CN106252803A - 巴伦滤波器 - Google Patents

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陈建新
詹扬
秦伟
包志华
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2084—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with dielectric resonators

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Abstract

本发明提供一种巴伦滤波器，包括一金属盒体、第一介质谐振器、第二介质谐振器、第一介质调谐盘、第二介质调谐盘、第一伸缩连接件、第二伸缩连接件、第一绝缘垫、第二绝缘垫、一输入端子以及两个输出端子；该金属盒体内设置有一金属隔板以在该金属盒体内隔离形成第一容纳腔以及第二容纳腔；该输入端子与该第一介质谐振器耦合连接；该输入端子用于单端口；该两个输出端子分别与该第二介质谐振器耦合连接；该两个输出端子用于输出等幅反相的信号。本发明具有较好的电气性能、较低的插入损耗、较好的高通带选择性以及较高的输出信号幅度平衡与相位反相特性。

Description

巴伦滤波器
技术领域
本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种巴伦滤波器。
背景技术
现代无线通信系统中的射频/微波器件都在朝着小型化和低损耗的趋势发展。为了顺应这一潮流，电路的融合设计成为一项研究热点，这一方法不仅可以将几种器件的功能集成在单个电路中，使得整个电路尺寸成倍数级下降，还能避免级联器件带来的额外损耗。
巴伦和滤波器是射频前端模块中不可缺少的重要部件，扮演着重要的角色。在过去数十年中，滤波巴伦的融合设计方法被广泛研究和运用，以此来减小整个电路尺寸。这样设计出的器件不仅可以具有滤波器的频带选择特性而且还能拥有巴伦不平衡到平衡信号的转化功能，电路尺寸不会因为功能增加而增大。一般地，两种典型的方法可以用来构建滤波巴伦：(1)将四端口平衡式滤波器的一个端口开路，使其转换为一个三端口的滤波巴伦；(2)在二端口滤波器上合理地引入一个额外的端口，使其转换为一个三端口的滤波巴伦。基于上述两种方法，大量的三端口滤波巴伦被报到出来，其中用到各种各样的加工技术，如印刷电路板(Printed circuit board:PCB)技术、低温共烧陶瓷(Low temperature co-firedceramic:LTCC)技术以及基片集成波导(Substrate integrated waveguide:SIW)技术等。然而，基于上述技术的谐振器的品质因数(Q factor)相对较低，使得设计出来的滤波巴伦在很多实际应用中受到限制，特别是窄带应用。
因此，现有技术存在缺陷，亟需改进。
发明内容
本发明提供一种巴伦滤波器。
一种巴伦滤波器，包括一金属盒体、第一介质谐振器、第二介质谐振器、第一介质调谐盘、第二介质调谐盘、第一伸缩连接件、第二伸缩连接件、第一绝缘垫、第二绝缘垫、一输入端子以及两个输出端子；该金属盒体内设置有一金属隔板以在该金属盒体内隔离形成第一容纳腔以及第二容纳腔；
该第一绝缘垫设置于该第一容纳腔内的底壁上，该第一介质谐振器设置于该第一绝缘垫上，该第一介质调谐盘设置于该第一伸缩连接件的一端，该第一伸缩连接件的另一端设置于该第一容纳腔的顶壁上并使得该第一介质调谐盘与该第一介质谐振器共轴线，通过伸缩调整该第一伸缩连接件从而调整该第一介质调谐盘与该第一介质谐振器的距离，进而调整第一介质谐振器的谐振频率；该输入端子与该第一介质谐振器耦合连接；该输入端子用于单端口；
该第二绝缘垫设置于该第二容纳腔内的底壁上，该第二介质谐振器设置于该第二绝缘垫上，该第二介质调谐盘设置于该第二伸缩连接件的一端，该第二伸缩连接件的另一端设置于该第二容纳腔的顶壁上并使得该第二介质调谐盘与该第二介质谐振器共轴线，通过伸缩调整该第二伸缩连接件从而调整该第二介质调谐盘与该第二介质谐振器的距离，进而调整第二介质谐振器的谐振频率；该两个输出端子分别与该第二介质谐振器耦合连接；该两个输出端子用于输出等幅反相的信号；
该金属隔板上设置有开口以使得该第一介质谐振器以及该第二介质谐振器通过该开口耦合连接。
在本发明所述的巴伦滤波器中，所述第一绝缘垫以及第二绝缘垫为氧化铝垫。
在本发明所述的巴伦滤波器中，所述输入端子包括第一金属段以及第一连接段，该第一连接段包括第二金属段、第一绝缘套以及第一金属层，该第一金属段与该第二金属段连接，该第一绝缘套套在该第二金属段上，该第一金属层设置于该第一绝缘套上，该第一金属段呈弧状；
该第一容纳腔的侧壁上开设有第一通孔，该输入端子通过该第一通孔伸入该第一容纳腔内；该第一金属段位于该第一容纳腔内并与该第一介质谐振器共轴线，该第一连接段穿置在该第一通孔中，该第一金属层与该金属盒体电连接以接地。
在本发明所述的巴伦滤波器中，所述输出端子包括第三金属段以及第二连接段，该第二连接段包括第四金属段、第二绝缘套以及第二金属层，该第三金属段与该第四金属段连接，该第二绝缘套套在该第四金属段上，该第二金属层设置于该第二绝缘套上，该第三金属段呈弧状；
该第二容纳腔的侧壁上开设有两个第二通孔，该输出端子通过该第二通孔伸入该第二容纳腔内；该第三金属段位于该第二容纳腔内并与该第二介质谐振器共轴线，该第二连接段穿置在该第二通孔中，该第二金属层与该金属盒体电连接以接地。
在本发明所述的巴伦滤波器中，第一介质谐振器以及第二介质谐振器的相对介电常数均分别为38。
在本发明所述的巴伦滤波器中，所述第一伸缩连接件以及第二伸缩连接件均为螺杆，第一容纳腔以及第二容纳腔的顶壁上均对应设置有螺纹孔。
相较于现有技术的，本发明通过充分利用第一介质谐振器以及第二介质谐振器主模本身固有的电磁场分布，等幅反相的信号能被两个输出端口有效激励和提取，本发明的巴伦滤波器既能保证该优异的滤波特性又有巴伦不平衡到平衡信号的转换能力，具有较好的电气性能、较低的插入损耗、较好的高通带选择性以及较高的输出信号幅度平衡与相位反相特性。
附图说明
图1是本发明一优选实施例中的巴伦滤波器的结构示意图。
图2是本发明图1所示实施例中的巴伦滤波器的透视图。
图3是图1所示实施例中的巴伦滤波器的仿真与实测S参数的对比图。
图4是图1所示实施例中的巴伦滤波器的输出端口的平衡特性图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1及图2所示，在本发明的一优选实施例中，该巴伦滤波器，包括一金属盒体10、第一介质谐振器20a、第二介质谐振器20b、第一介质调谐盘30a、第二介质调谐盘30b、第一伸缩连接件40a、第二伸缩连接件40b、第一绝缘垫60a、第二绝缘垫60b、一输入端子50a以及两个输出端子50b；该金属盒体10内设置有一金属隔板13以在该金属盒体10内隔离形成第一容纳腔11以及第二容纳腔12。
其中，该第一介质谐振器20a以及第二介质谐振器20b分别为环形介质谐振器或其他形状的介质谐振器。该第一绝缘垫60a设置于该第一容纳腔11内的底壁上，该第一介质谐振器20a设置于该第一绝缘垫60a上，该第一介质调谐盘30a设置于该第一伸缩连接件40a的一端，该第一伸缩连接件40a的另一端设置于该第一容纳腔11的顶壁上并使得该第一介质调谐盘30a与该第一介质谐振器20a共轴线。通过伸缩调整该第一伸缩连接件40a从而调整该第一介质调谐盘30a与该第一介质谐振器20a的距离，进而调整第一介质谐振器20a的频率；该输入端子50a与该第一介质谐振器20a耦合连接；该输入端子50a为单端口。
该第二绝缘垫60b设置于该第二容纳腔12内的底壁上，该第二介质谐振器20b设置于该第二绝缘垫60b上，该第二介质调谐盘30b设置于该第二伸缩连接件40b的一端，该第二伸缩连接件40b的另一端设置于该第二容纳腔12的顶壁上并使得该第二介质调谐盘30b与该第二介质谐振器20b共轴线，通过伸缩调整该第二伸缩连接件40b从而调整该第二介质调谐盘30b与该第二介质谐振器20b的距离，进而调整第二介质谐振器20b的频率；该两个输出端子50b分别与该第二介质谐振器20b耦合连接；该两个输出端子50b用于输出等幅反相的信号。
其中，该金属隔板13上设置有开口131以使得该第一介质谐振器20a以及该第二介质谐振器20b通过该开口131耦合连接。
其中，第一绝缘垫60a以及第二绝缘垫60b为氧化铝垫。
具体地，该输入端子50a包括第一金属段51a以及第一连接段52a，该第一连接段52a包括第二金属段、第一绝缘套以及第一金属层，具体可以为SMA接头，该第一金属段51a与该第二金属段连接，该第一绝缘套套在该第二金属段上，该第一金属层设置于该第一绝缘套上，该第一金属段51a呈弧状。该第一容纳腔11的侧壁上开设有第一通孔，该输入端子50a通过该第一通孔伸入该第一容纳腔11内；该第一金属段51a位于该第一容纳腔11内并与该第一介质谐振器20a共轴线，该第一连接段52a穿置在该第一通孔中，该第一金属层与该金属盒体10电连接以接地。
该输出端子50b包括第三金属段51b以及第二连接段52b，该第二连接段52b包括第四金属段、第二绝缘套以及第二金属层，该第三金属段51b与该第四金属段连接，该第二绝缘套套在该第四金属段上，该第二金属层设置于该第二绝缘套上，该第三金属段51b呈弧状。该第二容纳腔12的侧壁上开设有两个第二通孔，该输出端子50b通过该第二通孔伸入该第二容纳腔12内；该第三金属段51b位于该第二容纳腔12内并与该第二介质谐振器20b共轴线，该第二连接段52b穿置在该第二通孔中，该第二金属层与该金属盒体10电连接以接地。
其中，第一介质谐振器20a以及第二介质谐振器20b的相对介电常数均分别为38,也可以为其他大小。第一介质调谐盘30a以及第二介质调谐盘30b采用与第一介质谐振器20a以及第二介质谐振器20b相同的介质制成。第一介质调谐盘30a以及第二介质调谐盘30b均呈圆饼状。
优选地，所述第一伸缩连接件40a以及第二伸缩连接件40b均为螺杆，第一容纳腔11以及第二容纳腔12的顶壁上均对应设置有螺纹孔。当然，其并不限于此。
图3为设计的本实施例提供的巴伦滤波器的仿真与实测S参数的对比。测试采用N5230A PNA-L矢量网络分析仪完成。图3的结果表明，该巴伦滤波器工作在1.75GHz，拥有约为1.3％的3dB相对带宽，并且通带内的最小插入损耗为(3+0.55)dB，这其中包括SMA同轴连接器的损耗。图4描述了该巴伦滤波器的两个输出端口之间良好的幅度平衡与相位差特性。在整个通带内，两个输出端口的幅度不平衡度小于0.25dB，相位差能控制在180±1.1°的范围内。
由上可知，本发明通过充分利用第一介质谐振器以及第二介质谐振器主模本身固有的电磁场分布，等幅反相的信号能被两个输出端口有效激励和提取，本发明的巴伦滤波器既能保证该优异的滤波特性又有巴伦不平衡到平衡信号的转换能力，具有较好的电气性能、较低的插入损耗、较好的高通带选择性以及较高的输出信号幅度平衡与相位反相特性。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种巴伦滤波器，其特征在于，包括一金属盒体、第一介质谐振器、第二介质谐振器、第一介质调谐盘、第二介质调谐盘、第一伸缩连接件、第二伸缩连接件、第一绝缘垫、第二绝缘垫、一输入端子以及两个输出端子；该金属盒体内设置有一金属隔板以在该金属盒体内隔离形成第一容纳腔以及第二容纳腔；
该第一绝缘垫设置于该第一容纳腔内的底壁上，该第一介质谐振器设置于该第一绝缘垫上，该第一介质调谐盘设置于该第一伸缩连接件的一端，该第一伸缩连接件的另一端设置于该第一容纳腔的顶壁上并使得该第一介质调谐盘与该第一介质谐振器共轴线，通过伸缩调整该第一伸缩连接件从而调整该第一介质调谐盘与该第一介质谐振器的距离，进而调整第一介质谐振器的谐振频率；该输入端子与该第一介质谐振器耦合连接；该输入端子用于单端口；
该第二绝缘垫设置于该第二容纳腔内的底壁上，该第二介质谐振器设置于该第二绝缘垫上，该第二介质调谐盘设置于该第二伸缩连接件的一端，该第二伸缩连接件的另一端设置于该第二容纳腔的顶壁上并使得该第二介质调谐盘与该第二介质谐振器共轴线，通过伸缩调整该第二伸缩连接件从而调整该第二介质调谐盘与该第二介质谐振器的距离，进而调整第二介质谐振器的谐振频率；该两个输出端子分别与该第二介质谐振器耦合连接；该两个输出端子用于输出等幅反相的信号；
该金属隔板上设置有开口以使得该第一介质谐振器以及该第二介质谐振器通过该开口耦合连接。
2.根据权利要求1所述的巴伦滤波器，其特征在于，所述第一绝缘垫以及第二绝缘垫为氧化铝垫。
3.根据权利要求1所述的巴伦滤波器，其特征在于，所述输入端子包括第一金属段以及第一连接段，该第一连接段包括第二金属段、第一绝缘套以及第一金属层，该第一金属段与该第二金属段连接，该第一绝缘套套在该第二金属段上，该第一金属层设置于该第一绝缘套上，该第一金属段呈弧状；
该第一容纳腔的侧壁上开设有第一通孔，该输入端子通过该第一通孔伸入该第一容纳腔内；该第一金属段位于该第一容纳腔内并与该第一介质谐振器共轴线，该第一连接段穿置在该第一通孔中，该第一金属层与该金属盒体电连接以接地。
4.根据权利要求1所述的巴伦滤波器，其特征在于，所述输出端子包括第三金属段以及第二连接段，该第二连接段包括第四金属段、第二绝缘套以及第二金属层，该第三金属段与该第四金属段连接，该第二绝缘套套在该第四金属段上，该第二金属层设置于该第二绝缘套上，该第三金属段呈弧状；
该第二容纳腔的侧壁上开设有两个第二通孔，该输出端子通过该第二通孔伸入该第二容纳腔内；该第三金属段位于该第二容纳腔内并与该第二介质谐振器共轴线，该第二连接段穿置在该第二通孔中，该第二金属层与该金属盒体电连接以接地。
5.根据权利要求1所述的巴伦滤波器，其特征在于，第一介质谐振器以及第二介质谐振器的相对介电常数均分别为38。
6.根据权利要求1所述的巴伦滤波器，其特征在于，所述第一伸缩连接件以及第二伸缩连接件均为螺杆，第一容纳腔以及第二容纳腔的顶壁上均对应设置有螺纹孔。
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