CN104269591B

CN104269591B - 采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器

Info

Publication number: CN104269591B
Application number: CN201410507885.4A
Authority: CN
Inventors: 王世伟; 林景裕; 冯世芬; 郭在成; 褚庆昕
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-09-28
Filing date: 2014-09-28
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2034-09-28
Also published as: CN104269591A

Abstract

本发明公开了一种采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，包括圆柱腔体、第一端口以及第二端口，第一端口和第二端口设置在圆柱腔体上，并贯穿圆柱腔体的外壁和内壁；第一端口处设有第一导体组件，第二端口处设有第二导体组件；第一导体组件包括第一x轴向导体、第一y轴向导体以及第一z轴向导体，所述第二导体组件包括第二x轴向导体、第二y轴向导体以及第二z轴向导体；在圆柱腔体内，第一x轴向导体的一端通过第一y轴向导体与第一z轴向导体的一端连接，第二x轴向导体的一端通过第二y轴向导体与第二z轴向导体的一端连接。本发明具有结构简单、加工容易、性能好的优点，而且具有比较宽的分数带宽，能够满足通信系统要求。

Description

采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，尤其是一种采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，属于无线通信领域。

背景技术

微波滤波器是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，它对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对滤波器的规格和可靠性提出了更高的要求。腔体滤波器具有高Q值、功率容量大、易于实现、性能稳定等优点而具有很高的应用价值。腔体滤波器通过在各腔谐振器之间开孔或加探针，实现电感或电容耦合，通过改变孔的位置、大小或者探针的粗细长短等来控制耦合电感或耦合电容的强弱以实现各种滤波器；而且很容易实现谐振器之间的交叉耦合，通过控制交叉耦合的数量和强弱得以实现传输零点的位置和数目。由于以上特点，研究腔体滤波器多模结构、腔体滤波器的小型化得到学者们的广泛关注。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

1)谐振器的分离简并模一般有四种方法：1.1)如图1a和1b所示，通过耦合螺钉来实现简并模耦合时，为了避免相互作用，其位置应位于两个谐振(要耦合)的电场强度最大值附近,且其余简并模电场为零的区域，通常耦合螺钉与两个极化的电场成45°，但这种耦合方式可调谐范围比较小；1.2)如图2a和2b所示，在谐振器45°角上方伸进耦合螺钉，同样可以分离简并模；1.3)如图3a和3b所示，剖出个矩形切角，但这种耦合方式不易加工；1.4)如图4a和4b所示，在谐振器中心开槽，同样这种耦合方式不易加工。

2)1951年林为干院士基于波导腔体内模式的谐振频率基本公式提出圆柱形谐振腔中存在着多个简并模式，并设计了显著减小波导滤波器体积的一腔五模滤波器，为一腔多模滤波器的研究奠定基础。

3)1998年10月，G.Lastoria等人在IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS发表题为“CAD of Triple-Mode Cavities in Rectangular Waveguide”的文章中。作者提出了一种采用金属腔体切角的三模结构，结构如图5a所示，通过控制切角的大小将若干个谐振模式平移到我们所需的通带内，它的仿真结果如图5b所示；这种耦合方式的结构不易加工。

4)2004年1月，L.H.Chua等人发表题为“Analysis of dielectric loadedcubical cavity for triplemode filter design”文章中，提出利用同轴线作为馈电，如图6a所示，采用调谐螺钉的介质腔体滤波器结构，仿真结果如图6b所示；这种采用耦合螺钉的结构可调谐的范围比较少，存在一定的不足。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种具有结构简单、加工容易、性能好的优点，而且具有比较宽的分数带宽，能够满足通信系统要求的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：包括圆柱腔体、第一端口以及第二端口，所述第一端口和第二端口设置在圆柱腔体上，并贯穿圆柱腔体的外壁和内壁；所述第一端口处设有第一导体组件，所述第二端口处设有第二导体组件；所述第一导体组件包括第一x轴向导体、第一y轴向导体以及第一z轴向导体，所述第二导体组件包括第二x轴向导体、第二y轴向导体以及第二z轴向导体；在所述圆柱腔体内，所述第一y轴向导体的一端通过第一x轴向导体与第一z轴向导体的一端连接，所述第二y轴向导体的一端通过第二x轴向导体与第二z轴向导体的一端连接。

作为一种优选方案，所述第一端口和第二端口均设置在圆柱腔体的底部；所述第一z轴向导体为第一同轴内导体，其另一端从第一端口伸出圆柱腔体外，并焊接有第一同轴外导体，所述第一同轴外导体固定在第一端口处的圆柱腔体外壁上；所述第二z轴向导体为第二同轴内导体，其另一端从第二端口伸出圆柱腔体外，并连接有第二同轴外导体，所述第二同轴外导体固定在第二端口处的圆柱腔体外壁上。

进一步地，所述第一y轴向导体的另一端向左延伸至圆柱腔体的左侧内壁，所述第二y轴向导体的另一端向右延伸至圆柱腔体的右侧内壁。

作为一种优选方案，所述第一端口设置在圆柱腔体的左侧，所述第二端口设置在圆柱腔体的右侧；所述第一y轴向导体为第一同轴内导体，其另一端从第一端口伸出圆柱腔体外，并焊接有第一同轴外导体，所述第一同轴外导体固定在第一端口处的圆柱腔体外壁上；所述第二y轴向导体为第二同轴内导体，其另一端从第二端口伸出圆柱腔体外，并连接有第二同轴外导体，所述第二同轴外导体固定在第二端口处的圆柱腔体外壁上。

进一步地，所述第一z轴向导体的另一端和第二z轴向导体的另一端均向下延伸至圆柱腔体的底部内壁。

作为一种优选方案，所述第一同轴内导体和第二同轴内导体均采用耦合杆，所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接。

作为一种优选方案，所述每个SMA接头上设有四个通孔，所述腔体在第一端口和第二端口附近的位置分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，所述每个SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在圆柱腔体外壁上。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的滤波器通过每个端口三个轴向(x轴、y轴和z轴)导体在圆柱腔体内部控制谐振，三个轴向导体形成弯折接地探针结构，利用其中一个轴向导体的一端焊接同轴外导体进行馈电，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，而且具有比较宽的分数带宽，能够满足小型化通信的要求。

2、本发明的滤波器在6.8GHz～7.2GHz的频率范围内有三个明显的谐振点，可见是单腔三模谐振器的滤波器，克服了现有滤波器采用单腔单模谐振器所存在的零点产生困难问题。

3、本发明的滤波器不用加工任何切角或者开槽，加工容易，解决了腔体滤波器带宽窄加工复杂的问题，且结构简单，应用范围广。

附图说明

图1a为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为矩形体)结构图。

图1b为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为圆柱体)结构图。

图2a为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器立体图。

图2b为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器俯视图。

图3a为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器立体图。

图3b为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器俯视图。

图4a为采用现有技术第四种分离简并模方法的谐振器立体图。

图4b为采用现有技术第四种分离简并模方法的谐振器俯视图。

图5a为现有技术中采用金属腔体切角的三模滤波器结构图。

图5b为现有技术中采用金属腔体切角的三模滤波器仿真结果图。

图6a为现有技术中采用调谐螺钉的介质腔体滤波器结构图。

图6b为现有技术中采用调谐螺钉的介质腔体滤波器仿真结果图。

图7为本发明实施例1的滤波器正视图。

图8为本发明实施例1的滤波器右侧视图。

图9为本发明实施例1的滤波器俯视图。

图10为本发明实施例1开出了两个端口的圆柱腔体俯视图。

图11为本发明实施例1安装了两个导体组件的圆柱腔体立体结构图。

图12为本发明实施例1的滤波器中SMA接头正面结构示意图。

图13为本发明实施例1的滤波器中SMA接头侧面结构示意图。

图14为本发明实施例1的滤波器频率响应的电磁仿真曲线图。

图15为加工本发明实施例1的滤波器时的封闭式顶板示意图。

图16为加工本发明实施例1的滤波器时的下腔体示意图。

图17为本发明实施例2的滤波器俯视图。

图18为本发明实施例3的滤波器俯视图。

其中，1-圆柱腔体，2-第一端口，3-第二端口，4-第一x轴向导体，5-第一y轴向导体，6-第一z轴向导体，7-第二x轴向导体，8-第二y轴向导体，9-第二z轴向导体，10-第一同轴外导体，11-第二同轴外导体，12-通孔，13-螺纹孔，14-螺钉，15-末端，16-定位孔。

具体实施方式

实施例1：

如图7～图11所示，本实施例的滤波器包括圆柱腔体1、第一端口2以及第二端口3，所述第一端口2和第二端口3设置在圆柱腔体1的底部，并贯穿圆柱腔体1的底部外壁和内壁，所述第一端口2和第二端口3既可以作为输入端口，又可以作为输出端口；

所述第一端口2处设有第一导体组件，所述第二端口3处设有第二导体组件；所述第一导体组件包括第一x轴向导体4、第一y轴向导体5以及第一z轴向导体6，所述第二导体组件包括第二x轴向导体7、第二y轴向导体8以及第二z轴向导体9；在所述圆柱腔体1内，所述第一y轴向导体5的一端通过第一x轴向导体4与第一z轴向导体6的一端连接形成弯折接地探针结构，所述第二y轴向导体8的一端通过第二x轴向导体7与第二z轴向导体9的一端连接形成弯折接地探针结构；本实施例中，所述第一导体组件和第二导体组件整体左右对称。

所述第一z轴向导体6为第一同轴内导体，其另一端从第一端口2伸出圆柱腔体1外，并焊接有第一同轴外导体10，所述第一同轴外导体10固定在第一端口2处的圆柱腔体1外壁上；所述第二z轴向导体9为第二同轴内导体，其另一端从第二端口3伸出圆柱腔体1外，并连接有第二同轴外导体11，所述第二同轴外导体11固定在第二端口3处的圆柱腔体1外壁上；所述第一y轴向导体5的另一端向左延伸至圆柱腔体1的左侧内壁，所述第二y轴向导体8的另一端向右延伸至圆柱腔体1的右侧内壁；

所述第一同轴内导体(第一z轴向导体6)和第二同轴内导体(第二z轴向导体9)均采用耦合杆，所述第一同轴外导体10和第二同轴外导体11均采用SMA接头，每个SMA接头的结构如图12和13所示，每个SMA接头上设有四个通孔12，所述腔体1在第一端口2和第二端口3附近的位置分别开有四个与SMA接头的通孔12相对应的螺纹孔13，每个SMA接头通过四根螺钉14穿过四个通孔12后与四个螺纹孔13配合固定在圆柱腔体1外壁上，SMA接头的末端15与耦合杆焊接。

本实施例的滤波器频率响应的电磁仿真曲线如图14所示，图中虚线表示|S₁₁|，是输入端口的回波损耗；实线表示|S₂₁|，是输入端口到输出端口的正向传输系数，可以看到在6.8GHz～7.2GHz的范围内，|S₁₁|的值都在-10dB以下，并有三个明显的谐振点(即每个端口三个轴向导体构成了三模谐振器)。

本实施例的滤波器加工过程如下：

取一个矩形体，将最顶部切开，切开的最顶部为封闭式顶板，在剩下未切开的部分挖出一个圆柱腔，使这部分形成下腔体，封闭式顶板和下腔体分别如图15和16所示，再结合图7～图10进行加工，将两个x轴向导体、两个y轴向导体、两个z轴向导体固定在下腔体内，在下腔体的底部开出两个口作为第一端口2和第二端口3，两个端口分别与两个z轴向导体(两条耦合杆)对应，在第一端口2和第二端口3附近的位置上分别开出四个与SMA接头的通孔12相对应的螺纹孔13，在下腔体顶部未挖的位置上开出四个与销钉对应的定位孔16，在封闭式顶板上开出四个定位孔16，将两个SMA接头与两条耦合杆焊接后，分别固定在第一端口2和第二端口3处，再通过销钉将下腔体和封闭式顶板进行固定。

实施例2：

本实施例的主要特点是：如图17所示，所述第一端口2设置在圆柱腔体1的左侧，并贯穿圆柱腔体1的左侧外壁和内壁，所述第二端口3设置在圆柱腔体1的右侧，并贯穿圆柱腔体1的右侧外壁和内壁；所述第一y轴向导体5为第一同轴内导体，其另一端从第一端口2伸出圆柱腔体1外，并焊接有第一同轴外导体10，所述第一同轴外导体10固定在第一端口2处的圆柱腔体1外壁上；所述第二y轴向导体8为第二同轴内导体，其另一端从第二端口3伸出圆柱腔体1外，并连接有第二同轴外导体11，所述第二同轴外导体11固定在第二端口3处的圆柱腔体1外壁上；所述第一z轴向导体6的另一端和第二z轴向导体9的另一端均向下延伸至圆柱腔体1的底部内壁。本实施例中，所述第一导体组件和第二导体组件整体左右对称。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的主要特点是：如图18所示，所述第一导体组件和第二导体组件整体关于圆柱腔体1的纵向中心线上任一点中心对称。其余同实施例2。

上述实施例1～3中，所述圆柱腔体1、第一导体组件和第二导体组件采用的金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims

1.采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：包括圆柱腔体、第一端口以及第二端口，所述第一端口和第二端口设置在圆柱腔体上，并贯穿圆柱腔体的外壁和内壁；所述第一端口处设有第一导体组件，所述第二端口处设有第二导体组件；所述第一导体组件包括第一x轴向导体、第一y轴向导体以及第一z轴向导体，所述第二导体组件包括第二x轴向导体、第二y轴向导体以及第二z轴向导体；在所述圆柱腔体内，所述第一y轴向导体的一端通过第一x轴向导体与第一z轴向导体的一端连接，所述第二y轴向导体的一端通过第二x轴向导体与第二z轴向导体的一端连接，每个端口三个轴向导体形成弯折接地探针结构，构成了三模谐振器；

所述第一端口和第二端口均设置在圆柱腔体的底部；所述第一z轴向导体为第一同轴内导体，其另一端从第一端口伸出圆柱腔体外，并焊接有第一同轴外导体，所述第一同轴外导体固定在第一端口处的圆柱腔体外壁上；所述第二z轴向导体为第二同轴内导体，其另一端从第二端口伸出圆柱腔体外，并连接有第二同轴外导体，所述第二同轴外导体固定在第二端口处的圆柱腔体外壁上。

2.根据权利要求1所述的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：所述第一y轴向导体的另一端向左延伸至圆柱腔体的左侧内壁，所述第二y轴向导体的另一端向右延伸至圆柱腔体的右侧内壁。

3.根据权利要求1或2所述的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：所述第一同轴内导体和第二同轴内导体均采用耦合杆，所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接。

4.根据权利要求3所述的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：所述每个SMA接头上设有四个通孔，所述腔体在第一端口和第二端口附近的位置分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，所述每个SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在圆柱腔体外壁上。

5.采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：包括圆柱腔体、第一端口以及第二端口，所述第一端口和第二端口设置在圆柱腔体上，并贯穿圆柱腔体的外壁和内壁；所述第一端口处设有第一导体组件，所述第二端口处设有第二导体组件；所述第一导体组件包括第一x轴向导体、第一y轴向导体以及第一z轴向导体，所述第二导体组件包括第二x轴向导体、第二y轴向导体以及第二z轴向导体；在所述圆柱腔体内，所述第一y轴向导体的一端通过第一x轴向导体与第一z轴向导体的一端连接，所述第二y轴向导体的一端通过第二x轴向导体与第二z轴向导体的一端连接，每个端口三个轴向导体形成弯折接地探针结构，构成了三模谐振器；

所述第一端口设置在圆柱腔体的左侧，所述第二端口设置在圆柱腔体的右侧；所述第一y轴向导体为第一同轴内导体，其另一端从第一端口伸出圆柱腔体外，并焊接有第一同轴外导体，所述第一同轴外导体固定在第一端口处的圆柱腔体外壁上；所述第二y轴向导体为第二同轴内导体，其另一端从第二端口伸出圆柱腔体外，并连接有第二同轴外导体，所述第二同轴外导体固定在第二端口处的圆柱腔体外壁上。

6.根据权利要求5所述的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：所述第一z轴向导体的另一端和第二z轴向导体的另一端均向下延伸至圆柱腔体的底部内壁。

7.根据权利要求5或6所述的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：所述第一同轴内导体和第二同轴内导体均采用耦合杆，所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接。

8.根据权利要求7所述的采用弯折接地探针馈电的单腔三模腔体谐振器的滤波器，其特征在于：所述每个SMA接头上设有四个通孔，所述腔体在第一端口和第二端口附近的位置分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，所述每个SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在圆柱腔体外壁上。