一种宽带高功率体声波滤波器及其基站阵列结构

本发明属于无线通信射频领域，具体是涉及一种宽带高功率体声波滤波器及其基站阵列结构。

背景技术：

1、1.双频多频阵列天线

2、(a)阵列间距和高度固定影响高低频的阵列方向图。阵列间距会影响阵列的辐射和接收效率，从而影响高频和低频信号的接收效果。当阵列间距较大时，阵列的辐射和接收效率会降低，导致高频和低频信号的接收效果变差。相反，当阵列间距较小时，阵列的辐射和接收效率会提高，从而有利于高频和低频信号的接收。阵列的高度也会影响阵列的方向图，从而影响高频和低频信号的接收效果。当阵列高度较低时，高频信号的到达角度可能会发生变化，导致高频信号的接收效果变差。相反，当阵列高度较高时，高频信号的到达角度相对稳定，有利于高频信号的接收。所以，如何设置合适的天线阵列间距和高度是双频多频天线的难点。

3、(b)传统馈电结构单端口工作在单频或者双频，端口数量限制通信容量上限。因为端口数量的限制，意味着在多频段通信时，只能使用部分端口，这会使得其他频率段的通信受到影响。同时，单频或双频的工作模式也会导致通信频段受限，从而限制了通信的容量和范围。

4、为了提高通信的容量和范围，现代的无线通信系统通常采用多端口馈电结构，并使用多个工作频率或者多频段，。此外，一些现代的无线通信系统还采用了波束形成、mimo(多输入多输出)等技术，但是会增加馈电网络的端口，使整个馈电网络更加复杂，不利于小型化。

5、2.滤波器

6、(a)微带滤波器，腔体滤波器等传统基站体积过大不利于集成，难以满足现代基站对小型化、高性能的需求。且插入损耗，边带滚降，带外抑制等性能提升较困难。需采用高集成度，低损耗，高带外抑制提升基站滤波性能。

7、(b)传统基站用体声波滤波器单频单通道设计，若实现双频特性需多颗芯片级联，不易于系统集成。体声波滤波器以其小型化、高性能的特点，在解决上述问题中展现出巨大潜力。需要设计多频多端口的体声波滤波器芯片，这种设计允许在同一芯片上集成多个不同频率的滤波功能，极大提高了集成度和设计灵活性，降低了在系统中占用的空间，顺应5g及以后通信系统中多频段共存的发展趋势。

8、(c)传统基站用体声波滤波器带宽，带外抑制，功率容量等性能提升设计较困难，设计过程需要综合考虑各种因素以提升整体指标性能。相比之下，阵列滤波器可以通过利用多个天线元件的相互协作，实现更高的性能和更灵活的信号处理能力。

9、随着电子技术的发展，滤波器作为射频前端的核心器件,对推动新一代5g通信标准的发展、个人移动终端的小型化和多功能化有着重要的意义。射频模组中集成了高频化、宽带化和高功率化的滤波器件。在电路结构设计过程中，需要满足带内损耗低，回波较少，带外抑制优，在此基础上对功率容量进行优化，满足高带宽和高功率容量需求。baw滤波器芯片因其在高频段(如3.3ghz至6ghz甚至更高)的卓越性能，相比saw滤波器，成为了推动基站小型化趋势的关键技术，具有高频化、高功率化优势。

10、随着通信技术的进步，滤波器性能不断提升、尺寸不断缩减，并在不断开拓新的应用市场，如在5g微基站中使用高功率baw滤波器。自热效应作为功率容量评估的先决基础，目前还存在仿真耗时高、热源选取不当、耗散功率计算不准、仿真维度太低导致无法观测冷/热点信息等问题。功率容量评估的具体方法还有待完善，需将热仿真结果同baw器件的性能观测相联系，构建一个闭环的评估流程。上述是宽带高功率体声波滤波器设计中亟待解决的问题。

11、基站天线的性能参数如输入阻抗、方向图、主瓣宽度、副瓣电平、波束指向、极化、增益等一般是随频率的改变而变化的，有些参数随频率的改变而变化较大，而使电气性能将下降。因此，工程上一般都要给出天线的频带宽度，简称天线的带宽，其定义为：偏离中心频率时，天线的某些电特性将下降，在天线某个性能参数下降到容许值的频率范围。一般的微带馈电网络对天线的带宽改善有限，而且无法滤除一些其他频段的波，导致天线性能下降。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种宽带高功率体声波滤波器及其基站阵列结构，以满足基站滤波器高带宽和高功率容量需求。其通过引入新型馈电网络加、新型双频振子、新型多频多端口集成滤波器，来拓宽天线的工作频段，增加天线端口，改善天线方向图进而提高阵列天线的辐射性能。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现。

3、一种宽带高功率体声波滤波器，所述体声波滤波器内设有体声波滤波器体和功分器，该功分器由顶层功分器、底层功分器、介质基板和金属地构成；所述顶层功分器和底层功分器通过过孔焊盘连接，体声波滤波器体和底层功分器也通过过孔焊盘连接。

4、优选地，所述顶层功分器为微带线。

5、优选地，所述底层功分器为带状线。

6、一种宽带高功率体声波滤波器的基站阵列结构，所述基站阵列的天线为1×8线性排列，其设有四个输入端口：

7、第一端口输入5.8ghz的激励，经过一分二的功分器，一路馈入体声波滤波器体，一路经过三个一分二的功分器后给第一系天线端口馈电；

8、第二端口输入2.4ghz的激励，直接馈入体声波滤波器体，体声波滤波器

9、体合并2.4ghz和5.8ghz的激励后，经过三个一分二的功分器给第二系天线端口；

10、第三端口输入5.8ghz的激励，经过一分二的功分器，一路馈入体声波滤波器体，一路经过三个一分二的功分器后给第三系天线端口馈电；

11、第四端口输入2.4ghz的激励，直接馈入体声波滤波器体，体声波滤波器体合并2.4ghz和5.8ghz的激励后，经过三个一分二的功分器给第四系天线端口。

12、本发明的有益效果：

13、1.本发明所属体声波滤波器芯片采用双路集成封装、特殊拓扑级联结构、集成匹配设计，可以实现双频、宽带、高隔离、高功率特性。其中，高功率特性一方面通过小面积串联谐振器拆分，使面积增加提高功率容量；另一面采用多邦定线焊接增加输入输出端口的通过功率，同时增加电路各连接点焊盘厚度和面积，进一步提升各连接点功率。

14、2.本发明采用巴伦，振子辐射臂与特殊开槽结构三合一设计，使单个振子与巴伦实现集成化与双频化设计

15、3.本发明通过交叉极化布阵与特殊的多层间隔馈电网路结构实现多端口双频特性，较传统单端口阵列相比不改变阵列尺寸的情况下增加了端口数量，提高了阵列系统通信容量。

16、4.本发明阵列馈电网路采用了双体声波滤波器集成设计，使得所属馈电网络双频通道集成一颗芯片进行处理。

17、5.本发明设计了一个交叉极化的天线阵列，使用巴伦结构馈电能够保证信号传输的稳定性；正负45度极化能够覆盖各个方向的信号；天线振子和巴伦结构印刷在基板两侧，结构简单，易于生产。

18、6.本发明设计了一个带体声波滤波器的馈电网络，能够优化输入输出信号，降低其他频段对信号的干扰，拓宽天线的带宽，优化天线的性能。

19、说明书附图

20、图1为基站阵列天线的设计示意图；

21、图2为基站阵列天线的另一设计示意图；

22、图3为基站阵列天线排列结构及天线端口配置；

23、图4为5.8ghz天线的示意图；

24、图5为5.8ghz天线的左天线示意图；

25、图6为5.8ghz天线的右天线示意图；

26、图7为2.4/5.8ghz天线的示意图；

27、图8为2.4/5.8ghz天线的左天线示意图；

28、图9为2.4/5.8ghz天线的右天线示意图；

29、图10为功分器的叠层示意图；

30、图11为顶层功分器的示意图一；

31、图12为顶层功分器的示意图二；

32、图13为顶层功分器的示意图三；

33、图14为底层功分器层的示意图一；

34、图15为底层功分器层的示意图二；

35、图16为电路级联结构一；

36、图17为电路级联结构二；

37、图18为电路级联结构三；

38、图19为焊盘面积优化；

39、图20为邦定线侧视图；

40、图21为联合仿真结果图。