CN101626101B - 腔体介质滤波器及其带外抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种腔体介质滤波器，包括腔体，腔体上设有若干谐振腔，每一谐振腔均设有谐振器，其中部分谐振腔间组成交叉耦合，至少一对谐振腔间设有耦合窗，所述谐振腔之一作为零腔与另一谐振腔产生反射以产生频带一侧的传输零点；有两个用于交叉耦合的谐振腔间装设有用于产生频带另一侧的传输零点的交叉耦合装置。结合本发明提供的腔体介质滤波器的带外抑制方法，本发明零腔与交叉耦合装置的设置，使得零腔可通过调节其相应的调谐盘以确定在频带左侧或右侧设定传输零点，而交叉耦合装置则可通过弧形部的设置方式的不同在频带右侧或左侧设定传输零点，通过为频带设定左、右侧的传输零点，便可提高整个滤波器的带外抑制能力。

Description

腔体介质滤波器及其带外抑制方法

【技术领域】

本发明涉及移动通信设备领域，尤其涉及一种腔体介质滤波器及其带外抑制方法。

【技术背景】

在现代移动通信技术中，微波射频器件已经成为了必不可少的重要组成部分。滤波器作为一种基本的射频器件，其插入损耗、带外抑制、无源互调和功率容量等一系列指标对于整机的性能有着重要的影响。传统的金属同轴腔体滤波器由于自身损耗的原因，在限定腔体尺寸的情况下，无法取得很高的品质因数(Q值)，导致带外抑制、插入损耗等指标受到了一定的限制，而且金属表面镀银处理等环节也会对无源互调指标产生一定的影响。

现有的腔体介质滤波器大多都是通过同轴介质谐振器自身的自然衰落实现对带外信号抑制的，而这种通过增加同轴介质谐振器的数量达到更高的带外抑制，会导致体积的增大和成本的增加，也不利于器件的性能优化。

【发明内容】

本发明的主要目的在于克服上述不足，提供一种具有良好带外抑制能力以便保证高品质因数的腔体介质滤波器。

本发明的另一目的在于提供一种适用于前述目的的腔体介质滤波器的带外抑制方法。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的腔体介质滤波器，包括腔体，腔体上设有若干谐振腔，每一谐振腔均设有谐振器，其中部分谐振腔间组成交叉耦合，至少一对谐振腔间设有耦合窗，所述谐振腔之一作为零腔与另一谐振腔产生反射以产生频带一侧的传输零点；有两个用于交叉耦合的谐振腔间装设有用于产生频带另一侧的传输零点的交叉耦合装置。

所述谐振腔中的谐振器均包括固设于所述腔体底部的谐振柱和设置在谐振柱上方的调谐盘，该调谐盘具有伸出腔体以供调谐的螺杆部。

所述交叉耦合装置以飞杆方式设置在其所属两个谐振腔间，具有杆状部和于杆状部两端连设的弧形部，杆状部固定在其所属两个谐振腔间的顶部，而两弧形部分别伸出至该两个谐振腔内。所述弧形部与其所属谐振腔中的谐振器同心设置。所述杆状部两端的弧形部呈轴对称设置，或者，所述杆状部两端的弧形部呈中心对称设置。

本发明的腔体介质滤波器的带外抑制方法，包括如下步骤：

首先，提供一根据需要交叉耦合的谐振腔间的耦合量制定长度的杆状金属条；

其次，将该杆状金属条区分为三段；

然后，将其中外侧的两段折弯成弧形部，保留杆状金属条的中间段为杆状部；

之后，将交叉耦合装置的杆状部固定在相应两个谐振腔之间的腔壁顶部以实现信号耦合并在频带一侧产生传输零点；

最后，在滤波器整体固装后，通过旋转零腔的调谐盘的螺杆部，使频带另一侧产生另一传输零点，从而完成两个传输零点的设置。

其中，所述杆状金属条两侧的用于形成弧形部的段长度相等。所述两个弧形部呈轴对称或者中心对称设置。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明零腔与交叉耦合装置的设置，使得零腔可通过调节其相应的调谐盘以确定在频带左侧或右侧设定传输零点，而交叉耦合装置则可通过弧形部的设置方式的不同在频带右侧或左侧设定传输零点，通过为频带设定左、右侧的传输零点，便可提高整个滤波器的带外抑制能力。

【附图说明】

图1为本发明的腔体介质滤波器的一个实施例的电气结构原理图；

图2为与图1相应的腔体介质滤波器的物理结构示意图；

图3为与图2相应的腔体介质滤波器去除顶盖后的物理结构俯视图；

图4为本发明的一种调谐装置的结构示意图；

图5为本发明的另一种调谐装置的结构示意图；

图6为本发明的腔体介质滤波器的另一实施例的物理结构俯视图；

图7为本发明的腔体介质滤波器的传输特性示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

请参阅图1，本发明的第一实施例的腔体介质滤波器按照图1的电气结构分布，其中信号的耦合顺序在若干谐振腔11至16间作用，谐振腔11与谐振腔15作为连接端，射频信号自谐振腔11输入而自谐振腔15输出，或者反之从谐振腔15输入而自谐振腔11输出。以前者为例，信号自谐振腔11耦合到谐振腔12继而耦合到谐振腔13后，谐振腔13，14，15之间组成交叉耦合关系，进行交叉耦合后方才输出。此外，谐振腔16作为零腔16，与谐振腔11进行反射，用于在射频信号的频带(也称通带)左侧或右侧产生传输零点，谐振腔16并不与谐振腔11之外的其它谐振腔12，13，14，15产生电性上的直接作用。

请参阅图2，本发明的腔体介质滤波器的物理结构中，整体上由一金属腔体形成，该腔体包括底部的槽体22和与该槽体22盖合锁固的盖板21，图2中槽体22两侧各设一接头31，32，用于连接信号线缆，其内部按图1所示的电气结构设置有六个基本呈矩阵排列的谐振腔11至16，每个谐振腔中均设有谐振器(如由160与168、130与138、140与148组成，其它谐振腔类推，下同)，每个谐振器均包括竖立在槽体22底部的谐振柱(110，120，130，140，150，160，下同)和置于该谐振柱上方的调谐盘(如168，138，148，其它未表示，下同)。每个调谐盘顶部设有螺杆部(如1680)，所述盖板21的相应位置处设有供调谐盘螺杆部螺锁的通孔(210，220，230，240，250，260，下同)，调谐盘通过与盖板21的通孔相螺锁，使其与盖板21相固定悬置在相应谐振柱的上方，以及使其螺杆部伸出盖板21外侧面，从而，可在腔体外部通过旋转调谐盘的螺杆部(如1680)实现对每个谐振腔的调谐。

本发明的谐振腔，主模为TE₀₁模，电场环绕圆柱腔的轴向，磁场沿轴向从介质内部穿出，与电场垂直。

结合图3，谐振腔11与接头31之间通过一连设在接头31内部的弧形银线41实现信号的耦合，同理，在图2和图3所示的右侧，谐振腔15与接头32之间通过一连设在接头32上的弧形银线42实现信号的耦合。弧形银线41与谐振腔11的谐振柱110同心设置，弧形银线42则与谐振柱150同心设置。弧形银线41和42所占弧度越大，其耦合效果越弱，所占弧度越小，则耦合效果越强。因而，其弧度的大小应通过实测确定。

如图2和图3所示，腔体介质滤波器的多个谐振腔11…16，是通过在槽体22内部设置多个竖立的腔壁将槽体22的空腔分成多个子区域形成的，通过为每个子区域设置所述的谐振器即成为所述谐振腔11…16。由此，相邻两个谐振腔之间便存在一个腔壁20，若将该腔壁20局部去除，便形成该腔壁所关联的相邻两个谐振腔之间的耦合窗51，52，53，54，55，每相邻两个谐振腔便可通过与其相关的相应耦合窗51…55进行信号的耦合，实现彼此的电性连接。根据图1的电气原理，图2和图3中，谐振腔11通过耦合窗51与谐振腔12相耦合，谐振腔12通过耦合窗52与谐振腔13耦合，谐振腔13通过耦合窗53与谐振腔14相耦合，谐振腔14通过耦合窗54与谐振腔15相耦合，而谐振腔13则通过交叉耦合装置6与谐振腔15相耦合，从而使谐振腔13，14，15组成交叉耦合关系，可见，谐振腔11至15共同形成射频信号处理流，至于谐振腔16未参与其中，原因在于谐振腔16仅通过耦合窗55与谐振腔11进行反射，以达到产生信号传输零点的作用。谐振腔16所产生的传输零点，既可在射频信号频带的左侧产生，也可在射频信号频带的右侧产生，具体可通过调节其调谐盘实现传输零点居左或居右。

每个谐振腔11…16中，其谐振柱110所产生的磁力线方向是自其轴线一端穿出，在空中环绕半周后自其轴线另一端进入的，因而，两个相邻谐振腔的信号耦合实际上是磁力线相互作用的结果。本发明的调谐装置71，72，73，74，75利用了此一特性。

请结合图2和图3，每个耦合窗51…55中均分别设置了本发明的调谐装置71…75，每调谐装置71…75包括一水平调谐杆702和一垂直调谐杆704，调谐装置71…75的安装在本发明的实施例中揭示了两种方式。

调谐装置71，73，74，75的安装方式之一请进一步结合图4，其适用于安装在靠近腔体侧壁229的耦合窗51，53，54，55上。为更清楚地进行说明，以调谐装置75为例推而广之，由图2和图4可见，所述属于腔体的槽体22的侧壁229上，对应耦合窗55处设有螺孔，所述水平调谐杆702被制作成螺杆状(主要设置在其一侧局部以供螺锁固定)，自槽体22的外侧旋入螺孔并深入耦合窗55，在腔体外侧预留出一调节部7020，在腔体内则悬空与腔体的盖板21形成平行设置，而与其所属(相关)的两个谐振腔11和16的谐振器的轴线所连成的平面则相垂直。水平调谐杆702在耦合窗55处与其所属的两个谐振器发生感应，产生环绕水平调谐杆702圆周的磁力线，此一感应磁力线的方向与该两个相邻谐振腔11和16的磁力线的方向是相切的，因而调整该水平调谐杆702将对其所影响的两个谐振腔11和16间的耦合量产生相对较大的影响。

但是，单纯依靠水平调谐杆702对耦合量进行调节仍然无法满足本发明的需要，因而需要进一步设置所述的垂直调谐杆704。

由图2和图4可见，腔体的盖板21上，对应腔体内若干耦合窗51…55处，设有若干螺孔510，520，530，540，550，该类螺孔用于安装所述垂直调谐杆(如704)。同样以调谐装置75为例，所述垂直调谐杆704至少在其一侧局部(顶部)被制作成螺杆状，通过旋入盖板21的相应螺孔550，以与腔体底壁相垂直的方式深入至相应的耦合窗55中，自然地，垂直调谐杆704便与其所属(相关)的两个谐振腔11，16的谐振器的轴线所连成的平面成平行(可以重合)设置关系。同理，垂直调谐杆704在盖板22外突出一调节部7040以供调节。垂直调谐杆704由于电磁感应产生环绕其圆周的磁力线，该磁力线的方向与其所属的两个谐振腔11和16的磁力线的方向相垂直，因而，调整垂直调谐杆704的调节部7040以调节伸入至腔体内的长度，可以通过磁力线间的相互作用起到微调该两个谐振腔11和16的耦合量的作用。对于耦合量的调节而言，垂直调谐杆704的调节效果明显比水平调谐杆的调节效果要弱化，但更精准。因此，以此类推，调谐装置71，73，74，75在需要时，可以通过其水平调谐杆702和垂直调谐杆704的相互配合进行每对谐振腔间耦合量的调节。

多对如方式一(图4)所示的调谐装置被安装在本发明的腔体介质滤波器中，由于每个调谐装置71，73，74，75的水平调谐杆702与垂直调谐杆704均外露于腔体外侧壁229而可实现在腔体外部的随时调节，为安装维护人员提供了极大的便利。

但是，如图2和图3所示，对于谐振腔12与13之间的耦合窗52的调谐装置72的安装，并不适合采用如方式一所示的结构，转而使用如图5所示的方式二的结构。图5所示的调谐装置72中，其垂直调谐杆704’的结构及安装方式与方式一所揭示的垂直调谐杆704一致，而水平调谐杆702′则不同。其水平调谐杆702′没有腔体的外侧壁229可供固定，而使用其所处的两个谐振腔12和13间腔壁20′作为安装基点，在该两个谐振腔12和13的腔壁20′上设置一螺孔，通过将经事先检测而确定长度的水平调谐杆702′用螺钉777′螺锁(或铆接、焊接等公知机械连接方式)在该腔壁20′上而实现固定，因此，除非拆开滤波器替换不同长度的水平调谐杆702′，否则在此处的水平调谐杆702′一经安装是不可调节的，但方式二的提出无疑解决了在腔体内部腔壁20′设置水平调谐杆702′的难题。

通过根据腔体的具体结构，在多个耦合窗51，52，53，54，55中灵活安装前述的两种调谐装置71，72，73，74，75，使得滤波器的每个耦合窗51，52，53，54，55中的耦合量的调节变为可能，进而完成对滤波器整体的调谐。因而，本发明的腔体介质滤波器利用其调谐装置进行调谐的方法，遵循如下步骤：

1、在滤波器整体固装前，在居于非靠近腔体外侧壁229的耦合窗52中，先行通过检测确定该处的调谐装置72的水平调谐杆702′的长度并安装固定；

2、在滤波器整体固装后，针对每个与腔体侧壁存在安装关系的调谐装置71，73，74，75，执行如下子步骤：

2.1、通过其水平调谐杆702的调节部7020对该水平调谐杆702深入腔体的长度进行调节，直至该调谐装置71，73，74，75所属的相邻两个谐振腔之间的耦合量达到与预设的理想数值接近为止；

2.2、通过其垂直调谐杆704的调节部7040对该垂直调谐杆704深入腔体的长度进行调节，直至该调谐装置71，73，74，75所属的相邻两个谐振腔之间的耦合量达到无限趋近(相当于取极限值)或等于该理想数值为止；

3、在滤波器整体固装后，针对步骤2除外的调谐装置即72，调节其垂直调谐杆704′的调节部以调节该垂直调谐杆704′深入腔体的长度，直至该调谐装置72所属的相邻两个谐振腔12和13之间的耦合量达到无限趋近(相当于取极限值)或等于预设的理想数值为止。

通过上述对调谐装置71…75进行调谐的方法，可使本发明的腔体介质滤波器的各对相邻谐振腔之间的耦合量得到调节，为机修人员提供了一种更为灵活的维护手段。

参阅图2，本发明腔体介质滤波器为了达到更为完善的设计效果，除针对调谐方式进行改进外，还针对通过其中的射频信号的处理进行改进。注意到前述谐振腔16的设置，只在信号频带的一侧(左侧或右侧)产生一个传输零点，因而，只能提高频带一侧的带外抑制能力，至于另外一侧的带外抑制则需要通过本发明的交叉耦合装置6实现。

如图3所示，本发明的交叉耦合装置6以飞杆的方式设置在谐振腔13与谐振腔15之间的腔壁20″上，其具有一杆状部61和于杆状部61两端折出的弧形部62，64，杆状部61与两个弧形部62，64由同一金属材料折弯而成，杆状部61被固设在该两个谐振腔13，15之间的腔壁20″上，因而其两端分别伸入至谐振腔13和15中，弧形部62，64分别与其所在的谐振腔13，15的谐振柱130，150同心(以轴线某点为圆心)设置。交叉耦合装置6在谐振腔13和15之间的设置，除了实现交叉耦合关系之外，还能起到在频带的左侧或右侧产生频带的传输零点的作用。如图3所示的交叉耦合装置6中，两个弧形部62，64关于杆状部61的中垂线对称，两弧形部62，64间彼此同侧外开设置，根据谐振器在腔体内产生的磁场特性，弧形部62，64同侧外开的交叉耦合装置6在相位上为-90°，可在频带的右侧产生传输零点，提高右侧带外抑制能力，在图3所示的滤波器中，因交叉耦合装置6在频带的右侧产生零点，故零腔16需要调节其调谐盘168使其能在频带的左侧产生传输零点。由此，由零腔16与交叉耦合装置6共同作用，可以在频带的左右两侧产生两个传输零点，从而提高整体的带外抑制能力。

交叉耦合装置6的弧形部62，64的设置方式并不受此一实施例的局限，请参阅图6，在本发明腔体介质滤波器的另一实施例中，具有若干处不同于前一实施例的设计，具体为：

首先，因谐振腔81′，82′，83′，84′的个数被约束为4个，因而，谐振腔82′既与谐振腔83′和84′进行交叉耦合，而且也同时作为零腔82′使用；

其次，由于不存在不靠近腔体外侧壁的耦合窗，因而，不采用前述方式二所揭示的调谐装置而采用方式一所解释的调谐装置700′，可见，方式二所揭示的调谐装置是可选项，受腔体的具体结构而灵活选用；

再者，其交叉耦合装置6′的弧形部62′，64′具有不同于前一实施例的设置，两个弧形部62′，64′间呈中心对称关系，即两者以杆状部61′中点为中心彼此异侧内收，此一结构使得交叉耦合装置6′的相位为+90°，可以在频带左侧产生传输零点以提高频带左侧的带外抑制能力。

本发明中，交叉耦合装置6(6′)与零腔16(82′)间需要灵活设置方可配合实现整体带外抑制，因此，在设计本发明的滤波器时，一般需遵循如下步骤设置该交叉耦合装置6(6′)和零腔16(82′)以便实现其带外抑制方法：

首先，提供一根据需要交叉耦合的谐振腔13，14，15(82′，83′，84′)间的耦合量制定长度的杆状金属条；其次，将该杆状金属条区分为三段，两侧所在的区段长度相等；然后，将其中外侧的两段折弯成弧形部62(62′)，64(64′)，保留杆状金属条的中间段为杆状部61(61′)；之后，将交叉耦合装置6(6′)的杆状部61(61′)固定在相应原两个谐振腔13，15(82′，84′)之间的腔壁20″顶部以实现信号耦合并在频带一侧产生传输零点；最后，在滤波器整体固装后，通过旋转零腔16(82′)调谐盘(如168)的螺杆部(1680)，使频带另一侧产生另一传输零点，从而完成两个传输零点的设置。

请参阅图7，本发明的腔体介质滤波器，综上所述及结合实测，通过调谐装置、零腔、交叉耦合装置的应用，获得如下效果：

1、在腔体外侧壁和盖板上分别设置耦合螺杆，增加了调节手段，调谐过程更加方便灵活，准确可靠；

2、在腔体介质滤波器中，设置一个零腔，在通带一侧增加一个传输零点，可实现对通带外频带的抑制；利用特制的弧形金属飞杆，实现滤波器的交叉耦合，并与零腔相对应在通带另一侧引入一个传输零点。通过交叉耦合装置与零腔引入的传输零点的共同作用，在保证有效通带插损在-0.8dB以内的条件下，在通带右侧2MHz外，抑制值可达到-38dB，实现对滤波器低插损、高抑制的要求；

3、腔体介质滤波器的同轴介质谐振器由陶瓷介质制成，加入的弧形金属飞杆和耦合调谐杆对无源互调和温度漂移的影响不大，器件的互调指标可以达到-160dBc，谐振器在温度变化时，温度特性较好，性能指标不受影响；

4、谐振器不容易与金属接触面出现打火烧坏现象，器件可以承受大功率的射频信号通过，承受的平均功率高达100瓦以上。

本发明尽管只给出以上实施例，但是，本领域内普通技术人员在通读本说明书后，结合公知的机械常识，应能联想到更多的具体实施方式，但是这样的具体实施方式并不超脱本发明权利要求的精神，任何形式的等同替换或简单修饰均应视为被本发明所包括的实施例。

Claims (9)

1.一种腔体介质滤波器，包括腔体，腔体上设有若干谐振腔，每一谐振腔均设有谐振器，其中部分谐振腔间组成交叉耦合，至少一对谐振腔间设有耦合窗，其特征在于：所述谐振腔之一作为零腔与另一谐振腔产生反射以产生频带一侧的传输零点；有两个用于交叉耦合的谐振腔间装设有用于产生频带另一侧的传输零点的交叉耦合装置，所述交叉耦合装置以飞杆方式设置在其所属两个谐振腔间，具有杆状部和于杆状部两端连设的弧形部，杆状部固定在其所属两个谐振腔间的顶部，而两弧形部分别伸出至该两个谐振腔内。

2.根据权利要求1所述的腔体介质滤波器，其特征在于：所述谐振腔中的谐振器均包括固设于所述腔体底部的谐振柱和设置在谐振柱上方的调谐盘，该调谐盘具有伸出腔体以供调谐的螺杆部。

3.根据权利要求1所述的腔体介质滤波器，其特征在于：所述弧形部与其所属谐振腔中的谐振器同心设置。

4.根据权利要求1所述的腔体介质滤波器，其特征在于：所述杆状部两端的弧形部呈轴对称设置。

5.根据权利要求1所述的腔体介质滤波器，其特征在于：所述杆状部两端的弧形部呈中心对称设置。

6.一种腔体介质滤波器的带外抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

首先，提供一根据需要交叉耦合的谐振腔间的耦合量制定长度的杆状金属条；

其次，将该杆状金属条区分为三段；

然后，将其中外侧的两段折弯成弧形部，保留杆状金属条的中间段为杆状部；

之后，将交叉耦合装置的杆状部固定在相应两个谐振腔之间的腔壁顶部以实现信号耦合并在频带一侧产生传输零点；

最后，在滤波器整体固装后，通过旋转零腔的调谐盘的螺杆部，使频带另一侧产生另一传输零点，从而完成两个传输零点的设置。

7.根据权利要求6所述的带外抑制方法，其特征在于：所述杆状金属条两侧的用于形成弧形部的段长度相等。

8.根据权利要求6或7所述的带外抑制方法，其特征在于：所述两个弧形部呈轴对称设置。

9.根据权利要求6或7所述的带外抑制方法，其特征在于：所述两个弧形部呈中心对称设置。

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