CN103296359A - 一种滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滤波器，包括具有内腔的腔体、安装在所述腔体上的输入端和输出端，所述腔体内设置有至少两个谐振腔，每个谐振腔内设置有谐振子，所述每个谐振腔的输入端和输出端为中间是导线周围是绝缘材料的结构，相邻谐振腔之间通过一金属片相互电连接，所述金属片沿相邻谐振腔的输出端到输入端方向的投影至少有一部分位于所述相邻谐振腔的输出端和输入端的导线沿相同方向投影的外部。具有这种结构的滤波器可以提高滤波器的输入端和输出端之间的耦合性能，有利于将信号高效率地从输入端耦合到腔体内，再把信号高效率地从输出端耦合出去，从而提高了滤波器的滤波性能。

Description

一种滤波器
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种滤波器。
背景技术
滤波器是无线电技术中的常见器件之一，被广泛应用于通讯、雷达、导航、电子对抗、卫星、测试仪表等电子设备中。滤波器内部装有谐振腔，滤波器的体积主要取决于谐振腔的个数和容积。而微波谐振腔的谐振频率取决于该腔的容积，一般来说，谐振腔容积越大谐振频率越低，谐振腔容积越小谐振频率越高，因此如何实现在不增大谐振腔尺寸的情况下降低谐振腔的谐振频率对于滤波器的小型化具有重要的意义。
超材料，是一种能够对电磁波产生响应的人工合成材料，由基板和附着在基板上的人造微结构组成，人造微结构通常是由导电材料排布成的具有一定几何图案的结构，因此能够对电磁波产生响应，从而使超材料整体体现出不同于基板的电磁特性，超材料可以具有高折射率和高介电常数的特性。
通过在谐振腔内设置超材料，利用超材料的高折射率、高介电常数的特性，能够在不改变谐振腔的体积的条件下有效地降低谐振腔的谐振频率，也即相当于相同谐振频率下实现了减小谐振腔的体积。但是，实验表明，当滤波器里有多个腔时，不同谐振腔之间的耦合效果很差，导致信号耦合到腔体内和由腔体耦合出去时的效率很低，极大地影响了超材料在谐振腔中的应用效果。图1所示的滤波器，包括位于腔体A内的两个谐振腔A1和A2，输入端1和输出端2分别使用中间是导线周围是绝缘材料的结构将信号耦合到腔体内或者由腔体耦合出去，谐振腔A1的输入端和输出端通过与其输入端和输出端电连接的金属盘B1和B2相耦合，两个金属盘B1和B2之间设置有谐振子，该谐振子为超材料谐振子，包括两块基板D1和D2以及位于这两块基板之间的人造微结构；谐振腔A2的输入端和输出端通过与其输入端和输出端电连接的金属盘C1和C2相耦合，两个金属盘C1和C2之间设置与谐振腔A1中相同的谐振子，包括两块基板E1和E2以及位于这两块基板之间的人造微结构，谐振腔A1和A2之间通过中间是导线周围是绝缘材料的结构3相连接；其中谐振腔A1的输入端就是滤波器的输入端，谐振腔A2的输出端就是滤波器的输出端。通过对该滤波器进行仿真，得到其对应的S参数特性曲线图如图2所示，在1.5GHz～1.7GHz以及3GHz～3.5GHz频段内S11小于0dB、S21接近0dB，因此当滤波器需要在其中一个频段(比如1.5GHz～1.7GHz或者3GHz～3.5GHz)内具有通带效果、在其他频段内具有滤波效果时，其带外抑制特性不够高。因此该结构的滤波器在所测频段内的滤波性能不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中使用超材料的多腔滤波器滤波效果差的现象，提供一种耦合效果好、信号传导效率高、具有较好滤带外抑制特性的滤波器。
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，包括具有内腔的腔体、安装在所述腔体上的输入端和输出端，所述腔体内设置有至少两个谐振腔，每个谐振腔内设置有谐振子，所述每个谐振腔的输入端和输出端为中间是导线周围是绝缘材料的结构，相邻谐振腔之间通过一金属片相互电连接，所述金属片沿相邻谐振腔的输出端到输入端方向的投影至少有一部分位于所述相邻谐振腔的输出端和输入端的导线沿相同方向投影的外部。
在本发明的优选实施方式中，各个谐振腔的输入端和输出端之间通过与所述输入端或者输出端分别电连接的金属盘相耦合。
在本发明的优选实施方式中，所述谐振子为超材料，所述超材料包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在所述基板上周期性排布的至少一个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构。
在本发明的优选实施方式中，所述超材料片层的基板的一个面上附着人造微结构或者基板的相对面上分别附着人造微结构或者金属微结构位于两块基板之间。
在本发明的优选实施方式中，所述金属片为十字形金属片。
在本发明的优选实施方式中，所述金属片为圆形金属片。
在本发明的优选实施方式中，所述腔体内设置有调谐装置。
在本发明的优选实施方式中，所述调谐装置为调谐螺杆。
在本发明的优选实施方式中，所述基板为FR-4(玻璃纤维环氧树脂)或者F4B(聚四氟乙烯玻璃布)。
在本发明的优选实施方式中，所述基板为树脂基复合材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者陶瓷材料。
实施本发明的滤波器，具有以下有益效果：通过在滤波器中不同的谐振腔之间设置金属片结构，可以提高滤波器的输入端与输出端之间的耦合性能，有利于将信号高效率地从输入端耦合到腔内，以及将信号高效率地从输出端耦合出去，从而提高了滤波器的滤波性能，具有较好的带外抑制性能。
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是现有技术中一种滤波器沿输入端至输出端方向的剖面示意图；
图2是图1所示滤波器的S参数特性仿真图；
图3是实施例中滤波器沿输入端至输出端方向的剖面示意图；
图4是图3所示滤波器的S参数特性仿真图。
具体实施方式
本发明涉及一种滤波器，如图3和图4所示，包括位于腔体A内的两个谐振腔A1和A2，输入端1和输出端2分别使用中间是导线周围是绝缘材料的结构比如同轴线输入信号或者导出信号，这里导线选用铜线，绝缘材料选用聚四氟乙烯，当然也可以选用其他材料，谐振腔A1的输入端和输出端通过与其输入端或者输出端分别电连接的金属盘B1和B2相耦合，金属盘B1和B2之间设置有谐振子，该谐振子由包含一个超材料片层的超材料构成，包括基板D1、基板D2和位于两基板之间人造微结构，人造微结构由两个相互正交的工字形金属线构成，交点为工字形的中点，人造微结构也可以为其他几何图案，谐振腔A2的输入端和输出端通过与其输入端和输出端电连接的金属盘C1和C2相耦合，两个金属盘C1和C2之间设置与谐振腔A1中相同的谐振子，包括两块基板E1和E2以及位于这两块基板之间的人造微结构，人造微结构由两个相互正交的工字形金属线构成，交点为工字形的中点；所述基板采用陶瓷材料，当然也可以为FR-4、F4B、树脂基复合材料、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料等。超材料也可以由多个超材料片层叠加而成，超材料片层沿垂直于超材料片层表面的方向叠加，并通过机械连接、焊接或粘合的方式组装成一体。
谐振腔A1和A2之间通过中间是导线周围是绝缘材料的结构比如同轴线3相连接，在同轴线3中设置有十字形金属片，该十字形金属片沿谐振腔A1的输出端到A2的输入端方向的投影有一部分位于同轴线内的导体沿相同方向投影的外部；当然金属片也可以为其他形状比如圆形等。通过对该滤波器进行仿真，得到其对应的S参数特性曲线图如图4所示，对比图2和图4可知，本实施例中的滤波器在所测频段内具有一个通带1.5GHz～1.6GHz，而且S21曲线更加陡，S21的值在0.3GHz处降低到-73dB，而且稍高频段的谐振频率被抑制掉，因此图3所示结构的滤波器的带外抑制特性更好，输入端和输出端之间具有更好的耦合特性。
为了实现谐振点的微调，在腔体内还可以设置调谐螺杆，通过调节调谐螺杆深入谐振腔内的长度实现微调的功能。
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，还可做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滤波器，包括具有内腔的腔体、安装在所述腔体上的输入端和输出端，所述腔体内设置有至少两个谐振腔，每个谐振腔内设置有谐振子，所述每个谐振腔的输入端和输出端为中间是导线周围是绝缘材料的结构，其特征在于，相邻谐振腔之间通过金属片相互电连接，所述金属片沿相邻谐振腔的输出端到输入端方向的投影至少有一部分位于所述相邻谐振腔的输出端和输入端的导线沿相同方向投影的外部。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述各个谐振腔的输入端和输出端之间通过与所述输入端或者输出端分别电连接的金属盘相耦合。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述谐振子为超材料，所述超材料包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基板和附着在所述基板上周期性排布的至少一个人造微结构，所述人造微结构为导电材料的丝线组成的具有几何图形的结构。
4.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述超材料片层的基板的一个面上附着人造微结构或者基板的相对面上分别附着人造微结构或者金属微结构位于两块基板之间。
5.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述金属片为十字形金属片。
6.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述金属片为圆形金属片。
7.根据权利要求3所述的滤波器，其特征在于，所述腔体内设置有调谐装置。
8.根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于，所述调谐装置为调谐螺杆。
9.根据权利要求3至7任一所述的滤波器，其特征在于，所述基板为FR-4或者F4B。
10.根据权利要求3至7任一所述的滤波器，其特征在于，所述基板为树脂基复合材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或者陶瓷材料。
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