四端口双模双工高信号隔离

抽象

的具有高信号隔离的四端口双模双工器的易于被呈现。与Rx和Tx模块之间的高信号隔离的紧凑双模双工器通过仅使用一个谐振器滤波器的拓扑结构是可以实现的。两个背对背双模双工器在一个支路中有180°相移。采用振幅相消技术可实现高隔离。采用移相器可方便地实现延时传输线。The simulated and measured four-port dual-mode diplexers are designed at the centre frequency of Rx/Tx at 1.95 GHz and 2.14 GHz, respectively. The measured results of Rx/Tx dual-mode diplexer devices are presented with 47.1 dB Rx/Tx isolation. This four-port dual-mode diplexer achieves the isolation (年代₃₂)，比传统的三口双模双工器结构高24.1 dB以上。

1.简介

在一些通信系统中的RF前端，双工器通常用来判别两个不同的信号频带用于发射（Tx）和接收（Rx）的信道，同时共享单个天线。双工器结构是由具有不同的通带频率的两个带通滤波器。在多波段通信，滤波器和双工器中最近需要具有紧凑的尺寸，重量轻和高信号隔离来设计的。微带带通滤波器可以容易地安装在电介质基板上，并且可以提供电路布局的一个更灵活的设计[1]。为了保持小的电路尺寸，重量轻，普遍微带谐振器用于滤波器和双工器的设计。微带开环谐振器滤波器是与紧凑和高性能[无线通信系统非常可取2]。许多研究已在紧凑型谐波滤波器和双工器进行诸如阶梯阻抗开环谐振器[3.]，紧凑开环谐振器滤波器的结构[4]，和微带方开环与阶梯阻抗谐振器滤波器和双工器[5]。

此外，也很难随着耦合区域由公共谐振器和高阶滤波器的大小约束施加高隔离技术用于多频段应用。因此，它是具有挑战性的设计具有高信号隔离和电路规模小分波电路。当信号发射功率是在双工器装置，高信号功率的发射从信道的增加的漏太高。的Tx / Rx端口之间的信道干扰可以在高发射信号的后果破坏的Rx部件。的Tx / Rx端口之间的高信号隔离可以增加通过使用易于结构设计;许多研究论文已作出增加双工器的信号隔离。很多努力设计滤波器和双工器已经对提高信号隔离进出双工器的频段[6- - - - - -11]。为了实现高Tx/Rx隔离信号，通用双工器设计需要高阶滤波器。由于滤波器的设计和制造过程非常复杂，会增加滤波器和双工器的插入损耗。此外，利用四端口网络[12,13]。所实现的滤波器微带原型小的电路尺寸可以通过该技术来实现。为减小尺寸，并通过使用一个双模式谐振器滤波器和双工器的高隔离信号的技术在[呈现14,15]。

本文提出了一种易于实现的四端口双模双工高信号隔离器。双模结构通过使用u形谐振腔与开放存根，使紧凑和易于设计。Tx和Rx模块之间的高信号隔离只需要使用一个谐振腔滤波器拓扑就可以实现。两个背对背的三端口双模双工器和一个180°移相器可以很容易地构造该器件，它们结合在一起形成一个四端口双模双工器。采用幅相消去技术可以实现高信号的隔离。为了消除发射机和接收机中幅值相同但相位不同的信号，可以采用延时微带传输线实现一个支路的180°相移。

1.1。双模谐振滤波器分析

的四端口双模双工器的概念是基于一个双模式谐振器滤波器设计。的四端口双模双工器的拓扑结构在两个传统的三端口双模式双工器形成接合后端到背部和一个180°移相器，如图所示1。

要验证的概念思想和实验的验证，微带双模谐振器结构可以被引入，例如，双模谐振腔滤波器的设计是基于单模开环谐振器[16,17]其中仅着眼于奇数模式的谐振。实际上，单模共振器的偶数模式的谐振是在两倍基本共振频率大约存在，而偶数模式是单频带谐振滤波器合成没有多大用处。偶模式将成为这降低了过滤性能第一杂散响应。在另一方面，双模式滤波器的偶数模式也可以被用作一个双调谐电路[18]。

因此，可以将开环滤波器调整为双调谐滤波器。根据[18,19，偶模谐振可调谐以关闭工作频带(奇模)。因此，这两个极点可以产生一个二阶响应滤波器。双模滤波器的原理电路如图所示2。开路短截线设置在U形谐振滤波器的中心添加到降低偶数模式的谐振频率。所示的伸出存根对奇模式没有影响[18]。因此，在两种模式（奇数和偶数模式）可以被独立地调整。

在谐振模式的偶数和奇数模式的等效电路显示在图3.。半波长型开路谐振器的偶模谐振腔如图所示图3（a）而短路四分之一波长型谐振器示出了奇数模式如图图3（b）。

双模谐振腔采用aU与开路短截线谐振器形可以作为示例示出的设计。开路短截线可以用于调谐的双模式性能的偶模式[19]。双模谐振腔由相同阻抗的两个部分组成，如图所示2。尺寸用以下公式计算：

开路短线（Z₂)连接到谐振器中部(Z₁）。αZ₂表示带有阻抗的各截面的偶模等效阻抗Z₂。的电气长度（θ₂开路短截线的）可以从被定义 在哪里θ_x(x = 1, 2, 3) corresponds to the electrical length of the section in Figure1和c是光在真空中的速度。

为了证明所提出的双模微带线滤波器，谐振器是U形状，其由前端开路短截线加载。该过滤器被设计具有一定厚度的RT /的Duroid基板上h = 1.27 mm with a relative dielectric constantε_r = 6.15. The filters were simulated by IE3D full-wave EM simulations. The input and output coupled-feed lines are used to couple the signal to the dual-mode resonator having a line width (cf) and coupling spacing ( ）。奇数和偶数模式被称为前两个谐振模式。这两种模式可以具有依赖于开路短截线的长度相同或不同的模态频率。一个双模式谐振器的微带的基本结构在图被描绘4。

相比于第一寄生模式的工作频率通过调谐开路短截线的长度一直使用IE3D全波EM仿真研究。双模式谐振器被设计为通过固定的长度以实现期望的共振频率U形谐振器（a和c）。偶模式特性可以通过调节开路短截线的长度来实现加载（b）中。Two input/output microstrip lines with 50 Ω characteristic impedance are used to feed the proposed dual-mode resonator with open-stub loaded resonator. As can be seen in Figure5，开短装载长度，不影响年代₂₁响应在奇数模式的谐振频率，而偶数模式的谐振频率通过改变开路短截线（B）的长度被灵活控制。固有的传输零点（TZ）可以容易地调节，以优化的响应。的TZ导致不对称的响应。当谐振器被耦合到与一耦合馈电结构的输入和输出端口，前两个谐振模被称为奇数和偶数模式。这两种模式可以具有相同的或不同的模态频率取决于在谐振器的尺寸。此外，当两个模式分割，有限传输零点是在两种模式中的高侧时产生的偶数模式的频率是比奇数模式频率高。此属性的主要成果是滤波器实现具有非对称的频率响应（滤波器的上阻带）。

1.2。四端口双模双工器的设计

提出的四端口微带双模双工器的布局结构如图所示6(一)。The Tx/Rx filters are interconnected by an appropriately designed matching circuit of T-junction that has the width of the 50 Ω line. The diplexer geometry is optimized at the T-junction for better return loss performance in both the channels. It is noted that using port 1 with an impedance of 50 Ω as the feed line has advantages of obtaining better diplexer insertion loss and rejection performances. Here, the lengths of the T-junction are optimized such that each filter in the diplexer should look like an open circuit to the other filter at its centre frequency.

四端口双模双工器布局两个常规三端口双模式双工器形成接合后端到背部和一个180°移相器。基于两个双工器的设计技术接合后端到回以形成四端口双工器。A 180°移相器是在端口2和端口4之间的信道滤波器为了实现这种移相器中的一个添加，半波长延迟线被采用。180°的相移°±2°横跨Tx和Rx频带得以实现。从3端口至一个4端口型隔离的显著变化是，如果我们允许天线阻抗的变化，我们可以调整负载阻抗（端口4），以补偿天线失配并再次返回回收隔离。因此，一个不匹配的天线端口的影响被认为，通过使用4端口型恢复。的四端口双模式原型中的照片显示于图6 (b)。该铣床可用于制作电路图形。四端口微带双模双工器的尺寸如表所示1。

测量是使用安捷伦向量网络分析仪进行的。四端口双模双工器的测量和仿真结果如图所示7(一)。The measured in-band return loss is better than 25 dB in the first bandpass (1.95 GHz) and 24 dB in the second bandpass (2.14 GHz), respectively. The insertion losses are approximately 1.1/1.16 dB at the two bandpasses. The simulation and measurement results are in good agreement. The comparison of signal isolation,年代₃₂的Rx和Tx频带之间的四端口双模双工器和三端口双模式双工器隔离的示于图7 (b)。The measured signal isolation of the conventional three-port dual-mode diplexer is 23 dB, and it is 47.1 dB for the four-port dual-mode diplexer. The excess losses in the measurements are believed to be due to the SMA connectors and fabrication errors.

为了比较所提出的四端口双模双工器的尺寸，传统的四端口双工器[13]通过使用单模微带开环谐振器模拟。可以通过半为双模式谐振器可以减少在单模式带通滤波器所要求程度的总数。Tx和Rx模块之间的高信号隔离通过仅使用一个谐振器滤波器的拓扑结构是可以实现的。此外，四端口微带双模双工器仍然降低了与相对于现有国家的本领域双工器[相同或更好的隔离总体信号损失13]。

2.结论

提出了一种基于幅相对消技术的四端口双模双工器。一个小的双模带通滤波器与高信号隔离之间的Tx和Rx模块是可以实现的，只使用一个谐振腔滤波器拓扑。两个背对背双模双工器在一个支路中有180°相移。采用振幅相消技术可实现高隔离。采用移相器可方便地实现延时传输线。四端口微带双模双工器可增强隔离(年代₃₂)to more than 24.1 dB from the conventional three-port diplexer. Finally, the low complexity design and ease of fabrication process are proposed by using a four-port dual-mode diplexer which can be used in wireless communications.

数据可用性

支持这一研究结果的数据都包括在项目中。

利益冲突

作者宣称，他们没有利益冲突。

致谢

作者感谢电子科技Phranakhon的Rajamangala大学科技迪空谭普的Rajamangala大学部与通信工程学院工程学院，电子系与通信工程学院，工程学院，成功地支持了研究。

参考

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