CN106876848A - 一种滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滤波器，包括滤波器腔体、至少一个隔板和谐振棒，上述隔板设置在滤波器腔体内，且与滤波器腔体的侧壁平行，将滤波器腔体分割成多个谐振腔，每个谐振腔内设置有一根谐振棒，谐振棒与隔板平行，其中，隔板的两端均开有耦合窗口；上述耦合窗口，用于实现滤波器的腔间耦合。本发明中的滤波器，不需要外加耦合调节装置，滤波器的结构简单。

Description

一种滤波器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种滤波器。

背景技术

电视频道合成器是一种使不同频道的多部发射机共用同一副宽频带天线，同时互不干扰的发送各自节目的设备，带通滤波器是电视频道合成器的关键器件。在广播电视领域的滤波器频率范围包括调频广播(Frequency Modulation，FM)，频率范围为87～108MHz、甚高频(Very High Frequency，VHF)，频率范围为179～219MHz、特高频(Ultra HighFrequency，UHF)，频率范围是470～806MHz，其中，FM的信号带宽非常窄，使用的滤波器带宽在300～600K左右,VHF和UHF均为电视频段，滤波器带宽是8MHz。

对于不同地方的频率划分不同，且每个台站使用的频率一般都不相同，生产厂家为了便于管理和降低成本，滤波器通常要求在87～108或者470～860MHz内中心频率可调，同时要求带宽恒定。

在电视广播中通常使用的滤波器为同轴腔滤波器，包括输入输出端口、滤波器谐振腔以及滤波器腔间耦合三部分，滤波器的耦合结构通常是在相邻的谐振腔之间的隔板上靠近谐振棒的短路端开一个较小的窗口，并在窗口上外加金属螺柱或者U型的金属环等耦合调节装置，通过调节耦合调节装置调节滤波器的耦合系数，使得滤波器在中心频率可调的范围内带宽恒定。但是，这样使得滤波器的结构复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种滤波器，以解决现有技术中，通过在窗口上添加耦合调节装置调节滤波器的耦合系数，导致滤波器的结构复杂的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种滤波器，包括滤波器腔体、至少一个隔板和谐振棒，所述隔板设置在所述滤波器腔体内，且与所述滤波器腔体的侧壁平行，将所述滤波器腔体分割成多个谐振腔，每个所述谐振腔内设置有一根所述谐振棒，所述谐振棒与所述隔板平行，其中，所述隔板的两端均开有耦合窗口；

所述耦合窗口，用于实现所述滤波器的腔间耦合。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，通过调节所述耦合窗口的大小及所述耦合窗口在所述隔板上的位置，使得所述滤波器的耦合系数等于所述滤波器的理论耦合系数。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，当所述滤波器的中心频率为高频时，通过所述隔板的两端的所述耦合窗口进行耦合的耦合系数的极性相反；

当所述滤波器的中心频率为低频时，通过所述隔板的两端的所述耦合窗口进行耦合的耦合系数的极性相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述谐振棒与所述谐振腔接触的一端为短路端，另一端为开路端；

靠近所述谐振棒短路端的所述耦合窗口大于靠近所述谐振棒开路端的所述耦合窗口。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述谐振腔中存在电场分布和磁场分布；

当所述耦合窗口位于磁场占优势或电场占优势的位置时，通过所述耦合窗口耦合的所述耦合系数随着所述耦合窗口的增加而增加。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式，其中，随着所述滤波器的中心频率的增加，所述滤波器的耦合系数变小。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第六种可能的实现方式，其中，所述隔板的每一端设置的所述耦合窗口为一个或多个。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第七种可能的实现方式，其中，所述耦合窗口的形状为圆形、梯形或者矩形。

结合第一方面，本发明实施例提供了上述第一方面的第八种可能的实现方式，其中，所述滤波器还包括输入端口和输出端口；

所述输入端口和所述输出端口分别设置在所述滤波器腔体上与所述隔板平行的两个侧壁上。

结合第一方面的第八种可能的实现方式，本发明实施例提供了上述第一方面的第九种可能的实现方式，其中，所述滤波器还包括第一内导体和第二内导体；

所述第一内导体的一端与所述谐振腔连接，所述第一内导体的另一端与所述输入端口连接；

所述第二内导体的一端与所述谐振腔连接，所述第二内导体的另一端与所述输出端口连接。

本发明实施例提供的滤波器，在滤波器的隔板的两端均开有耦合窗口，通过调节耦合窗口的大小或调节耦合窗口在隔板上的位置，调节滤波器的耦合系数，使得滤波器工作在不同的中心频率时，带宽恒定，不需要外加耦合调节装置，滤波器的结构简单。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的滤波器的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的滤波器的两个谐振腔构成的腔间耦合结构的示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的滤波器的隔板上的耦合窗口的示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的滤波器的隔板上的耦合窗口的第二种示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的滤波器的耦合系数的仿真结果图；

图6示出了本发明实施例所提供的中心频率为482MHz的滤波器的仿真结果图；

图7示出了本发明实施例所提供的中心频率为610MHz的滤波器的仿真结果图；

图8示出了本发明实施例所提供的中心频率为762MHz的滤波器的仿真结果图。

图1附图标记说明：

110，隔板；120，谐振棒；130，谐振腔；140，耦合窗口；150，输入端口；160，输出端口；170，第一内导体；180，第二内导体；

图2附图标记说明：

141，第一耦合窗口；142，第二耦合窗口。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

考虑到现有技术中，为了使得滤波器在中心频率可调范围内耦合系数恒定，一般都是在谐振腔之间的隔板上靠近谐振棒的短路端开一个较小的窗口，并在窗口上外加金属螺柱或者U型的金属环等耦合调节装置，通过调节耦合调节装置调节滤波器的耦合系数，使得滤波器在中心频率可调的范围内带宽恒定。但是，这样使得滤波器的结构复杂。基于此，本发明实施例提供了一种滤波器，下面通过实施例进行描述。

参考图1所示，本发明实施例提供了一种滤波器，包括滤波器腔体、至少一个隔板110和谐振棒120，隔板110设置在滤波器腔体内，且与滤波器腔体的侧壁平行，将滤波器腔体分割成多个谐振腔130，每个谐振腔130内设置有一根谐振棒120，谐振棒120与隔板110平行，其中，隔板110的两端均开有耦合窗口140；

上述耦合窗口140，用于实现滤波器的腔间耦合。

在本发明实施例中，隔板110的每一端设置的耦合窗口140为一个或多个。

上述耦合窗口140的形状为圆形、梯形或矩形。

上述图1只是画出了滤波器包括5个隔板110，5个隔板110将滤波器腔体划分为6个谐振腔130，以及在隔板110的每一端均开有一个耦合窗口140的情况，隔板110的数目以及隔板110上每一端的耦合窗口140的数目并不局限于此。

上述图1中只是画出了耦合窗口140为矩形的情况，耦合窗口140的形状并不局限于此。

每个谐振腔130内均设置有一根谐振棒120，谐振棒120的一端与谐振腔130接触，与谐振腔130接触的一端为谐振棒120的短路端，另一端为谐振棒120的开路端。

在本发明实施例中，隔板110和谐振棒120平行设置，即隔板110的一端靠近谐振棒120的开路端，隔板110的另一端靠近谐振棒120的短路端。

具体的，将隔板110上靠近谐振棒120的短路端的耦合窗口记为第一耦合窗口141，将隔板110上靠近谐振棒120的开路端的耦合窗口记为第二耦合窗口142，如图2所示。

上述图2指示画出了第一耦合窗口141和第二耦合窗口142均为一个的情况，第一耦合窗口141及第二耦合窗口142的数目并不局限于此，均可以为多个。

上述图2中画出的第一耦合窗口141及第二耦合窗口142均为矩形，第一耦合窗口141及第二耦合窗口142的形状并不局限于此，还可以是圆心、梯形等，且上述第一耦合窗口141和第二耦合窗口142的形状可以不一样，如图3所示，第一耦合窗口141为梯形，第二耦合窗口142为矩形。

如图4所示，第一耦合窗口141为梯形，第二耦合窗口142为梯形。

在本发明实施例中，通过调节滤波器的耦合窗口140的大小及耦合窗口140在隔板110上的位置，使得滤波器的耦合系数等于滤波器的理论耦合系数。

具体的，在设计本发明实施例提供的滤波器的窗口时，可以通过仿真调节第一耦合窗口141及第二耦合窗口142的大小，来调节滤波器的耦合系数；或者，还可以通过进行仿真调节第一耦合窗口141及第二耦合窗口142在隔板110上的位置，来调节滤波器的耦合系数。

具体的，当滤波器的中心频率为高频时，通过隔板110的两端的所述耦合窗口140进行耦合的耦合系数的极性相反；

当滤波器的中心频率为低频时，通过隔板110的两端的耦合窗口140进行耦合的耦合系数的极性相同。

一般，滤波器的中心频率并不是固定的，中心频率可以在一定的频段内可调，比如说，中心频率可以在470～860MHz的范围内可调，或者，在87～108MHz的范围内可调，其中，中心频率的调节范围可以根据实际应用进行设置，本发明实施例并不对滤波器的中心频率的调节范围进行限定。

当滤波器的中心频率为高频时，通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数很大，通过第二耦合窗口142进行耦合的耦合系数与通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数的极性相反，因此，滤波器的耦合系数为通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数与通过第二耦合窗口142进行耦合的耦合系数之和，通过第二耦合窗口142进行耦合的耦合系数会抵消一部分通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数，因此，第二耦合窗口142会降低滤波器在高频时的耦合系数。

当滤波器的中心频率为低频时，通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数较小，即在第一耦合窗口141的大小固定的情况下，中心频率为高频时通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数大于中心频率为低频时的耦合系数。但是，当中心频率为低频时，通过第二耦合窗口142进行耦合的耦合系数与通过第一耦合窗口141进行耦合的耦合系数的极性相同，因此，在低频时，通过第二耦合窗口142进行耦合的耦合系数会增加滤波器在低频时的耦合系数。

因此，在本发明实施例中，在进行仿真时，通过调节第一耦合窗口141及第二耦合窗口142的大小，可以使得滤波器在某一中心频率可调范围内，耦合系数等于滤波器的理论耦合系数。

具体的，第一耦合窗口141大于第二耦合窗口142。

在每个谐振腔130中，同时存在电场分布和磁场分布，当耦合窗口140位于磁场占优势或者电场占优势的位置时，通过所述耦合窗口进行耦合的耦合系数随着耦合窗口的增加而增加。

在本发明实施例中，每个谐振腔130中均存在电场分布和磁场分布，靠近谐振棒120的短路端，磁场强度大于电场强度，即磁场占优势，越靠近谐振棒120的开路端，磁场强度越弱，电场强度越强，即靠近谐振棒120的开路端，电场强度大于磁场强度，电场强度占优势，如果第一耦合窗口141位于磁场占优势的位置，第二耦合窗口142位于电场占优势的位置，则随着第一耦合窗口141的增加，通过第一耦合窗口141耦合的耦合系数也增加，随着第二耦合窗口142的增加，通过第二耦合窗口142的耦合系数也增加，具体的，在进行仿真的过程中，通过仿真软件可以确定出谐振棒120上每个位置处的电场强度和磁场强度。

在本发明实施例中，随着滤波器中心频率的增加，谐振腔130中的电场分布和磁场分布也会发生变化，因此，可以通过调节第一耦合窗口141和第二耦合窗口142的位置来调节滤波器的耦合系数。

具体的，在通过调节耦合窗口的位置调节滤波器的耦合系数时，需要保持耦合窗口的大小固定；在通过调节耦合窗口的大小来调节滤波器的耦合系数时，需要保持耦合窗口在隔板110上的位置固定。

具体的，如图1所示，本发明实施例提供的滤波器还包括输入端口150和输出端口160；

输入端口150和输出端口160分别设置在滤波器腔体上与隔板110平行的两个侧壁上。

具体的，如图1所示，本发明实施例提供的滤波器还包括第一内导体170和第二内导体180；

第一内导体170的一端与谐振腔130连接，第一内导体170的另一端与输入端口150连接；

第二内导体180的一端与谐振腔130连接，第二内导体180的另一端与输出端口160连接。

在本发明实施例中，第一内导体170的一端与输入端口150所在谐振腔130的底部连接，该连接可以是固定连接，通过调节第一内导体170的长度可以调节该滤波器工作的中心频率，第二内导体180的一端与输出端口160所在谐振腔130的底部连接，该连接可以是固定连接。

具体的，在本发明实施例中，在设计滤波器的耦合窗口140时，需要先确定需要设计的滤波器的指标，当滤波器的指标确定了，滤波器的归一化带宽及归一化耦合系数就确定了，不随着滤波器的中心频率的变化而变化，根据如下公式，确定出滤波器的耦合系数和滤波器的中心频率的关系：

其中，在上述公式中，K_ij为计算出的滤波器的理论耦合系数，M_ij为归一化耦合系数，BW为滤波器带宽，Fcenter为滤波器的中心频率。

其中，i＝1,2,3…，j＝i+1，M₁₂表示的是滤波器中第一个谐振腔和第二个谐振腔之间的归一化耦合系数，其中，谐振腔从输入端口150那一侧开始数起，从上式中可以确定出滤波器的耦合系数和滤波器的中心频率之间的关系，即随着滤波器中心频率的增加，滤波器需要的耦合系数会变小。

如图5所示，为本发明实施例提供的滤波器的耦合系数仿真结果，横坐标为滤波器工作的中心频率，单位为MHz，纵坐标为滤波器的耦合系数，从图5可以看出，滤波器仿真得到的耦合系数和滤波器的理论耦合系数基本一致。

如图6所示，为本发明实施例提供的滤波器的中心频率为482MHz时的仿真结果，横坐标为滤波器工作的中心频率，单位为MHz，S11和S12为滤波器的传输特性，在无损耗情况下，S11和S12的平方和等于1。

如图7所示，为本发明实施例提供的滤波器的中心频率为610MHz时的仿真结果，横坐标为滤波器工作的中心频率，单位为MHz，S21和S22为滤波器的传输特性，在无损耗情况下，S21和S22的平方和等于1。

如图8所示，为本发明实施例提供的滤波器的中心频率为762MHz时的仿真结果，横坐标为滤波器工作的中心频率，单位为MHz，S31和S32为滤波器的传输特性，在无损耗情况下，S31和S32的平方和等于1。

在设计滤波器时，首先在隔板110上靠近谐振棒的开路端的地方，开一个耦合窗口，使得该耦合窗口达到一定的耦合量，然后在隔板110上靠近谐振棒的短路端的地方开一个耦合窗口，之后通过调整耦合窗口的大小或者位置调节滤波器的耦合系数随着中心频率变化的斜率以及滤波器的耦合系数。

在本发明实施例中，通过调节耦合窗口的大小和位置调节滤波器的耦合系数，使得滤波器在不同的中心频率下的耦合系数均等于该频率需要的理论耦合系数，但是对于不同频段，可能确定出的耦合窗口的面积并不一样，因此，本发明实施例只是提供了一种设计滤波器的思路，用户可以根据该方法通过仿真软件设计出合适大小的耦合窗口，再根据仿真得到的耦合窗口的大小进行生产。

在某个具体实施例中，滤波器的归一化带宽为8MHz,回波损耗<-20dB,滤波器的腔体规格为60*60*200mm，滤波器的端口耦合系数为1.298，M₁₂＝M₅₆＝1.186，M₂₃＝M₄₅＝0.75，M₃₄＝0.7，仿真得到的耦合系数和计算出的滤波器的理论耦合系数非常相近。

本发明实施例提供的滤波器，在滤波器的隔板的两端均开有耦合窗口，通过调节耦合窗口的大小或调节耦合窗口在隔板上的位置，调节滤波器的耦合系数，使得滤波器工作在不同的中心频率时，带宽恒定，不需要外加耦合调节装置，滤波器的结构简单。

本发明实施例还提供了一种电视频道合成器，包括上述滤波器。

具体的，电视频道合成器可以是星型合成器在星型合成器中，包括至少两个上述滤波器，还包括星型结，滤波器通过星型结连接。

本发明实施例提供的电视频道合成器，包括滤波器，在滤波器的隔板的两端均开有耦合窗口，通过调节耦合窗口的大小或调节耦合窗口在隔板上的位置，调节滤波器的耦合系数，使得滤波器工作在不同的中心频率时，带宽恒定，不需要外加耦合调节装置，滤波器的结构简单。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种滤波器，包括滤波器腔体、至少一个隔板和谐振棒，所述隔板设置在所述滤波器腔体内，且与所述滤波器腔体的侧壁平行，将所述滤波器腔体分割成多个谐振腔，每个所述谐振腔内设置有一根所述谐振棒，所述谐振棒与所述隔板平行，其特征在于，所述隔板的两端均开有耦合窗口；

所述耦合窗口，用于实现所述滤波器的腔间耦合。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，通过调节所述耦合窗口的大小及所述耦合窗口在所述隔板上的位置，使得所述滤波器的耦合系数等于所述滤波器的理论耦合系数。

3.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，当所述滤波器的中心频率为高频时，通过所述隔板的两端的所述耦合窗口进行耦合的耦合系数的极性相反；

当所述滤波器的中心频率为低频时，通过所述隔板的两端的所述耦合窗口进行耦合的耦合系数的极性相同。

4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述谐振棒与所述谐振腔接触的一端为短路端，另一端为开路端；

靠近所述谐振棒短路端的所述耦合窗口大于靠近所述谐振棒开路端的所述耦合窗口。

5.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述谐振腔中存在电场分布和磁场分布；

当所述耦合窗口位于磁场占优势或电场占优势的位置时，通过所述耦合窗口耦合的所述耦合系数随着所述耦合窗口的增加而增加。

6.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，随着所述滤波器的中心频率的增加，所述滤波器的耦合系数变小。

7.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述隔板的每一端设置的所述耦合窗口为一个或多个。

8.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述耦合窗口的形状为圆形、梯形或者矩形。

9.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括输入端口和输出端口；

所述输入端口和所述输出端口分别设置在所述滤波器腔体上与所述隔板平行的两个侧壁上。

10.根据权利要求9所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括第一内导体和第二内导体；

所述第一内导体的一端与所述谐振腔连接，所述第一内导体的另一端与所述输入端口连接；

所述第二内导体的一端与所述谐振腔连接，所述第二内导体的另一端与所述输出端口连接。