一种带SIR结构的微带宽带双频合路器设计
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摘要： 针对传统同轴腔体双频合路器使用谐振腔耦合级联的方式，导致合路器结构复杂，装配调试难度大，体积大，成本高等缺点。本文提出了一种带sir结构的微带宽带双频合路器设计方案。该方案采用在盒体内固定一个介质基板，介质基板上设置一个低通滤波器和一个带阻滤波器将其进行合路。其中，带阻滤波器采用SIR结构。可使实物尺寸减小。实验测量结果与仿真结果基本吻合，结果表明该新型结构可使通带之间有较高的隔离度，具有小尺寸、插损低，易生产和易调试等优点。
Abstract： In view of problem that coaxial-cavity dual-band combiner couples by resonator， which causes that the structure of combiner is complex， the assembly and debugging is difficult， bulky， and high cost. This paper proposes a designing scheme of microstrip broadband dual-band combiner based on SIR. In the box， a dielectric substrate is fixed， on which a die low-pass filter and a band stop filter based on SIR are used to combine. The physical size can be reduced. Experimental results and simulation results are basically consistent with each other. The results show that the new structure allows passband to have high isolation， and it has the advantages， such as smaller volume， lower insertion loss， being easier to manufacture and test.
关键词： 双频合路器；宽带；插损
Key words： dual band combiner；broadband；insertion loss
中图分类号：TN74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）24-0190-02
0 引言
在现代通信技术日新月异，随着4G时代的到来，要求无源器件体积小、性能指标优良和重量轻，因此多个频段的合路分路技术发展成为滤波器技术发展的重要组成部分。合路器是无源器件中十分常用的器件，例如，在基站、直放站、室内覆盖中的信号合路、分路中都用到。传统同轴腔体双频合路器使用谐振腔耦合级联的方式，导致合路器结构复杂，装配调试难度大，体积大，成本高等缺点[1-2]。本文提出了一种带SIR结构的微带宽带双频合路器设计方案。该方案采用在盒体内固定一个介质基板，介质基板上设置一个低通滤波器和一个带阻滤波器将其进行合路。其中，带阻滤波器采用SIR结构。可使实物尺寸减小。实验测量结果与仿真结果基本吻合，结果表明该新型结构可使通带之间有较高的隔离度，具有小尺寸、插损低，易生产和易调试等优点。
1 ？姿g/4SIR结构的基本特性及其电气特性
SIR的基本结构是由两段阻值不同的也叫同频合路器，图1所示是一个？姿g/4型SIR基本单元。
由图不难发现其基本单元部分包括开路端、短路端及阻抗变换接合面。Zin和Yin分别对应传输线的输入阻抗与输入导纳，导纳与阻抗成倒数关系即为Yin=1/Zin，当忽略开路端的边缘电容效应和阻抗变换的非连续性，输入阻抗Zin数表达式如下：
假设输入导纳Yin=0，则SIR谐振条件的数学表达式为Zin=jZ1■（1）
Z1-Z2tan？兹1tan？兹2=0（2）
此时阻抗比Rz
Rz=Z1/Z2=tan？兹1tan？兹2（3）
由上式可知，等效电长度？兹1、？兹2和阻抗比Rz共同决定阶梯阻抗谐振器的谐振条件。阶梯阻抗谐振器两端的总的电长度？兹T可表示为：
？兹T=？兹1+？兹2=？兹1+arctan（Rz/tan？兹1），Rz≠1（4）
？兹T=■，Rz=1（5）
因此当0
2 微带宽带双频合路器设计及仿真
本文提出的微带双频合路器采用的FR-4基底材料，其介电常数？着r=2.65，损耗角正切tan？啄=0.02，基片厚度h=1.5mm。本文设计的合路器指标参数如表1所示。
为了实现设计目标，本文设计的双频合路器采用如图2所示模型结构。
其特征是两条微带传输线a，b彼此平行且中间加了抑制壁，这种结构能够减少a，b两条微带线彼此干扰。由模型可知左边a微带线是一个低通滤波器和右边b一个带阻滤波器将其进行合路。其中，带阻滤波器的微带传输线为了减少尺寸采用直角折弯形式，拐角处削去一块可以减少反射。同时，在其右侧有若干个采用？姿g/4型SIR结构的分支开路线且垂直于所述微带传输线路线，分支开路线这种结构可使模型尺寸减小。分支开路线彼此之间通过加抑制壁以此减少彼此影响。左边a微带线是一个并联短截线低通滤波器。短截线彼此之间通过加抑制壁也减少彼此影响[6-7]。
由微带双频合路器相关计算数据在软件中建模、仿真优化。本文利用HFSS建立三维模型如图3所示，并对其S参数进行仿真和优化。
仿真结果如图3所示，由图可知该结构很好地实现了宽带双频合路器设计指标。两个通带的插入损耗分别为0.08dB和0.25dB，驻波比小于1.3ddB，驻波比值略大于设计目标，可以通过后期对实物进行驻波调整，隔离度大于60dB，仿真实现了工程设计指标。使用AutoCAD制版软件绘制工程制图。
3 微带宽带双频合路器安装及测试过程
按照最佳仿真结果制作加工的实物如图4所示，其结构尺寸为141mm×20mm×138mm。连接器端口类型为N-F与腔体采用紧配合的方式连接。
应用Agilent5230A矢量网络分析仪对微带宽带双频合路器的驻波、损耗及隔离度分别进行测试，测试结果如图5、图6所示，测试结果与仿真结果基本一致，其中驻波比值提高，满足宽带双频合路器设计指标。
4 结束语
综上所述，本文设计的微带宽带双频合路器是对传统同轴腔体双频合路器的改进，实际测试结果表明本文设计的一种带SIR结构的微带宽带双频合路器，满足了工程的实际需求。随着多路系统合路平台发展，该微带宽带双频合路器将有广阔市场应用前景。
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