文献综述
在目前发展最迅速的技术中,移动通信技术是其中之一。在笨重的“大哥大”还是奢饰品的时候,难以想象如今的智能手机已经变得如此普及,而且厚度越来越薄,重量越来越轻,功能也更全面,这从侧面反映了移动通信技术近年来的飞速发展。谈到移动通信系统,我们一定会提到射频无源器件。在对通信过程质量高低方面,无源器件扮演着重要的角色。在射频前端,双工器扮演了重要的角色,它能使接收电路和发射电路合二为一,共用一个天线收发信号而不互相干扰,这就节省了成本,也缩小了体积。双工器是中继台的重要组成部分,是一个工作在不同频率、双工的电台。双工器的作用可以用一句话简单概括:将发射信号和接受信号隔离开来,接收和发射这两个过程可以同时进行,互相不影响。之所以研究隔离度高、体积小和制造成本低的双工器,是因为双工器作为与天线相连的射频前端元件,担当着接收并分离发射信号的重要作用。
国内外研究状况:
1976年和 1977 年,J. David Rhodes和 John L. Haine提出了对称和非对称双工器的电路直接综合法。此后,很多学者对双工器的直接综合方法进行了大量的研究。
2006年,G. Macchiarella 和 S. Tamiazzo 从双工器的特征多项式出发通过优化迭代计算双工器的多项式,最终综合出窄带邻道双工器。随后两位学者进一步综合了采用完全规范滤波器的微带双工器。双工器的综合法设计也可先分别独立设计两个信道滤波器,再对整个双工器进行数值优化(考虑 T 型接头的影响),最终得到具有优良性能的双工器。
- 年,A. Morini 等将 T 型接头考虑为滤波器的一部分,通过调整与 T 型接头相连的腔和耦合的尺寸以适应与 T 型接头相连所带来的复阻抗产生的影响。
2006年,Chi-Feng Chen 等提出了利用公共 SIR 谐振器技术设计出了结构紧凑的微带双工器。通过选择长度比和阻抗比,使 SIR 谐振器前两个谐振频率分别落在两个信道通带的中心频率上。作为两信道滤波器的公共谐振单元,SIR 微带谐振器替代 T 型接头连接两个信道,从而大大减少双工器的尺寸。之后,利用该技术设计出了很多的新型高隔离微带双工器,但该技术依然没有解决宽带或 UWB 双工器的设计。
2007年,Ke Li Wu 对两端分别接复数负载阻抗和实数阻抗的滤波器进行了直接综合,并将其应用到双工器的综合中,最终综合出每个信道滤波器的耦合矩阵。这样大大地简化了电路直接综合法的设计复杂度。然而,该种双工器的综合方法目前还仅适合窄带情况,同时其也没有考虑两个滤波器相互加载的影响。另一方面,随着计算机性能的逐步提高及微波仿真软件如:HFSS、ADS 等性能逐渐提升,对双工器进行数值优化也变得简单快速。该类型的双工器可通过合理设计一个信道滤波器的传输零点,使其正好落在另外一个信道通带的中心,这样该信道滤波器在另外一个信道滤波器的中心频率上相当于开路,从而提高隔离度。通过仿真软件优化 T 型接头,进一步减少两个滤波器相互加载的影响。通过这种设计方式,近年来许多高性能微带双工器不断地被研制出来。不过 T 型接头尺寸较大,从而增加了整个双工器的尺寸。
双工器的类型:
一、波导双工器
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