一种基于新型频率分离结构的低通-带通五工器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及平面微带滤波器的技术领域，特别涉及一种基于新型频率分离结构的低通-带通五工器。
【背景技术】
[0002]近年来，通信行业的发展越来越迅猛。各种通信创新技术被广泛应用在军事或民用领域，如卫星通信、移动通信等，为我们的生活提供了巨大的便利。随着各种通信标准的出现，例如GSM、CDMA、WCDMA、TD-LTE、WiF1、WiMAX等，人们需要对频段划分得越来越多和越来越细。通信频段的不断增多，对接收机的灵敏度要求也越来越高。因此，如何使各频道间的信号互不干扰成为了通信系统设计中的关键技术问题。
[0003]在无线通信系统中，如果为每一频段都各自配备一副收/发天线，必然会使电路系统体积变得庞大，甚至各天线之间还会相互干扰。所以最理想的方法是收发系统共用一副天线，而采用多工滤波器(多工器)将不同频段的信号分隔开来。因此微波多工器作为现代无线通信系统里的重要组成部分之一，其性能优劣很大程度决定了系统的工作质量。目前可利用的频谱资源日益紧张，因此对多工器的每个子滤波器频率选择特性要求越来越高。为了提高通信容量和避免相邻信道间的干扰，要求多工器的每个输出端口要有高的隔离度和带外抑制;为了提高信噪比，要求通带内要有低的插入损耗;而为了减小信号的失真，要求通带内有平坦的幅频特性和群延时特性;为了满足现代通信终端小型化趋势，要求多工器有更小体积与重量。
[0004]在目前已经提出的多工器中，常见的是带通-带通型多工器，因为此类型多工器的匹配网络设计简单，不同频带间容易实现高隔离。而包含低通结构的多工器，由于匹配网络设计复杂，目前并不常见。而现有的低通-带通多工器大多只包含两个通道，并且在性能上仍有所欠缺。
[0005]资料显不在2002年，Yo-Shen Lin等人在欧洲微波会议(European Microwaveconference)上发表题为 aLumped-Element Coplanar-Waveguide Dip lexer，，文章，米用共面波导结构设计了低通-带通双工器，但是双工器的通带特性有所欠缺，该结构如图1所示。
[0006]资料还显示在1999年，M.H.Capstick在“IET ELECTRONICS LETTERS”上发表题为“Microstriplowpass-bandpass diplexer topology” 文章，米用传输线结构设计了平面低通-带通双工器。其设计关键思路是将低通滤波器的传输零点设置在带通滤波器通带的中心频率处，该结构如图2所示。
[0007]资料又显示在2012年，Pu-HuaDeng等人在 “IEEE MICROWAVE AND WIRELESSCOMPONENTS LETTERS” 上发表题为 “Design of MicrostripLowpass-Bandpass Diplexer”文章，介绍了基于平面微带结构的低通-带通双工器匹配网络的设计方法。双工器由高低阻抗线低通滤波器和耦合谐振器带通滤波器组成，其结构如图3所示。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于新型频率分离结构的低通-带通五工器，使得多工器的通道数目得到一定的拓展，并且在紧凑的电路尺寸下，其频率选择性、隔离度、带内插损和带外抑制等性能有所提高，本发明的多工器共有五个通道，故称为五工器，其中，低通通道是基于均匀阻抗线和阶梯阻抗线结构设计的，带通通道是基于耦合谐振器结构设计的。
[0009]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0010]—种基于新型频率分离结构的低通-带通五工器，以印刷电路板的方式制作在介质基板I上，所述介质基板I的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的输入端馈线头portl、低通滤波器Tl和其用于输出电磁波信号的输出端馈线头port2、工作在频段I的第一带通滤波器T2和其用于输出电磁波信号的输出端馈线头port3、工作在频段2的第二带通滤波器T3和其用于输出电磁波信号的输出端馈线头port4、工作在频段3的第三带通滤波器T4和其用于输出电磁波信号的输出端馈线头port5、工作在频段4的第四带通滤波器T5和其用于输出电磁波信号的输出端馈线头port6、传输线34、35，该介质基板的另一面为接地板；
[0011]所述传输线34的第一端与所述输入端馈线头portl连接，其第二端与所述低通滤波器Tl的输入端连接;所述传输线35的第一端与所述输出端馈线头port2连接，其第二端与所述低通滤波器Tl连接;所述第一带通滤波器T2和第三带通滤波器T4位于所述传输线34的一侧，所述第二带通滤波器T3和第四带通滤波器T5位于所述传输线34的另一侧；
[0012]所述低通滤波器Tl的输入端并联有四段开路枝节2、3、4、5，并且上述四段枝节线的电长度依次分别设置为所述第一、二、三、四带通滤波器中心频率所对应的四分之一波长。
[0013]进一步地，所述第一、二、三、四带通滤波器分别放置在距离低通滤波器Tl输入端的电长度分别为带通滤波器自身中心频率所对应的四分之一波长处。
[0014]进一步地，所述低通滤波器Tl包括第一、二开路阶跃阻抗枝节，一对开路低阻抗枝节9a、9b，高阻抗连接线6;
[0015]所述传输线34为所述低通滤波器Tl的输入馈线与所述输入端馈线头portI连接，所述传输线35为所述低通滤波器Tl的输出馈线与所述输出端馈线头port2连接；
[0016]所述第一、二开路阶跃阻抗枝节以及所述开路低阻抗枝节9a、9b以所述高阻抗连接线6为中心对称分布；
[0017]其中所述第一开路阶跃阻抗枝节由两段不均匀阻抗的传输线7a、8a连接而成，所述第二开路阶跃阻抗枝节由两段不均匀阻抗的传输线7b、8b连接而成，同时，所述传输线7a和所述传输线7b直线连接。
[0018]进一步地，所述传输线8a和所述传输线Sb之间的介质基板I的接地面上设置有四个开槽结构10、11、12、13，上述开槽结构以所述高阻抗连接线6为中心对称分布。
[0019]进一步地，所述第一带通滤波器T2包括四分之一波长短路均匀阻抗谐振器14、16，半波长开路阶梯阻抗谐振器15，用作输出馈线的传输线36，其中所述谐振器14、16为L型，所述谐振器15为U型，其谐振频率为所述第一带通滤波器T2的中心频率，并且所述谐振器15位于所述谐振器14、16之间。
[0020]进一步地，所述第二带通滤波器T3包括四分之一波长短路均匀阻抗谐振器19、21，半波长开路阶梯阻抗谐振器20，用作输出馈线的传输线37，其中所述谐振器19、21为L型，所述谐振器20为U型，其谐振频率为所述第二带通滤波器T3的中心频率，并且所述谐振器20位于所述谐振器19、21之间。
[0021]进一步地，所述第三带通滤波器T4包括四分之一波长短路均匀阻抗谐振器24、26，半波长开路阶梯阻抗谐振器25，用作输出馈线的传输线38，其中所述谐振器24、26为L型，所述谐振器25为U型，其谐振频率为所述第三带通滤波器T4的中心频率，并且所述谐振器25位于所述谐振器24、26之间。
[0022]进一步地，所述第四带通滤波器T5包括四分之一波长短路均匀阻抗谐振器29、31，半波长开路阶梯阻抗谐振器30，用作输出馈线的传输线39，其中所述谐振器29、31为L型，所述谐振器30为U型，其谐振频率为所述第四带通滤波器T5的中心频率，并且所述谐振器30位于所述谐振器29、31之间。
[0023]进一步地，所述第一带通滤波器T2通过所述传输线34馈电，其馈电末端A’距离所述低通滤波器Tl的输入馈点E的长度为所述第一带通滤波器T2中心频率对应的四分之一波长；
[0024]所述第二带通滤波器T3通过所述传输线34馈电，其馈电末端B’距离所述低通滤波器Tl的输入馈点E的长度为所述第二带通滤波器T3中心频率对应的四分之一波长；
[0025]所述第三带通滤波器T4通过所述传输线34馈电，其馈电末端C’距离所述低通滤波器Tl的输入馈点E的长度为所述第三带通滤波器T4中心频率对应的四分之一波长；
[0026]所述第四带通滤波器T5通过所述传输线34馈电，其馈电末端D’距离所述低通滤波器Tl的输入馈点E的长度为所述第四带通滤波器T5中心频率对应的四分之一波长。
[0027]进一步地，所述第一带通滤波器T2、所述第二带通滤波器T3、所述第三带通滤波器T4、所述第四带通滤波器T5和所述低通滤波器Tl的输入馈电或者输出馈电采用抽头馈电或者親合馈电。
[0028]进一步地，各传输线采用微带线，并且为直线或者折线的形式。
[0029]本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0030]1、低通滤波器引入阶梯阻抗枝节，使通带侧由该枝节产生的传输零点的位置可以通过调节阻抗比而灵活控制，从而提高低通通道的频率选择性；
[0031]2、通过引入缺陷地结构，在低通滤波器带外引入衰减极点，从而提高阻带抑制，扩宽阻带范围，为后续的多工器设计带来很大的好处；
[0032]3、引入结构新颖的频率分离结构，在保持低通滤波器性能不变的基础下，可以更多地增加通道数，并且使带通通