CN104638340A - 精准同轴谐振腔和同轴滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于微波领域的精准同轴谐振腔和同轴滤波器，该谐振腔的高度、长度和宽度均为45-55毫米，腔体内的外导柱的高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米。使用该谐振腔的同轴滤波器具有带内插损低、通带陡度高、Q值高的优点。

Description

精准同轴谐振腔和同轴滤波器

技术领域

本发明涉及射频微波技术领域，特别是涉及一种精准同轴谐振腔和同轴滤波器。

背景技术

微波通讯技术的飞速发展和不断成熟使得滤除杂波尤为重要。

在移动通信网络普及发展的今天，各种微波移动通信网络所用频带范围接近，相互容易造成干扰。如，GSM网络所用频率与GSM-R网络频率接近，双方的系统若有故障造成频率偏差，极易造成网络串线或掉线等故障。高品质的微波滤波器对保证无线通讯网络健康运行是至关重要的。

发明内容

本发明提供一种精准同轴谐振腔和同轴滤波器，使用该谐振腔的同轴滤波器具有带内插损低、通带陡度高、Q值高的优点。

在其中一种实施例中，所述一种用于同轴滤波器的谐振腔，所述谐振腔的高度、长度和宽度均为45-55毫米，腔体内的外导柱的高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米。

在其中一个实施例中，所述内导柱伸入外导柱的深度是可调的。

在其中一个实施例中，所述外导柱与所述谐振腔的腔体为一体成型结构，所述外导柱的外壁可以是有圆环的，也可以是没有圆环的，还可共同组合用于滤波器中。

在其中一个实施例中，所述内导柱为螺栓，内导柱通过螺纹连接的方式固定在盖板上。

一种同轴滤波器，包括多个谐振腔，所述谐振腔的高度、长度和宽度均为45-55毫米，腔体内的外导柱的高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米。

在其中一个实施例中，所述通道包括八个谐振腔，分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔、第六谐振腔、第七谐振腔、第八谐振腔，所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔、第六谐振腔、第七谐振腔、第八谐振腔依次通过窗口相连通并排成2*4的阵列，所述第一谐振腔与第四谐振腔通过窗口直接相连通，所述第五谐振腔与第八谐振腔通过窗口直接连通。

在其中一个实施例中，所述谐振腔、盖板、外导柱和内导柱由铝、铜、钛、钢、铁等不同金属材料及合金制成。

在其中一个实施例中，所述谐振腔、内导柱、外导柱和盖板的表面均镀有银或银合金。

在其中一个实施例中，所述同轴滤波器还包括设于通道的至少两个谐振腔的交汇处产生传输零点的调节杆。

在其中一个实施例中，所述调节杆形状为U形。

上述谐振腔和同轴滤波器根据电磁传输理论进行设计，由电磁仿真及实际测试结果可以看出使用该谐振腔的同轴滤波器具有带内插损低、通带陡度高、Q值高的优点。

附图说明

图1为一个实施例的同轴滤波器示意图；

图2为图1所示同轴滤波器的其中一个谐振腔结构示意图；

图3为图1所示同轴滤波器信号通过时测试结果示意图。

具体实施方式

请参考图1与图2，一个实施例提供一种同轴滤波器100。该同轴滤波器100包括八个谐振腔。信号传输腔体110通过连接器120及连接线121与外部微波电路相连，用来传输并过滤信号。

通道的八个谐振腔分别为第一谐振腔131、第二谐振腔132、第三谐振腔133、第四谐振腔134、第五谐振腔135、第六谐振腔136、第七谐振腔137、第八谐振腔138。第一谐振腔131、第二谐振腔132、第三谐振腔133、第四谐振腔134、第五谐振腔135、第六谐振腔136、第七谐振腔137、第八谐振腔138依次通过金属壁上的窗口相连通并排成2*4的阵列。第一谐振腔131与第四谐振腔134直接相连通，第五谐振腔135与第八谐振腔138直接相连通。它们的公用壁上开设有起连通作用的槽，其中槽的宽度由谐振腔体之间的耦合强度决定，耦合强度越强，则槽的宽度越大。这样，第一谐振腔131与第四谐振腔134之间的交叉耦合就会较好。同理，第五谐振腔135与第八谐振腔138之间的交叉耦合就会较好。谐振腔中的耦合强度还可由设在腔体间窗口处的螺杆深入窗口的位置调节。

该同轴滤波器100一共使用了8个谐振腔，这8个谐振腔形成2*4矩阵布局，产生了足够的传输零点，能够满足设计需要。因为该同轴滤波器使用的谐振腔数目较少且布局合理，所以该同轴滤波器的体积较小。较多的传输零点，也使该同轴滤波器100实现了高选择性，同时可以起到减少谐振级数、减小插入损耗的作用。当然，本发明不限定各个谐振腔的具体位置，本技术领域的人员可以适当调整谐振腔的位置，其仍在本发明的保护范围之内。

发射通道与接收通道的谐振腔的腔体内设有外导柱170，外导柱170内设有内导柱180，内导柱180伸入外导柱170的深度是可调的。此处的内导柱180为螺栓，内导柱180通过螺纹连接的方式固定在盖板190上。也就是说，盖板190上设有螺纹孔，内导柱180上有与盖板上的螺纹孔相配合的螺纹，这样内导柱180就可以通过螺纹连接的方式固定在盖板上。同时，内导柱180将部分伸入到外导柱170中。通过调节内导柱180伸入外导柱170内的深度可以调整该同轴滤波器100的性能，以满足实际使用的需要。

发射通道和接收通道的谐振腔的腔体的高度、长度和宽度均为45-55毫米，腔体内的外导柱的高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米，此处内导柱180的直径为6毫米。外导柱170的尺寸较小，从而使谐振腔的体积不需要做的较大，从而在满足性能要求的同时进一步减小该同轴滤波器100的体积。

在该实施例中，外导柱170与谐振腔的腔体为一体成型结构，在其它实施例中，可通过螺钉等方式将外导柱170固定在谐振腔的底部。谐振腔、盖板190、外导柱170、内导柱180均由金属铝、铜、钛、钢、铁等不同金属材料及合金制成。谐振腔、内导柱180、外导柱170和盖板的外表面均镀有银或银合金。这样可以提高该同轴滤波器100的Q值，减少通带插损，增强带外抑制。

在该实施例中，外导柱170顶端外壁的圆环可以大大降低单腔体的谐振频率，这样内导柱的长度有所减少，从而节省了加工成本。

该同轴滤波器100还包括设于通道的至少两个谐振腔的交汇处产生传输零点的调节杆。这些调节杆是U形调节杆151和152。具体地，第一谐振腔131、第二谐振腔132、第三谐振腔133、第四谐振腔134的交汇处设有U形调节杆151，连接第一谐振腔131和第三谐振腔133，但U型杆151不接触第一谐振腔131和第三谐振腔133的外导柱。第五谐振腔135、第六谐振腔136、第七谐振腔137、第八谐振腔138的交汇处也设有U形调节杆152，连接第五谐振腔135与第七谐振腔137，但U型杆152不接触第五谐振腔135和第七谐振腔137的外导柱。这些U型杆可以实现磁性交叉耦合，产生传输零点，从而有效提高该同轴滤波器100中的通道带外的信号抑制。

根据电磁传输理论，谐振腔沿电磁波传播方向的高度H与谐振频率关系式为：

$H=\frac{c_0}{4f_0\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}$

此外，关系式：

$\mathrm{CL}=\frac{2.745\×{10}^{-4}}{Z_0\×(D+O)}\×D\×O\×L\×{({\mathrm{\ϵ}}_r\×{\mathrm{\μ}}_c\×f)}^{1/2}\mathrm{dB}$

给出了CL、Z0、D、O、L、ε_r、μ_c、f的关系。

其中CL：导体损耗

Z0：特征阻抗

D：外导体的内径

O：内导体直径

L：导体长度

ε_r：介电常数

μ_c：导体相对磁通量

f：频率

同轴线的特性阻抗可以表示为：

$Z_0=\frac{60}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}}\ln \frac{b}{a}$

式中：a为滤波器中的外导柱外径的一半

b为谐振腔长度的一半

此外，b和a的选取原则满足如下条件：

最大功率容量条件：b／a>1.65

最小衰减条件：b／a<3.592

按照以上原则并根据电磁仿真及实际测试结果，我们发现通带频率为800-1000MHz的理想谐振腔的腔体高度、长度和宽度均为45-55毫米、腔体内的外导柱的高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米。

请参考图3。该同轴滤波器100主要适用于通带频率为800-900MHz的应用。该同轴滤波器100根据广义切比雪夫滤波器原理设计，具有带内等波纹、带外有限传输零点可控、带外抑制度好等特点。本发明使用安捷伦网络分析仪8753E对该同轴滤波器100进行测试。从测试结果可以看出：该同轴滤波器100的通带内插损在-1.5dB以内，带外抑制高，峰值抖动0.5dB范围内，满足使用要求。图3高频一侧陡度较大，波形转折明显，显示即为Q值高；通带内波形平直，显示即为峰值抖动小；且通带波形达到0.5dB，说明带内插损低。阻带内波形在-40dB以下，说明带外抑制高。所以，该同轴滤波器100具有体积小，带内插损低、通带陡度高、Q值高的优点。

该同轴滤波器的发射通道和接收通道一共使用了8个谐振腔，这8个谐振腔形成近似的2*4矩阵布局，产生了足够的传输零点，能够满足设计需要。因为该同轴滤波器使用的谐振腔数目较少且布局合理、结构紧凑，所以该同轴滤波器的体积较小，可以满足小型化的需要。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于同轴滤波器的谐振腔，所述谐振腔的高度、长度和宽度均为45-55毫米，腔体内的外导柱的高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米。

2.根据权利要求1所述的用于同轴滤波器的谐振腔，其特征在于，所述内导柱伸入外导柱的深度是可调的。

3.根据权利要求2所述的用于同轴滤波器的谐振腔，其特征在于，所述内导柱为螺栓，内导柱通过螺纹连接的方式固定在盖板上。

4.根据权利要求2所述的用于同轴滤波器的谐振腔，其特征在于，所述外导柱顶端外壁可以有圆环，也可以没有圆环，还可共同组合用于滤波器中。

5.一种同轴滤波器，包括多个谐振腔，所述谐振腔的高度、长度和宽度均为45-55毫米，腔体内的外导柱高度为40-50毫米、外径为15-18毫米、内径为14-17毫米，外导柱顶端外壁有一个内径为14-17毫米、外径为20-40毫米、高1-5毫米的圆环，设于外导柱内的内导柱的直径为6-12毫米。

6.根据权利要求5所述的同轴滤波器，其特征在于，所述滤波器包括八个谐振腔，分别为第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔、第六谐振腔、第七谐振腔、第八谐振腔，所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔、第六谐振腔、第七谐振腔、第八谐振腔依次通过窗口相连通并排成2*4的阵列，所述第一谐振腔与第四谐振腔通过窗口直接相连通，所述第五谐振腔与第八谐振腔通过窗口直接相连通。

7.根据权利要求6所述的同轴滤波器，其特征在于，所述谐振腔、盖板、外导柱和内导柱均由铝、铜、钛、钢、铁等不同金属材料及合金制成。

8.根据权利要求7所述的同轴滤波器，其特征在于，所述谐振腔、内导柱、外导柱和盖板的表面均镀有银或银合金。

9.根据权利要求8所述的同轴滤波器，其特征在于，所述同轴滤波器还包括设于通道的至少两个谐振腔的交汇处产生传输零点的调节杆。

10.根据权利要求9所述的同轴滤波器，其特征在于，所述调节杆的形状为U形。