CN106602188B - 一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器 - Google Patents

一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，包括至少三层介质板、第一波导馈电端口和第二波导馈电端口，每层介质板上开有槽线，开有槽线的介质板从左到右依次堆叠形成一个密闭的环形腔体，左边第一层介质板上的槽线与第一波导馈电端口连接，右边第一层介质板上的槽线与第二波导馈电端口连接，所述介质板上的槽线进行镀铜或沉铜处理。本发明通过调节介质板的层数、所有介质板上槽线的尺寸，以及馈电耦合缝隙的位置，可以控制滤波器的多模及传输零点的位置，整个滤波器具有结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。

Description

一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器
技术领域
本发明涉及一种腔体滤波器，尤其是一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，属于无线通信领域。
背景技术
微波滤波器是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，它对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对滤波器的规格和可靠性提出了更高的要求。矩形腔体滤波器具有高的频率选择性、低插损、功率容量大、性能稳定等优点而具有很高的应用价值。许多学者对腔体滤波器产生多模的通带进行了研究，通过调节谐振器之间的耦合来改变分离多模，产生传输零点，进一步提高带通性能。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
1990年，F.Arnd首次提出了滤波器非谐振模的概念。在后续学者的探索研究中，利用非谐振模的概念，对金属腔体滤波器在传输特性上的多模及传输零点进行了实现。现阶段直列型金属谐振腔的多模及传输零点的主要实现方法，是在源端激励模式TE10，源端的腔体与滤波器谐振腔通过孔径进行耦合，改变孔径的位置及金属谐振腔的大小，来激励谐振模TM120、TM210模和非谐振模TM11，由于非谐振模对能量有传递作用，使得能量传递过程中存在多径，而实现了传输零点。同时，谐振模的存在使得传输通带里有多个传输模式。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，该滤波器具有结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，包括至少三层介质板、第一波导馈电端口和第二波导馈电端口，每层介质板上开有槽线，开有槽线的介质板从左到右依次堆叠形成一个密闭的环形腔体，左边第一层介质板上的槽线与第一波导馈电端口连接，右边第一层介质板上的槽线与第二波导馈电端口连接，所述介质板上的槽线进行镀铜或沉铜处理。
作为一种优选方案，所述介质板为2n+1层时，中间一层介质板的上部和下部分别开有槽线；其中，n为自然数；
当n＝1时，左边第一层介质板的左部开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右部开有上端与中间一层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间一层介质板下部槽线下端齐平的槽线，左边第一层介质板左部的槽线和右部的槽线之间相连通；右边第一层介质板的右部开有第二波导馈电端口连接的槽线，左部开有上端与中间一层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间一层介质板下部槽线下端齐平的槽线，右边第一层介质板右部的槽线和左部的槽线之间相连通；左边第一层介质板右部的槽线、右边第一层介质板左部的槽线均与中间一层介质板上部槽线、下部槽线相连通；
当n≥2时，除中间一层介质板、左边第一层介质板和右边第一层介质板外的其它介质板上均开有上端与中间一层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间一层介质板下部槽线下端齐平的槽线；左边第一层介质板上开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右边第一层介质板上开有与第二波导馈电端口连接的槽线；以中间一层介质板为界线，左边所有介质板上的槽线依次相连通，右边所有介质板上的槽线依次相连通，与中间一层介质板相邻的两层介质板上的槽线均与中间一层介质板上部槽线、下部槽线相连通。
作为一种优选方案，所述介质板为2n+2层时，中间两层介质板的上部和下部分别开有槽线，中间两层介质板的上部槽线之间相连通，中间两层介质板的下部槽线之间相连通；其中，n为自然数；
当n＝1时，左边第一层介质板的左部开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右部开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线，左边第一层介质板左部的槽线和右部的槽线之间相连通；右边第一层介质板的右部开有第二波导馈电端口连接的槽线，左部开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线，右边第一层介质板右部的槽线和左部的槽线之间相连通；左边第一层介质板右部的槽线、右边第一层介质板左部的槽线均与中间两层介质板上部槽线、下部槽线相连通；
当n≥2时，除中间两层介质板、左边第一层介质板和右边第一层介质板外的其它介质板上均开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线；左边第一层介质板上开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右边第一层介质板上开有与第二波导馈电端口连接的槽线；以中间两层介质板为界线，左边所有介质板上的槽线依次相连通，右边所有介质板上的槽线依次相连通，与中间两层介质板相邻的两层介质板上的槽线均与中间两层介质板上部槽线、下部槽线相连通。
作为一种优选方案，所述第一波导馈电端口和第二波导馈电端口为矩形波导馈电端口。
作为一种优选方案，每层介质板上还开有多个第一螺丝孔，通过螺钉与第一螺丝孔配合将所有介质板固定在一起形成密闭的环形腔体。
作为一种优选方案，每层介质板上还开有四个第二螺丝孔，所述第一波导馈电端口的四个边角处分别开有第三螺丝孔，所述第二波导馈电端口的四个边角处分别开有第四螺丝孔，四个第二螺丝孔的位置与四个第三螺丝孔、四个第四螺丝孔的位置相对应，通过螺钉依次与第三螺丝孔、第二螺丝孔和第四螺丝孔配合将第一波导馈电端口、第二波导馈电端口分别固定在环形腔体上。
作为一种优选方案，所述第一波导馈电端口和第二波导馈电端口相对称，左边第一层介质板上与第一波导馈电端口连接的槽线和右边第一层介质板上与第二波导馈电端口连接的槽线相对称。
作为一种优选方案，所述介质板上的槽线均为矩形槽线。
作为一种优选方案，所述介质板为PCB板。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的滤波器通过至少三层开槽的介质板从左到右依次堆叠形成一个密闭的环形腔体，并通过左、右边第一层介质板上的槽线与波导馈电端口连接，通过调节介质板的层数(即环形腔体的环数)、所有介质板上槽线的尺寸(即调节环形腔体的尺寸)，以及左边第一层介质板、右边第一层介质板上槽线的位置(即馈电耦合缝隙的位置)，可以控制滤波器的多模及传输零点的位置，整个滤波器具有结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。
2、本发明的滤波器在9.96～10.04GHz的频率范围内，|S11|的值都在-10dB以下，并有两个或以上(由介质板的数量决定)明显的谐振点，可见是带有传输零点的多模腔体滤波器，能够满足高选择性、高Q值、设计和加工简单等特点，在实现良好滤波性能的同时，其结构简单，便于加工实现。
附图说明
图1为本发明实施例1的环形腔体滤波器结构示意图。
图2为本发明实施例1的环形腔体滤波器结构正视图。
图3为本发明实施例1的环形腔体滤波器结构左视图。
图4为本发明实施例1的环形腔体滤波器结构俯视图。
图5为本发明实施例1的环形腔体滤波器中五层介质板的分解示意图。
图6为本发明实施例1的环形腔体滤波器频率响应的电磁仿真曲线图。
图7为本发明实施例1的环形腔体滤波器的加工示意图。
其中，1-第一波导馈电端口，2-第二波导馈电端口，3-第一介质板，4-第二介质板，5-第三介质板，6-第四介质板，7-第五介质板，8-第一槽线，9-第二槽线，10-第三槽线，11-第四槽线，12-第五槽线，13-第六槽线，14-第一螺丝孔，15-第二螺丝孔，16-第三螺丝孔，17-第四螺丝孔。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图5所示，本实施例的环形腔体滤波器包括五层介质板、第一波导馈电端口1和第二波导馈电端口2，所述五层介质板分别为第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7。
所述第一介质板3为左边第一层介质板，开有第一槽线8，所述第二介质板4上开有第二槽线9，所述第三介质板5为中间一层介质板，上部开有第三槽线10，下部开有第四槽线11，所述第四介质板6上开有第五槽线12，所述第五介质板7为右边第一层介质板，开有第六槽线13，所述第二槽线9、第五槽线12的上端与第三槽线10的上端齐平，所述第二槽线9、第五槽线12的下端与第四槽线11下端齐平，对第一槽线8、第二槽线9、第三槽线10、第四槽线11、第五槽线12和第六槽线13进行镀铜或沉铜处理，使得各槽线密闭，将第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7从左到右依次进行堆叠，由于第二槽线9、第五槽线12均与第三槽线10、第四槽线11相连通，因此五层介质板形成了一个密闭的环形腔体。
由于第一介质板3为左边第一层介质板，所以第一槽线8作为第一馈电耦合缝隙，该第一槽线8与第一波导馈电端口1连接，并与第二槽线9相连通；由于第五介质板7为右边第一层介质板，所以第六槽线13作为第二馈电耦合缝隙，该第六槽线13与第二波导馈电端口2连接，并与第五槽线12相连通；通过调节第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6、第五介质板7上槽线的尺寸(即调节环形腔体的尺寸)，以及调节第一介质板3、第五介质板7上槽线的位置(即馈电耦合缝隙的位置)，可以实现滤波器的多模、传输零点的产生并对模式耦合、传输零点位置进行控制。
本实施例中，所述第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7为PCB板，五层介质板上的槽线均为矩形槽线；所述第一波导馈电端口1和第二波导馈电端口2为矩形波导馈电端口，第一波导馈电端口1和第二波导馈电端口2相对称，第一槽线8和第六槽线13相对称。
本实施例的环形腔体滤波器工作原理是：能量从第一波导馈电端口1输入，通过第一槽线8(即第一馈电耦合缝隙)将能量传输到环形腔体内部(即第二槽线9、第五槽线12与第三槽线10、第四槽线11连通的部分)，环形腔体内部通过第六槽线13(第二馈电耦合缝隙)将能量传输给第二波导馈电端口2，由第二波导馈电端口2将能量输出。
本实施例的环形腔体滤波器频率响应的电磁仿真曲线如图6所示，图中实线表示|S11|，是输入端口(第一波导馈电端口)的回波损耗；虚线表示|S21|，是输入端口(第一波导馈电端口)到输出端口(第二波导馈电端口)的正向传输系数，可以看到在9.96～10.04GHz的频率范围内，|S11|的值都在-10dB以下，并有两个明显的谐振点(即第三介质板和两个馈电耦合缝隙，构成了双模谐振器)。
如图7所示，本实施例的环形腔体滤波器加工过程如下：
1)在第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7上分别开出八个第一螺丝孔14；
2)在第一介质板3上开出用于馈电耦合的第一槽线8，在第二介质板4上开出用于充当谐振腔的第二槽线9，在第三介质板5上开出用于连接前后谐振腔的第三槽线10和第四槽线11，在第四介质板6上开出用于充当谐振腔的第五槽线12，在第五介质板7上开出用于馈电耦合的第六槽线13；
3)在第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7上分别开出用于固定第一波导馈电端口1和第二波导馈电端口2的四个第二螺丝孔15，在第一波导馈电端口1的四个边角处分别开出第三螺丝孔16，在第二波导馈电端口2的四个边角处分别开出第四螺丝孔17，四个第二螺丝孔15的位置与四个第三螺丝孔16、四个第四螺丝孔17的位置相对应；
4)将第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7堆叠起来，通过螺钉与第一螺丝孔14配合将第一介质板3、第二介质板4、第三介质板5、第四介质板6和第五介质板7固定在一起形成密闭的环形腔体，同时通过螺钉依次与第三螺丝孔16、第二螺丝孔15和第四螺丝孔17配合将第一波导馈电端口1、第二波导馈电端口2分别固定在环形腔体上，整个环形腔体滤波器加工完毕，最后进行测试。
根据上述实施例，将五层介质板改为七层介质板、九层介质板、十一层介质板等(即大于五层的单数层)，也是同样的原理，通过调节介质板的层数(即环形腔体的环数)、所有介质板上槽线的尺寸(即调节环形腔体的尺寸)，以及左边第一层介质板、右边第一层介质板上槽线的位置(即馈电耦合缝隙的位置)，可以实现滤波器的多模、传输零点的产生并对模式耦合、传输零点位置进行控制。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别之处在于：介质板为三层，分别为第一介质板、第二介质板和第三介质板，第二介质板作为中间一层介质板，第二介质板的上部和下部分别开有槽线；第一介质板为左边第一层介质板，第三介质板为右边第一层介质板；第一介质板左部开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右部开有上端与第二介质板上部槽线上端齐平、下端与第二介质板下部槽线下端齐平的槽线，第一介质板左部的槽线和右部的槽线之间相连通；第三介质板的右部开有第二波导馈电端口连接的槽线，左部开有上端与第二介质板上部槽线上端齐平、下端与第二介质板下部槽线下端齐平的槽线，第三介质板右部的槽线和左部的槽线之间相连通；第一介质板右部的槽线、第三介质板左部的槽线均与第二介质板上部槽线、下部槽线相连通。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别之处在于：介质板为四层，分别为第一介质板、第二介质板和、第三介质板和第四介质板，第二介质板和第三介质板作为中间一层介质板，第二介质板、第三介质板的上部和下部分别开有槽线，第二介质板和第三介质板的上部槽线之间相连通，第二介质板和第三介质板的下部槽线之间相连通；第一介质板为左边第一层介质板，第四介质板为右边第一层介质板；第一介质板左部开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右部开有上端与第二介质板、第三介质板上部槽线上端齐平、下端与第二介质板、第三介质板下部槽线下端齐平的槽线，第一介质板左部的槽线和右部的槽线之间相连通；第四介质板的右部开有第二波导馈电端口连接的槽线，左部开有上端与第二介质板、第三介质板上部槽线上端齐平、下端与第二介质板、第三介质板下部槽线下端齐平的槽线，第四介质板右部的槽线和左部的槽线之间相连通；第一介质板右部的槽线均与第二介质板上部槽线、下部槽线相连通，第四介质板左部的槽线均与第三介质板上部槽线、下部槽线相连通。
实施例4：
本实施例与实施例1的区别之处在于：介质板为六层或大于六层的双数层，除中间两层介质板、左边第一层介质板和右边第一层介质板外的其它介质板上均开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线；左边第一层介质板上开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右边第一层介质板上开有与第二波导馈电端口连接的槽线；以中间两层介质板为界线，左边所有介质板上的槽线依次相连通，右边所有介质板上的槽线依次相连通，与中间两层介质板相邻的两层介质板上的槽线均与中间两层介质板上部槽线、下部槽线相连通。
综上所述，本发明的滤波器通过至少三层开槽的介质板从左到右依次堆叠形成一个密闭的环形腔体，并通过左、右边第一层介质板上的槽线与波导馈电端口连接，通过调节介质板的层数(即环形腔体的环数)、所有介质板上槽线的尺寸(即调节环形腔体的尺寸)，以及左边第一层介质板、右边第一层介质板上槽线的位置(即馈电耦合缝隙的位置)，可以控制滤波器的多模及传输零点的位置，整个滤波器具有结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。
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)

1.一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：包括至少三层介质板、第一波导馈电端口和第二波导馈电端口，每层介质板上开有槽线，开有槽线的介质板从左到右依次堆叠形成一个密闭的环形腔体，左边第一层介质板上的槽线与第一波导馈电端口连接，右边第一层介质板上的槽线与第二波导馈电端口连接，所述介质板上的槽线进行镀铜或沉铜处理；
所述第一波导馈电端口和第二波导馈电端口为矩形波导馈电端口，第一波导馈电端口和第二波导馈电端口相对称，左边第一层介质板上与第一波导馈电端口连接的槽线和右边第一层介质板上与第二波导馈电端口连接的槽线相对称。
2.根据权利要求1所述的一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：所述介质板为2n+1层时，中间一层介质板的上部和下部分别开有槽线；其中，n为自然数；
当n＝1时，左边第一层介质板的左部开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右部开有上端与中间一层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间一层介质板下部槽线下端齐平的槽线，左边第一层介质板左部的槽线和右部的槽线之间相连通；右边第一层介质板的右部开有第二波导馈电端口连接的槽线，左部开有上端与中间一层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间一层介质板下部槽线下端齐平的槽线，右边第一层介质板右部的槽线和左部的槽线之间相连通；左边第一层介质板右部的槽线、右边第一层介质板左部的槽线均与中间一层介质板上部槽线、下部槽线相连通；
当n≥2时，除中间一层介质板、左边第一层介质板和右边第一层介质板外的其它介质板上均开有上端与中间一层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间一层介质板下部槽线下端齐平的槽线；左边第一层介质板上开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右边第一层介质板上开有与第二波导馈电端口连接的槽线；以中间一层介质板为界线，左边所有介质板上的槽线依次相连通，右边所有介质板上的槽线依次相连通，与中间一层介质板相邻的两层介质板上的槽线均与中间一层介质板上部槽线、下部槽线相连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：所述介质板为2n+2层时，中间两层介质板的上部和下部分别开有槽线，中间两层介质板的上部槽线之间相连通，中间两层介质板的下部槽线之间相连通；其中，n为自然数；
当n＝1时，左边第一层介质板的左部开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右部开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线，左边第一层介质板左部的槽线和右部的槽线之间相连通；右边第一层介质板的右部开有第二波导馈电端口连接的槽线，左部开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线，右边第一层介质板右部的槽线和左部的槽线之间相连通；左边第一层介质板右部的槽线、右边第一层介质板左部的槽线均与中间两层介质板上部槽线、下部槽线相连通；
当n≥2时，除中间两层介质板、左边第一层介质板和右边第一层介质板外的其它介质板上均开有上端与中间两层介质板上部槽线上端齐平、下端与中间两层介质板下部槽线下端齐平的槽线；左边第一层介质板上开有与第一波导馈电端口连接的槽线，右边第一层介质板上开有与第二波导馈电端口连接的槽线；以中间两层介质板为界线，左边所有介质板上的槽线依次相连通，右边所有介质板上的槽线依次相连通，与中间两层介质板相邻的两层介质板上的槽线均与中间两层介质板上部槽线、下部槽线相连通。
4.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：每层介质板上还开有多个第一螺丝孔，通过螺钉与第一螺丝孔配合将所有介质板固定在一起形成密闭的环形腔体。
5.根据权利要求4所述的一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：每层介质板上还开有四个第二螺丝孔，所述第一波导馈电端口的四个边角处分别开有第三螺丝孔，所述第二波导馈电端口的四个边角处分别开有第四螺丝孔，四个第二螺丝孔的位置与四个第三螺丝孔、四个第四螺丝孔的位置相对应，通过螺钉依次与第三螺丝孔、第二螺丝孔和第四螺丝孔配合将第一波导馈电端口、第二波导馈电端口分别固定在环形腔体上。
6.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：所述介质板上的槽线均为矩形槽线。
7.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于多层开槽介质板堆叠的环形腔体滤波器，其特征在于：所述介质板为PCB板。
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