本發(fā)明屬于微波無源器件，特別涉及一種基于多層金屬間隙波導的毫米波雙工功分器及其工作方法。

背景技術：

1、近年來，隨著通信技術的發(fā)展，現(xiàn)有的低頻通信頻段已經(jīng)被大量擠占；為滿足未來通信系統(tǒng)所需的高傳輸速率，對毫米波頻段器件的研究勢在必行；相比微波頻段，毫米波頻段頻譜資源豐富，可用帶寬更寬；但同時，毫米波穿透能力弱，傳輸損耗高，易受環(huán)境干擾；若設計集成多功能的毫米波器件，則可以大幅減少毫米波通信系統(tǒng)中器件的損耗以及尺寸。

2、在通信系統(tǒng)中，雙工器起到隔離發(fā)射信號與接收信號的作用，使得電磁波信號源與接收設備可以同時正常工作，實現(xiàn)雙工通信；功分器起到將實現(xiàn)功率的分配與合并的功能；目前，雙工器的設計主要是基于帶通濾波器，通過設計公共端口連接兩個不同頻率的帶通濾波器實現(xiàn)雙工；通常由于物理結(jié)構(gòu)限制，小尺寸濾波器形成的雙工器難以實現(xiàn)高的通道間隔離度；而在射頻前端中，功分器同樣占用較大尺寸；因此，融合濾波器與功分器實現(xiàn)濾波功分器，并使用公共端口連接形成刷雙工功分器，可以有效降低電路整體尺寸，并減小損耗。

3、傳統(tǒng)濾波器與功分器設計主要有基于介質(zhì)基板與波導腔體兩種方法，但存在損耗大、功率容量小且加工難度大的技術問題；具體的，基于介質(zhì)基板的方法優(yōu)點有體積小，成本低，但介質(zhì)基板在毫米波段損耗大，功率容量??；相比介質(zhì)基板，波導腔體結(jié)構(gòu)損耗低、功率容量大，但是隨著頻率的提高，器件整體尺寸減小，金屬波導結(jié)構(gòu)加工的難度提升。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供了一種基于多層金屬間隙波導的毫米波雙工功分器及其工作方法，以解決傳統(tǒng)濾波器與功分器設計存在損耗大、功率容量小且加工難度大的技術問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

3、本發(fā)明提供了一種基于多層金屬間隙波導的毫米波雙工功分器，包括公共通道、低頻濾波功分器及高頻濾波功分器；所述公共通道的輸入端口用于與電磁波信號源相連，所述公共通道的輸出端包括上下兩個輸出通道；其中，第一個輸出通道與所述低頻濾波功分器的輸入端口相連，第二個輸出通道與所述高頻濾波功分器的輸入端口相連；

4、所述低頻濾波功分器和所述高頻濾波功分器上下層疊設置，并均采用雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)；其中，所述雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設置有四階諧振腔，以實現(xiàn)雙工功分功能。

5、進一步的，所述公共通道包括公共通道過渡結(jié)構(gòu)；

6、所述公共通道過渡結(jié)構(gòu)采用矩形金屬壁結(jié)構(gòu)，所述矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的一端為公共輸入端口，所述矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的另一端為金屬壁輸出端口；其中，所述矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的頂端內(nèi)壁和底端內(nèi)壁上對稱設置有六級過渡槽結(jié)構(gòu)，六級過渡槽結(jié)構(gòu)從所述公共輸入端口至所述金屬壁輸出端口的方向依次設置；其中，每一級過渡槽結(jié)構(gòu)為朝所述矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的頂端內(nèi)壁或底端內(nèi)壁方向延伸的矩形槽結(jié)構(gòu)，每一級過渡槽結(jié)構(gòu)的寬度與所述矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的寬度相同且高度依次增大；

7、所述金屬壁輸出端口的中心設置有過渡槽匹配結(jié)構(gòu)，以將所述金屬壁輸出端口劃分為低頻輸出通道和高頻輸出通道；其中，所述低頻輸出通道用于與所述低頻濾波功分器相連，所述高頻輸出通道用于與所述高頻濾波功分器相連。

8、進一步的，所述公共通道還包括低頻匹配結(jié)構(gòu)及高頻匹配結(jié)構(gòu)；

9、所述低頻匹配結(jié)構(gòu)設置在所述低頻輸出通道和所述低頻濾波功分器之間，所述高頻匹配結(jié)構(gòu)設置在所述高頻輸出通道和所述高頻濾波功分器之間；其中，所述低頻匹配結(jié)構(gòu)和所述高頻匹配結(jié)構(gòu)均采用基于銷釘結(jié)構(gòu)的間隙波導結(jié)構(gòu)。

10、進一步的，在所述雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中，與所述公共通道相連的一層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中設置有第一階諧振腔腔體和第二階諧振腔腔體，另外一層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中設置有第三階諧振腔腔體及兩個第四階諧振腔腔體；其中，兩個所述第四階諧振腔腔體對稱設置在所述第三階諧振腔腔體的兩側(cè)。

11、進一步的，所述第一階諧振腔腔體、所述第二階諧振腔腔體、所述第三階諧振腔腔體及所述第四階諧振腔腔體的諧振模式均為te101模式。

12、進一步的，在同一個雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中，所述第一階諧振腔腔體、所述第二階諧振腔腔體、所述第三階諧振腔腔體及所述第四階諧振腔腔體的大小相同，且截面均為正方形。

13、進一步的，在同一個雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中，每個諧振腔腔體內(nèi)分別設置有金屬調(diào)諧柱；其中，所述金屬調(diào)諧柱用于調(diào)節(jié)諧振腔腔體的腔體諧振頻率。

14、進一步的，在所述雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中，同一層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中相鄰的兩個諧振腔腔體之間設置有金屬膜片，相鄰兩層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)的諧振腔腔體之間采用金屬圓形孔進行耦合。

15、進一步的，在所述雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中，每個諧振腔腔體采用設置在金屬板上的金屬銷釘合圍而成。

16、本發(fā)明還提供了一種基于多層金屬間隙波導的毫米波雙工功分器的工作方法，包括：

17、利用公共通道接收電磁波信號源發(fā)出的電磁波，并將低頻電磁波輸入至低頻濾波功分器中，將高頻電磁波輸入至高頻濾波功分器中；

18、在低頻濾波功分器中，通過雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)對低頻電磁波實現(xiàn)濾波及功率分配；

19、在高頻濾波功分器中，通過雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)對高頻電磁波實現(xiàn)濾波及功率分配。

20、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

21、本發(fā)明提供的基于多層金屬間隙波導的毫米波雙工功分器，通過公共通道將輸入的電磁波分為兩路，分別進入低頻濾波功分器和高頻濾波功分器，以使其能夠同時處理不同頻段的電磁波，實現(xiàn)雙工操作；將公共通道的輸出端設置為上下兩個輸出通道，將低頻濾波功分器和高頻濾波功分器上下層疊設置，并分別與公共通道的上下兩個輸出通道相連，低頻濾波功分器和高頻濾波功分器均采用雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)；實現(xiàn)將雙工器與功分器的功能融合，大大減小了加工及裝配誤差所造成的損耗，能夠降低加工難度的同時，實現(xiàn)雙工功分器的低插入損耗與高通道間隔離度；其次，通過兩個雙層金間隙波導結(jié)構(gòu)上下堆疊的結(jié)構(gòu)，大大減小了器件的占用空間；另外，采用全金屬結(jié)構(gòu)，有助于降低毫米波雙工功分器的插入損耗，進而有效提高毫米波雙工功分器的功率容量；其次，低頻濾波功分器和高頻濾波功分器均采用雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)，并在內(nèi)部設置了四階諧振腔，有助于實現(xiàn)精確的濾波效果，有效抑制帶外干擾和雜散信號，確保電磁波傳輸?shù)募儍舳群头€(wěn)定性。

22、進一步的，公共通道采用矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的公共通道過渡結(jié)構(gòu)，并在矩形金屬壁結(jié)構(gòu)的兩個輸出通道處設置基于銷釘結(jié)構(gòu)的間隙波導結(jié)構(gòu)作為匹配結(jié)構(gòu)，有效提高了整體的匹配性能，降低了毫米波雙工功分器的回波損耗。

23、進一步的，將同一雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中的諧振腔腔體的大小相同設置，且腔體截面均為方形，使得濾波功分器的整體尺寸固定，方形腔體便于設計并實現(xiàn)功分結(jié)構(gòu)。

24、進一步的，在所述雙層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中，同一層金屬間隙波導結(jié)構(gòu)中相鄰的兩個諧振腔腔體之間設置有金屬膜片，有助于抑制諧振腔的高次模耦合，提高雙工功分器的頻率選擇性。