CN106099271A - 一种he11模平衡式介质滤波器 - Google Patents

一种he11模平衡式介质滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种HE11模平衡式介质滤波器，包括第一介质谐振器7和第二介质谐振器14，第一调谐螺钉8和第二调谐螺钉15，控制端口耦合的第一金属馈电探针3、第二金属馈电探针6、第三金属馈电探针10、第四金属馈电探针13，用于输入输出的第一接口2、第二接口5、第三接口9、第四接口12，腔间耦合膜片结构4，调节耦合量的耦合螺钉11，以及用于容置上述结构的金属屏蔽腔体1。本发明具有共模抑制程度高，带外抑制高，结构简单等优点，主要解决现有平衡式介质滤波器中共模抑制不高、损耗大、阻带抑制低的技术问题。

Description

一种HE11模平衡式介质滤波器
技术领域
本发明涉及射频通信滤波技术领域，具体涉及一种HE11模平衡式介质滤波器。
背景技术
随着移动通信的迅猛发展，通信频谱资源越来越拥挤，通信系统经常工作在多个频段。而平衡式滤波器，作为平衡电路类型，可以在抑制内部有源器件噪声和环境噪声的同时实现滤波性能；因此相比较单个端口的非平衡输入/输出电路，具有更为突出的电磁兼容特性。现阶段国内外的平衡式滤波器研究成果中，PCB技术和LTCC平衡电路的效果较好，但Q值低导致无法应用在窄带系统；而介质集成波导则Q值较高，可实现小于5％的3dB相对带宽，但带宽若再减小则插损变差；而介质谐振器凭借其高Q值，可实现小于1％的3dB相对带宽平衡式滤波器。
2015年Chen J.X.,Zhan Y和Qin W在IEEE Microwave and Wireless ComponentsLetters上发表题为“Novel Narrow-Band Balanced Bandpass Filter UsingRectangular Dielectric Resonator”的文章。采用直线对称型微带线馈电结构在输入差模信号时可以激发主模TE11模式，而在输入共模信号时激发TM11模式，从而抑制差模状态下激发的模式。但是采用微带线馈电结构使得插损变大，同时共模抑制程度需要进一步提高。
2015年Zhan Y.,Li J和Qin W等人在Electronics Letters上发表题为“Low-lossdifferential bandpass filter using TE01δ-mode dielectric resonators”的文章。采用了圆弧馈电结构，在差模状态下激发主模TE01模式，在共模状态下抑制该模式；其共模抑制有所提升，但使得滤波器在阻带高频区域的抑制度不够高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种HE11模平衡式介质滤波器。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种HE11模平衡式介质滤波器，包括金属屏蔽腔体1，所述金属屏蔽腔体1由腔间耦合膜片结构4隔成左右对称的第一谐振腔和第二谐振腔，所述第一谐振腔内设置有第一介质谐振器7以及第一调谐螺钉8，所述第二谐振腔内设置有第二介质谐振器14以及第二调谐螺钉15，
所述第二谐振腔的上、下腔壁分别设置有用于输入输出的第一接口2和第四接口12，所述第一谐振腔的上、下腔壁分别设置有用于输入输出的第二接口5和第三接口9，
所述第一接口2、所述第二接口5、所述第三接口9、所述第四接口12分别焊接有第一金属馈电探针3、第二金属馈电探针6、第三金属馈电探针10、第四金属馈电探针13形成滤波器的馈电结构。
进一步地，所述金属屏蔽腔体1在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔底部中心分别开圆形凹槽，所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14分别放置于圆形凹槽内通过焊接固定。
进一步地，所述腔间耦合膜片结构4为中间开口结构，其开口中间位置设置有耦合螺钉11，所述耦合螺钉11设置在所述金属屏蔽腔体1底板，所述耦合螺钉11支持上下旋转调节高度，通过上下旋转所述耦合螺钉11可调节所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14之间的耦合量。
进一步地，所述第一金属馈电探针3和所述第四金属馈电探针13构成第一差分端口，所述第二金属馈电探针6和所述第三金属馈电探针10构成第二差分端口；其中所述第一差分端口和所述第二差分端口均可作为信号输入或输出端口；当所述第一差分端口为信号输入端口时，所述第二差分端口为信号输出端口；当所述第二差分端口为信号输入端口时，所述第一差分端口为信号输出端口。
进一步地，所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14为圆环柱体，其内外直径固定，通过调整所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14的高度，来使得所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14的主模在频谱上远离所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14的二次模。
进一步地，所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14的主模为TM01模，二次模为HE11模。
进一步地，所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14的HE11模用于构建所述HE11模平衡式介质滤波器的差分通带；所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14的主模TM01模用于实现所述HE11模平衡式介质滤波器的共模响应。
进一步地，所述第一金属馈电探针3和所述第四金属馈电探针13与TM01模的所述第二介质谐振器14通过电场激励进行耦合；所述第二金属馈电探针6和所述第三金属馈电探针10与TM01模的所述第一介质谐振器7通过电场激励进行耦合。
进一步地，所述第一金属馈电探针3、所述第二金属馈电探针6、所述第三金属馈电探针10、所述第四金属馈电探针13的高度相等。
进一步地，所述第一调谐螺钉8和所述第二调谐螺钉15采用介质材料，其介电常数为εr＝10，损耗正切角tanδ＝0.0002；
所述第一介质谐振器7和所述第二介质谐振器14采用介质材料，其介电常数为εr＝20，损耗正切角tanδ＝0.0002。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明采用TM模介质谐振器，并对其打孔避免了高次模式的干扰，Q值高且便于滤波器的加工制造；
2、本发明通过金属馈电探针进行电场激励耦合，获得HE11模平衡式介质滤波器的差分通带，解决了采用微带线进行馈电耦合而出现插入损耗大的问题；
3、本发明插入损耗性能并未降低，但共模抑制程度有提升，而且改善了S21在高阻带区域的抑制不够的问题。
附图说明
图1是本发明中公开的HE11模平衡式介质滤波器的结构示意图，该图是去掉盖板后的俯视示意图；
图2是图1的A-A剖视示意图；
图3是本发明中公开的HE11模平衡式介质滤波器的传输特性|S21|和回波损耗|S11|响应曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1和图2，本发明的HE11模平衡式介质滤波器，包括第一介质谐振器7和第二介质谐振器14，第一调谐螺钉8和第二调谐螺钉15，控制端口耦合的第一金属馈电探针3、第二金属馈电探针6、第三金属馈电探针10、第四金属馈电探针13，用于输入输出的第一接口2、第二接口5、第三接口9、第四接口12，腔间耦合膜片结构4，调节耦合量的耦合螺钉11，以及用于容置上述结构的金属屏蔽腔体1。其中：
上述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14采用介质材料，其介电常数为εr＝20，损耗正切角tanδ＝0.0002；如图2所示，其高度为27mm，外直径为18mm，内孔直径为9.4mm。
上述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14其主模为TM01模，二次模为HE11模，左右对称且焊接固定在金属屏蔽腔体1的两个谐振腔中心。
在具体实施过程中，所述第一金属馈电探针3和第四金属馈电探针13构成第一差分端口，所述第二金属馈电探针6和第三金属馈电探针10构成第二差分端口；其中所述第一差分端口和所述第二差分端口均可作为信号输入或输出端口；具体的，当所述第一差分端口为信号输入端口时，所述第二差分端口为信号输出端口；当所述第二差分端口为信号输入端口时，所述第一差分端口为信号输出端口。
所述第一金属馈电探针3和第四金属馈电探针13与TM01模的第二介质谐振器14通过电场激励进行耦合；所述第二金属馈电探针6和第三金属馈电探针10与TM01模的第一介质谐振器7通过电场激励进行耦合。
所述第一调谐螺钉8和第二调谐螺钉15采用介质材料，其介电常数为εr＝10，损耗正切角tanδ＝0.0002；其长度为15mm，直径为3mm。
所述第一接口2、第二接口5、第三接口9、第四接口12位于其所属谐振腔腔壁的中心，其高度均为20.5mm；所述第一金属馈电探针3、第二金属馈电探针6、第三金属馈电探针10、第四金属馈电探针13的高度相等，通过分别与第一接口2、第二接口5、第三接口9、第四接口12焊接形成滤波器馈电结构，并与其高度相同，其伸出长度为5mm。
所述金属屏蔽腔体1底面边长为92mm，高度为31mm，倒角设置为R2(半径为2mm)；如图1所示，所述腔间耦合结构厚度为4mm，高度为31mm，其开窗宽度为10mm。
所述金属屏蔽腔体1在其两个谐振腔底部中心分别开圆形凹槽，其外直径为19mm，深度为1mm；所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14加工后底部镀一层银，再涂抹焊锡膏，并分别放置于凹槽内通过加热台的加热来得到焊接固定。
所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14其二次模HE11模用于构建所述HE11模平衡式介质滤波器的差分通带；所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14其主模TM01模用于实现所述HE11模平衡式介质滤波器的共模响应。
具体的，通过调整所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14的尺寸，使得所述主模TM01模在频谱上远离所述二次模HE11模，以提高所述HE11模平衡式介质滤波器的差分通带内的共模抑制水平。通常，在具体实施过程中，会将所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14的内外直径固定，通过调整所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14的高度，来使得所述主模TM01模在频谱上远离所述二次模HE11模，以提高所述HE11模平衡式介质滤波器的差分通带内的共模抑制水平。
所述耦合螺钉11设置在所述腔间耦合膜片结构4中的开口中间位置，并贯穿金属屏蔽腔体顶部盖板，通过上下旋转以调节所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14之间的耦合量。所述第一介质谐振器7和第二介质谐振器14通过腔间耦合膜片结构4进行谐振器间耦合。
本发明的效果可通过以下实验进一步说明：
参照图3，Sdd11为HE11模平衡式介质滤波器的差分信号的S11参数，Sdd21为该差分信号的S21参数，Scc21为HE11模平衡式介质滤波器的共模信号的S21参数；从HE11模平衡式介质滤波器的响应曲线图可以看出，其中心频率分别为3.31GHz，相对带宽为1.6％，插入损耗为0.04dB，共模抑制大于70dB，同时差模响应中的高阻带抑制大于30dB。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种HE11模平衡式介质滤波器，包括金属屏蔽腔体(1)，所述金属屏蔽腔体(1)由腔间耦合膜片结构(4)隔成左右对称的第一谐振腔和第二谐振腔，其特征在于，所述第一谐振腔内设置有第一介质谐振器(7)以及第一调谐螺钉(8)，所述第二谐振腔内设置有第二介质谐振器(14)以及第二调谐螺钉(15)，
所述第二谐振腔的上、下腔壁分别设置有用于输入输出的第一接口(2)和第四接口(12)，所述第一谐振腔的上、下腔壁分别设置有用于输入输出的第二接口(5)和第三接口(9)，
所述第一接口(2)、所述第二接口(5)、所述第三接口(9)、所述第四接口(12)分别焊接有第一金属馈电探针(3)、第二金属馈电探针(6)、第三金属馈电探针(10)、第四金属馈电探针(13)形成滤波器的馈电结构。
2.根据权利要求1所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，
所述金属屏蔽腔体(1)在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔底部中心分别开圆形凹槽，所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)分别放置于圆形凹槽内通过焊接固定。
3.根据权利要求1所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，所述腔间耦合膜片结构(4)为中间开口结构，其开口中间位置设置有耦合螺钉(11)，所述耦合螺钉(11)设置在所述金属屏蔽腔体(1)底板，所述耦合螺钉(11)支持上下旋转调节高度，通过上下旋转所述耦合螺钉(11)可调节所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)之间的耦合量。
4.根据权利要求1所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，所述第一金属馈电探针(3)和所述第四金属馈电探针(13)构成第一差分端口，所述第二金属馈电探针(6)和所述第三金属馈电探针(10)构成第二差分端口；其中所述第一差分端口和所述第二差分端口均可作为信号输入或输出端口；当所述第一差分端口为信号输入端口时，所述第二差分端口为信号输出端口；当所述第二差分端口为信号输入端口时，所述第一差分端口为信号输出端口。
5.根据权利要求2所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)为圆环柱体，其内外直径固定，通过调整所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)的高度，来使得所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)的主模在频谱上远离所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)的二次模。
6.根据权利要求5所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)的主模为TM01模，二次模为HE11模。
7.根据权利要求6所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)的HE11模用于构建所述HE11模平衡式介质滤波器的差分通带；所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)的主模TM01模用于实现所述HE11模平衡式介质滤波器的共模响应。
8.根据权利要求6所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，所述第一金属馈电探针(3)和所述第四金属馈电探针(13)与TM01模的所述第二介质谐振器(14)通过电场激励进行耦合；所述第二金属馈电探针(6)和所述第三金属馈电探针(10)与TM01模的所述第一介质谐振器(7)通过电场激励进行耦合。
9.根据权利要求1所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，
所述第一金属馈电探针(3)、所述第二金属馈电探针(6)、所述第三金属馈电探针(10)、所述第四金属馈电探针(13)的高度相等。
10.根据权利要求1所述的一种HE11模平衡式介质滤波器，其特征在于，
所述第一调谐螺钉(8)和所述第二调谐螺钉(15)采用介质材料，其介电常数为εr＝10，损耗正切角tanδ＝0.0002；
所述第一介质谐振器(7)和所述第二介质谐振器(14)采用介质材料，其介电常数为εr＝20，损耗正切角tanδ＝0.0002。
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