一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，包括至少一个介质谐振器、金属腔、开关电路及馈电线结构，所述开关电路集成到PCB板后嵌入到金属腔内，介质谐振器位于金属腔内，馈电线结构包括结构相同的输入馈电线结构及输出馈电线结构，输入馈电线结构及输出馈电线结构均由主馈电线及两条支馈电线构成，两条支馈电线与主馈电线垂直，且连接在主馈电线的两侧，其中一条支馈电线的一端与金属腔连接并接地，另一条支馈电线的一端与金属腔内的开关电路连接。本发明专利技术在ON状态下具有较低插入损耗以及较高功率处理能力，能在通带两侧都产生传输零点，从而实现急剧的衰减率和较高的带外抑制；在OFF状态下具有高度隔离性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关
本专利技术涉及射频通信领域，具体涉及一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关。
技术介绍
开关和带通滤波器是很多射频子系统(例如时分双工前端)中的基本单元。通常，它们以级联的形式存在，内部连接可能存在不匹配，导致性能退化。另外，它们的总损耗是带通滤波器和开关的损耗之和，比较大；并且由于开关三极管或二极管的寄生参数，其隔离一般小于30dB。为了降低损耗并提高隔离性，提出了具有开关和滤波器两种功能的单刀单掷滤波开关(SPST)。通过打开或关闭滤波结构中嵌入的PIN二极管可以实现ON和OFF状态。但是，某些滤波开关电路在ON状态下信号通过PIN二极管引入了额外的插入损耗，且减小了功率承载能力。另外，ON和OFF状态可以通过使用PIN二极管改变谐振器的谐振频率来实现，然而这种方法通常需要高阶带通滤波器(BPF)来获得OFF状态的高度隔离。除了滤波SPST开关，还可以将单刀双掷(SPDT)开关和BPF集成，以便于协同设计。例如，使用多组滤波器共用公共的谐振器实现，从而减小尺寸，优化性能。但现有技术中所实现的滤波开关基本上都只有较低的功率承载能力，不适用于大功率应用。而且，现有滤波开关使用的都集成在PCB或IC上，由于品质因数(Q值)限制，难以实现高选择性和很窄的相对带宽(FBW)。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，克服现有技术中的滤波开关在ON状态下插入损耗大、在OFF状态下隔离度不高、且不适用于大功率应用的缺陷。本专利技术采用如下技术方案：一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，包括至少一个介质谐振器、金属腔、开关电路及馈电线结构，所述开关电路集成到PCB板后嵌入到金属腔内，介质谐振器位于金属腔内，所述馈电线结构包括结构相同的输入馈电线结构及输出馈电线结构，所述输入馈电线结构及输出馈电线结构位于同一个介质谐振器的两侧，均由主馈电线及两条支馈电线构成，所述两条支馈电线与主馈电线垂直，且连接在主馈电线的两侧，其中一条支馈电线的一端与金属腔连接并接地，另一条支馈电线的一端与金属腔内的开关电路连接；通过控制所述开关电路的通和断，实现对所述馈电线结构与所述介质谐振器的耦合系数的控制，从而实现基于介质谐振器的滤波开关的关闭和打开状态。所述开关电路由电容、二极管及电阻构成，另一条支馈电线的另一端与电容的一端连接，电容的另一端与二极管正极连接，二极管的另一端接地，所述电阻一端连接到电容和二极管正极之间，其另一端连接直流电压源。当介质谐振器为两个以上时，输入馈电线结构及输出馈电线结构分别位于不同介质谐振器的一侧。所述介质谐振器为等对称介质谐振器，具体为长方体或者圆柱。所述介质谐振器的中心处开有隔离不同谐波模式的通孔，所述介质谐振器设置有调节谐振频率的调谐盘，还包括设置在介质谐振器之间的用于提供电交叉耦合的金属探针。一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，包括介质谐振器、金属腔、开关电路及耦合线结构，所述耦合线结构包括第一耦合线结构及第二耦合线结构，所述开关电路设置在金属腔内，所述介质谐振器具体为三个，依次设置在金属腔内的第七介质谐振器、第五介质谐振器及第六介质谐振器，所述第一耦合线结构设置在第七介质谐振器及第五介质谐振器之间，所述第二耦合线结构设置在第五介质谐振器及第六介质谐振器之间，所述第一耦合线结构及第二耦合线结构结构相同，均包括主耦合线和第一及第二支耦合线，所述第一及第二支耦合线一端连接在主耦合线的两端，并与主耦合线垂直，所述第一支耦合线的另一端接地，第二支耦合线的另一端与开关电路连接，所述耦合线结构中的支耦合线与第五介质谐振器耦合，第一耦合线结构的主耦合线与第六介质谐振器耦合，第二耦合线结构的主耦合线与第七介质谐振器耦合。还包括电容电感并联电路，所述第一支耦合线的另一端经由电容电感并联电路接地；所述开关电路由电容、二极管及电阻构成，第二支耦合线的另一端与电容的一端连接，电容的另一端与二极管正极连接，二极管的另一端接地，所述电阻一端连接到电容和二极管正极之间，其另一端连接直流电压源。还包括设置在第五、第六及第七介质基板下侧的第一输入输出馈电线、第二输入输出馈电线和第三输入输出馈电线。所述主耦合线具体为弯折结构，由竖直线及横线垂直连接构成，所述横线与第一及第二支耦合线连接。所述介质谐振器为等对称介质谐振器，具体为长方体或圆柱。本专利技术的有益效果：通过在馈电线结构或耦合线结构中引入开关电路，经由馈电线结构或耦合线结构与介质谐振器之间的耦合来控制滤波开关的ON和OFF状态，在ON状态下，PIN二极管是关闭的，信号不能通过，因此PIN二极管不引入额外损耗，且不会降低功率承载能力；在OFF状态下，不是像传统开关中仅仅通过关闭二极管或三极管来实现，而是通过控制耦合来实现，因而隔离性能得到明显增强。附图说明图1是一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关的结构图；图2是长方体介质谐振器的结构示意图；图3A-3B是长方体介质谐振器TE11δ模式下的电磁场的示意图；图4是支馈电线短路时x-y平面的电磁场的示意图；图5A示出了介质谐振器和T形馈电线结构之间的I型耦合方案；图5B示出了介质谐振器和T形馈电线结构之间的II型耦合方案；图6A和6B分别示出了z＝L/2平面内耦合区域的磁场和电场；图7示出了窄带4阶介质谐振器滤波单刀单掷开关的结构示意图；图8A是ON状态响应的理论值、仿真值和测量值示意图；图8B是OFF状态响应的仿真值和测量值示意图；图8C是ON状态下测得的输出功率随输入功率变化的示意图；图9A及9B分别示出了基于介质谐振器的滤波单刀双掷开关的结构示意图和拓扑结构；图10A和10B分别示出了第一滤波器的等效结构和相移特征；图11A及图11B分别是不同参数下基于介质谐振器的滤波单刀双掷开关的仿真结果示意图；图12是第二滤波器的结构及电流电场分布图；图13A示出了金属杆与介质谐振器两种耦合方案；图13B示出了第二滤波器的拓扑结构及相移特征；图14A、14B示出了不同设计参数时第二滤波器的仿真结果；图15A和15B分别是基于介质谐振器的滤波单刀双掷开关的仿真和测量结果的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1如图1，一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，包括至少一个介质谐振器1、金属腔2、开关电路3及馈电线结构4，所述开关电路集成在PCB板5上，所述PCB板嵌入在金属腔内，所述介质谐振器位于金属腔内，所述馈电线结构为T型结构，包括结构相同的输入馈电线结构及输出馈电线结构，所述馈电线结构均由主馈电线41及两条支馈电线42,43构成，所述两条支馈电线与主馈电线垂直，且连接在主馈电线的两侧，其中一条支馈电线43的一端43B与金属腔连接并接地，另一条支馈电线42的一端42B与金属腔内的开关电路连接，所述主馈电线41位于与其耦合的介质谐振器的一个侧面的中心点。当一个介质谐振器时，所述输入馈电线结构及输出馈电线结构位于同一个介质谐振器的两侧；当介质谐振器为两个以上时，输入馈电线结构及输出馈电线结构可以分别位于不同介质谐振器的一侧。当介质谐振器为三个以上时，还包括设置介质谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，其特征在于，包括至少一个介质谐振器、金属腔、开关电路及馈电线结构，所述开关电路集成到PCB板后嵌入到金属腔内，介质谐振器位于金属腔内，所述馈电线结构包括结构相同的输入馈电线结构及输出馈电线结构，所述输入馈电线结构及输出馈电线结构位于同一个介质谐振器的两侧，均由主馈电线及两条支馈电线构成，所述两条支馈电线与主馈电线垂直，且连接在主馈电线的两侧，其中一条支馈电线的一端与金属腔连接并接地，另一条支馈电线的一端与金属腔内的开关电路连接；通过控制所述开关电路的通和断，实现对所述馈电线结构与所述介质谐振器的耦合系数的控制，从而实现基于介质谐振器的滤波开关的关闭和打开状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，其特征在于，包括至少一个介质谐振器、金属腔、开关电路及馈电线结构，所述开关电路集成到PCB板后嵌入到金属腔内，介质谐振器位于金属腔内，所述馈电线结构包括结构相同的输入馈电线结构及输出馈电线结构，所述输入馈电线结构及输出馈电线结构位于同一个介质谐振器的两侧，均由主馈电线及两条支馈电线构成，所述两条支馈电线与主馈电线垂直，且连接在主馈电线的两侧，其中一条支馈电线的一端与金属腔连接并接地，另一条支馈电线的一端与金属腔内的开关电路连接；通过控制所述开关电路的通和断，实现对所述馈电线结构与所述介质谐振器的耦合系数的控制，从而实现基于介质谐振器的滤波开关的关闭和打开状态。2.根据权利要求1所述的滤波开关，其特征在于，所述开关电路由电容、二极管及电阻构成，另一条支馈电线的另一端与电容的一端连接，电容的另一端与二极管正极连接，二极管的另一端接地，所述电阻一端连接到电容和二极管正极之间，其另一端连接直流电压源。3.根据权利要求1所述的滤波开关，其特征在于，当介质谐振器为两个以上时，输入馈电线结构及输出馈电线结构分别位于不同介质谐振器的一侧。4.根据权利要求1所述的滤波开关，其特征在于，所述介质谐振器为等对称介质谐振器，具体为长方体或者圆柱。5.根据权利要求1所述的滤波开关，其特征在于，所述介质谐振器的中心处开有隔离不同谐波模式的通孔，所述介质谐振器设置有调节谐振频率的调谐盘，还包括设置在介质谐振器之间的用于提供电交叉耦合的金属探针。6.一种基于介质谐振器的低损耗高隔离滤波开关，其特征在于，包括介质谐振器、金属腔、...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，徐金旭，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44