2024年6月15日发(作者：昂子墨)
_______________________________________________________internet
T互联网
Health
+健康
基于新型开口谐振环结构双工器的设计
□杨芷若黄玉兰西安邮电大学电子工程学院
【摘要】
本文提出了一种基于新型方形开
□
环谐振环结构的微带双工器，由两个中心频率不同的滤波器组成，每个滤波单元由两
个新型开
□
谐振环构成。同尺寸下，该新型谐振环相比于传统开
□
谐振环降低了工作频率，体积缩小了
27
%，且两个滤波单元的角
度呈
90°
以此获得较大的隔离度，仿真结果显示，双工器的隔离度为
28.826dB
和
38.072dB
，该双工器有很好的频率选择性、阻带
特性和较小尺寸。
【关键字】新型开环谐振环双工器小型化隔离度
Design of a duplexer based on a new split resonant ring structure
YANG Zhiruo, HUANG Yulan
(School of Electronic Engineering, Xi* an University of Posts and Telecommunications, Xi* an 710121)
Abstract
：
This paper proposes a microstrip duplexer based on a new square split ring resonant ring structure, which is composed
of two filters with different center frequencies, and each filter unit is composed of two new split resonant rings. Under the same
size, the new resonant ring reduces the operating frequency compared to the traditional split resonant ring, the volume is reduced
by 27%, and the angle of the two filter units is 90° to obtain greater isolation. The simulation results show that the double The
isolation of the duplexer is 28.826dB and 38.072dB. The duplexer has good frequency selectivity, stop-band characteristics and
small size.
Key Words
：
New open-loop resonant ring; duplexer; miniaturization; isolation
引言
采用新型谐振开口环结构的滤波单元在不增大电路面积
随着通信系统的逐渐完善，电磁环境越来越复杂，频谱
的情况下降低了谐振器的谐振频率[61，中心频率从2.75
GHz
资源越来越拥挤，双工器作为天线前端收发一体三端口元器
降低到2
GHz
，相当于体积缩小了 27%。
件，可以实现双频复用且隔离电路的作用，在通信系统中越
二、双工器的理论分析与设计
来越重要|1_21。相比于三端口的环形器，双工器可以实现双
2.1双工器隔离度提升原理
频双工[31，所以受到了国内外学者的高度重视。双工器性能
新型谐振环双工器分别针对
Tx
和
Rx
模块设计在1.8
GHz
直接影响到通信系统的收发效率，目前通信系统对双工器的
和2.9
GHz
的中心频率上。
性能指标、体积及成本的要求也越来越苛刻。微带双工器对
于传统的微带线滤波器来说，体积小，重量轻，制作方式简单，
可以用最简单的结构达到预期的目的。近几年微带双工器的
设计方法不断更新，传统的微带双工器一般采用两个相同的
滤波单元(
Rx
发送端和1接收端），根据线长和线宽的计算
实现高频和低频中心频率的设计，双工器的设计主要是在保
证性能的前提下增大隔离度和提高带外抑制[3]。谐振器作为
双工器的基本组成单元，其小型化也是目前研究的重点
一、新型开口谐振环设计
本文提出了一种加载容性负载结构的新型谐振器结构，
如图1所示。它是一个方形开口环，这种结构利用了开口环 图2 三端口双工器示意图
的内部空间，传输线均分布在开口环的内部，所以不占用更
本文所设计的双工器原理结构如图2所示。其中端口1
多的空间，相当于在谐振器中引入电容负载，达到小型化的
作为天线端口，端口2和端口3分别作为接收端口和输出端
目的|5]〇
口，滤波器1是高频部分，其工作的频率卩=1.80出，滤波
器2的频率
f
2=2.9
GHz
。从发射端口 3到接收端口 2存在两
条信号传输路径1和2。由于两组滤波器相位相差90°，端
口 2和3之间存在良好的隔离度[71。
2.2双工器的设计原理
最终设计双工器结构如图3所示，
Roger
5880介质基
板厚度为0.508
mm
，介电常数2.2。双工器两个端口均采用
50
D
微带线馈电。利用仿真软件优化设计，得到主要的尺寸
如表1所7
K
。
241
I
互联网+健康
n
會
prnet Health
图3
表1
参数
数值
参数
数值
L
,
12mm
K
,
0
.2
mm
双工器设计模型图
三端口双工器尺寸
u
12mm
S
0.36
mm
u
9
mm
l
4
K
0
.2
mm
图5双工器隔离度仿真曲线
双工器的仿真结果如图4和图5所示，双工器的两个
S
(
l
, 1)
S
(2, 1)
S
(3, 1)
滤波单元的中心频率分别为1.8
GHz
和2.9
GHz
，带宽分别为
240
MHz
和125
MHz
，两个滤波单元的隔离度为28.826
dB
和
38.072
dB
，具有良好的隔离度。在工作频率相同时，与传统
的开口谐振环组成的双工器相比体积缩小了约27%。
三、总结
本文设计了一种高隔离的新型三端口双工器，该结构
由两个相位差(90° )的采用新型谐振开口环组成的窄带带
通滤波器构成。利用收发端口之间的两路具有反相特性的传
输路径[8]，使得发射端口泄漏到接收通路上的信号相互叠加
抵消，进而改善整个三端口双工器的隔离度。采用该方法实
现的三端口双工器具有隔离度高、结构简单等优点。通过仿
真显示，其结果良好，采用新型谐振开口环结构的滤波单元
在不增大电路面积的情况下降低了谐振器的谐振频率，相当
于在获得相同频率的情况下，采用新型开口谐振环的体积更
小[91，这为无线通信系统射频前端电路中双工器的设计提供
9
mm
s
,
0.4
mm
o
1
2
3
o
f
I
T
I
o
o
§
4
-
_
-
242
u
7
-
lo
»o
)o
5<
o
6<
!o
8
图4双工器的仿真曲线
了一种新的方法。
参考文献
[1] 周尊文.一种面向5
G
应用的交指型微带带通滤波器设计[
J
].中国新通信，2018,20(23):149-150.
[2]
R
.
G
6
mez
-
Garc
. 1
a
,
D
.
Psychogiou
,
and
I
).
Peroulis
, "
Single
/
multi-hand
multi-functional
passive
components
with
reconfiguration
capabilities,M
in
Proc
.
IEEE
Radio
Wireless
Symp
.,
Phoenix
,
AZ
,
USA
,
Jan
. 2017,
pp
. 9—12.
[3]
H
.
W
.
Liu
,
W
.
Y
.
Xu
,
Z
.
C
.
Zhang
,
and
X
.
Guan
,
"Compact
diplexer
using
slotline
stepped
impedance
resonator
,"
IEEE
Trans
.,
Microw
.
WirelessCompon
.
Lett
.,
vol
.23,
no
.2,
pp
.75—77,
Feh
.2013.
[4] 贺旺，陆云龙，黄季甫，李凯.一种新型高隔离四端口双工器设计[
J
].电波科学学报，2018,33(02):156-161.
[5]
Jack
Browne
.
Design
a
Diplexer
for
275
to
500
GHz
[
J
].
Microwaves
&
RF
,2017.
[6] 丁华华，翁子彬，张驰，杨磊
.一
种基于基片集成波导的小型化双工器设计[
J
].微波学报，2016,32(
S
2):357-359.
[7] 郭翔，王锡良，赵文浩，曹亮.脊波导双模双工器的研制[
J
].电子元件与材料，2013,32(12):52-55.
[8]
R
.
G
6
mez-Garc
a
,
J
.
Mufioz
-
Ferreras
,
L
.
Yang
and
D
.
Psychogiou
, “
Contiguous-Channel
Dual-Banrl
Balanced
Diplexer,in
IEEE
Microwave
and
Wireless
Components
Letters
,
vol
. 29,
no
. 5,
pp
. 318-320,
May
2019,
doi
: 10.1109/
LMWC
.2019.2904396.
[9]
R
.
G
6
mez-Garc
a
,
L
.
Yang
and
J
.
Munoz
-
Ferreras
,
''Balanced
Quasi
-
Elliptic-Type
Comhline
Diplexer
With
Multiextracted-Pole
Junction/Output
Sections
/'
in
IEEE
Microwave
and
Wireless
Components
Letters
,
vol
. 30,
no
. 6,
pp
. 569-
572,
June
2020,
doi
: 10.1109/
LMWC
.2020.2990084.
杨芷若（1996年）女，汉族，辽宁鞍山人，西安邮电大学，硕士研究生，电磁场与微波技术,
黄玉兰（1964年）女，汉族，山东沂水人，西安邮电大学，教授，电磁场与微波技术。
2024年6月15日发(作者：昂子墨)
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T互联网
Health
+健康
基于新型开口谐振环结构双工器的设计
□杨芷若黄玉兰西安邮电大学电子工程学院
【摘要】
本文提出了一种基于新型方形开
□
环谐振环结构的微带双工器，由两个中心频率不同的滤波器组成，每个滤波单元由两
个新型开
□
谐振环构成。同尺寸下，该新型谐振环相比于传统开
□
谐振环降低了工作频率，体积缩小了
27
%，且两个滤波单元的角
度呈
90°
以此获得较大的隔离度，仿真结果显示，双工器的隔离度为
28.826dB
和
38.072dB
，该双工器有很好的频率选择性、阻带
特性和较小尺寸。
【关键字】新型开环谐振环双工器小型化隔离度
Design of a duplexer based on a new split resonant ring structure
YANG Zhiruo, HUANG Yulan
(School of Electronic Engineering, Xi* an University of Posts and Telecommunications, Xi* an 710121)
Abstract
：
This paper proposes a microstrip duplexer based on a new square split ring resonant ring structure, which is composed
of two filters with different center frequencies, and each filter unit is composed of two new split resonant rings. Under the same
size, the new resonant ring reduces the operating frequency compared to the traditional split resonant ring, the volume is reduced
by 27%, and the angle of the two filter units is 90° to obtain greater isolation. The simulation results show that the double The
isolation of the duplexer is 28.826dB and 38.072dB. The duplexer has good frequency selectivity, stop-band characteristics and
small size.
Key Words
：
New open-loop resonant ring; duplexer; miniaturization; isolation
引言
采用新型谐振开口环结构的滤波单元在不增大电路面积
随着通信系统的逐渐完善，电磁环境越来越复杂，频谱
的情况下降低了谐振器的谐振频率[61，中心频率从2.75
GHz
资源越来越拥挤，双工器作为天线前端收发一体三端口元器
降低到2
GHz
，相当于体积缩小了 27%。
件，可以实现双频复用且隔离电路的作用，在通信系统中越
二、双工器的理论分析与设计
来越重要|1_21。相比于三端口的环形器，双工器可以实现双
2.1双工器隔离度提升原理
频双工[31，所以受到了国内外学者的高度重视。双工器性能
新型谐振环双工器分别针对
Tx
和
Rx
模块设计在1.8
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直接影响到通信系统的收发效率，目前通信系统对双工器的
和2.9
GHz
的中心频率上。
性能指标、体积及成本的要求也越来越苛刻。微带双工器对
于传统的微带线滤波器来说，体积小，重量轻，制作方式简单，
可以用最简单的结构达到预期的目的。近几年微带双工器的
设计方法不断更新，传统的微带双工器一般采用两个相同的
滤波单元(
Rx
发送端和1接收端），根据线长和线宽的计算
实现高频和低频中心频率的设计，双工器的设计主要是在保
证性能的前提下增大隔离度和提高带外抑制[3]。谐振器作为
双工器的基本组成单元，其小型化也是目前研究的重点
一、新型开口谐振环设计
本文提出了一种加载容性负载结构的新型谐振器结构，
如图1所示。它是一个方形开口环，这种结构利用了开口环 图2 三端口双工器示意图
的内部空间，传输线均分布在开口环的内部，所以不占用更
本文所设计的双工器原理结构如图2所示。其中端口1
多的空间，相当于在谐振器中引入电容负载，达到小型化的
作为天线端口，端口2和端口3分别作为接收端口和输出端
目的|5]〇
口，滤波器1是高频部分，其工作的频率卩=1.80出，滤波
器2的频率
f
2=2.9
GHz
。从发射端口 3到接收端口 2存在两
条信号传输路径1和2。由于两组滤波器相位相差90°，端
口 2和3之间存在良好的隔离度[71。
2.2双工器的设计原理
最终设计双工器结构如图3所示，
Roger
5880介质基
板厚度为0.508
mm
，介电常数2.2。双工器两个端口均采用
50
D
微带线馈电。利用仿真软件优化设计，得到主要的尺寸
如表1所7
K
。
241
I
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n
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图3
表1
参数
数值
参数
数值
L
,
12mm
K
,
0
.2
mm
双工器设计模型图
三端口双工器尺寸
u
12mm
S
0.36
mm
u
9
mm
l
4
K
0
.2
mm
图5双工器隔离度仿真曲线
双工器的仿真结果如图4和图5所示，双工器的两个
S
(
l
, 1)
S
(2, 1)
S
(3, 1)
滤波单元的中心频率分别为1.8
GHz
和2.9
GHz
，带宽分别为
240
MHz
和125
MHz
，两个滤波单元的隔离度为28.826
dB
和
38.072
dB
，具有良好的隔离度。在工作频率相同时，与传统
的开口谐振环组成的双工器相比体积缩小了约27%。
三、总结
本文设计了一种高隔离的新型三端口双工器，该结构
由两个相位差(90° )的采用新型谐振开口环组成的窄带带
通滤波器构成。利用收发端口之间的两路具有反相特性的传
输路径[8]，使得发射端口泄漏到接收通路上的信号相互叠加
抵消，进而改善整个三端口双工器的隔离度。采用该方法实
现的三端口双工器具有隔离度高、结构简单等优点。通过仿
真显示，其结果良好，采用新型谐振开口环结构的滤波单元
在不增大电路面积的情况下降低了谐振器的谐振频率，相当
于在获得相同频率的情况下，采用新型开口谐振环的体积更
小[91，这为无线通信系统射频前端电路中双工器的设计提供
9
mm
s
,
0.4
mm
o
1
2
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242
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7
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»o
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5<
o
6<
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8
图4双工器的仿真曲线
了一种新的方法。
参考文献
[1] 周尊文.一种面向5
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应用的交指型微带带通滤波器设计[
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-
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,
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/
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. 2017,
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"Compact
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slotline
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,"
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Mufioz
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Ferreras
,
L
.
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D
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Psychogiou
, “
Contiguous-Channel
Dual-Banrl
Balanced
Diplexer,in
IEEE
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Wireless
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Letters
,
vol
. 29,
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. 5,
pp
. 318-320,
May
2019,
doi
: 10.1109/
LMWC
.2019.2904396.
[9]
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,
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Elliptic-Type
Comhline
Diplexer
With
Multiextracted-Pole
Junction/Output
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. 30,
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. 6,
pp
. 569-
572,
June
2020,
doi
: 10.1109/
LMWC
.2020.2990084.
杨芷若（1996年）女，汉族，辽宁鞍山人，西安邮电大学，硕士研究生，电磁场与微波技术,
黄玉兰（1964年）女，汉族，山东沂水人，西安邮电大学，教授，电磁场与微波技术。