CN108011162A - 一种混合耦合结构的介质滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种混合耦合结构的介质滤波器，包括介质滤波器和设于介质滤波器两端的两个信号输入输出口，两个信号输入输出口为50欧姆同轴接口；介质滤波器包括盒体和设置在盒体上方的盖板，五个连续设置于盒体内的金属腔，每个金属腔内均设置有谐振器，金属腔之间通过耦合窗口连接，耦合窗内设置有调谐螺钉以及耦合杆。本发明可以控制不同模式的传输，实现在不降低损耗的情况下，主模传输最大，有效的抑制介质滤波器的高次模，获得较好的远带性能。同时，通过引入混合耦合，解决了色散导致介质滤波器频率高端响应变差的问题。

Description

一种混合耦合结构的介质滤波器
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种混合耦合结构的介质滤波器。
背景技术
目前，介质滤波器由于其损耗小、选择性高而逐渐应用于无线基站、卫星通信等系统中。介质滤波器采用了高Q值的陶瓷介质材料介质谐振器，与传统的金属同轴腔体滤波器相比，具有Q值高、插入损耗低、尺寸小、重量轻、高抑制、高互调、低温漂等优势。同时，陶瓷材料加工简便、机械性能良好，易于介质滤波器的生产加工。但对于现有介质滤波器来说，一方面，介质谐振器在谐振过程中不仅会产生所需信号传输的主模式，同时也会产生高次模，当主模式和高次模同时传输时，高次模的存在会导致主模式的远带性能很差，同时可能会对系统中其它频率的信号产生干扰。因此，抑制高次模传输既可改善主模式的远带性能，同时可以消除对其它可能存信号的影响。另一方面，主模式和高次模相速因频率的不同而不同，各个频率分量在沿传输线或波导传播时将不再保持他们原始的相位关系，这就产生了信号相位的畸变，形成色散。色散的存在会导致介质滤波器频率的高端响应变差，严重影响信号传输质量，改善色散影响可使主模带外的高低频响应基本对称，消除信号相位的畸变。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有介质滤波器高次模的产生以及其复杂的寄生耦合会导致较差的远带性能，色散的存在也使介质滤波器频率的高端响应变差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种混合耦合结构的介质滤波器。
本发明是这样实现的，一种混合耦合结构的介质滤波器，所述混合耦合结构的介质滤波器设置有：
盒体；
所述盒体设置有五个连续的金属腔；
所述金属腔之间通过“凹”形耦合窗口与“回”形耦合窗口连接；所述耦合窗内设置有耦合螺钉与“S”形耦合杆；
所述凹形耦合窗开窗位置位于金属腔腔体的中上方；所述“回”形耦合窗开窗位置位于金属腔腔体的两侧，中间矩形为金属隔板。
进一步，两个信号输入输出口分别设于第一个金属腔和最后一个金属腔且连通。
进一步，所述信号输入输出口为50欧姆同轴接口。
进一步，每个金属腔内均设置有介质谐振器；同轴抽头与介质谐振器通过深入腔体的探针馈电，探针位置位于谐振腔壁与介质谐振器之间。
进一步，所述介质谐振器通过粘接或支撑形式固定在盒体的底部。
进一步，每个耦合窗口左右均设有耦合螺钉，耦合螺钉与盒体螺纹连接并穿过盒体至耦合窗口内。
进一步，S形耦合杆由凹形耦合腔中的介质固定。
介质滤波器的模式可以归纳为TEE、THE、TME、TMH、HEE和HEH几类。本发明的主模式为THE模，频率为7.9GHz，相邻最近的高次模为TME模，频率为9.2GHz。THE的主模为基本的TE01δ模式，对应的场方程如下：
THE模式的电场线垂直于放置有金属隔板的“回”形耦合窗，因此可以耦合进入下一谐振腔，而TME模式的电场线呈辐射状，加入“回”形耦合窗后，电场方向为穿过耦合窗方向，传输受到抑制。在“凹”形耦合窗的中心加入耦合杆，同时产生电耦合和磁耦合，形成混合耦合，将由色散引起的频率高端的杂波推向远带，保证主模信号传输质量。
本发明具有介质滤波器低插损、低温漂等优点。相对于普通的介质滤波器，本发明通过在“回”形耦合窗内设置金属隔板，在不降低损耗的情况下，不影响主模式THE模传输但可有效的抑制介质滤波器的高次模TME模传输，使得高频的S21都小于-40dB；相对于普通介质滤波器，通过引入混合耦合结构，解决了普通介质滤波器的色散问题，改善了频率高端响应，使得主模带外的高低频响应基本对称。
与普通介质滤波器的性能对比：
混合耦合结构介质滤波器距中心频率0.1GHz处的高低频带外抑制均为-80dB，高低频响应基本对称。而现有技术在高于中心频率0.1GHz处出现-25dB的杂波，低频处抑制为-80dB，高低频响应不对称。
混合耦合结构介质滤波器在高频处的S21都小于-40dB，高次模被较好抑制。而普通介质滤波器在高频处有高次模信号，可能对其它信号造成干扰。
附图说明
图1是本发明实施例提供的混合耦合结构的介质滤波器结构示意图；
图2是本发明实施例提供的混合耦合结构的介质滤波器俯视结构示意图；
图3是本发明实施例提供的主模的S参数图；
图4是本发明实施例提供的总体S参数图；
图中：1、同轴抽头；2、介质谐振器；3、金属隔板；4、耦合螺钉；5、耦合杆；6、介质块；7、盖板；8、盒体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
介质滤波器采用了高Q值的陶瓷介质材料介质谐振器，与传统的金属同轴腔体滤波器相比，具有Q值高、插入损耗低、尺寸小、重量轻、高抑制、高互调、低温漂等优势。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的混合耦合结构的介质滤波器包括：同轴抽头1、介质谐振器2、金属隔板3、耦合螺钉4、耦合杆5、介质块6、盖板7、盒体8。
盒体8上的盖板7以及设置在盒体8两侧的两个同轴抽头1；同轴抽头1为标准的50欧姆抽头且探针深入腔体内部，放置于介质谐振器2与盒体8之间。盖板7上设有耦合螺钉4，耦合螺钉4穿过盖板7直至盒体8金属壁紧固连接。
在本发明的优选实施例中：盒体8内部连续设置有五个金属谐振腔，两信号输入输出口分别设于第一金属腔和最后一金属腔并与其连通。金属腔为方柱形，每个金属腔内部均设置有一个介质谐振器2。该介质谐振器2由两部分组成：上部的圆环形介质与下部的阶梯圆柱形介质，介质谐振器2通过粘接或支撑等形式固定于盒体8的底部。
在本发明的优选实施例中：金属谐振腔之间的耦合窗为“凹”形或“回”形。“回”形耦合窗中心设置有矩形金属隔板3，引入矩形金属隔板3可在不降低损耗的情况下有效抑制高次模传输，耦合窗两侧的耦合螺钉4穿过盒体8直至金属腔内，耦合度的大小通过改变耦合窗的大小或通过旋转耦合螺钉4进行微调，耦合螺钉4为金属材质，调频螺钉和耦合螺钉4均通过锁紧螺母固定于盒体上。“凹”形耦合窗开窗位置在两金属谐振腔的正中上方，耦合窗内填充有介质块6，“S”形耦合杆5穿过“凹”形耦合窗的开槽并被介质材料固定于耦合窗中心位置，耦合窗的一侧设置有耦合螺钉4，混合耦合的引入有效的改善了滤波器的频率高端响应。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
如图3所示，混合耦合结构介质滤波器的主模表现为较好的频率响应，带内回波损耗大于20dB，带外的高低频响应基本对称，解决了由于色散存在使得介质滤波器频率高端的响应变差的问题，呈现较好的电性能。图4为滤波器总体的S参数图，如图所示，高次模频段被较好的抑制，S21都小于-40dB。在不降低损耗的情况下，较好的抑制了高次模的传输，且主模带外的高低频响应基本对称，得到了理想的远带性能。
本发明的金属耦合腔为多个，其排布为“一”字型，信号通过同轴抽头1进入到金属腔内，与介质谐振器2在某一特定谐振频率产生谐振，该谐振频率信号再通过耦合窗进入下一谐振腔，并与下一谐振腔中的介质产生谐振，而在该谐振频率范围外的信号则反射回同轴抽头1，经过多次谐振之后，所需频率的信号通过信号输入输出口输入，进入系统，达到选频的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述混合耦合结构的介质滤波器设置有：
盒体；
所述盒体设置有五个连续的金属腔；
所述金属腔之间通过“凹”形耦合窗口与“回”形耦合窗口连接；所述耦合窗内设置有耦合螺钉与“S”形耦合杆；
所述“凹”形耦合窗开窗位置位于金属腔腔体的中上方；所述“回”形耦合窗开窗位置位于金属腔腔体的两侧，中间矩形为金属隔板。
2.如权利要求1所述的混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，两个信号输入输出口分别设于第一个金属腔和最后一个金属腔且连通。
3.如权利要求2所述的混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述信号输入输出口为50欧姆同轴接口。
4.如权利要求1所述的混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，每个金属腔内均设置有介质谐振器；同轴抽头与介质谐振器通过深入腔体的探针馈电，探针位置位于谐振腔壁与介质谐振器之间。
5.如权利要求4所述的混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，所述介质谐振器通过粘接或支撑形式固定在盒体的底部。
6.如权利要求1所述的混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，每个耦合窗口左右均设有耦合螺钉，耦合螺钉与盒体螺纹连接并穿过盒体至耦合窗口内。
7.如权利要求1所述的混合耦合结构的介质滤波器，其特征在于，“S”形耦合杆由“凹”形耦合腔中的介质固定。
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