CN106711557A - 一种四模介质带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四模介质带通滤波器,包括一个表面镀银的介质块、两个用于控制频率的调谐螺钉,两个用于控制耦合的介质块切角结构、一个用于控制耦合的调谐螺钉以及输入输出端口耦合结构。通过改变控制频率的调谐螺钉的尺寸可以控制滤波器的谐振频率,通过改变控制耦合的切角结构的尺寸可以控制滤波器的耦合强度,通过改变控制耦合的调谐螺钉的尺寸可以控制滤波器的耦合强度。本发明具有体积小,Q值高和易加工等优点。
Description
技术领域
本发明涉及介质滤波器的技术领域,具体涉及一种采用调谐螺钉控制谐振频率以及采用调谐螺钉和切角结构控制耦合的四模介质滤带通波器。
背景技术
随着无线通信系统的高速发展,现代社会已经进入了一个信息高速传播的时代,人们对无线通信的需求越来越大,追求更快的无线通信,无线通信也因此得到了广泛的应用,比如移动通信和雷达导航等。微波滤波器作为无线通信系统的重要组成部分,在无线通信系统有着不可替代的重要作用,即在无线通信的过程中对进行通信的频率起着选择作用,即抑制不需要的频率,同时使需要的频率通过,其性能的好坏往往对整个无线通信系统的性能有直接的影响。
近几十年来,信息产业和无线通信系统得到了快速的发展,对微波滤波器的要求也越来越高,不仅要求微波滤波器的插入损耗小、功率容量大和带外抑制高等,还希望滤波器的体积小和重量轻以便于进行集成和小型化,而采用高介电常数的介质材料和多模技术设计的多模介质滤波器正好满足无线通信系统发展的需求,得到了迅猛的发展。
1999年,Ian C.Hunter和J.David Rhodes等人在IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques上发表题为“Dual-mode filters with conductor-loaded dielectric resonators”的文章。作者利用四个加载金属腔的圆柱介质谐振器实现了八阶双模介质滤波器,该滤波器腔内耦合是通过对放置在圆柱介质谐振器上表面的金属圆盘进行开槽实现的,通过控制开槽的深度和宽度实现对腔内耦合强度的控制。
2013年,Hai Hu和Ke-Li Wu在IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques上发表题为“ATM11Dual-Mode Dielectric Resonator Filter With PlanarCoupling Configuration”的文章,该滤波器的腔内耦合是通过在与简并模两个模式都成45°的方向上开一个通孔并嵌入调谐螺钉实现的,通过控制耦合调谐螺钉到介质谐振器的中心以及耦合螺钉嵌入介质谐振器的深度可以控制腔内简并模的耦合强度。同时,在介质谐振上还开有另外两个通孔并嵌入调谐螺钉,是为了控制简并模两个模式的谐振频率。腔间耦合是通过在腔体磁场最强的位置附近的腔壁开窗并放置一个金属导体环实现的,通过控制金属导体环的高度可以实现对腔体耦合强度的控制。
2009年,M.Memarian和R.R.Mansour在IEEE Trans.Microwave.Theory Tech上发表题为“Quad-Mode and Dual-Mode Dielectric Resonator Filters”的文章。作者通过圆柱介质谐振器的HEE11简并模式和HEH11简并模式实现了四模介质带通滤波器。作者首先通过调节介质谐振器的尺寸比将HEE11简并模式和HEH11简并模式的谐振频率调在一起,然后通过调节螺钉来实现对腔内耦合强度和频率的控制,垂直的螺钉主要调节HEE11简并模式的频率和耦合,水平的螺钉主要调节HEH11简并模式的频率和耦合。
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,提供一种采用调谐螺钉控制频率的四模介质带通滤波器,同时采用调谐螺钉和切角结构实现了对四模介质带通滤波器谐振模式耦合的控制,性能良好,便于加工。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
一种四模介质带通滤波器,所述四模介质带通滤波器包括矩形的介质块1、第一输入输出端口2和第二输入输出端口3,所述第一输入输出端口2和所述第二输入输出端口3均开设在所述介质块1上,所述介质块1内设置有第一调谐螺钉4、第二调谐螺钉5、第三调谐螺钉6,并且所述第一输入输出端口2、所述第二输入输出端口3、所述第一调谐螺钉4、所述第二调谐螺钉5、所述第三调谐螺钉6分别位于所述介质块1的不同表面;
所述介质块1的上表面和相邻的两个侧表面分别开设有第一切角结构7和第二切角结构8。
进一步地,所述四模介质带通滤波器的四个模式的谐振频率的靠近程度可通过改变所述介质块1的高度实现。
进一步地,所述第一调谐螺钉4和所述第二调谐螺钉5用于控制所述四模介质带通滤波器的谐振频率。
进一步地,所述四模介质带通滤波器的谐振频率可通过改变所述第一调谐螺钉4和所述第二调谐螺钉5的尺寸实现的。
进一步地,所述第三调谐螺钉6用于控制所述四模介质带通滤波器的耦合强度。
进一步地,所述四模介质带通滤波器的腔内耦合强度可通过改变所述第三调谐螺钉6的尺寸实现的。
进一步地,所述第一切角结构7和所述第二切角结构8用于控制所述四模介质带通滤波器的耦合强度。
进一步地,所述四模介质带通滤波器的腔内耦合强度可以通过改变所述第一切角结构7和第二切角结构8的尺寸实现的。
进一步地,所述第一输入输出端口2和所述第二输入输出端口3采用金属探针结构实现的,所述第一输入输出端口2和所述第二输入输出端口3的端口耦合强度可通过控制金属探针结构内导体的长度实现。
进一步地,所述介质块1为长方体矩形,其表面镀银。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
1、通过调谐螺钉实现对四模介质带通滤波器谐振频率的控制,便于加工制造。
2、通过调谐螺钉和切角结构实现对耦合强度的控制,同样便于加工制造。
3、采用四个模式进行滤波器设计,具有体积小,Q值高等优点。
附图说明
图1是本发明公开的一种四模介质带通滤波器的结构示意图;
图2是本发明公开的一种四模介质带通滤波器的仿真示意图;
图3是实施例中介质块的结构图;
图4是本发明中谐振频率随介质块高度的变化曲线;
图5是实施例中控制频率的调谐螺钉的俯视图;
图6是本发明中谐振频率随调谐螺钉长度的变化曲线;
图7是实施例中控制耦合的调谐螺钉侧视图;
图8是本发明中耦合强度随调谐螺钉长度的变化曲线;
图9是实施例中控制耦合的切角结构侧视图;
图10是本发明中耦合强度随切角结构深度的变化曲线;
其中,1——介质块,2——第一输入输出端口,3——第二输入输出端口,4——第一调谐螺钉,5——第二调谐螺钉,6——第三调谐螺钉,7——第一切角结构,8——第二切角结构。
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做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。
实施例一
本实施例公开了一种采用调谐螺钉控制谐振频率以及采用调谐螺钉和切角结构控制耦合的四模介质带通滤波器,性能良好,容易加工制造。
四模介质带通滤波器的结构如图1所示。其中,2和3为四模介质带通滤波器的第一输入输出端口和第二输入输出端口,当第一输入输出端口2作为四模介质带通滤波器的输入端口时,第二输入输出端口3作为四模介质带通滤波器的输出端口,反之,当第二输入输出端口3作为四模介质带通滤波器的输入端口时,第一输入输出端口2作为双模介质滤波器的输出端口。1是表面镀银的长方体矩形介质块。4和5分别是用于控制谐振频率的第一调谐螺钉和第二调谐螺钉。6是用于控制耦合强度的第三调谐螺钉。7和8是用于控制耦合强度的第一切角结构和第二切角结构。
一种四模介质带通滤波器,包括表面镀银的长方体矩形介质块1、第一输入输出端口2、第二输入输出端口3。所述第一输入输出端口2和所述第二输入输出端口3均开设在所述介质块1上。
所述介质块1内设置有第一调谐螺钉4和第二调谐螺钉5。
所述第一调谐螺钉4和第二调谐螺钉5用于控制所述四模介质带通滤波器的谐振频率。
所述介质块1内设置有第三调谐螺钉6。
所述第三调谐螺钉6用于控制所述四模介质带通滤波器的腔内耦合强度。
所述介质块1上设置有第一切角结构7和第二切角结构8。
所述第一切角结构7和第二切角结构8用于控制所述四模介质带通滤波器的腔内耦合强度。
具体应用中,四模介质带通滤波器四个谐振模式的谐振频率的靠近程度通过改所述介质块1的高度实现的。
具体应用中,对四模介质带通滤波器谐振频率的控制是通过改变调第一调谐螺钉4和第二调谐螺钉5的尺寸实现的。
具体应用中,对四模介质带通滤波器的腔内耦合强度的控制是通过改变第三调谐螺钉6的尺寸实现的。
具体应用中,对四模介质带通滤波器的腔内耦合强度的控制是通过改变第一切角结构7和第二切角结构8的尺寸实现的。
具体应用中,所述第一输入输出端口2和所述第二输入输出端口3则是采用金属探针结构实现的,所述第一输入输出端口2和所述第二输入输出端口3的端口耦合强度的控制则是通过控制金属探针结构内导体的长度实现的。
具体应用中,所述介质块1的表面镀银。
本实施例中,所述表面镀银的介质块1为长方体矩形。
为了验证控制介质块的高度H可以实现四个模式谐振频率的靠近,保持四模介质带通滤波器的其它参数不变,对介质块1的高度H取不同值进行仿真,图3是介质块的结构图,图4是仿真结果。
由图4的仿真结果可以看到,保持其它参数不变,随着介质块1的高度H不断增大,滤波器的四个模式的谐振频率呈靠近的趋势。因此可以通过控制介质块的高度H实现四模介质带通滤波器四个谐振模式谐振频率的靠近。
四模介质带通滤波器的谐振频率是由调谐螺钉控制的,为了验证第一调谐螺钉和第二调谐螺钉对谐振频率的调谐作用,保持其它参数不变,对其中一个调谐螺钉的长度L1取不同值进行仿真,图5是控制频率的调谐螺钉的俯视图,图6是仿真结果。
由图6的仿真结果可以看到,保持其它参数不变,随着调谐螺钉长度L1的长度不断增大,第一个模式的谐振频率呈下降的趋势,其它三个模式的谐振频率基本保持不变,因此通过改变调谐螺钉的长度L1可以控制第一个模式的谐振频率,同理可得L2可以控制第二个模式的谐振频率。因此可以通过控制调谐螺钉的长度实现对四模介质带通滤波器谐振频率的控制。
为了验证第三调谐螺钉对耦合强度的影响,保持其它参数不变,对第三调谐螺钉的长度L3取不同值进行仿真,图7是控制耦合的调谐螺钉的侧视图,图8是仿真结果。
由图8的仿真结果可以看到,保持其它参数不变,随着调谐螺钉的长度L3不断增大,耦合强度k34呈现增大的趋势,因此通过控制调谐螺钉的长度L3可以实现对耦合强度的控制。
为了验证切角结构对腔内耦合强度的影响,保持其它参数不变,对切角结构的深度取不同值进行仿真,图9是控制耦合强度的切角结构的侧视图,图10是仿真结果。
由图10的仿真结果可以看到,保持其它参数不变,随着切角结构的深度C1不断增大,耦合强度k23呈现增大的趋势,因此通过控制切角结构的深度C1可以实现对耦合强度的控制。
实施例二
如图1所示,在本实施例的设计中,先根据场分布确定短调谐螺钉的位置、输入输出端口耦合结构的位置和切角结构的位置。四模介质带通滤波器的谐振频率不仅由介质块尺寸所决定,同时还会受到控制频率的调谐螺钉的影响,通过控制调谐螺钉的长度可以实现对四模介质带通滤波器谐振频率的控制。同时,通过控制调谐螺钉的长度和切角结构的尺寸可以实现对耦合强度的控制。在本次实施例中,所用介质块的底面边长为20.8mm,高度为10.2mm,第一调谐螺钉和第二调谐螺钉的长度为2.41mm,第三调谐螺钉的长度为2.42mm,该滤波器的结构如图1所示,其仿真结果如图2所示。
图2为该四模介质带通滤波器的频率响应的仿真曲线。从图2的仿真结果中可以看到,该双模介质滤波器的回波损耗大于14dB,插入损耗小于0.2dB,工作频率为3.4GHz~3.6GHz,带宽为200MHz。
综上所述,本发明提出了一种控制四模介质带通滤波器的频率和耦合的设计方案。在此方案下,可以设计出性能良好的四模介质带通滤波器。由于四模介质带通滤波器具有插入损耗小、功率容量大、带外抑制高、体积小和重量轻等优点,在通信系统中有着广泛的应用。本发明不仅具有良好的工作特性,还易于加工制造,有利于实际的工业生产。该滤波器的创新之处在于通过调谐螺钉实现了对四模介质带通滤波器谐振频率的控制,同时通过调谐螺钉和切角结构实现对耦合强度的控制。
本发明包括并不仅限于上述给出的实施方案,本领域技术人员在本发明的构思下,在不脱离本发明原理的前提下,可对滤波器的结构做出不同的变化和替换,例如改变介质块的形状和尺寸,耦合结构的尺寸和形状,频率控制结构的形状和尺寸以及外部腔体的形状和尺寸等,这些变形和替换也属于本专利保护范围。
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)
1.一种四模介质带通滤波器,所述四模介质带通滤波器包括矩形的介质块(1)、第一输入输出端口(2)和第二输入输出端口(3),所述第一输入输出端口(2)和所述第二输入输出端口(3)均开设在所述介质块(1)上,其特征在于,
所述介质块(1)内设置有第一调谐螺钉(4)、第二调谐螺钉(5)、第三调谐螺钉(6),并且所述第一输入输出端口(2)、所述第二输入输出端口(3)、所述第一调谐螺钉(4)、所述第二调谐螺钉(5)、所述第三调谐螺钉(6)分别位于所述介质块(1)的不同表面;
所述介质块(1)的上表面和相邻的两个侧表面分别开设有第一切角结构(7)和第二切角结构(8)。
2.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述四模介质带通滤波器的四个模式的谐振频率的靠近程度可通过改变所述介质块(1)的高度实现。
3.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述第一调谐螺钉(4)和所述第二调谐螺钉(5)用于控制所述四模介质带通滤波器的谐振频率。
4.根据权利要求3所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述四模介质带通滤波器的谐振频率可通过改变所述第一调谐螺钉(4)和所述第二调谐螺钉(5)的尺寸实现的。
5.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述第三调谐螺钉(6)用于控制所述四模介质带通滤波器的耦合强度。
6.根据权利要求5所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述四模介质带通滤波器的腔内耦合强度可通过改变所述第三调谐螺钉(6)的尺寸实现的。
7.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述第一切角结构(7)和所述第二切角结构(8)用于控制所述四模介质带通滤波器的耦合强度。
8.根据权利要求7所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述四模介质带通滤波器的腔内耦合强度可以通过改变所述第一切角结构(7)和第二切角结构(8)的尺寸实现的。
9.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述第一输入输出端口(2)和所述第二输入输出端口(3)采用金属探针结构实现的,所述第一输入输出端口(2)和所述第二输入输出端口(3)的端口耦合强度可通过控制金属探针结构内导体的长度实现。
10.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器,其特征在于,所述介质块(1)为长方体矩形,其表面镀银。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170524 |