基于交叉耦合的同軸腔雙工器設(shè)計(jì)

隨著通信技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各種微波通信系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速。在同一系統(tǒng)中，頻率擁擠與多信道實(shí)時(shí)雙向通信要求收、發(fā)信道必須同時(shí)使用同一副天線，這就必須在設(shè)備的前端設(shè)計(jì)雙通道的波道合成和分離器件即微波雙工器。雙工器主要由收發(fā)通帶的帶通濾波器和分支接頭兩部分組成。分支接頭可以是無方向性的T型接頭，或有方向性的鐵氧體環(huán)形器。
雙工器的設(shè)計(jì)方法大致有兩種：一是先設(shè)計(jì)好收發(fā)信道的帶通濾波器然后連接上T型接頭再對濾波器進(jìn)行優(yōu)化；另一種是設(shè)計(jì)好兩個(gè)濾波器后再對T型接頭進(jìn)行調(diào)整。不同設(shè)計(jì)方法的區(qū)別主要在于濾波器的結(jié)構(gòu)和T型接頭的結(jié)構(gòu)不同以及它們之間的匹配技術(shù)不同。文中的雙工器設(shè)計(jì)采用第二種設(shè)計(jì)方法，先設(shè)計(jì)兩個(gè)中心頻率分別為1．95 GHz和2．14 GHz的同軸腔體濾波器，然后通過T型接頭將兩個(gè)腔體帶通濾波器并聯(lián)構(gòu)成雙工器。利用微波CAD軟件對T型接頭進(jìn)行了優(yōu)化處理，減小了非相鄰腔體帶通濾波器之間的影響，提高了非相鄰腔體帶通器之間的隔離度。文中給出了同軸腔體雙工器的設(shè)計(jì)實(shí)例的仿真結(jié)果及實(shí)物測量結(jié)果。

1 同軸腔濾波器的設(shè)計(jì)方法
對于同軸腔濾波器，在同軸腔諧振器之間通過開孔或加探針，可實(shí)現(xiàn)電感或電容耦合。改變孔的大小或者探針的粗細(xì)、長短等來控制耦合電感或電容的大小以實(shí)現(xiàn)窄帶濾波器，控制同軸腔諧振器之間的交叉耦合的數(shù)量和大小來實(shí)現(xiàn)傳輸零點(diǎn)的位置和數(shù)目。在兼顧無載Q值的情況下，可通過改變同軸腔內(nèi)外導(dǎo)體的大小，來實(shí)現(xiàn)需要的功率容量和體積。在有電容加載的情況下，同軸腔濾波器的體積可以做得很小。總之，同軸腔廣義Chebyshev濾波器具有體積小、帶寬窄、矩形系數(shù)高、功率容量高等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)外廣泛研究的熱點(diǎn)。
由雙工器的指標(biāo)可得到兩個(gè)帶通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)：中心頻率分別為1．95 GHz和2．14 GHz，帶寬均為60 MHz，帶內(nèi)的回波損耗為20 dB。為了使雙工器隔離較好，因此采用廣義Chebyshev濾波器的設(shè)計(jì)方法，使中心頻率在1．95 GHz的濾波器有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)為：2．05 GHz和2．14 GHz；中心頻率在2．14 GHz的濾波器有兩個(gè)傳輸零點(diǎn)為：2．085 GHz和1．95 GHz 。
1．1 濾波器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
具有有限傳輸零點(diǎn)的濾波器，一般采用諧振腔交叉耦合的方式實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。綜合圖中的器件值就是求解交叉耦合矩陣M 。由于耦合矩陣和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲苯酉嚓P(guān)，而目前還沒有方法完成任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換，所以確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相當(dāng)重要。下面引入三腔耦合結(jié)構(gòu)分析，可快速地確定具有有限傳輸零點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

因此采用CT級聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。