CN103296343B - 一种滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滤波器，包括谐振腔、装在所述谐振腔侧壁上且伸入所述谐振腔内部的输入端和输出端、置于所述谐振腔内的谐振子，所述输入端和输出端相互垂直地设置，谐振子的同时背向所述输入端和输出端的表面区域附着有金属片。金属片的设置，能够对两个简并模形成微扰，且微扰量大，从而使两简并模的耦合作用增强，进而形成一定的带宽，达到滤波效果。
Description
技术领域
本发明涉及射频器件，更具体地说，涉及一种滤波器。
背景技术
滤波器是电子系统中的关键部件，用来完成频率选择功能。常用的滤波器有介质滤波器、腔体滤波器、集总滤波器等，介质滤波器因其具有较高的Q值(品质因数值)而被广泛应用。介质滤波器是指在金属制成的谐振腔中放入高介电常数低损耗的介质构成的滤波器，该介质主要是陶瓷材料构成。
通常单个谐振腔能够实现一种模式，则多模滤波器需要采用多个腔，导致体积比较大。要实现滤波器的小型化，就需要单腔能实现多模功能。已知的单腔多模技术是在单腔的谐振腔中引入相互垂直的输入端和输出端，产生两个相互垂直的电磁场，然后利用伸入到腔体内的调谐螺杆来对电磁场进行微扰，从而获得耦合的两个HE11简并模。但调谐螺杆的缺陷在于，微扰量较小，使得两简并模的耦合作用很小，导致带宽小，滤波功能不强。同时，调谐螺杆还会导致滤波器的Q值大大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种支撑座带来的损耗大幅减少的滤波器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种滤波器，包括谐振腔、装在所述谐振腔侧壁上且伸入所述谐振腔内部的输入端和输出端、置于所述谐振腔内的谐振子，其特征在于，所述输入端和输出端相互垂直地设置，同时背向所述输入端和输出端的谐振子表面区域上附着有金属片。
在本发明所述的滤波器中，所述谐振子位于所述谐振腔正中间，所述输入端的中轴线和所述输出端的中轴线二者的交点位于所述谐振子的中心。
在本发明所述的滤波器中，谐振子的背向所述输入端的表面为谐振子被输出端中轴线与谐振腔中心线二者所在的平面截得的背离输入端的谐振子部分的表面。
在本发明所述的滤波器中，谐振子的背向所述输出端的表面为谐振子被输入端中轴线与谐振腔中心线二者所在的平面截得的背离输出端的谐振子部分的表面。
在本发明所述的滤波器中，所述谐振子为圆柱形，背向所述输入端的谐振子表面和背向所述输入端的谐振子表面之间的表面区域为四分之一圆柱面区域。
在本发明所述的滤波器中，所述金属片的中心位于所述输入端中轴线和输出端中轴线二者的夹角的角平分线延长线上。
在本发明所述的滤波器中，所述金属片的高度与所述谐振子的高度相同。
在本发明所述的滤波器中，所述金属片的材料为铜或银或金。
在本发明所述的滤波器中，所述谐振子为超材料，包括多个超材料片层，所述多个超材料片层堆叠并制备成一体。
在本发明所述的滤波器中，每个所述超材料片层包括陶瓷基板和附着在所述陶瓷基板上的、呈周期性排布的多个金属微结构。
实施本发明的滤波器，具有以下有益效果：金属片的设置，能够对两个简并模形成微扰，且微扰量大，从而使两简并模的耦合作用增强，进而形成一定的带宽，达到滤波效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明第一实施例的滤波器的俯视图；
图2是图1所示滤波器的A-A剖视图；
图3是图2所示滤波器中的超材料片层的俯视图；
图4是另一实施例的超材料片层的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及一种滤波器，优选实施例如图1、图2所示，包括谐振腔1、输入端2、输出端20、谐振子3和金属片4。
其中，本实施例中谐振腔1为方柱形，且端面成正方形。输入端2和输出端20分别位于谐振腔1相邻的两个侧壁的正中位置，且分别垂直于所在侧壁地指向谐振腔1中心，即二者的中轴线相互垂直且均经过谐振腔的中心。
优选地，谐振子3位于谐振腔1的正中间，即谐振子3到谐振腔1内部顶面、底面的距离相等，谐振子3侧面到谐振腔1内部各侧壁的距离相等。当然，本发明的谐振子3不必然位于正中间，可以偏离正中间的位置。为了使谐振子3到谐振腔1内部底面存在一定距离，需要在谐振子3底部放置支承座(图中未示出)，支承座通常采用低介电常数低损耗的透波材料，例如泡沫塑料、氧化铝等。
本实施例中，谐振子3为中间有通孔的圆柱形，则谐振子3位于谐振腔1正中间，即谐振子3的中心轴与谐振腔1内部底面和顶面的中心连线重合，该中心连线即为谐振腔1的中心线，其中点即为谐振腔1的中心，也为谐振子3的中心。
相互垂直的输入端2和输出端20指向谐振子3，在没有外界微扰的情况下，介质的两个HE11极化简并模因为没有耦合不会发生分离，因此不能形成带宽，达不到滤波器滤波效果。本发明的发明点在于在谐振子3表面上设置有金属片4，且金属片4位于同属于输入端2背面和输出端20背面的区域。金属片4的设置，能够对两个简并模形成微扰，且微扰量大，从而使两简并模的耦合作用增强，进而形成一定的带宽。
输入端2的背面，是指谐振子3的背向输入端2的表面，即谐振子3被输出端20的中轴线与谐振腔1的中心线二者所在的平面截得的背离输入端2的谐振子部分的表面，也即图1中的弧P1OP4所代表的二分之一圆柱面。同样，输出端20的背面，是指谐振子3的背向输出端20的表面，即谐振子3被输入端2的中轴线与谐振腔1的中心线二者所在的平面截得的背离输出端20的谐振子部分的表面，也即也即图1中的弧P3OP2所代表的二分之一圆柱面。因此，同属于输入端2的背面和输出端20的背面的区域，也即谐振子3的同时背向所述输入端2和输出端20的表面区域，是图1中的弧P1OP2所代表的四分之一圆柱面。
因为这一表面区域内，金属片4才能够对两个简并模式进行微扰，以使两个模式耦合。为了微扰效果的对称性，优选地，金属片4位于输入端2的中轴线和输出端20的中轴线二者的夹角的角平分线延长线上，即图1中所示的弧P1OP2的中点处。
金属片4优选铜、银、金等导电性较好的金属，以减小金属片4所引入的损耗。为了提高微扰量，在所引入的损耗在允许范围的条件下，金属片4的高度、宽度、厚度可尽量大。本实施例中，如图2所示，金属片4的高度与谐振子3的高度相同，本实施例中金属片为5微米。
另外，为了进一步减小滤波器的体积，本发明采用超材料作为谐振子，如图2所示，谐振子包括多个超材料片层30，多个超材料片层30堆叠并通过一定的制备工艺例如LTCC工艺烧制成一体。
如图3、图4所示，每个超材料片层30包括陶瓷基板31和附着在所述陶瓷基板31上的、呈周期性排布的多个金属微结构32。金属微结构32为金属片或者金属丝构成的图案，例如图3所示的为方形金属片，图4所示的为“工”字形结构。相对于陶瓷基板31的厚度，金属微结构32的厚度非常小近似于不到十分之一，例如本实施例中陶瓷基板31的厚度为1mm，金属微结构32的厚度为0.018mm。
当然，金属微结构32还可以是其他形状，例如“十”字形、圆形、雪花形等等，本发明不做限制，只要金属微结构32的尺寸在滤波器谐振频率所对应的波长的二分之一以内即可，例如为波长的十分之一。因为这样的超材料具有较高的介电常数，能有效降低滤波器的谐振频率，从而在实现相同谐振频率时减小滤波器的体积。
本发明提供了一种新型耦合方式的多模单腔滤波器，通过在谐振子表面设置金属片来增大微扰量，从而提高两种简并模之间的耦合作用，形成带宽，滤波效果增强。而金属片的引入，对Q值的影响较小，本发明的滤波器的Q值要明显高于采用调谐螺杆的滤波器的Q值。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种滤波器，包括谐振腔、装在所述谐振腔侧壁上且伸入所述谐振腔内部的输入端和输出端、置于所述谐振腔内的谐振子，其特征在于，所述输入端和输出端相互垂直地设置，谐振子的同时背向所述输入端和输出端的表面区域附着有金属片；所述谐振子位于所述谐振腔正中间，所述输入端的中轴线和所述输出端的中轴线二者的交点位于所述谐振子的中心。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，谐振子的背向所述输入端的表面为谐振子被输出端中轴线与谐振腔中心线二者所在的平面截得的背离输入端的谐振子部分的表面。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，谐振子的背向所述输出端的表面为谐振子被输入端中轴线与谐振腔中心线二者所在的平面截得的背离输出端的谐振子部分的表面。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述谐振子为圆柱形，背向所述输入端的谐振子表面和背向所述输入端的谐振子表面之间的表面区域为四分之一圆柱面区域。
5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述金属片的中心位于所述输入端中轴线和输出端中轴线二者的夹角的角平分线延长线上。
6.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述金属片的高度与所述谐振子的高度相同。
7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述金属片的材料为铜或银或金。
8.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述谐振子为超材料，包括多个超材料片层，所述多个超材料片层堆叠并制备成一体。
9.根据权利要求8所述的滤波器，其特征在于，每个所述超材料片层包括陶瓷基板和附着在所述陶瓷基板上的、呈周期性排布的多个金属微结构。
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