CN103891041A - 滤波器、通信装置及通信系统 - Google Patents

Abstract

一种滤波器、通信装置和通信系统，滤波器包括：顶板、底板以及位于顶板和底板之间的两个第一侧板，两个第一侧板与顶板和底板位于两个第一侧板之间的部分形成第一矩形波导；至少一个具有金属表面的膜片，至少一个具有金属表面的膜片连接于顶板和底板之间并将第一矩形波导内腔分隔为若干个沿第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室；其中，至少一个第一侧板为可相对膜片调节位置的活动侧板。通过调节活动侧板的位置即可实现滤波器工作频带的调整，而无需更换相关设备，相比于现有技术，本方案大大节约了设备成本。

Description

滤波器、通信装置及通信系统

技术领域

本发明涉及无线电通信技术领域，特别是涉及一种滤波器、通信装置及通信系统。

背景技术

微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减的通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。

随着现代微波通信、尤其是卫星通信和移动通信的发展，系统对通道的选择性越来越高，微波滤波器作为通信系统中的重要部分，其性能的优劣决定了整个通信系统的质量。

如图1所示，现有的微波滤波器通常包括矩形波导31和竖直设置于矩形波导31内的至少表面为金属的膜片12，所述膜片12位于矩形波导31的输入端口31a和输出端口31b之间且具有至少一个窗口15，膜片12的窗口15与周边腔体形成一系列的谐振单元。其中，矩形波导的输入端口是指信号输入矩形波导的端口，输出端口是指信号输出矩形波导的端口（如为微波滤波器中的矩形波导，则信号为微波信号）。该微波滤波器通常只对应固定的工作频带，如果现网要求的工作频带发生变更，与微波滤波器固有的工作频带不相适应，则只能通过更换相适应的设备来使系统正常工作，设备成本较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种滤波器、通信装置及通信系统，以减少设备成本。

本发明的第一方面，提供了一种滤波器，包括：

顶板、底板以及位于顶板和底板之间的两个第一侧板，所述两个第一侧板与顶板和底板位于两个第一侧板之间的部分形成第一矩形波导；

至少一个具有金属表面的膜片，所述至少一个具有金属表面的膜片连接于顶板和底板之间并将所述第一矩形波导内腔分隔为若干个沿所述第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室；

其中，至少一个第一侧板为可相对膜片调节位置的活动侧板。

在第一方面的一种可能的实现方式中，两个第一侧板均为可相对膜片调节位置的活动侧板。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述至少一个具有金属表面的膜片竖直设置于所述顶板和底板之间。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述滤波器还包括：分别位于两个第一侧板相背对的外侧的两个第二侧板，两个第二侧板与顶板和底板形成第二矩形波导。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述至少一个膜片竖直设置于第二矩形波导的中央位置。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述可相对膜片调节间距的活动侧板为活塞式侧板。

在第一方面的一种可能的实现方式中，滤波器还包括：每一个活塞式侧板外侧所连接的活塞杆，以及驱动每一个活塞式侧板和所述每一个活塞式侧板外侧所连接的活塞杆动作的驱动装置。

在第一方面的一种可能的实现方式中，滤波器还包括：与所述驱动装置信号连接的控制器，用于根据输入的滤波器的工作频带及存储的滤波器的工作频带与两个活塞式侧板位置的对应关系，控制驱动装置驱动两个活塞式侧板移动至第一目标位置范围之内。

在第一方面的一种可能的实现方式中，滤波器还包括：

用于检测滤波器输出功率的检波装置，设置于第二矩形波导的输出端；

所述控制器与所述检波装置信号连接，用于当滤波器的输出功率小于设定的功率阈值时，控制驱动装置驱动两个活塞式侧板移动至第二目标位置范围之内。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述检波装置为检波二极管。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述驱动装置包括两个步进电机，每一个步进电机对应驱动一个活塞式侧板和所述活塞式侧板外侧所连接的活塞杆，或者，所述驱动装置包括一个步进电机，所述步进电机同时驱动两个活塞式侧板和每一个所述活塞式侧板外侧所连接的活塞杆。

在本发明实施例技术方案中，当调节活动侧板的位置时，滤波器的工作频带将发生改变。通过调节活动侧板的位置即可实现滤波器工作频带的调整，而无需更换相关设备，相比于现有技术，本方案大大节约了设备成本。

本发明的第二方面，提供了一种通信装置，包括前述任一实施例所述的滤波器。由于滤波器的工作频带可调，设备成本较低，因此，通信装置也具有较低的设备成本。

本发明的第三方面，提供了一种通信系统，包括前述实施例所述的通信装置，由于通信装置中的滤波器的工作频带可调，设备成本较低，因此，该通信系统也具有较低的设备成本。

附图说明

图1为现有微波滤波器立体结构示意图；

图2a为本发明滤波器第一实施例的纵截面示意图；

图2b为本发明滤波器第二实施例的纵截面示意图；

图3为矩形波导结构及其场分布示意图；

图4为本发明滤波器第三实施例的立体结构示意图；

图5为本发明滤波器第四实施例的立体结构示意图；

图6为本发明滤波器第五实施例的立体结构示意图；

图7为滤波器在活塞式侧板处于不同位置时的频响特性曲线示意图。

附图标记：

25-顶板     26-底板        16-第一侧板

12-膜片     14-第二侧板    17-活塞杆

18-驱动装置 19-步进电机    20-控制器

21-检波装置 13-宽边        24-窄边

22-电力线   23-磁力线      31-矩形波导

15-窗口     31a-输入端口   31b-输出端口

101～106-频响特性曲线  107-端口驻波特性曲线

具体实施方式

为了减少滤波器的设备成本，本发明实施例提供了一种滤波器。该技术方案中，两个第一侧板与顶板和底板位于两个第一侧板之间的部分形成第一矩形波导，至少一个表面为金属的膜片连接于顶板和底板之间并将第一矩形波导内腔分隔为若干个沿第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室，至少一个第一侧板为可相对膜片调节位置的活动侧板，通过调节活动侧板的位置即可实现滤波器工作频带的调整，而无需更换相关设备，相比于现有技术，本方案大大节约了设备成本。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例所提供的滤波器的具体类型不限，例如可以为微波滤波器、射频滤波器等，微波滤波器是工作在微波频段（即300MHz-300GHz）的滤波器。射频滤波器又称射频干扰滤波器，主要用于高频工作（有效滤波频率从数KHz到GHz以上）的电子设备中，用于较大的衰减高频电子设备所产生的高频干扰信号。

如图2a所示，本发明第一个实施例的滤波器，包括：

顶板25、底板26以及位于顶板25和底板26之间的两个第一侧板16，两个第一侧板16与顶板25和底板26位于两个第一侧板16之间的部分形成第一矩形波导；

至少一个具有金属表面的膜片12，至少一个膜片12连接于顶板25和底板26之间并将第一矩形波导内腔分隔为若干个沿第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室；

其中，至少一个第一侧板16为可相对膜片12调节位置的活动侧板。

在滤波器的结构中，膜片通常为薄膜状，膜片的定义也因此而来。膜片通常为金属材质，也可以为其它材质的薄膜片经表面金属化后得到。膜片12将矩形波导内腔分隔为若干个沿第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室，如图2a中，一个膜片将矩形波导内腔分隔为了2个腔室，每个腔室由部分顶板、部分底板、膜片和一个侧板构成，且沿第一矩形波导的输入输出方向延伸。由于侧板的延伸方向也和第一矩形波导的输入输出方向一致，因此也可认为膜片将矩形波导内腔分隔为了若干个沿第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室。具体的，膜片的数量（如X个）与所分隔成的腔室的数量（如Y个）之间满足关系式：Y=X+1，其中，X和Y均为正整数。矩形波导是一种由金属材料制成、截面形状为矩形、内部填充空气介质的规则金属波导,它是微波技术中最常用的传输设备之一。矩形波导的结构简单，机械强度大，可避免外界干扰和辐射损耗，并且具有导体损耗低，功率容量大的特点。在目前大、中功率的微波系统中常采用矩形波导作为传输线或构成微波元器件。

图3所示为常见的矩形波导，矩形波导31的宽边13尺寸为a，窄边24尺寸为b，输入输出方向沿z轴方向设置，以该图中矩形波导的放置方向为参照，两个宽边13所在的两个板面（平行于XZ面）分别定义为底板和顶板，两个窄边24（平行于YZ面）所在的两个板面定义为侧板，而沿输入输出方向的两个端面（平行于XY面）分别定义为输入端面和输出端面。图3同时示出了矩形波导的磁场分布和电场分布，电力线22与磁力线23正交，且越靠近矩形波导宽边13的中央位置，电场越强。通常将矩形波导内与磁场方向平行的平面称为H面，将与电场方向平行的平面称为E面。

在本发明的优选实施例中，至少一个具有金属表面的膜片12竖直设置，也就是设置于E面，该类滤波器也被称为E面波导滤波器，E面波导滤波器的结构设计较为简单，并且滤波器的驻波特性也更容易得到控制。膜片12上开有若干个窗口，用于形成谐振单元。较优的，膜片设置于与侧板平行的E面。

通常，矩形波导的内腔尺寸是影响滤波器工作频带的重要因素之一，本发明即是利用此原理实现滤波器的频带可调。在本发明技术方案中，当调节活动侧板的位置时，滤波器的工作频带将发生改变。通过调节活动侧板的位置即可实现滤波器工作频带的调整，而无需更换相关设备，相比于现有技术，本方案大大节约了设备成本。

在本发明滤波器的其中一个实施例中，两个第一侧板16可以只有一个为可相对膜片12调节位置的活动侧板，这样即可实现滤波器工作频带的调整。但优选的，两个第一侧板16均为可相对膜片12调节位置的活动侧板。这样，两个第一侧板16均可以进行调节，可以使滤波器获得更好的端口驻波特性（端口驻波是衡量滤波器性能的一个关键指标，反映滤波器件与系统中其它部件的匹配程度）。

如图2b所示，本发明滤波器的第二个实施例还包括：分别位于两个第一侧板16相背对的外侧的两个第二侧板14，两个第二侧板14与顶板25和底板26形成第二矩形波导。该实施例滤波器可由现有滤波器（例如图1所示的滤波器）加装而成，只需在现有滤波器的矩形波导内腔加装活动侧板即可，加装成本较低。该实施例中，滤波器工作时，参与滤波功能的结构为：两个第一侧板16与顶板25和底板26位于两个第一侧板16之间的部分所形成的第一矩形波导，以及第一矩形波导内所设置的膜片12。第一侧板16与相邻第二侧板14之间的腔体仅是为活动侧板提供移动空间，对滤波工作并无贡献。

实现活动侧板位置调节的具体结构形式不限，例如，可以在顶板25和底板26上设置多组位置相对的卡位，活动侧板卡设于其中一组卡位，更换活动侧板的卡设位置即可实现相对膜片12的位置调节。优选的，活动侧板为活塞式侧板，这样，活动侧板的位置调节更加灵活，操作也较为便利。

膜片12的数量不限，例如可以为一个、两个等，每个膜片12所具有的窗口的数量和具体尺寸也不限，这些均可以根据现有技术结合实际需求，经过精确的计算和仿真来得出。优选的，所述至少一个膜片12竖直设置于第二矩形波导的中央位置。在图2b所示的实施例中，膜片12的数量为一个，位于第二矩形波导宽边的中央位置，也就是将第二矩形波导的内腔分隔为两个等大的子腔体，由于矩形波导宽边中央位置的电场通常最强，将膜片12设置于此位置可以使滤波器获得较好的端口驻波特性。

在本发明各实施例中，顶板25、底板26、第一侧板16、第二侧板14均采用金属材质，优选为铝材，也可以为铜材等。当活动侧板为活塞式侧板时，其驱动方式不限，例如，可以根据预先计算出的滤波器的工作频带与两个活塞式侧板位置的对应关系列表，手动调整两个活塞式侧板至第一目标位置范围之内，也可以通过驱动装置来实现。

如图4所示的实施例，该滤波器还包括：每一个活塞式侧板外侧所连接的活塞杆17，以及驱动每一个活塞式侧板和每一个活塞式侧板外侧所连接的活塞杆17动作的驱动装置18。通过驱动装置18驱动活塞式侧板运动，可以使活塞式侧板的位移量控制的更加精确，使滤波器的频带调整更加准确，并且操作较为便利。

驱动装置18的具体形式不限，可以驱动两侧的活塞式侧板同步动作，也可以驱动两侧的活塞式侧板分别动作。例如，在一个实施例中，驱动装置18包括两个步进电机19，每一个步进电机19对应驱动一个活塞式侧板和所述活塞式侧板外侧所连接的活塞杆17，如图4所示。但优选的，驱动装置18包括一个步进电机19，所述步进电机19同时驱动两个活塞式侧板和每一个所述活塞式侧板外侧所连接的活塞杆17，这样，可以使得两个活塞式侧板向膜片12移动的距离一致，使膜片12两侧的腔体始终等大，从而使滤波器获得良好的端口驻波特性。

如图5所示，该实施例中，滤波器还包括：与驱动装置18信号连接的控制器20，用于根据输入的滤波器的工作频带及存储的滤波器的工作频带与两个活塞式侧板的位置对应关系，控制驱动装置18驱动两个活塞式侧板移动至第一目标位置范围之内。

当两个活塞式侧板位于第一目标位置范围之内时，滤波器的工作频带便能够满足工作需求，这时无需将活塞式侧板精确定位在某一确切位置，因此，该实施例充分考虑了滤波器的调节精度，可以结合实际需求设计出成本与调节精度相适应的滤波器，并且调节起来较为方便。滤波器的工作频带与两个活塞式侧板的位置对应关系可以根据现有技术预先通过仿真计算或者相关试验统计获得。当需要调整滤波器的工作频带时，只需要输入工作频带的数值即可，大大的简化了操作人员的操作步骤，提高了操作效率，并且准确度较高。控制器20的具体类型不限，例如可选用可编程控制器等等，此外，滤波器的工作频带与两个活塞式侧板位置的对应关系可以表现为多种形式，例如函数关系式、对应关系数据列表等等。

如图6所示，优选的，可以将滤波器的频带调整控制设计为自适应的闭环控制系统。该滤波器还包括：

用于检测滤波器输出功率的检波装置21，设置于第二矩形波导的输出端；

控制器20与检波装置21信号连接，用于当滤波器的输出功率小于设定的功率阈值时，控制驱动装置18驱动两个活塞式侧板移动至第二目标位置范围之内。

该第二目标位置范围与输出功率的允许范围相对应，当滤波器的工作频带发生变化时，其输出功率也会发生相应的变化。因此，可以通过检测滤波器的输出功率来得到滤波器工作频带的变化情况。当滤波器的输出功率小于设定的功率阈值时，表明滤波器的工作频带已变化至与需求不相适应，这时控制器20控制驱动装置18调整两个活塞式侧板移动至第二目标位置范围之内。

检波装置21的具体类型不限，只要能够检测出滤波器的输出功率即可，例如可以为检波二极管等。该实施例通过增加反馈环节对滤波器的频带调整控制进行自动修正和补偿，容易实现自适应的频带调整，有利于提高控制系统的精确度和稳定性。

以微波滤波器为例，微波滤波器在活塞式侧板处于不同位置时的频响特性曲线请参照图7所示。从图中可以看出，当调整活塞式侧板的位置时，微波滤波器的通带频率响应随之变化，通过连续的改变活塞式侧板的位置，可以达到连续调整微波滤波器频率响应的目的，并且，微波滤波器在各个工作频带均具有较佳的端口驻波特性曲线17（该图中仅示意出了活塞式侧板处于不同位置时，微波滤波器的六个工作频带，分别对应频响特性曲线101～106）。

本发明实施例所提供的滤波器，其制造方法可以包括：在顶板和底板之间安装膜片以及位于膜片两侧的活动侧板；或者，在现有滤波器的矩形波导内、膜片两侧加装活动侧板。该制造过程可以人工完成，也可以由电气设备通过控制程序自动完成。

本发明实施例还提供了一种通信装置，包括前述任一实施例所述的滤波器。由于滤波器的工作频带可调，设备成本较低，因此，通信装置也具有较低的设备成本。

通信装置的具体类型不限，例如可以为ODU（Outdoor Unit，室外单元，简称ODU）、卫星通信装置、基站通信装置、广播通信装置、电台通信装置等等。

此外，本发明实施例还进一步提供了一种通信系统，包括前述实施例所述的通信装置，由于通信装置中的滤波器的工作频带可调，设备成本较低，因此，该通信系统也具有较低的设备成本。

本发明所提供的实施例之间可以相互参考。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种滤波器，其特征在于，包括：

顶板（25）、底板（26）以及位于顶板（25）和底板（26）之间的两个第一侧板（16），所述两个第一侧板（16）与顶板（25）和底板（26）位于两个第一侧板（16）之间的部分形成第一矩形波导；

至少一个具有金属表面的膜片（12），所述至少一个具有金属表面的膜片（12）连接于顶板（25）和底板（26）之间并将所述第一矩形波导内腔分隔为若干个沿所述第一矩形波导的输入输出方向延伸的腔室；

其中，至少一个第一侧板（16）为可相对膜片（12）调节位置的活动侧板。

2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，两个第一侧板（16）均为可相对膜片（12）调节位置的活动侧板。

3.如权利要求1或2所述的滤波器，其特征在于，所述至少一个具有金属表面的膜片（12）竖直设置于所述顶板（25）和底板（26）之间。

4.如权利要求1至3任一项所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括：分别位于两个第一侧板（16）相背对的外侧的两个第二侧板（14），两个第二侧板（14）与顶板（25）和底板（26）形成第二矩形波导。

5.如权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述至少一个膜片（12）竖直设置于第二矩形波导的中央位置。

6.如权利要求2至5任一项所述的滤波器，其特征在于，所述可相对膜片（12）调节间距的活动侧板为活塞式侧板。

7.如权利要求6所述的滤波器，其特征在于，还包括：每一个活塞式侧板外侧所连接的活塞杆（17），以及驱动每一个活塞式侧板和所述每一个活塞式侧板外侧所连接的活塞杆（17）动作的驱动装置（18）。

8.如权利要求7所述的滤波器，其特征在于，还包括：

与所述驱动装置（18）信号连接的控制器（20），用于根据输入的滤波器的工作频带及存储的滤波器的工作频带与两个活塞式侧板位置的对应关系，控制驱动装置（18）驱动两个活塞式侧板移动至第一目标位置范围之内。

9.如权利要求8所述的滤波器，其特征在于，还包括：

用于检测滤波器输出功率的检波装置（21），设置于第二矩形波导的输出端；

所述控制器（20）与所述检波装置（21）信号连接，用于当滤波器的输出功率小于设定的功率阈值时，控制驱动装置（18）驱动两个活塞式侧板移动至第二目标位置范围之内。

10.如权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述检波装置（21）为检波二极管。

11.如权利要求7至10任一项所述的滤波器，其特征在于，所述驱动装置（18）包括两个步进电机（19），每一个步进电机（19）对应驱动一个活塞式侧板和所述活塞式侧板外侧所连接的活塞杆（17），或者，所述驱动装置（18）包括一个步进电机（19），所述步进电机（19）同时驱动两个活塞式侧板和每一个所述活塞式侧板外侧所连接的活塞杆（17）。

12.一种通信装置，其特征在于，包括如权利要求1～11中任一项所述的滤波器。

13.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求12所述的通信装置。

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