CN105576328B - 一种单腔多频多阶可调滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单腔多频多阶可调滤波器，包括腔体、2N个T形结构以及2N个调谐螺钉，2N个T形结构在腔体上排成至少两排，每排至少有两个T形结构；每个T形结构由矩形金属体和金属柱连接组成，所述矩形金属体设置在腔体的顶部外侧面上，所述金属柱位于矩形金属体的下方；每个调谐螺钉对应一个T形结构，其穿过矩形金属体和金属柱后与一设置在腔体内的金属盘连接；所述腔体的顶部设有2N个开槽，每个开槽对应一个T形结构，且具有可使一个金属柱移动的空间；所述腔体的底部设有2N个凹槽，每个凹槽对应一个T形结构。本发明通过在腔体上设置多排T形结构，即可在单个腔体产生多个不同频率的通带，并且每排的多个T形结构能产生多阶滤波特性。

Description

一种单腔多频多阶可调滤波器

技术领域

本发明涉及一种可调滤波器，尤其是一种单腔多频多阶可调滤波器，属于无线通信领域。

背景技术

近来通信系统和通信技术得到了飞速的发展，频谱资源也迅速被消耗利用，频带变得越来越拥挤。滤波器作为重要的微波射频元件，其的性能影响着整个通信系统的质量。为了满足通信系统的多频带的需求，出现了在滤波器中实现多频带成为多频滤波器。若通带中心频率改变，则需要更换多频滤波器。为此，多频段并且各频率可调滤波器能解决上述难题。本发明就是设计一款多频可调滤波器。

多频可调滤波器的的最大优点就是在一个金属腔中实现了多个频带并且各个通带频率可调，能满足众多频率选择的需求。对于滤波器一般按加工材料分金属腔体和平面电路结构。平面结构的滤波器有结构简单、制造成本低、易与其他电路级联、体积小等优点，但是也有损耗大和功率容量小等缺点。腔体滤波器的功率容量大，并且损耗小，但是体积笨重，难加工，与其他电路级联困难。平面结构滤波器多用在小型化的通信系统中，而金属腔体滤波器多用在基站等有大功率需求的通信系统中。传统的金属多频滤波器是多腔结构，体积大，加工难度大，成本高，也少有可调性能的滤波器出现。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

1)电可调双频滤波器，此结构是平面结构，在PCB板上加工出微带电路。用四个谐振器和耦合来产生两个通带，每个通带中有三个谐振模式，利用加载变容二极管改变电容，达到频率可变；根据电磁仿真曲线可以知道，两个频段的分数带宽分别为9％～13％和5％～7％，相对可调分别为18.6％和20％。并且此结构由于使用平面的微带结构，插入损耗大，而且要控制总多电容值，可调参数太多，操作麻烦。

2)利用金属腔体结构来实现了双频滤多模波器，在一个金属腔内实现了一个谐振器谐振出两个频率，经过谐振腔级联实现5阶的双频金属滤波器，其最大的优点是使用单谐振器谐振双频使得金属腔体体积减小，并且插入损耗小，但是其频率不可以调，通带频率固定。

3)如图1a～1b所示，机械可调单腔单频滤波器，在四周都是金属的谐振腔内，金属圆柱谐振器与金属圆片(也可以是其他形状，例如方形、椭圆或者有切角的不规则形状)相连，上方是一个调谐螺钉穿过上方的金属外壁通到腔体内部。频率可调的原理是改变螺钉和金属圆片的距离来改变电容值，从而改变谐振腔的谐振频率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种单腔多频多阶可调滤波器，该可调滤波器过在腔体上设置多排T形结构，即可在单个腔体产生多个不同频率的通带，并且每排的多个T形结构能产生多阶滤波特性，可广泛应用于众多有多频带的无线通信系统中。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种单腔多频多阶可调滤波器，包括腔体、2N个T形结构以及2N个调谐螺钉，2N个T形结构在腔体上排成至少两排，至少两排T形结构从前到后依次排列，每排至少有两个T形结构；每个T形结构由矩形金属体和金属柱连接组成，所述矩形金属体设置在腔体的顶部外侧面上，所述金属柱位于矩形金属体的下方；每个调谐螺钉对应一个T形结构，其穿过矩形金属体和金属柱后与一设置在腔体内的金属盘连接；所述腔体的顶部设有2N个开槽，每个开槽对应一个T形结构，且具有可使一个金属柱移动的空间；所述腔体的底部设有2N个凹槽，每个凹槽对应一个T形结构；其中N≥2。

作为一种实施方案，所述腔体的左侧设有第一输入/输出端口，腔体的右侧设有第二输入/输出端口，所述第一输入/输出端口处设有第一同轴外导体和第一同轴内导体，所述第一同轴内导体从第一输入/输出端口伸进腔体内，经多分支90度弯折后与腔体的顶部内侧面连接；所述第二输入/输出端口处设有第二同轴外导体和第二同轴内导体，所述第二同轴内导体从第二输入/输出端口伸进腔体内，经多分支90度弯折后与腔体的顶部内侧面连接。

作为一种实施方案，所述第一同轴内导体经多分支90度弯折后分为第一水平段、第二水平段和至少两个竖直段，第一同轴内导体的第一水平段与第二水平段相连，且相互垂直，第一同轴内导体的至少两个竖直段分别与第二水平段相连，其中每个竖直段对应一排T形结构中左边的第一个T形结构，该竖直段位于该T形结构的矩形金属体下方，且靠近该T形结构的金属柱；

所述第二同轴内导体经多分支90度弯折后分为第一水平段、第二水平段和至少两个竖直段，第二同轴内导体的第一水平段与第二水平段相连，且相互垂直，第二同轴内导体的至少两个竖直段分别与第二水平段相连，其中每个竖直段对应一排T形结构中右边的第一个T形结构，该竖直段位于该T形结构的矩形金属体下方，且靠近该T形结构的金属柱。

作为一种实施方案，所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头。

作为一种实施方案，所述腔体为矩形腔。

作为一种实施方案，所述金属盘的形状为圆形、方形、椭圆形或具有切角的不规则形状。

作为一种实施方案，所述凹槽的形状为圆柱体、矩形体或椭圆柱体。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的可调滤波器在传统同轴腔的基础上，通过在腔体上设置多排T形结构，即可在单个腔体产生多个不同频率的通带，因此无金属板隔离即可实现单腔多频带大范围频率可调滤波器；同时，每排的多个T形结构能产生多阶滤波特性，即实现了单腔多频多阶可调滤波器。

2、本发明的可调滤波器在腔体底部引入凹槽，利用调谐螺钉改变金属盘到凹槽之间的距离来控制电容值，引入凹槽可以加大频率可调范围，并且能使得可调的频率范围线性；同时，在腔体的顶部利用开槽使得T形结构的金属柱可移动，通过这种方式来控制模式之间的耦合，使得频率可调范围内的都能更好的形成通带匹配。

3、本发明的可调滤波器利用两个同轴内导体在腔体左右两侧的输入/输出端口伸进腔体内，经多分支90度弯折后分别与腔体的顶部内侧面连接，该多分支90度弯折馈电结构分别馈电给谐振在不同频率的金属柱，以实现多频馈电。

4、本发明的可调滤波器只需要一个腔体便能实现多频，与传统的多腔多频滤波器相比，体积更小，并且不需隔板，加工难度下降，而其多频带的频率又可调，能适应众有多频率范围需求的场合。

附图说明

图1a为现有技术中机械可调滤波器立体图。

图1b为现有技术中机械可调滤波器正视图。

图2为本发明实施例1的单腔双频双阶可调滤波器立体图。

图3为本发明实施例1的单腔双频双阶可调滤波器俯面示意图。

图4为本发明实施例1的单腔双频双阶可调滤波器俯面剖视图。

图5为本发明实施例1的单腔双频双阶可调滤波器正面剖视图。

图6为本发明实施例1的单腔双频双阶可调滤波器侧面剖视图。

图7为本发明实施例2的单腔双频三阶可调滤波器正面剖视图。

图8为本发明实施例3的单腔三频双阶可调滤波器侧面剖视图。

其中，1-腔体，2-第一调谐螺钉，3-第二调谐螺钉，4-第三调谐螺钉，5-第四调谐螺钉，6-第一矩形金属体，7-第一金属柱，8-第二矩形金属体，9-第二金属柱，10-第三矩形金属体，11-第三金属柱，12-第四矩形金属体，13-第四金属柱，14-第一开槽，15-第二开槽，16-第三开槽，17-第四开槽，18-第一凹槽，19-第二凹槽，20-第三凹槽，21-第四凹槽，22-第一同轴外导体，23-第一同轴内导体，24-第二同轴外导体，25-第二同轴内导体，26-第一金属盘，27-第二金属盘，28-第三金属盘，29-第四金属盘。

具体实施方式

实施例1：

如图2～图6所示，本实施例的可调滤波器包括腔体1、四个T形结构以及四个调谐螺钉，四个T形结构在腔体1上排成前、后两排，也就是说前、后两排的T形结构均有两个，其中前排的两个T形结构分别为第一T形结构和第二T形结构，后排的两个T形结构分别为第三T形结构和第四T形结构；所述四个调谐螺钉分别为第一调谐螺钉2、第二调谐螺钉3、第三调谐螺钉4和第四调谐螺钉5；

所述第一T形结构由第一矩形金属体6和第一金属柱7连接组成，所述第二T形结构由第二矩形金属体8和第二金属柱9连接组成，所述第三T形结构由第三矩形金属体10和第三金属柱11连接组成，所述第四T形结构由第四矩形金属体12和第四金属柱13连接组成，所述第一矩形金属体6、第二矩形金属体8、第三矩形金属体10和第四矩形金属体12均设置在腔体1的顶部外侧面上，所述第一金属柱7位于第一矩形金属体6下方，所述第二金属柱9位于第二矩形金属体8下方，所述第三金属柱11位于第三矩形金属体10下方，所述第四金属柱13位于第四矩形金属体12下方；

所述腔体1为矩形腔，其顶部设有第一开槽14、第二开槽15、第三开槽16和第四开槽17，底部设有第一凹槽18、第二凹槽19、第三凹槽20和第四凹槽21，左侧设有第一输入/输出端口(图中未示出)，右侧设有第二输入/输出端口(图中未示出)，第一凹槽18、第二凹槽19、第三凹槽20和第四凹槽21均为圆柱体；所述第一开槽14具有可使第一金属柱7移动的空间，所述第二开槽15具有可使第二金属柱9移动的空间，所述第三开槽16具有可使第三金属柱11移动的空间，所述第四开槽17具有可使第四金属柱13移动的空间；所述第一输入/输出端口处设有第一同轴外导体22和第一同轴内导体23，所述第一同轴内导体23从第一输入/输出端口伸进腔体1内，经两分支90度弯折后与腔体1的顶部内侧面连接，以实现馈电；所述第二输入/输出端口处设有第二同轴外导体24和第二同轴内导体25，所述第二同轴内导体25从第二输入/输出端口伸进腔体1内，经两分支90度弯折后与腔体1的顶部内侧面连接，以实现馈电；所述第一凹槽18对应第一T形结构，所述第二凹槽19对应第二T形结构，所述第三凹槽20对应第三T形结构，第四凹槽21对应第四T形结构；

第一同轴外导体22和第二同轴外导体24均采用SMA头；第一同轴内导体23经两分支90度弯折后分为第一水平段、第二水平段和两个竖直段，第一同轴内导体23的第一水平段与第二水平段相连，且相互垂直，第一同轴内导体23的两个竖直段分别与第二水平段相连，其中一个竖直段对应第一T形结构，该竖直段位于第一矩形金属体6下方，且靠近第一金属柱7，另一个竖直段对应第三T形结构，该竖直段位于第三矩形金属体10下方，且靠近第三金属柱11；第二同轴内导体25经两分支90度弯折后分为第一水平段、第二水平段和两个竖直段，第二同轴内导体25的第一水平段与第二水平段相连，且相互垂直，第二同轴内导体25的两个竖直段分别与第二水平段相连，其中一个竖直段对应第二T形结构，该竖直段位于第二矩形金属体8下方，且靠近第二金属柱9，另一个竖直段对应第四T形结构，该竖直段位于第四矩形金属体12下方，且靠近第四金属柱13；

所述第一调谐螺钉2对应第一T形结构，其穿过第一矩形金属体6和第一金属柱7后与设置在腔体1内的第一金属盘26连接，所述第二调谐螺钉3对应第二T形结构，其穿过第二矩形金属体8和第二金属柱9后与设置在腔体1内的第二金属盘27连接，所述第三调谐螺钉4对应第三T形结构，其穿过第三矩形金属体10和第三金属柱11后与设置在腔体1内的第三金属盘28连接，所述第四调谐螺钉5对应第四T形结构，其穿过第四矩形金属体12和第四金属柱13后与设置在腔体1内的第四金属盘29连接，所述第一金属盘26、第二金属盘27、第三金属盘28和第四金属盘29的形状均为圆形。

本实施例的可调滤波器的频率可调的原理是：利用调谐螺钉(第一调谐螺钉2、第二调谐螺钉3、第三调谐螺钉4和第四调谐螺钉5)调节金属盘(第一金属盘26、第二金属盘27、第三金属盘28和第四金属盘29)到凹槽(第一凹槽18、第二凹槽19、第三凹槽20和第四凹槽21)之间的距离，以控制电容值，引入凹槽可以加大频率可调范围，并且能使得可调的频率范围线性；同时，在腔体1的顶部利用开槽(第一开槽14、第二开槽15、第三开槽16和第四开槽17)使得金属柱(第一金属柱7、第二金属柱9、第三金属柱11和第四金属柱13)可左右移动(即谐振器可左右移动)，通过这种方式来控制模式之间的耦合，使得频率可调范围内的都能更好的形成通带匹配。

本实施例的可调滤波器的馈电原理是：在腔体1中采用两分支馈电，分别馈电给谐振在不同频率的金属柱，使得在同一个腔体1中可以产生多个频带，在通带与通带之间存在零点，增加相邻频带之间的隔离度，并且相互不影响。

本实施例的可调滤波器采用两分支实现双频馈电，利用两排T形结构(即两排金属柱)来产生两个不同频率的通带，同时每排有两个T形结构(即两个金属柱)，能产生双阶滤波特性，所以构成了单腔双频双阶可调滤波器。

实施例2：

如图7所示，本实施例的可调滤波器的主要特点是：具有六个T形结构，即调谐螺钉、开槽、凹槽和金属盘也都有六个，六个T形结构在腔体1上排成前、后两排，利用两排T形结构来产生两个不同频率的通带，前、后两排的T形结构均有三个，能产生三阶滤波特性，所以构成了单腔双频三阶可调滤波器。

实施例3：

如图8所示，本实施例的可调滤波器的主要特点是：具有六个T形结构，即调谐螺钉、开槽、凹槽和金属盘也都有六个，六个T形结构在腔体1上排成三排，三排T形结构从前到后依次排列，由于有三排T形结构，因此采用三分支实现多频馈电(即第一同轴内导体和第二同轴内导体经三分支90度弯折，以实现多频馈电)，利用三排T形结构来产生三个不同频率的通带，每排的T形结构有两个，能产生双阶滤波特性，所以构成了单腔三频双阶可调滤波器。

从上述实施例1～3中可以看出，只需增加馈电的分支和T形结构排数就能达到单个腔体产生多个频率通带，而每排有多少个T形结构，就能产生多少阶的多阶滤波特性。

上述实施例1～3中，所述金属盘的形状还可以为方形、椭圆形或具有切角的不规则形状；所述凹槽的形状还可以为矩形体或椭圆柱体；所述腔体、T形结构、同轴外导体和同轴内导体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。

综上所述，本发明的可调滤波器在传统同轴腔的基础上，通过在腔体上设置多排T形结构，即可在单个腔体产生多个频率通带，因此无金属板隔离即可实现单腔多频带大范围频率可调滤波器；同时，每排的多个T形结构能产生多阶滤波特性，即实现了单腔多频多阶可调滤波器。

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 (7)

1.一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：包括腔体、2N个T形结构以及2N个调谐螺钉，2N个T形结构在腔体上排成至少两排，至少两排T形结构从前到后依次排列，每排至少有两个T形结构；每个T形结构由矩形金属体和金属柱连接组成，所述矩形金属体设置在腔体的顶部外侧面上，所述金属柱位于矩形金属体的下方；每个调谐螺钉对应一个T形结构，其穿过矩形金属体和金属柱后与一设置在腔体内的金属盘连接；所述腔体的顶部设有2N个开槽，每个开槽对应一个T形结构，且具有可使一个金属柱移动的空间；所述腔体的底部设有2N个凹槽，每个凹槽对应一个T形结构；其中N≥2。

2.根据权利要求1所述的一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：所述腔体的左侧设有第一输入/输出端口，腔体的右侧设有第二输入/输出端口，所述第一输入/输出端口处设有第一同轴外导体和第一同轴内导体，所述第一同轴内导体从第一输入/输出端口伸进腔体内，经多分支90度弯折后与腔体的顶部内侧面连接；所述第二输入/输出端口处设有第二同轴外导体和第二同轴内导体，所述第二同轴内导体从第二输入/输出端口伸进腔体内，经多分支90度弯折后与腔体的顶部内侧面连接。

3.根据权利要求2所述的一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：

所述第一同轴内导体经多分支90度弯折后分为第一水平段、第二水平段和至少两个竖直段，第一同轴内导体的第一水平段与第二水平段相连，且相互垂直，第一同轴内导体的至少两个竖直段分别与第二水平段相连，其中每个竖直段对应一排T形结构中左边的第一个T形结构，该竖直段位于该T形结构的矩形金属体下方，且靠近该T形结构的金属柱；

所述第二同轴内导体经多分支90度弯折后分为第一水平段、第二水平段和至少两个竖直段，第二同轴内导体的第一水平段与第二水平段相连，且相互垂直，第二同轴内导体的至少两个竖直段分别与第二水平段相连，其中每个竖直段对应一排T形结构中右边的第一个T形结构，该竖直段位于该T形结构的矩形金属体下方，且靠近该T形结构的金属柱。

4.根据权利要求2或3所述的一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：所述腔体为矩形腔。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：所述金属盘的形状为圆形、方形、椭圆形或具有切角的不规则形状。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种单腔多频多阶可调滤波器，其特征在于：所述凹槽的形状为圆柱体、矩形体或椭圆柱体。