《基于新型开口谐振环结构双工器的设计》-工学论文，通信论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

基于新型开口谐振环结构双工器的设计

范文

杨芷若黄玉兰

【摘要】? ? 本文提出了一种基于新型方形开口环谐振环结构的微带双工器，由两个中心频率不同的滤波器组成，每个滤波单元由两个新型开口谐振环构成。同尺寸下，该新型谐振环相比于传统开口谐振环降低了工作频率，体积缩小了27%，且两个滤波单元的角度呈90°以此获得较大的隔离度，仿真结果显示，双工器的隔离度为28.826dB和38.072dB，该双工器有很好的频率选择性、阻带特性和较小尺寸。

【关键字】? ? 新型开环谐振环? ? 双工器? ? 小型化? ?隔离度

Abstract：This paper proposes a microstrip duplexer based on a new square split ring resonant ring structure， which is composed of two filters with different center frequencies， and each filter unit is composed of two new split resonant rings. Under the same size， the new resonant ring reduces the operating frequency compared to the traditional split resonant ring， the volume is reduced by 27%， and the angle of the two filter units is 90°to obtain greater isolation. The simulation results show that the double The isolation of the duplexer is 28.826dB and 38.072dB. The duplexer has good frequency selectivity， stop-band characteristics and small size.

Key Words：New open-loop resonant ring; duplexer; miniaturization; isolation

引言

随着通信系统的逐渐完善，电磁环境越来越复杂，频谱资源越来越拥挤，双工器作为天线前端收发一体三端口元器件，可以实现双频复用且隔离电路的作用，在通信系统中越来越重要[1-2]。相比于三端口的环形器，双工器可以实现双频双工[3]，所以受到了国内外学者的高度重视。双工器性能直接影响到通信系统的收发效率，目前通信系统对双工器的性能指标、体积及成本的要求也越来越苛刻。微带双工器对于传统的微带线滤波器来说，体积小，重量轻，制作方式简单，可以用最简单的结构达到预期的目的。近几年微带双工器的设计方法不断更新，传统的微带双工器一般采用两个相同的滤波单元（RX发送端和TX接收端），根据线长和线宽的计算实现高频和低频中心频率的设计，双工器的设计主要是在保证性能的前提下增大隔离度和提高带外抑制[3]。谐振器作为双工器的基本组成单元，其小型化也是目前研究的重点[4]。

一、新型开口谐振环设计

本文提出了一种加载容性负载结构的新型谐振器结构，如图1所示。它是一个方形开口环，这种结构利用了开口环的内部空间，传输线均分布在开口环的内部，所以不占用更多的空间，相当于在谐振器中引入电容负载，达到小型化的目的[5]。

采用新型谐振开口环结构的滤波单元在不增大电路面积的情况下降低了谐振器的谐振频率[6]，中心频率从2.75GHz降低到2GHz，相当于体积缩小了27%。

二、双工器的理论分析与设计

2.1 双工器隔离度提升原理

新型谐振环双工器分别针对TX和RX模块设计在1.8GHz和2.9GHz的中心频率上。

本文所设计的双工器原理结构如图2所示。其中端口1作为天线端口，端口2和端口3分别作为接收端口和输出端口，滤波器1是高频部分，其工作的频率f1=1.8GHz，滤波器2的频率f2=2.9GHz。从发射端口3到接收端口2存在两条信号传输路径1和2。由于两组滤波器相位相差90°，端口2和3之间存在良好的隔离度[7]。

2.2 双工器的设计原理

最终设计双工器结构如图3所示，Roger5880介质基板厚度为0.508mm，介电常数2.2。双工器两个端口均采用50Ω微带线馈电。利用仿真软件优化设计，得到主要的尺寸如表1所示。

双工器的仿真结果如图4和图5所示，双工器的两个滤波单元的中心频率分别为1.8GHz和2.9GHz，带宽分别为240MHz和125MHz，两个滤波单元的隔离度为28.826dB和38.072dB，具有良好的隔离度。在工作频率相同时，与传统的开口谐振环组成的双工器相比体积缩小了约27%。

三、总结

本文设计了一种高隔离的新型三端口双工器，该结构由两个相位差（90°）的采用新型谐振开口环组成的窄带带通滤波器构成。利用收发端口之间的两路具有反相特性的传输路径[8]，使得发射端口泄漏到接收通路上的信号相互叠加抵消，进而改善整个三端口双工器的隔离度。采用该方法實现的三端口双工器具有隔离度高、结构简单等优点。通过仿真显示，其结果良好，采用新型谐振开口环结构的滤波单元在不增大电路面积的情况下降低了谐振器的谐振频率，相当于在获得相同频率的情况下，采用新型开口谐振环的体积更小[9]，这为无线通信系统射频前端电路中双工器的设计提供了一种新的方法。

参? 考? 文? 献

[1]周尊文.一種面向5G应用的交指型微带带通滤波器设计[J].中国新通信，2018，20（23）：149-150.

[2] R. Gómez-García， D. Psychogiou， and D. Peroulis， “Single/multi-band multi-functional passive components with recon?guration capabilities，” in Proc. IEEE Radio Wireless Symp.， Phoenix， AZ， USA， Jan. 2017， pp. 9–12.

[3] H. W. Liu， W. Y. Xu， Z. C. Zhang， and X. Guan， “Compact diplexer using slotline stepped impedance resonator，” IEEE Trans.，Microw.WirelessCompon.Lett.，vol.23，no.2，pp.75–77，Feb.2013.

[4]贺旺，陆云龙，黄季甫，李凯.一种新型高隔离四端口双工器设计[J].电波科学学报，2018，33（02）：156-161.

[5] Jack Browne. Design a Diplexer for 275 to 500 GHz[J]. Microwaves & RF，2017.

[6]丁华华，翁子彬，张驰，杨磊.一种基于基片集成波导的小型化双工器设计[J].微波学报，2016，32（S2）：357-359.

[7]郭翔，王锡良，赵文浩，曹亮.脊波导双模双工器的研制[J].电子元件与材料，2013，32（12）：52-55.

[8] R. Gómez-García， J. Mu?oz-Ferreras， L. Yang and D. Psychogiou， “Contiguous-Channel Dual-Band Balanced Diplexer，” in IEEE Microwave and Wireless Components Letters， vol. 29， no. 5， pp. 318-320， May 2019， doi： 10.1109/LMWC.2019.2904396.

[9] R. Gómez-García， L. Yang and J. Munoz-Ferreras， “Balanced Quasi-Elliptic-Type Combline Diplexer With Multiextracted-Pole Junction/Output Sections，” in IEEE Microwave and Wireless Components Letters， vol. 30， no. 6， pp. 569-572， June 2020， doi： 10.1109/LMWC.2020.2990084.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。