CN105470608B - 腔体滤波器及腔体双工器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种腔体滤波器及腔体双工器，包括设有第一谐振腔的第一腔壳、设有第二谐振腔的第二腔壳、连通第一谐振腔和第二谐振腔的耦合通道、封闭第一谐振腔和第二谐振腔的盖板，第一腔壳设有与第一谐振腔连通的输入端口，第二腔壳设有与第二谐振腔连通的输出端口，第一腔壳设于第二腔壳上、并与第二腔壳之间存在夹角α，其中0°≤α＜180°。第一腔壳与第二腔壳之间存在夹角，形成折叠结构，第一谐振腔和第二谐振腔不是在一个平面上排布，减少平面占用面积，甚至可以和机箱或者其他模块共形，便于系统进行集成，充分利用空间，有利于系统的小型化，与传统的基模腔体滤波器相比，谐振腔数更少，谐振性更强，平面占用面积甚至可以减少一半以上。

Description

腔体滤波器及腔体双工器

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种腔体滤波器及腔体双工器。

背景技术

微波通信是目前国际上常用的无线通信手段之一，广泛应用于数据传输、移动通信等领域。随着微波通信需求的增长，由微波天线组成的点对点或点对多点的通信网络越来越密集，微波系统之间产生互相干扰的潜在风险越来越大。因此，通信网络要求使用的设备数量要尽可能的少，同时对室外收发信机小型化要求也越来越高。因为高抑制、低传输损耗的要求，腔体滤波器以及双工器广泛地应用在室外收发信机内，所使用的滤波器一般为基模腔体滤波器，其谐振腔数多且平面排列(通常要求6个或以上的谐振腔)，即使采用同轴结构，所占用面积大，尤其是展开平面内所占的面积大，不便于系统集成，成为限制系统小型化的主要瓶颈之一。另一方面，对于传统的滤波器、双工器而言，由于相对带宽较窄，多个谐振腔之间必然存在的加工公差，一般都是需要通过调谐螺钉进行调试，由此，双工器的可靠性会受到影响，同时增加了人工调试的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种腔体滤波器及腔体双工器，能够减少平面占用面积，有利于系统的小型化，降低人工调试成本。

为实现本发明的目的，采取的技术方案是：

一种腔体滤波器，包括设有第一谐振腔的第一腔壳、设有第二谐振腔的第二腔壳、连通第一谐振腔和第二谐振腔的耦合通道、封闭第一谐振腔和第二谐振腔的盖板，第一腔壳设有与第一谐振腔连通的输入端口，第二腔壳设有与第二谐振腔连通的输出端口，第一腔壳设于第二腔壳上、并与第二腔壳之间存在夹角α，其中0°≤α＜180°，第一谐振腔、第二谐振腔其中至少一个为双模谐振腔。

第一腔壳与第二腔壳之间存在夹角，形成折叠结构，第一谐振腔和第二谐振腔不是在一个平面上排布，减少平面占用面积，甚至可以和机箱或者其他模块共形，便于系统进行集成，充分利用空间，有利于系统的小型化；且第一谐振腔、第二谐振腔其中至少一个为双模谐振腔，与传统的基模腔体滤波器相比，双模谐振腔具有比基模谐振腔更强的谐振特性，且可具有的模式的更多，提供的滤波器阶数是基模谐振腔的两倍，谐振性更强，因此双模滤波器可以用少于传统的基模滤波器一半的腔体数量实现相同的传输性能，使该腔体滤波器的腔体数量更少，降低人工调试成本，占用面积更少，平面占用面积甚至可以减少一半以上。

下面对技术方案进一步说明：

进一步的是，腔体滤波器还包括设有第三谐振腔的第三腔壳，第三谐振腔与第二谐振腔连通，第三腔壳设于第二腔壳上、并与第二腔壳之间存在夹角γ，其中0°≤γ＜180°。腔体滤波器设有三个谐振腔，结构形式简单紧凑且对结构精度要求不高，易于整体加工，无需手工调谐或者较少的调试量即可实现性能；通过加工精度和设计容差的保证，即可省去调谐螺钉的调试，降低调试成本，也提高了产品的可靠性。

进一步的是，第一谐振腔、第二谐振腔其中至少一个设有与其连通的非谐振副腔，盖板还封闭非谐振副腔。非谐振副腔具有微调谐性能，且通过调整非谐振副腔的位置，形成不同的传输特性，以满足带通传输的不同的边带抑制要求，甚至可以形成不同的边带零点加载。

进一步的是，第一谐振腔、第二谐振腔其中至少一个设有底部，底部设有金属柱。通过调整金属柱的数量和位置，形成所需的并联电容加载特性，缩减谐振腔尺寸，形成额外的边带零点加载，同时将高次模的谐振频率拉远。

进一步的是，第一谐振腔和第二谐振腔的横截面呈矩形、圆形或椭圆形。

本发明还提供一种腔体双工器，包括波导段、两个腔体滤波器，两个腔体滤波器的输入端口之间连接有波导段。

腔体双工器由两个不同的具有可折叠结构的腔体滤波器组成，谐振腔不在一个平面上排布，减少平面占用面积，便于系统集成、共形，充分利用空间，有利于系统的小型化；与传统的腔体双工器相比，谐振腔数更少，谐振性更强，平面占用面积甚至可以减少一半以上。

进一步的是，其中一个腔体滤波器的第一谐振腔和第二谐振腔配合形成高频通道，另一个腔体滤波器的第一谐振腔和第二谐振腔配合形成低频通道。

进一步的是，两个腔体滤波器的夹角α均为0°，高频通道的横截面呈椭圆形，低频通道的横截面呈圆形。

进一步的是，波导段为非对称T型结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明第一腔壳与第二腔壳之间存在夹角，形成折叠结构，第一谐振腔和第二谐振腔不是在一个平面上排布，减少平面占用面积，甚至可以和机箱或者其他模块共形，便于系统进行集成，充分利用空间，有利于系统的小型化；且通过同时设置第一谐振腔和第二谐振腔，与传统的基模腔体滤波器相比，谐振腔数更少，谐振性更强，平面占用面积甚至可以减少一半以上。

附图说明

图1是本发明第一实施例腔体滤波器的结构示意图一；

图2是本发明第一实施例腔体滤波器的结构示意图二；

图3是本发明第一实施例第一谐振腔的结构示意图；

图4是本发明第二实施例腔体滤波器的结构示意图；

图5是本发明实施例腔体双工器的结构示意图一；

图6是本发明实施例腔体双工器的结构示意图二；

图7是本发明实施例高频通道和低频通道的结构示意图；

图8是本发明实施例腔体双工器低频通道的传输特性曲线示意图；

图9是本发明实施例腔体双工器高频通道的传输特性曲线示意图；

图10是基模谐振腔的场分布图；

图11是双模谐振腔的场分布图。

附图标记说明：

10.第一腔壳，110.第一谐振腔，120.输入端口，20.第二腔壳，210.第二谐振腔，220.输出端口，230.金属柱，240.耦合通道，30.第三腔壳，310.第三谐振腔，40.盖板，410.上盖板，411.输入探针过孔，420.下盖板，421.输出探针过孔，430.侧盖板，50.非谐振副腔，60.耦合窗口，70.波导段，810.高频通道，820.低频通道，910.第一耦合传输窗，920.第二耦合传输窗。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

如图1至图3所示，一种腔体滤波器，包括设有第一谐振腔110的第一腔壳10、设有第二谐振腔210的第二腔壳20、连通第一谐振腔110和第二谐振腔210的耦合通道240、封闭第一谐振腔110和第二谐振腔210的盖板40，第一腔壳10设有与第一谐振腔110连通的输入端口120，第二腔壳20设有与第二谐振腔210连通的输出端口220，第一腔壳10设于第二腔壳20上、并与第二腔壳20之间存在夹角α，其中α＝0°，第一谐振腔、第二谐振腔其中至少一个为双模谐振腔。

第一腔壳10与第二腔壳20叠设在一起，第一谐振腔110和第二谐振腔210上下重叠在一起，第一谐振腔110和第二谐振腔210不在一个平面上排布，平面占用面积减少一半以上，甚至可以和机箱或者其他模块共形，便于系统进行集成，充分利用空间，有利于系统的小型化，将传统腔体滤波器在平面传输的电磁场转为上下层的传输，传输的路径变短，传输衰减也进一步减小；且第一谐振腔、第二谐振腔其中至少一个为双模谐振腔，与传统的基模腔体滤波器相比，如图10和图11所示，基模谐振腔的模式为TE₁₀₁模，双模谐振腔内除了具有基模外，还分别存在二次模TE₁₀₂/TE₂₀₁、TM₁₁₀等模式，正是利用这些二次模具有的更高的Q值，双模谐振腔具有比基模谐振腔更强的谐振特性，且可具有的模式的更多，提供的滤波器阶数是基模谐振腔的两倍，谐振性更强，因此双模滤波器可以用少于传统的基模滤波器一半的腔体数量实现相同的传输性能，使该腔体滤波器的腔体数量更少，降低人工调试成本，占用面积更少，平面占用面积甚至可以减少一半以上。

在本实施例中，第一谐振腔110和第二谐振腔210均为双模谐振腔，第一谐振腔110和第二谐振腔210均呈圆形，第一腔壳10和第二腔壳20为一体成型结构，该双腔滤波器的边带抑制可以达到65dB以上。该腔体滤波器还可以根据实际需要设置其中一个谐振腔为双模谐振腔即可，第一谐振腔110和第二谐振腔210还可以根据实际需要设置为矩形等其他形状。

如图1至图3所示，第一谐振腔110和第二谐振腔210均设有与其连通的非谐振副腔50，第一谐振腔110和第二谐振腔210均通过耦合窗口60与非谐振副腔50连接。通过全波仿真软件如HFSS、CST仿真设计或者模式匹配法设计非谐振副腔50与耦合窗口60的尺寸，并通过设计输入端口120、输出端口220和耦合窗口60直接形成的夹角β，调整非谐振副腔50，可以形成不同的传输特性，以满足带通传输的不同的边带抑制要求，如上边带快衰落、或者下边带快衰落，甚至可以形成不同的边带零点加载。进一步，因为具有非谐振副腔50，与传统滤波器方案的谐振腔间相关性导致结构排布的限制相比，使第一谐振腔110和第二谐振腔210之间的设计的相关性减弱，更有利于折叠结构的实施，尤其是任意α的实现。

在本实施例中，盖板40包括封闭第一谐振腔110的上盖板410、封闭第二谐振腔210的下盖板420和封闭非谐振副腔50的侧盖板430，上盖板410设有与输入端口120连通的输入探针过孔411，下盖板420设有与输出端口220连通的输出探针过孔421。盖板40也可以根据实际需要设置为一体成型结构。

与上述实施例不同的是，在本实施例中，如图4所示，第一腔壳10和第二腔壳20的夹角α＝90°，第一谐振腔110和第二谐振腔210之间的耦合通道240兼有耦合窗口和折弯传送波导的两种功能，通过特定的尺寸及机构设计确定谐振腔内部以及谐振腔之间的耦合度和匹配量。

且如图4所示，在本实施例中，腔体滤波器还包括设有第三谐振腔310的第三腔壳30，第三谐振腔310与第二谐振腔210之间也连接有耦合通道240，第三腔壳30与第二腔壳20之间存在夹角γ，其中，γ＝0°，第三腔壳30与第二腔壳20为一体成型结构，第一谐振腔110、第二谐振腔210和第三谐振腔310均为双模谐振腔。该腔体滤波器设有三个谐振腔，结构形式简单紧凑且对结构精度要求不高，易于整体加工，无需手工调谐或者较少的调试量即可实现性能；通过加工精度和设计容差的保证，即可省去调谐螺钉的调试，降低调试成本，也提高了产品的可靠性，γ还可以根据实际需要设置为0°≤γ＜180°。且第一谐振腔110、第二谐振腔210和第三谐振腔310均设有底部，底部均设有4个金属柱230，第一谐振腔110、第二谐振腔210和第三谐振腔310内均设有4个金属柱230，呈特定位置排布，通过全波仿真软件如HFSS、CST仿真设计或者模式匹配法进行计算得到各个金属柱230的坐标，形成所需的并联电容加载特性，缩减谐振腔尺寸，并形成额外的边带零点加载，同时将高次模的谐振频率拉远。还可以通过调整矩形谐振腔的长宽比、金属柱230的数量和分布位置，形成不同的传输特性，该三腔滤波器的边带抑制可以达到80-85dB。第一谐振腔110、第二谐振腔210和第三谐振腔310均呈矩形，第一谐振腔110、第二谐振腔210和第三谐振腔310还可以根据实际需要设置为圆形等其他形状，该三腔滤波器还可以根据实际需要设置其中至少一个谐振腔为双模谐振腔。

且上述两个实施例的夹角α分别为0°和90°，α还可以根据实际需要设置为0°≤α＜180°；上述两个实施例的谐振腔的横截面分别呈圆形和矩形，谐振腔的横截面还可以根据实际需要设置为椭圆形等其他形状，且同一个腔体滤波器中的第一谐振腔110和第二谐振腔210的横截面形状也可以设置为不同的形状。

如图5至图7所示，本发明还提供一种腔体双工器，包括波导段70、两个腔体滤波器，两个腔体滤波器的输入端口之间连接有波导段70，两个腔体滤波器共用一个腔壳，每个腔体滤波器的第一谐振腔110和第二谐振腔210上下叠加在一起并连通。其中一个腔体滤波器的第一谐振腔110和第二谐振腔210配合形成高频通道810，另一个腔体滤波器的第一谐振腔110和第二谐振腔210配合形成低频通道820。其中一个腔体滤波器的第一谐振腔110和第二谐振腔210通过第一耦合传输窗910连接，另一个腔体滤波器的第一谐振腔110和第二谐振腔210通过第二耦合传输窗920连接，通过设计第一耦合传输窗910和第二耦合传输窗920的结构，在不同的位置加脊以及与通道的夹角，分配和调节谐振腔内部以及谐振腔之间耦合度，同时保证上下层通道的有效传输。

如图7所示，低频通道820的横截面呈圆形，图8为低频通道820的传输特性曲线示意图；高频通道810的横截面呈椭圆形，图9为高频通道810的传输特性曲线示意图。通过分别设计耦合传输窗与低频通道820、高频通道810所形成的角度、以及椭圆形谐振腔自身旋转角度，并根据高频通道810和低频通道820的相互隔离的需求，低频通道820设计为下边带快衰落，而高频通道810设计为上边带快衰落，甚至可以在快衰落的边带添加零点，以体现相互抑制的特性。双模谐振腔具有两个模式分布，双模谐振腔通过设计自身的结构，以映射模式与传输之间的自由度，来形成可调节的传输特性，这也是传统的基模谐振腔体本身所不具有的。

在本实施例中，腔体双工器是由两个不同的如图1所示的双模腔体滤波器构成，腔体双工器还可以根据实际需要由两个不同的如图4所示的腔体滤波器构成，或者由两个夹角α不同的腔体滤波器构成；且其谐振腔的选择不仅限于空腔，也可以为加载金属柱230的谐振腔体等其他腔体；圆形腔与椭圆形腔的组合仅为其中的一个较优实施例，不仅限于这样的组合，通过设计其他形式的谐振腔体，如调节矩形谐振腔的长宽比、或者金属柱230的分布位置和数量等，也可以形成如图9所示的传输特性、甚至增加边带零点。在本实施例中，波导段70为非对称T型结构，波导段70还可以根据实际需要设置为其他形状。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (8)

1.一种腔体滤波器，其特征在于，至少包括设有第一谐振腔的第一腔壳、设有第二谐振腔的第二腔壳、连通所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的耦合通道、封闭所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的盖板，所述第一腔壳设有与所述第一谐振腔连通的输入端口，所述第二腔壳设有与所述第二谐振腔连通的输出端口，所述第一腔壳设于所述第二腔壳上、并与所述第二腔壳之间存在夹角α，其中0°≤α＜180°，所述第一谐振腔、所述第二谐振腔其中至少一个为双模谐振腔；所述第一谐振腔、所述第二谐振腔其中至少一个设有与其连通的非谐振副腔，所述盖板还封闭所述非谐振副腔。

2.根据权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，还包括设有第三谐振腔的第三腔壳，所述第三谐振腔与所述第二谐振腔连通，所述第三腔壳设于所述第二腔壳上、并与所述第二腔壳之间存在夹角γ，其中0°≤γ＜180°。

3.根据权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔、所述第二谐振腔其中至少一个设有底部，所述底部设有金属柱。

4.根据权利要求1至3任一项所述的腔体滤波器，其特征在于，所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的横截面呈矩形、圆形或椭圆形。

5.一种腔体双工器，其特征在于，包括波导段、两个如权利要求1至4任一项所述的腔体滤波器，两个所述腔体滤波器的所述输入端口之间连接有所述波导段。

6.根据权利要求5所述的腔体双工器，其特征在于，其中一个所述腔体滤波器的所述第一谐振腔和所述第二谐振腔配合形成高频通道，另一个所述腔体滤波器的所述第一谐振腔和所述第二谐振腔配合形成低频通道。

7.根据权利要求6所述的腔体双工器，其特征在于，两个所述腔体滤波器的所述夹角α均为0°，所述高频通道的横截面呈椭圆形，所述低频通道的横截面呈圆形。

8.根据权利要求5至7任一项所述的腔体双工器，其特征在于，所述波导段为非对称T型结构。