CN104218281B - 一种te01模介质滤波器 - Google Patents

Abstract

一种TE01模介质滤波器包括腔体、盖板、介质谐振器、T型耦合杆、调谐螺钉、SMA电连接器和紧固螺钉。本发明的特点是滤波器的交叉耦合全部为正，主耦合上有两个负耦合，分别位于介质谐振器R1和R2之间、R6、R7之间，用新型的T型耦合杆来实现。这种滤波器由于交叉耦合全部为正，用耦合孔来实现，与传统的用探针实现负交叉耦合的介质滤波器相比，引入的寄生耦合较小，不需要引入多余的交叉耦合来克服寄生耦合的影响，提高了滤波器的可靠性。另外，新型的T型耦合杆色散小，加工简单，并且可以用调节螺钉微量调节耦合量的大小，避免了调试滤波器时反复拆盖来修改耦合杆的尺寸，减小了调试量。

Description

一种TE01模介质滤波器

技术领域

本发明涉及一种TE01模介质滤波器，属于微波无源部件领域。

背景技术

介质输入多工器与传统的薄壁殷钢圆腔双模输入多工器相比，体积小、重量轻、性能优、频率温度系数小，在国内外已经得到了广泛应用。目前，从L频段一直到Ka频段的介质输入多工器大都采用TE01模介质滤波器,组成介质输入多工器的通道滤波器通常为高阶窄带滤波器，最常用的是十阶自均衡TE01模介质滤波器。

查找了国内、国际相关的文章和专利，国内关于十阶TE01模介质滤波器的专利有一篇，专利号ZL201110181357.0，国际上介绍TE01模介质滤波器的文章或专利还比较多，但是涉及到十阶自均衡介质滤波器也仅有一篇专利国际专利WO 95/27317。这两个专利介绍的十阶自均衡TE01模介质滤波器的主耦合全部为正，交叉耦合有正有负，滤波器的正耦合用孔来实现，负耦合用探针来实现，这种结构的介质滤波器的寄生耦合非常大，会使本应对称的滤波器传输响应倾斜，所以必须克服寄生耦合的影响。国内专利ZL201110181357.0中通过引入双层负耦合探针来克服寄生耦合的影响，国际专利WO 95/27317中通过引入多余的交叉耦合来克服寄生耦合的影响。前者的缺点是双层负耦合探针作型复杂，对长度敏感，不易计算准确，需要反复打开盖板修改探针的长度，调试复杂，后者的缺点是由于引入了多余的交叉耦合，使产品结构复杂，可靠性降低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种TE01模介质滤波器(TE01模为介质谐振器里面的谐振模式)，产品寄生耦合小,不需要采用其他办法消除寄生耦合对传输曲线的影响，负耦合机构简单，易于加工，并且可以通过调谐螺钉调节耦合量的大小，避免了反复拆盖调试，减小了调试量，提高了产品的可靠性。

本发明的技术解决方案是：一种TE01模介质滤波器，其特征在于包括：腔体(1)、盖板(2)、介质谐振器(3)、T型耦合杆(4)、调谐螺钉(5)、SMA电连接器(6)和紧固螺钉(7)；腔体(1)内部形成10个金属腔体，10个金属腔体并排排成两列，相邻金属腔体之间有耦合孔(8)，用来实现10个介质谐振器(3)之间的主耦合以及正交叉耦合；所述介质谐振器(3)共有10个，即R1～R10，分别位于10个金属腔体内；T型耦合杆(4)共有两个，分别位于介质谐振器R1和R2之间，R6和R7之间；调谐螺钉(5)包括频率调谐螺钉和耦合调谐螺钉，频率调谐螺钉共有10个，位于每个介质谐振器(3)轴向的盖板上；耦合调谐螺钉共有13个，位于耦合孔(8)中间正上方的盖板上；紧固螺钉(7)用来将盖板(2)固定在腔体(1)上；RF信号从一个SMA电连接器(6)输入，分别经过谐振器(3)的R1～R10，最后从另一个SMA电连接器(6)输出。

所述介质滤波器的交叉耦合全部为正，由四个耦合孔(8)来实现，主耦合中有两个负耦合，分别位于介质谐振器R1和R2之间，R6和R7之间，由T型耦合杆(4)来实现。T型耦合杆(4)由两个紧固螺钉(7)分别紧固在介质谐振器R1和R2之间，R6和R7之间的耦合孔(8)中，这两个耦合孔(8)的正上方有调谐螺钉，可以微量调节M12和M67的大小。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明中，没有探针形式的交叉负耦合，而是在主耦合上设计了两个特殊的负耦合机构，并且该耦合机构可以通过调谐螺钉的深入改变耦合量，调试时不需要反复拆盖，可以大大减少调试量。

(2)本发明的寄生耦合非常小，由于所有交叉耦合用耦合孔来实现，与传统的实现交叉耦合的U型探针相比，耦合孔引入的寄生耦合非常小，不需要采用多余的交叉耦合来克服寄生耦合的影响。所以结构紧凑，调试简单。

(3)本发明负耦合结构简单，以前相关文献资料中的介质滤波器的负耦合为交叉耦合，并且负耦合量非常小，通常采用U型探针来实现，这种U型探针的缺点是作型复杂，对长度敏感，不易计算准确。本发明的负耦合结构用T型耦合杆来实现，T型耦合杆直接加工而成，不需作型，负耦合结构还可以通过调谐螺钉来微量调节耦合量的大小，减小了调试量，提高了产品的可靠性。

(4)本发明的腔体采用铝材料加工而成，整个滤波器的质量约为95g，相对于采用殷钢材料加工而成的TE01模介质滤波器，质量减小了一半。由于铝材料的温度系数比较大,所以需要进行温度补偿设计，通过选择调谐螺钉的材料以及介质材料的温度系数使得介质滤波器频率温度系数比较小。

附图说明

图1是本发明一种TE01模介质滤波器外形图；

图2是本发明一种TE01模介质滤波器内部具体结构示意图；

图3是介质谐振器的结构示意图；

图4是本发明的T型耦合杆具体结构图示意图；

图5是本发明一种TE01模介质滤波器幅频曲线；

图6是本发明一种TE01模介质滤波器时延曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本发明的一种TE01模介质滤波器，为十阶自均衡Ku频段介质滤波器，传输函数采用10-4-4的形式，即滤波器具有8个传输零点，其中4个用来时延均衡，4个作为带外抑制极点。如图1、2所示，十阶自均衡Ku频段介质滤波器主要由腔体、盖板、介质谐振器、T型耦合杆、调谐螺钉、SMA电连接器和紧固螺钉；腔体内部形成10个金属腔体，10个金属腔体并排排成两列，相邻金属腔体之间有耦合孔，用来实现10个介质谐振器之间正的主耦合以及交叉耦合；所述介质谐振器共有10个，即R1～R10，分别位于10个金属腔体内；T型耦合杆共有两个，分别位于介质谐振器R1和R2之间，R6和R7之间；调谐螺钉包括频率调谐螺钉和耦合调谐螺钉，频率调谐螺钉共有10个，位于每个介质谐振器轴向的盖板上；耦合调谐螺钉共有13个，位于耦合孔中间正上方的盖板上；紧固螺钉用来将盖板固定在腔体上；射频RF信号从第一SMA电连接器输入，分别经过谐振器的R1～R10，最后从第二SMA电连接器输出。

图2给出了十阶自均衡Ku频段介质滤波器内部具体结构。滤波器采用了folded形式的拓扑结构，这种拓扑结构可以实现N-2(N为滤波器的阶数)个传输零点，能够满足设计需求，它由10个介质谐振器R1～R10组成，介质谐振器由介质块和支撑块组成，如图3所示。介质块和支撑块之间用胶粘结。相邻介质谐振器之间的主耦合除了介质谐振器R1和R2、R6和R7之间的负耦合M12、M67之外，其余全部为正，采用耦合孔来实现，M12和M67为负的主耦合，耦合量比较大，采用新型的T型耦合杆来实现，具体结构见图4。输入、输出采用探针耦合，介质谐振器R1和R10、R2和R9、R3和R8、R4和R7之间的正交叉耦合采用耦合孔来实现。

如图4，T型耦合杆通过紧固螺钉紧固在腔体上的耦合孔内，如果长度不合适，可以随时更换。放置T型耦合杆的耦合孔分为两部分，下半部分用于放置T型耦合杆，上半部分主要是用来调整耦合量的大小，位于盖板上的调谐螺钉深入该耦合孔后，可以微量调节T型耦合杆耦合量的大小。对T型耦合杆的长度进行备份。调试时，若实际与计算的长度相差较远，可以通过更换T型耦合杆的长度来改变耦合量，如果实际与计算的长度差别不大，则通过耦合调谐螺钉调节耦合量的大小。调谐螺钉有一定的调节量，例如，对于设计带宽62MHz的滤波器，调谐螺钉伸进2.5mm，耦合量由原来的0.93可以减小到0.82，耦合量改变了0.12。

在介质滤波器的设计中，寄生耦合的克服技术非常关键，所谓寄生耦合克服技术，就是采取办法消除寄生耦合对滤波器传输响应的影响。寄生耦合普遍存在于同轴滤波器、介质滤波器等结构形式的滤波器中，它是由于滤波器拓扑结构及物理结构形式而产生的不希望出现的多余耦合，该耦合如果较大，会影响滤波器传输响应，使本应对称的传输响应不对称，或者出现不希望出现的带外抑制极点，必须采取办法消除寄生耦合对传输响应的影响。

本发明中，在滤波器设计之初，对耦合矩阵进行变换，变换后，滤波器的交叉耦合全部为正，主耦合上出现两个负的耦合。滤波器的交叉耦合有介质谐振器R1和R10之间的耦合M110、R2和R9之间的耦合M29、R3和R8之间的耦合M38、R4和R7之间的耦合M47。滤波器的所有正耦合用孔来实现。主耦合上有两个负耦合，分别是介质谐振器R1和R2之间的耦合M12，R6和R7之间的耦合M67，通过仿真分析发现，该结构滤波器寄生耦合非常小，不足以改变滤波器传输曲线的对称性，因此不需要采取办法来克服寄生耦合的影响。

TE01模介质滤波器的场集中在介质块内部，调谐螺钉的调节量非常小，因此，需要进行整体仿真，考虑非相邻介质谐振器对耦合量的影响，本发明采用了协同仿真技术对十阶TE01模介质滤波器进行了整体仿真。协同仿真技术利用电磁计算软件和电路计算软件共同设计，提高了设计效率，解决了高阶介质滤波器全场仿真耗时、效率低的问题，同时，又考虑了谐振器之间的寄生耦合。

最终本发明能够达到的性能参数及指标如表1所示，幅频及时延曲线见图5、图6。滤波器在±27MHz的波动为0.7dB，在±33MHz的抑制为12.1dB。在±27MHz的时延为16.5ns。

表1

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种TE01模介质滤波器，其特征在于包括：腔体(1)、盖板(2)、介质谐振器(3)、T型耦合杆(4)、调谐螺钉(5)、SMA电连接器(6)和紧固螺钉(7)；腔体(1)内部形成10个金属腔体，10个金属腔体并排排成两列，相邻金属腔体之间有耦合孔(8)，以实现10个介质谐振器(3)之间的正的主耦合以及交叉耦合，每个金属腔体的内表面和位于金属腔体内的介质谐振器的外表面有空隙；所述介质谐振器(3)共有10个，分别为第一介质谐振器R1、第二介质谐振器R2、第三介质谐振器R3、第四介质谐振器R4、第五介质谐振器R5、第六介质谐振器R6、第七介质谐振器R7、第八介质谐振器R8、第九介质谐振器R9、第十介质谐振器R10；第一介质谐振器R1、第二介质谐振器R2、第三介质谐振器R3、第四介质谐振器R4、第五介质谐振器R5依次从左到右排列在金属腔体的第一列，第十介质谐振器R10、第九介质谐振器R9、第八介质谐振器R8、第七介质谐振器R7、第六介质谐振器R6依次从左到右排列在金属腔体的第二列，T型耦合杆(4)共有两个，分别由两个紧固螺钉(7)固定于介质谐振器第一介质谐振器R1和第二介质谐振器R2之间的耦合孔(8)中、第六介质谐振器R6和第七介质谐振器R7之间的耦合孔(8)中，耦合孔(8)的正上方有调谐螺钉(5)，以调节耦合量；

盖板(2)盖在腔体(1)上，且盖板(2)与腔体(1)贴合部分尺寸相同；紧固螺钉(7)为多个，将盖板(2)固定在腔体(1)上；

调谐螺钉(5)包括频率调谐螺钉和耦合调谐螺钉，频率调谐螺钉共有10个，位于每个介质谐振器(3)轴向正上方的盖板上；耦合调谐螺钉共有13个，位于耦合孔(8)中间正上方的盖板上；

SMA电连接器(6)包括第一SMA电连接器和第二SMA电连接器，

第一SMA电连接器固定于腔体(1)的侧壁靠近第一介质谐振器R1的一端，第二SMA电连接器固定于腔体(1)的侧壁靠近第十介质谐振器R10的一端；

射频RF信号从第一SMA电连接器输入，分别经过谐振器(3)的第一介质谐振器R1、第二介质谐振器R2、第三介质谐振器R3、第四介质谐振器R4、第五介质谐振器R5、第六介质谐振器R6、第七介质谐振器R7、第八介质谐振器R8、第九介质谐振器R9、第十介质谐振器R10，最后从第二SMA电连接器输出；

所述介质谐振器(3)有四个交叉耦合，包括介质谐振器R1和R10之间的耦合，R2和R9之间的耦合，R3和R8之间的耦合，R4和R7之间的耦合，分别用M110、M29、M38、M47表示，这四个交叉耦合都通过耦合孔(8)来实现；介质谐振器(3)有九个主耦合，包括介质谐振器R1和R2之间的耦合，R2和R3之间的耦合，R3和R4之间的耦合，R4和R5之间的耦合，R5和R6之间的耦合，R6和R7之间的耦合，R7和R8之间的耦合，R8和R9之间的耦合，R9和R10之间的耦合，分别用M12、M23、M34、M45、M56、M67、M78、M89、M910表示，其中，M12和M67用T型耦合杆(4)来实现，其余的主耦合用耦合孔(8)来实现。

2.根据权利要求1所述的一种TE01模介质滤波器，其特征在于：所述腔体(1)采用铝材料加工而成。