CN108039543A - 一种基于介质谐振器的单体双路滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，包括金属腔、介质谐振器、两条金属调谐杆及四条馈电金属杆，所述介质谐振器设置在金属腔的中央，所述四条馈电金属杆设置在金属腔的周围，并与介质谐振器形成耦合，所述两条金属调谐杆连接金属腔，并分别位于所述介质谐振器的正上方和正下方的中央位置；所述的单体双路滤波器集成了两路滤波器，具有两个输入端口和两个输出端口，两路滤波器之间具有很好的隔离；本发明提出的单体双路滤波器具有小型化、高集成度的特点，具有创造性和实用性。

Description

一种基于介质谐振器的单体双路滤波器
技术领域
本发明涉及应用于射频前端电路的滤波器，特别涉及一种基于介质谐振器的单体双路滤波器。
背景技术
滤波器是无线通信系统射频前端电路的重要组成器件，特别是在第五代(5G)大规模多输入多输出(MIMO)系统中，需要大量的滤波器。为了较少通信系统的体积和建设成本，许多学者开展了研究来设计小型化的滤波器。
设计小型化滤波器最常用的方法是使用平面印刷电路板(PCB)滤波器中的多模谐振器、折叠的四分之一波长谐振器或混合左右手谐振器；另外，低温共烧陶瓷(LTCC)技术也被广泛使用，使得器件具有高集成度，能有效减小体积。但是，PCB和LTCC存在Q值和功率容限低的缺点。为了克服这个缺点，许多学者采用高Q值和高功率容限的介质谐振器和腔体来设计电路。其中，最常用的是介质谐振器和腔体中的单模谐振器，它们可以很容易地用来实现各种滤波器的拓扑结构，但是由于是单模谐振器，所需要的谐振腔较多，存在体积大的问题；为了减小体积，多模的谐振器也被用来设计滤波器，比如有学者构建了双模，三模或四模的介质谐振器来设计了滤波器，双工器等，使用多模的谐振器，可以有效减少谐振金属腔的数量，从而减小体积、重量和成本。
目前对于腔体或介质滤波器体积的减小主要是对同一个滤波器进行设计，比如减小谐振器的体积等；很难将多个滤波器集成到一起，因为滤波器之间容易形成干扰；为此，单体多路介质或腔体滤波器一直没有被提出来。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于介质谐振器的单体双路滤波器。
本发明单体双路滤波器在单腔结构中只包含一个四模介质谐振器，两条输入馈电线和两条输出馈电线，功能相当于传统的两个滤波器；两个滤波器通过共用一个谐振器和金属腔，体积可以比两个传统的双模滤波器体积之和减少40％以上；通过设置好两条输入馈电线和两条输出馈电线的位置，并利用四模介质谐振器模式之间的正交特性，可以把其中的两个模式激励给一个滤波器，另外的两个模式激励给另一个滤波器，两个滤波器之间几乎没有影响，实现了两个滤波器之间很好的隔离；在通带的左右两边共有三个传输零点，实现了很好的滤波效果。
本发明采用如下技术方案：
一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，包括金属腔、介质谐振器、两条金属调谐杆及四条馈电金属杆，所述介质谐振器设置在金属腔的中央，所述四条馈电金属杆设置在金属腔的周围，并与介质谐振器相互平行形成耦合，所述两条金属调谐杆连接金属腔，并分别位于所述介质谐振器的正上方和正下方的中央位置。
所述四条馈电金属杆为第一馈电金属杆、第二馈电金属杆、第三馈电金属杆及第四馈电金属杆，每个馈电金属杆均设置端口，四个端口对应为第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；所述第一馈电金属杆和第二馈电金属杆相对设置，并与介质谐振器构成一路滤波器；
所述第三馈电金属杆及第四馈电金属杆相对设置，并与介质谐振器构成另一路滤波器，实现滤波器一及滤波器二在通带频率范围内的相互隔离；
第一和第二馈电金属杆的连线垂直于第三和第四馈电金属杆的连线。
单体双路滤波器为对称结构。
所述金属腔为圆柱体或长和宽相等的长方体。
金属腔为长和宽相等的长方体时，第一及第二馈电金属杆位于金属腔一条对角线的两端，第三及第四馈电金属杆位于金属腔另一条对角线的两端。
四条馈电金属杆的高度小于金属腔的高度，其中第一馈电金属杆和第三馈电金属杆由金属腔的顶部沿着金属腔壁向下延伸；第二馈电金属杆和第四馈电金属杆由金属腔的底部沿着金属腔内壁向上延伸。
所述介质谐振器的介电常数设置为高介电常数，设为30以上。
还包括用于将介质谐振器固定在金属腔中央位置的支撑物，所述支撑物的材料采用泡沫或者塑料。
所述介质谐振器设置为圆柱形，其直径与高度的比值用来控制谐振频率，使得的两组简并谐振模式HEH11模和HEE11模谐振于同一频率，且每组谐振模式中的两个模式都相互正交，实现四模谐振器。
本发明的有益效果：
(1)本发明将两个滤波器融合成具有两个输入两个输出的单体双路滤波器，体积大量减小了；
(2)本发明采用多模介质谐振器设计，利用模式之间的正交特性实现两路滤波器之间的隔离。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2(a)是本发明的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器的仿真和测试的S11,S21,S33和S43参数曲线。
图2(b)是本发明的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器的仿真和测试的S13,S14,S23和S24参数曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，包括金属腔1、介质谐振器2、两条金属调谐杆7及四条馈电金属杆3、4、5、6，所述介质谐振器2设置在金属腔1的中央，其介电常数设置成较高的数值，一般为30以上，用介电常数小于10的塑料或泡沫作为支撑，使其可以位于金属腔的中央位置。
所述四条馈电金属杆设置在金属腔的周围，并与介质谐振器相互平行靠近形成耦合，所述两条金属调谐杆连接金属腔，并分别位于所述介质谐振器的正上方和正下方的中央位置，所述四条馈电金属杆具体为第一、第二、第三及第四馈电金属杆，第一、第二、第三及第四馈电金属杆分别设置端口，相应端口为第一、第二、第三及第四端口P1、P2、P3及P4，其中第一端口到第二端口的传输具有滤波器响应，第三端口到第四端口的传输具有滤波器响应；第一、二端口与第三、四端口在滤波器通带频率范围内相互隔离。
所述第一端口及第三端口安装在第一及第三馈电金属杆的上端，所述第二及第四端口安装在第二及第四馈电金属杆的下端，所述第一及第三馈电金属杆的端口设置在金属腔的上表面，因此第一及第三馈电金属杆由金属腔的顶部，沿着金属腔壁向下延伸；所述第二及第四馈电金属杆由金属腔的底部沿着金属腔壁向上延伸，四条馈电金属杆的高度小于金属腔的高度。
第一馈电金属杆和第二馈电金属杆设置在金属腔的两个相对面上，并关于金属腔中心点对称，和介质谐振器共同组成了单体双路滤波器中的其中一路滤波器，称为滤波器一，所述第三馈电金属杆和第四馈电金属杆设置在金属腔的两个相对面，并关于金属腔中心点的对称，和介质谐振器共同组成了单体双路滤波器中的另一路滤波器，称为滤波器二，并且第一与第二馈电金属杆之间的连线垂直于第三与第四馈电金属杆之间的连线，使得第一金属杆和第二金属杆只激励两组正交的模式中的每组中的一个，而第三金属杆和第四金属杆只激励两组正交的模式中的每组中的另一个，实现滤波器一和滤波器二在通带频率范围内相互隔离。
金属腔为圆柱体或长和宽相等的长方体。
当金属腔为圆柱体时，四条馈电金属杆设置在金属腔周围，并且第一与第二馈电金属杆的连线垂直于第三及第四馈电金属杆的连线。
当金属腔为长和宽相等的长方体时，第一及第二馈电金属杆设置在长方体的一条对角线上，另外两条馈电金属杆设置在另外一条对角线上。
所述介质谐振器设置为圆柱形，其直径与高度的比值用来控制谐振频率，使得的两组简并谐振模式HEH11模和HEE11模谐振于同一频率，且每组谐振模式中的两个模式都相互正交，实现四模谐振器。
图2(a)及图2(b)所示，本发明一种基于介质谐振器的单体双路滤波器的实验结果图，从图2(a)可以看出测试的通带中心频率为3.525GHz,3dB带宽为1.3％，中心频率处的插入损耗为0.32dB，三个传输零点位于3.15，3.43和3.59GHz，增强了选择性和带外抑制效果。从图2(b)中可以看出在中心频率处，两路滤波器的隔离为25.3dB,整个通带内隔离大于23dB。
本发明单体双路滤波器为对称结构，利用了介质谐振器模式之间的正交特性，首次将两个滤波器融合成一个，用单腔结构完成了一个双输入双输出的二阶滤波器(单体双路滤波器)。
综上，本发明提供了一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，具有体积小，插损小，滤波效果好，两路之间隔离高的优异性能，适用于5G大规模MIMO天线系统。
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所述实施例的限制，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 (9)

1.一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，包括金属腔、介质谐振器、两条金属调谐杆及四条馈电金属杆，所述介质谐振器设置在金属腔的中央，所述四条馈电金属杆设置在金属腔的周围，并与介质谐振器形成耦合，所述两条金属调谐杆连接金属腔，并分别位于所述介质谐振器的正上方和正下方的中央位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，所述四条馈电金属杆为第一馈电金属杆、第二馈电金属杆、第三馈电金属杆及第四馈电金属杆，每个馈电金属杆均设置端口，四个端口对应为第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；所述第一馈电金属杆和第二馈电金属杆设置在金属腔的相对面，并与介质谐振器构成一路滤波器；
所述第三馈电金属杆及第四馈电金属杆设置在金属腔的相对面，并与介质谐振器构成另一路滤波器，实现滤波器一及滤波器二在通带频率范围内的相互隔离；
第一和第二馈电金属杆的连线垂直于第三和第四馈电金属杆的连线。
3.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，单体双路滤波器为对称结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，所述金属腔为圆柱体或长和宽相等的长方体。
5.根据权利要求4所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，金属腔为长和宽相等的长方体时，第一及第二馈电金属杆位于金属腔一条对角线的两端，第三及第四馈电金属杆位于金属腔另一条对角线的两端。
6.根据权利要求2所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，四条馈电金属杆的高度小于金属腔的高度，其中第一馈电金属杆和第三馈电金属杆由金属腔的顶部沿着金属腔壁向下延伸；第二馈电金属杆和第四馈电金属杆由金属腔的底部沿着金属腔壁向上延伸。
7.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，所述介质谐振器的介电常数设置为高介电常数，设为30以上。
8.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，还包括用于将介质谐振器固定在金属腔中央位置的支撑物，所述支撑物的材料采用泡沫或者塑料。
9.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器的单体双路滤波器，其特征在于，所述介质谐振器设置为圆柱形，其直径与高度的比值用来控制谐振频率，使得的两组简并谐振模式HEH11模和HEE11模谐振于同一频率，且每组谐振模式中的两个模式都相互正交，实现四模谐振器。
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