CN101436698A - 微波低波段tm010模高选择性空腔介质滤波器 - Google Patents
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Abstract
微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，至少具有两个圆柱形空腔谐振腔，空腔谐振腔内具有圆柱形微波介质材料，微波介质材料具有谐振频率调节孔，空腔谐振腔顺序编号，编号相邻的两个谐振腔之间具有集中式耦合窗口，谐振频率调节螺钉、腔间耦合强度调节螺钉分别伸入空腔谐振腔的圆柱形微波介质材料的谐振频率调节孔、集中式耦合窗口内，首、尾空腔谐振腔内的微波介质材料还具有探针孔，输入、输出接口的探针分别插入相应的探针孔内。本发明的金属圆柱谐振器谐振模式为TM010模，电磁场结构简单，轴对称分布、且分布均匀，本滤波器品质因数高、损耗小、功率容量大，而且体积小。满足通信产品微型化、高集成化方向发展的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，适用于无线电通信领域射频信号传输的滤波器件。
背景技术
在现代各类无线通信设备中，滤波器作为一个常用的、必备的、广泛使用的部件，在无线信息传输技术中发挥着越来越重要的作用。目前，应用在各类无线通信频段的微波滤波器普遍采用同轴线传输方式来实现，它通常由谐振腔、内导体及相应的调谐螺钉等组成，在性能指标要求低损耗和大功率的同时，谐振腔的体积就会相应地增大，这不仅会消耗大量的原材料，还对其制作和加工工艺提出较高的要求，产品温度稳定性的实现也较为困难，难以适应当今高指标、低成本的要求和市场激烈竞争的现实。
目前，移动通信事业正朝着微型化、高集成化方向发展。移动通信的小型化在很大程度上取决于高介电常数、高Q值(低的介电损耗)、低频率温度系数的微波电介质材料的成功应用，但是现有的滤波器在这方面的表现并不令人满意。
发明内容
本发明所要解决的问题是，克服现有滤波器在低损耗与高选择性无法兼顾的问题，提供一种结构新颖的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，包括一个金属主体、盖板、谐振频率调节螺钉、腔间耦合强度调节螺钉、以及输入输出接口，其特征是：所述的主体中至少具有两个圆柱形空腔谐振腔，所述的空腔谐振腔内具有圆柱形微波介质材料，该圆柱形微波介质材料具有谐振频率调节孔，所述的空腔谐振腔顺序编号，编号相邻的两个谐振腔之间具有集中式耦合窗口，所述的谐振频率调节螺钉、腔间耦合强度调节螺钉固定在盖板上，并且分别伸入空腔谐振腔的圆柱形微波介质材料的谐振频率调节孔、集中式耦合窗口内，首、尾空腔谐振腔内的圆柱形微波介质材料还具有探针孔，所述输入、输出接口的探针分别插入相应的探针孔内。
本发明进一步的特征是：相隔有两个或四个空腔谐振腔的空腔谐振腔之间具有开路隔腔耦合装置。
本发明采用了圆柱形波导空腔技术，使电磁场全部集中在封闭导体内传播，从而获得高的Q值(一般在10000以上)，改善了产品的插入损耗指标，所设计主体型材的巧妙结构，使腔结构可分成若干相邻的相同部分，中间只有相应的隔墙隔开，具有多种腔间耦合的新途径，便于进行隔腔耦合，从而可在很大程度上提高滤波器的选择性指标，因此，本发明滤波器兼顾了低损耗和高选择性的要求；本发明的金属圆柱谐振器谐振模式为TM010模，TM010模式电磁场结构简单，磁场只有沿圆周方向的分量(磁力线为横截面内的圆环)，电场沿圆柱轴心方向处较强且方向无变化，电磁场分布轴对称、且分布均匀；由于圆柱腔谐振频率仅由圆直径决定而与高度无关的特性，可有效地降低谐振腔的高度，使得本发明的滤波器与目前普遍使用同轴线TEM模式传输方式的滤波器相比，具有品质因数高、损耗小、功率容量大等优点；本滤波器的空腔谐振腔内填充微波介质材料，可达到在滤波器的温度稳定性方面做到由调节材料温度系数来补偿谐振腔主体稳定性，从而提高温度稳定性指标的目的，填充的微波介质材料降低了谐振腔的谐振频率，谐振频率降低为原未填充微波介质材料时谐振频率的1/
倍(ε为微波介质材料的介电常数)，从而缩小了滤波器的物理尺寸，满足通信产品微型化、高集成化方向发展的需要；本滤波器性能优越，可靠性高，用途广泛，可以设计出系列多腔滤波器，以其为基础可以设计出低波段的系列收发双工器、合路分路器等等，用途广泛，为低波段的无线通信技术提供了一种理想的核心滤波器件；滤波器结构简单、紧凑、巧妙，其主体可通过成熟的铝型材挤压工艺一次成型，加工工艺简化，耗材少，产品一致性好，生产效率高，成本低，并可以根据滤波器的不同频段要求设计出相应的模具，实现产品的规模化生产。
附图说明
图1为本发明微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器主视结构图。
图2为本发明微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器主视剖视结构示意图。
图3为本发明微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器后视结构示意图。
图4为图2中D方向的示意图。
图中标号示意如下：1-主体，2-盖板，21-上盖板，22-下盖板，3-空腔谐振腔，32-首空腔谐振腔，33-尾空腔谐振腔，31-谐振频率调节螺钉，311-谐振频率调节螺钉，312-谐振频率调节螺钉，4-集中式耦合窗口，41-腔间耦合强度调节螺钉，51-输入输出接口，52-输入输出接口，6-开路隔腔耦合装置，61-反馈窗口调节螺钉，62-反馈槽，7-开路隔腔耦合装置，71-反馈窗口调节螺钉，8-微波介质材料，81-谐振频率调节孔，82-探针孔、83-首空腔谐振腔内的圆柱形微波介质材料、84-尾空腔谐振腔内的圆柱形微波介质材料、85-探针孔、86-探针孔。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
如图1、图2、图3所示，本发明微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，包括一个金属主体1、盖板2(可分为上盖板21、下盖板22)、谐振频率调节螺钉31、腔间耦合强度调节螺钉41、以及输入输出接口51、52，主体1中至少具有两个圆柱形空腔谐振腔3(本实施例中空腔谐振腔3的数量为6个，均分为互相平行的2排，理论上空腔谐振腔的数量最少为2个即可实现功能)，空腔谐振腔3内具有圆柱形微波介质材料8，该圆柱形微波介质材料8具有谐振频率调节孔81，空腔谐振腔顺序编号，如图2所示，本是实例空腔谐振腔的编号依次为A1、A2、...A6，编号相邻的两个谐振腔之间具有集中式耦合窗口，如A4与A5之间具有集中式耦合窗口4，谐振频率调节螺钉31、腔间耦合强度调节螺钉41固定在盖板2上，并且分别伸入空腔谐振腔3的圆柱形微波介质材料8的谐振频率调节孔81、集中式耦合窗口4内，首、尾空腔谐振腔32、33内的圆柱形微波介质材料83、84还具有探针孔85、86，输入、输出接口51、52的探针511、521分别插入相应的探针孔85、86内。
本发明滤波器空腔谐振腔内填充的微波介质材料可以选用微波介质陶瓷，其介电常数范围一般在9至100之间，同时具有低的介电损耗(在10-4至10-5之间)，本实施例中，微波介质陶瓷的介电常数ε的范围在20～25，如图2所示，微波介质陶瓷8(微波介质材料)充满了空腔谐振腔3。空腔谐振腔3的直径大小由滤波器通带的中心频率及所填充的微波介质材料8的介电常数ε共同决定，高度和直径的比值一般小于1.05。
为了提高滤波器的选择性，如图1、图2、图4所示，相隔有两个空腔谐振腔的空腔谐振腔之间(A2、A5之间)具有开路隔腔耦合装置6，该开路隔腔耦合装置为双边抑制型开路隔腔耦合装置，其具有连通所述相隔有两个空腔谐振腔的空腔谐振腔(A2、A5)间的反馈槽62、以及与该反馈槽相配合的反馈窗口调节螺钉61，调节螺钉61固定在盖板2上，其下端伸入反馈槽62内。本发明也可以在相隔四个空腔谐振腔的空腔谐振腔之间设置开路隔腔耦合装置7，该开路隔腔耦合装置7的结构与图4中开路隔腔耦合装置6的结构相同。根据实际需要，可以在A1与A6之间、或在A2与A5之间设置开路隔腔耦合装置，或者在A1与A6之间、A2与A5之间都设置开路隔腔耦合装置。
如图1、图2所示，本实施例中，首、尾空腔谐振腔32(A1)、33(A6)的圆柱形微波介质材料83、84的探针孔85、86开设在首、尾空腔谐振腔32、33的轴心位置，也就是圆柱形微波介质材料83、84的轴心位置，输入、输出接口51、52固定在盖板上，与首、尾空腔谐振腔32、33的轴心对应，并且其探针511、521伸入相应的圆柱形微波介质材料探针孔85、86内。
为了提高滤波器的性能，且便于调试，如图2所示，本实施例中，圆柱形微波介质材料8的谐振频率调节孔81开设在空腔谐振腔3的轴心位置，也就是圆柱形微波介质材料8的轴心位置，谐振频率调节螺钉31设在空腔谐振腔3的轴心位置，并且与相应的圆柱形微波介质材料8的调节孔81对应。同样的，腔间耦合强度调节螺钉41与集中式耦合窗口4的中心对应。
如图1、图2、图3所示，所述的6个谐振频率调节螺钉分别固定在上、下盖板上，具体的说，与首、尾空腔谐振腔32、33对应的谐振频率调节螺钉311、312固定在下盖板22上，其余的四个谐振频率调节螺钉固定在上盖板21上，与首、尾空腔谐振腔32、33对应的输入输出接口51、52固定在上盖板21上。谐振频率调节螺钉、输入输出接口固定的位置可以根据需要进行选择，6个谐振频率调节螺钉和输入输出接口可以固定在同一个盖板上，也可以不固定在同一块盖板上，如5个谐振频率调节螺钉固定在一块盖板上，另一个谐振频率调节螺钉固定在另一块盖板上，输入输出接口也可随需要进行布置。
本实施例中，首、尾空腔谐振腔圆柱形微波介质材料的探针孔、谐振频率调节孔设在首、尾空腔谐振腔的轴心位置，两者互相连通形成一个通孔，输入、输出接口的探针、谐振频率调节螺杆分别从该通孔的两侧伸入。
为了便于空腔谐振腔的排放，达到更好的信号反馈效果，以提高选择性，空腔谐振腔可以按“S”形顺序排列，便于实现信号反馈，且生产工艺简单。
本实施例中结构参数为：滤波器外形尺寸长*宽*高＝90*65*20mm3，空腔谐振腔尺寸Φ23*12，腔间隔墙厚4mm，腔间耦合窗口宽12mm、深12mm，上盖板厚5mm、下盖板厚3mm。物理参数为：微波介质材料介电常数ε＝20～25，中心频率f0为1900～2200MHz可调，通带宽度ΔF1dB为30～70MHz可调，选择性ΔF40dB/ΔF3dB为1.7，插入损耗Lr小于等于0.5dB，输入、输出电压驻波比小于等于1.2。
本实施例中，仅以具有6个空腔谐振腔的滤波器为例进行详细说明，实际上，本发明还可以是四腔、八腔、九腔、十二腔等，但至少具有两腔的多腔滤波器。
Claims (10)
1、微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，包括一个金属主体、盖板、谐振频率调节螺钉、腔间耦合强度调节螺钉、以及输入输出接口，其特征是：所述的主体中至少具有两个圆柱形空腔谐振腔，所述的空腔谐振腔内具有圆柱形微波介质材料，该圆柱形微波介质材料具有谐振频率调节孔，所述的空腔谐振腔顺序编号，编号相邻的两个谐振腔之间具有集中式耦合窗口，所述的谐振频率调节螺钉、腔间耦合强度调节螺钉固定在盖板上，并且分别伸入空腔谐振腔的圆柱形微波介质材料的谐振频率调节孔、集中式耦合窗口内，首、尾空腔谐振腔内的圆柱形微波介质材料还具有探针孔，所述输入、输出接口的探针分别插入相应的探针孔内。
2、根据权利要求1所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是所述的微波介质材料为微波介质陶瓷。
3、根据权利要求2所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是相隔有两个空腔谐振腔的空腔谐振腔之间具有开路隔腔耦合装置，所述的开路隔腔耦合装置为双边抑制型开路隔腔耦合装置，其具有连通所述相隔有两个空腔谐振腔的空腔谐振腔间的反馈槽、以及与该反馈槽相配合的调节螺钉，所述的调节螺钉固定在盖板上，其下端伸入反馈槽内。
4、根据权利要求2所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是相隔有四个空腔谐振腔的空腔谐振腔之间具有开路隔腔耦合装置，所述的开路隔腔耦合装置为双边抑制型开路隔腔耦合装置，其具有连通所述相隔有四个空腔谐振腔的空腔谐振腔间的反馈槽、以及与该反馈槽相配合的调节螺钉，所述的调节螺钉固定在盖板上，其下端伸入反馈槽内。
5、根据权利要求1至4任意一项所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是所述首、尾空腔谐振腔的圆柱形微波介质材料的探针孔开设在首、尾空腔谐振腔轴心位置，输入、输出接口固定在盖板上，与首、尾空腔谐振腔的轴心对应，并且其探针伸入相应的圆柱形微波介质材料的探针孔内。
6、根据权利要求1至4任意一项所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是所述圆柱形微波介质材料的谐振频率调节孔开设在空腔谐振腔轴心位置，所述的谐振频率调节螺钉位于空腔谐振腔的轴心位置，并且与相应的圆柱形微波介质材料的调节孔对应。
7、根据权利要求1至4任意一项所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是首、尾空腔谐振腔圆柱形微波介质材料的探针孔、谐振频率调节孔设在首、尾空腔谐振腔的轴心位置，两者互相连通形成一个通孔，输入、输出接口的探针、谐振频率调节螺杆分别从该通孔的两侧伸入。
8、根据权利要求1至4任意一项所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是腔间耦合强度调节螺钉与集中式耦合窗口的中心对应。
9、根据权利要求1至4任意一项所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是所述空腔谐振腔按“S”形顺序排列。
10、根据权利要求1至4任意一项所述的微波低波段TM010模高选择性空腔介质滤波器，其特征是所述空腔谐振腔的数量为6个，均分为互相平行的2排。
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