多频同轴腔体合路器的小型化设计.docVIP

多频同轴腔体合路器的小型化设计 　　【摘 要】为满足通信系统对无源器件小型化的需求，在保证合路器各项指标的基础上设计出一款小型化基于同轴腔体结构的GSM900、GSM1800、UMTS2100三频合路器。通过Designer和HFSS的联合仿真，进行合路器的设计与参数优化，得到合路器的参数指标，同时进行制作加工与测试，实测结果与设计目标基本一致。 　　【关键词】合路器 小型化 多频同轴腔体 　　[Abstract] To meet the requirements of communication system of miniaturized passive devices， a mini tri-frequency （GSM900、GSM1800 and UMTS2100） combiner based on coaxial cavity was designed， satisfying various combiner indicators. Using a method of joint simulation by Designer and HFSS， the combiner was designed and its parameters optimized to get its indicators， manufactured and measured， the result was consistent with the design. 　　[Key words]combiner miniaturization multi-frequency coxial cavity 　　随着通信技术的发展，合路器在通信系统中已经有着越来越广泛的应用，如大型商场、地铁的信号覆盖[1]等。现代办公场所聚集化使对合路器的需求已不再局限于大型公共场所，很多小型区域如办公楼、超市、写字楼等因其自身空间较小对合路器体积尺寸有着较高的要求，小型化多频合路器即成为合路器研制的重要发展方向之一。 　　传统的合路器均有其优缺点，微带合路器加工容易、体积小、频段较宽但其损耗较大、所能承受的功率较小、互调干扰较大[2]；波导结构性能较好，所能承受功率大，但其体积较大不易集成[3]；介质合路器在各方面均有良好的性能，而受国内生产工艺与成本的限制，目前在通信系统中应用还不是很广泛。同轴腔体合路器凭借其结构紧凑，性能优良，便于调谐，成本相对于介质结构较低的特点，在通信系统中有着广泛的应用。 　　随着微波仿真技术的不断进步，仿真与实验并行的方法大大缩短了合路器的生产周期。本文设计了一种移动通信频段的三频合路器，在保证合路器各项指标的同时缩小了合路器的尺寸，可实现合路器的小型化设计。文中将采用仿真软件，结合实验来完成合路器的设计。 　　1 电路模型 　　本文所要设计的腔体合路器的指标如表1所示，合路器分为三路，覆盖目前中国移动的2G、3G、4G信号，合路器由一路低通滤波器和带有公共腔的两路带通滤波器所组成。为减小通带内衰减，文中设计采用切比雪夫滤波器设计[4]，参考公式（1）～公式（4）： 　　式中：Kki，j为滤波器腔体之间的耦合系数；Qke为滤波器的品质因数， fkris，i为谐振腔的谐振频率；B为带宽；Bn为相对带宽；Mk为滤波器耦合矩阵；npk为第k路滤波器的阶数。 　　GSM900频率380―960 MHz，选用糖葫芦式同轴线低通实现方式；GSM1800、UMTS2100选用带通实现方式，通过仿真软件CoupleFile-cr1.23可得到GSM1800和UMTS2100带通滤波器的初始参数，在Designer中建立详细的合路器电路整体模型如图1所示，并对参数进行优化后仿真得到S参数如图2所示。确定通带在380―960 MHz的低通滤波器为14阶，选用糖葫芦式同轴线低通滤波器，串联电感用高阻抗线等效，高阻抗线选用156.9 Ω，并联电容用低阻抗线等效，低阻抗线选用10.9 Ω，高阻抗线直径1 mm，低阻抗线直径10.5 mm，低阻抗线用聚四氟乙烯做介质支撑，经过Designer软件综合仿真后得出高低阻抗精确长度尺寸依次分别为L1（19.5 mm）、C2（9.5 mm）、L3（26 mm）、C4（10.2 mm）、L5（27 mm）、C6（10.8 mm）、L7（27.2 mm）、C8（11 mm）、L9（27.2 mm）、C10（10.8 mm）、L11（26.3 mm）、C12（9.8 mm）、L13（20.7 mm）、C14（3.7 mm）。GSM1800、UMTS2100通过公共腔合路，Ks，c=3.99P，Qs，0=3.408。通带1710―1880 MHz的滤波器为9阶，谐振腔之间的耦合初始值K为：K01=1.