號的倍頻幅度等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明在介質(zhì)底面采用共面波導(dǎo)形式的五階lc低通濾波器能夠有效地提高該通道與其它通道的隔離度。

技術(shù)特征：

1.一種高隔離度三工器，其特征在于：包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板表面設(shè)有微帶電路，所述微帶電路包括輸入饋線、輸出饋線、j變換器和在j變換器兩端加載的改良復(fù)合諧振器；所述j變換器一端與輸入饋線連接，另一端對改良復(fù)合諧振器進(jìn)行饋電；所述改良復(fù)合諧振器之間通過縫隙方式耦合；所述介質(zhì)基板底面設(shè)有金屬地和低通濾波器，所述低通濾波器包括電感、電容器件和共面波導(dǎo)電路，所述共面波導(dǎo)電路通過金屬過孔與介質(zhì)基板表面的公共端口相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高隔離度三工器，其特征在于：所述改良復(fù)合諧振器為加載在j變換器且兩端開路的半波長諧振器，由兩個開路枝節(jié)并聯(lián)構(gòu)成；所述開路枝節(jié)末端形狀為三角形。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高隔離度三工器，其特征在于：改良復(fù)合諧振器中兩個開路枝節(jié)并聯(lián)諧振時產(chǎn)生一個諧振模式；同時，兩開路枝節(jié)各自諧振時，會在諧振模式的高低頻各產(chǎn)生一個傳輸零點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種高隔離度三工器，其特征在于：所述低通濾波器為五階lc低通濾波器，所述電感和電容器件均采用0402封裝形式，所述共面波導(dǎo)電路類型為無地共面波導(dǎo)電路。

5.根據(jù)權(quán)利要求3任一所述的一種高隔離度三工器，其特征在于：所述介質(zhì)基板表面為兩個帶通通道，中心頻率分別為f1=1.8ghz和f2=2.4ghz，每個帶通通道由兩個諧振模式構(gòu)成；所述介質(zhì)基板底面為一個低通通道，截止頻率fc為100mhz，低通通道由五階lc低通電路及共面波導(dǎo)線構(gòu)成。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高隔離度三工器，其特征在于：根據(jù)所述改良復(fù)合諧振器的諧振模式和傳輸零點(diǎn)，結(jié)合傳輸線方程理論，三個通道在公共端口同時實(shí)現(xiàn)匹配的條件為：根據(jù)傳輸線阻抗方程有：

7.權(quán)利要求1-3任一所述的一種高隔離度三工器，其特征在于：所述介質(zhì)基板是相對介電常數(shù)為4.4，厚度為1mm的板材；電路整體體積為，λg為1.8ghz對應(yīng)的導(dǎo)波波長。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高隔離度的三工器，屬于通信技術(shù)射頻領(lǐng)域，包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板表面設(shè)有微帶電路，所述微帶電路包括輸入饋線、輸出饋線、J變換器和在J變換器兩端加載的改良復(fù)合諧振器；所述J變換器一端與輸入饋線連接，另一端對改良復(fù)合諧振器進(jìn)行饋電；所述改良復(fù)合諧振器之間通過縫隙方式耦合；所述介質(zhì)基板底面設(shè)有金屬地和低通濾波器，所述低通濾波器包括電感、電容器件和共面波導(dǎo)電路，所述共面波導(dǎo)電路通過金屬過孔與介質(zhì)基板表面的公共端口相連。本發(fā)明由改良復(fù)合諧振器構(gòu)成的帶通通道具有良好的帶內(nèi)及帶外性能，由電容、電感及共面波導(dǎo)電路構(gòu)成的低通濾波器實(shí)現(xiàn)0.5~4.5GHz大于20dB抑制效果。

技術(shù)研發(fā)人員：劉望
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京典格通信科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8