CN108199124B - 椭圆函数型低通滤波器及射频器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种椭圆函数型低通滤波器。所述椭圆函数型低通滤波器包括腔体，所述腔体沿其纵长方向两端设有两个用于外部信号连接的端口，所述腔体内设有用于在两个所述端口之间传导信号的内导体，所述内导体沿其纵长方向间隔设有若干谐振单元，所述内导体的至少一端在靠近所述端口处并联有集总参数谐振子。本发明还提供了一种采用所述椭圆函数型低通滤波器的射频器件。所述椭圆函数型低通滤波器以及所述射频器件插入损耗小、驻波比小、近端带外抑制高、抑制频段宽，可以应用在对隔离度要求较高的系统中。所述椭圆函数型低通滤波器以及射频器件还可以在盖板外表面实现对内部的调谐，避免盖板反复开启。

Description

椭圆函数型低通滤波器及射频器件

技术领域

本发明主要涉及移动通信领域，特别是涉及一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，所述椭圆函数型低通滤波器可以提高带外抑制。

背景技术

目前在现代移动通信技术中，低通滤波器是必不可少的重要组成部分。常见的低通滤波器分为切比雪夫型和椭圆函数型两种，前者有明显缺点在于带外下降缓慢，带外抑制低，滤波性能依赖于加工和装配精度。这类切比雪夫型滤波器一般用于抑制远端带外，无法满足系统之间的超高抑制要求。后者具有体积小，通带带宽宽，带内插损低，带外超高抑制，易于批量加工生产。因此椭圆函数型滤波器有良好的产品质量和较强的市场竞争力，长期以来一直是移动通信系统基站首选器件。

随着新的制式和系统的引入，市场对低通滤波器的要求越来越高。首先是系统之间隔离度要求更高，其次是低通滤波器本身对高频杂波信号的抑制要求更高。这也成为椭圆函数型低通滤波器设计的难点。

现有技术的低通滤波器主要存在带外下降缓慢、带外抑制低、插入损耗大、驻波比较大等滤波效果上的问题。部分现有技术还存在调谐困难或不便于操作、系统隔离度等问题。

发明内容

本发明提供一种椭圆函数型低通滤波器。所述椭圆函数型低通滤波器包括腔体，所述腔体沿其纵长方向两端设有两个用于外部信号连接的端口，所述腔体内设有用于在两个所述端口之间传导信号的内导体，所述内导体沿其纵长方向间隔设有若干谐振单元，所述内导体的至少一端在靠近所述端口处并联有集总参数谐振子。

优选地，所述集总参数谐振子包括串联或并联的穿心电容和电感线圈。

优选地，所述内导体的两端均设置所述集总参数谐振子。

优选地，所述腔体包括若干个子腔体，相邻的所述子腔体之间通过腔间窗口连通，各所述谐振单元分别设于相应的所述子腔体内。

更优选地，所述腔间窗口通过所述腔体两侧的侧壁向所述内导体延伸而形成。

进一步优选地，各所述子腔体中至少部分所述子腔体的大小不相同。

优选地，还包括能与所述腔体盖合的盖板，所述谐振单元包括设置在所述内导体上的谐振杆、以及设置在所述盖板上并与所述谐振杆对应的调谐杆。

更优选地，所述内导体与所述谐振杆之间通过螺纹连接固定，或者，所述内导体与所述谐振杆之间通过焊接固定。

一种射频器件采用上述任意一种椭圆函数型低通滤波器。

优选地，所述射频器件为双工器、合路器、分路器中的至少一种。

本发明提供了一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件能够较好解决部分技术问题，并具有下述优点：

(1)本发明所涉及的一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，所述椭圆函数型低通滤波器及射频器件，还能够匹配端口阻抗，调整滤波器端口带宽，进而调整滤波器回波损耗指标。所述椭圆函数型低通滤波器及射频器件带外频率下降快、带外抑制程度高的效果，低通滤波效果好；通过加设于腔体至少一端的至少一组包括有串联或并联的穿心电容和电感线圈的集总参数谐振子，能够阻断直流信号进入内导体，并能在电路中对直流信号提取和选通；

(2)本发明所涉及的一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，通过优化盖板以及调谐杆的设置以及装配，实现在滤波器外表面调节穿心电容等阻抗的功能，减少开盖检修等操作，降低谐振调试难度；

(3)本发明所涉及的一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，通过套设在调谐杆上的介质套，避免调谐杆与谐振杆直接连通而引起的短路；

(4)本发明所涉及的一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，构成的机械结构简单，零部件加工难度小，装配一致性好；

(5)本发明所涉及的一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，谐振杆与内导体之间还通过螺纹配合以及焊接加固，避免在运输、使用的过程中调谐杆脱离或者因位置改变而影响电学性能；

(6)本发明所涉及的一种椭圆函数型低通滤波器及射频器件，腔体设置成若干个子腔体可以充当实现多种阻抗效果高低阻抗线，提升所述椭圆函数型低通滤波器性能。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明所述椭圆函数型低通滤波器的俯视图，其中省略了盖板以及盖板上的零件；

图2为本发明所述椭圆函数型低通滤波器的简化等效电路图；

图3为本发明所述椭圆函数型低通滤波器的电路仿真带外抑制曲线图以及回波仿真图；

图4为现有技术中没有集总参数谐振子的椭圆函数型低通滤波器的实测带外抑制曲线图；

图5为本发明所述椭圆函数型低通滤波器的实测带外抑制图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了便于展示所述一种椭圆函数型低通滤波器的实际应用，下述实施例将引入椭圆函数型低通滤波器具体的组成部分，使所述椭圆函数型低通滤波器的应用和连接关系展示更充分和便于理解，值得注意的是，本发明的保护范围不受所限。

请参考图1，图1展示了本发明的一种实施例——椭圆函数型低通滤波器1(下文中简称为滤波器1)。所述滤波器1包括腔体11，所述腔体11沿其纵长方向两端设有两个用于外部信号连接的端口111，所述腔体11内设有用于在两个所述端口111之间传导信号的内导体12，所述内导体12沿其纵长方向间隔设有若干谐振单元，所述内导体12的至少一端在靠近所述端口111处并联有集总参数谐振子13。所述内导体12设于腔体11内，内导体12延伸至所述腔体11的两侧端口111。仅在本实施例中，所述端口111还设有螺纹连接口111-1以便于与其他元件的连接。在其它可能的实施方式中，集总参数谐振子13与电路之间的连接关系(串联、并联以及其他串并联形式)是由电路性能需要所决定的。

所述集总参数谐振子13是指谐振子等电路电气器件的尺寸和工作信号的波长来做标准划分的，电路中任意两个端点间的电压和流入集总参数谐振子13等电路电气器件端钮的电流完全确定，与集总参数谐振子13等电路电气器件的几何尺寸和空间位置无关。

请参考图1，在本发明中所述集总参数谐振子13包括相互串联的穿心电容131以及电感线圈132。在谐振电路中，谐振功能主要依靠电感线圈132以及穿心电容131连接而成的组件之间的相互作用，通过组合的电感线圈132以及穿心电容131，将特定频率波长的电磁波滤去或抑制，以减少杂波对收发信号的影响。在本实施例中，电感线圈132以及穿心电容131串联连接，此时谐振电路对谐振频率的阻抗最低，交流信号频率与谐振频率越接近就越容易通过谐振电路，在外部表现为能滤去或抑制偏离所在谐振电路对应谐振频率的其他信号，对谐振电路对应谐振频率的信号实现导通。因此，本实施例的滤波器1中并联的集总参数谐振子13可以实现滤去或抑制与滤波器内设电路频率偏离的交流信号，具体表现为能有效抑制带外频率的信号，抑制频段更宽，对高频杂波抑制效果更好。

作为本发明的一个优选实施例，所述滤波器1的内导体12的两端靠近端口111处分别并联有一组集总参数谐振子13。

等效于所述集总参数谐振子13的元件，在本实施例中为穿心电容131以及电感线圈132，可以替换为其他能够实现相同或者近似效果的元件，同时元件之间的连接关系可以包括串联、并联以及混合串并联的组合连接方式。此外，所述穿心电容131以及电感线圈132在具体应用中可以根据调整参数的需要采用不同规格、不同性能的元件，因采用不同规格或不同性能的元件所带来的元件数量上的变化，应属于本发明的保护范围。

为更好地解释本实施例，尤其是解释集总参数谐振子13的工作原理，将所述滤波器1简化并等效为图2所示的简化等效电路2，其中集总参数谐振子13简化等效为集总参数谐振子电路23。请参考图2，所述简化等效电路2包括对应内导体12并等效于串联连接的分电阻22，所述简化等效电路2的两端为电路端口21，所述简化等效电路2的两侧并联有集总参数谐振子电路23，所述集总参数谐振子电路23靠近所述电路端口21设置。所述集总参数谐振子电路23包括仅在本实施例中串联连接的一个等效电容231以及一个等效电感232。所述两组集总参数谐振子电路23之间还并联有由上述谐振单元等效而成的若干谐振子电路25，具体在本实施例中，该滤波器1还包括能与所述腔体11盖合的盖板(未示出)，所述谐振单元25包括设置在所述内导体12上的谐振杆151、以及设置在所述盖板上并与所述谐振杆151对应的调谐杆(未示出)。

一种可选的结构是，谐振杆151为一端带孔洞导体棒，谐振杆151的另一端作为自由端与内导体12电性连接，调谐杆为一端可穿入谐振杆151孔洞的导体棒，调谐杆的另一端作为自由端，且调谐杆置入谐振杆151孔洞内，且谐振杆151和调谐杆在孔洞内留有空隙，在调谐杆穿入孔洞部分还套设有绝缘介质，该绝缘介质用于将调谐杆与谐振杆151相隔绝。所述滤波器1中的调谐杆与谐振杆151以及之间的绝缘介质(包括介质套以及调谐杆与谐振杆151之间所夹的空气介质)等效为谐振子电路25中的谐振电容251。所述集总参数谐振子电路23采用的是串联谐振电路，且集总参数谐振子电路23并联在简化等效电路2上，此时集总参数谐振子电路23为带阻，因为串联谐振时阻抗最小，对在谐振频率范围内的信号导通，在谐振频率范围以外的其他频率的信号不导通。在简化等效电路2，也就是用于滤波的电路中，应用集总参数谐振子电路23能够使简化等效电路2的高频受到抑制。

具体地，請参考图1，所述内导体12沿着所述腔体11的纵长轴线14布设。所述内导体与所述腔体11位于同一纵长轴线14上。在本实施例中，所述滤波器1采用的腔体11是金属腔体，在其它可能的实施方式中，所述腔体可以采用某一平面几何图形沿纵长轴线14回转形成的回转体金属腔体。在其他可能的实施方式中，金属腔体可以是与其后覆盖的盖板相匹配的其他形状。

具体地，所述腔体11包括从一个所述端口依次布设到另一个端口的若干子腔体112，在本实施例中，所述腔体11包括5个沿所述纵长轴线14布设的子腔体。所述相邻的子腔体112之间通过腔间窗口113相互联通。

更具体地，所述腔间窗口113通过所述腔体11的纵长轴线14两侧的侧壁向内导体12方向延伸。所述腔间窗口113与内导体12之间存在一定间隙或对向的所述腔间窗口113之间连接，留有相对于内导体12的凹陷空间。所述腔间窗口113的宽度至少可以保证所述内导体12通过且该腔间窗口113与内导体12之间保持间隔设置。

更具体地，各所述子腔体112中至少部分所述子腔体112的大小不相同。具体在本实施例中，上述子腔体112的大小体现为子腔体112的尺寸、形状等。所述子腔体112的宽度以及长度影响所述腔间窗口113的几何尺寸以及布局。由此，不同大小的子腔体112将使所述腔体11形成高低阻抗线结构。在特殊的情况下，部分所述子腔体112的大小可以相同。所述子腔体112的形状、体积，形状或体积的几何尺寸(如长度以及宽度尺寸)将影响高低阻抗的实现。所述子腔体112的形状以及体积影响子腔体112所形成的电磁场进而影响滤波器1的滤波性能。仅在本实施例中，所述子腔体112中有部分体积以及形状相同，另有部分子腔体112的形状不同。在本实施例中，请参考图1，容纳所述集总参数谐振子13的两个子腔体112的大小相同，而其他的子腔体112之间形状以及体积互不相同，也与容纳所述集总参数谐振子13的子腔体112形状以及体积不同。在其他可能的实施方式中，可根据实际需要通过调节子腔体112的大小调节滤波器1参数。所述子腔体112以及其他滤波器1结构形成的高低阻抗线结构。

更具体地，所述谐振杆151可以设置在腔间窗口113和/或子腔体112对应的内导体12的位置上。设置于不同位置的谐振杆151对滤波器1的调谐有不同程度的影响，设置多个位置的谐振杆151可以提升调谐精度。所述调谐杆与所述谐振杆151对应，所述调谐杆与谐振杆151之间的相对位置关系以及相对控制关系、相对数量关系相对固定。在本实施例中，参考性地给出实例：所述调谐杆可以一一对应地调节与谐振杆151之间的距离；单个所述调谐杆也可以对应调节与至少两根谐振杆151的距离、以及与电磁波切割的角度。

更具体地，所述内导体12与所述谐振杆151之间通过螺纹连接固定，或者，所述内导体12与所述谐振杆151之间通过焊接固定。具体在本实施例中，所述内导体12上开有若干带有内螺纹的通孔121，所述通孔121便于安装攻有外螺纹的所述谐振杆151。更具体地，所述内导体12以及谐振杆151之间还填有熔焊焊料。由于所述滤波器1内部元件比较精密，内部元件的连接、位置均会影响到所述滤波器1的性能。因此，所述内导体12以及谐振杆151之间还可采用焊接加固的方法，固定内导体12以及谐振杆151的相对位置，以期所述滤波器1能稳定地实现预设性能。在本实施例中，所述内导体12与谐振杆151焊接完成后再统一进行电镀。

所述调谐杆固定在盖板的外表面，因此可以实现在盖板外表面对所述滤波器1实现调谐，避免滤波器1的反复开盖，保持滤波器1内部的洁净以及简化技术人员的操作。所述盖板与腔体11的连接在本实施例中采用螺钉连接，所述螺钉在盖板上均匀排布，使所述盖板压接在腔体11时均匀受力

更具体地，所述调谐杆采用调谐螺杆。调谐螺杆利用螺杆特有的运动形式，可以调整所述调谐螺杆与谐振杆151之间的距离。所述调谐螺杆与谐振杆151此时充当电容，仅在本实施例中，所述调谐螺杆与谐振杆151之间所夹的绝缘介质是空气。在其它可能的实施方式中，所述调谐螺杆与谐振杆151之间所可以填充其他绝缘介质。

一种可选的结构是，所述调谐杆上套设有介质套，所述介质套定位在调谐杆与谐振杆151之间的连接孔。所述介质套可以防止调谐杆与谐振杆151的接触，避免在调试、组装、运输等过程中，调谐杆与谐振杆151之间出现短路的情形。所述介质套还可以一定程度地充当调谐杆与谐振杆151之间所夹的绝缘介质，增大所述调谐杆与谐振杆151等效的电容的介电常数。

更进一步具体地，所述介质套套设在调谐杆上时，突出所述调谐杆并伸入所述腔体11的末端面。所述末端面即与谐振杆151相对的平面。换而言之，所述介质套随调谐杆深入腔体11之中。在本实施例中，所述介质套与调谐杆之间过盈配合，介质套套设在调谐杆上时，介质套的端面高于调谐杆的端面。这样的设计便于介质套的装配，也使介质套不易脱落。

本实施例还提供了一种射频器件，所述射频器件采用上述的滤波器1。更具体地，所述射频器件可以为双工器、合路器、分路器的任意一种。

在本实施例中，尽管所述集总参数谐振子13在采用的是电容132以及电感线圈131的组合，但不排除其他能够达到相同作用的其他元件。所述电感线圈131的圈数和电容132的容值参数可调整抑制极点位置以及实现滤波器1的阻抗匹配，不同类型的电感线圈131和电容132以及它们之间不同连接组合都在本专利的应用范围之内。

本实施例的滤波器1的性能将通过图3以及图4、图5展示。图3为滤波器1的电路仿真带外抑制曲线图以及回波仿真图(图3右上角标识中，schematic是指仿真图)，从代表椭圆函数型低通滤波器的曲线(DB(S(1.1))——三角标注曲线)可以看出所述滤波器1带外抑制性能较好，带外抑制在-80dB以下。从代表滤波器1的回波曲线(DB(S(2.1))——矩形标注曲线)可以看出，滤波器1产生的回波在-23dB范围内。所述回波曲线表示的是回波损耗，又称为反射损耗。回波损耗是电路本身由于阻抗不匹配所产生的反射，是一对线材自身的反射引起的损耗。阻抗不匹配主要发生在连接器处，也可能发生于电路中特性阻抗变化处。回波有可能引起信号混淆，在本实施例中，滤波器1所引起的回波在可以接受的范围内。

图4为现有技术中没有集总参数谐振子的椭圆函数型低通滤波器的实测带外抑制曲线图，图5为本实施例中椭圆函数型低通滤波器的实测带外抑制图。图4中可见现有技术中没有集总参数谐振子的椭圆函数型低通滤波器的实测带外抑制仅在-65dB左右，图5中可见本实施例的椭圆函数型低通滤波器的实测带外抑制可达-80dB。

基于以上实施例以及对应附图的展示，所述滤波器1的基本结构以及相应性能基本得以呈现。所述滤波器1通过并联接入所述集总参数谐振子13，也就是等效于穿心电容131以及电感线圈132的电感线圈组件，以此实现插入损耗小、驻波比小、近端带外抑制高、抑制频段宽等优点。实施例实测的曲线图中，低通曲线回波达到-23dB以下，所述滤波器1具有较宽的带外频率段范围，其相对带宽可达45％，实现较高的带外抑制，一般带外抑制可达-80dB。基于此，本发明的所述滤波器1可以应用在对隔离度要求较高的系统中。本发明的调谐杆上还套设有介质套，所述介质套可以防止调谐杆与谐振杆151之间发生短路。所述谐振杆151与内导体12之间螺纹连接并辅以焊接，保证谐振杆151与内导体12之间连接稳固。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种椭圆函数型低通滤波器，其特征在于：包括腔体，所述腔体沿其纵长方向两端设有两个用于外部信号连接的端口，所述腔体内设有用于在两个所述端口之间传导信号的内导体，所述内导体沿其纵长方向间隔设有若干谐振单元，所述谐振单元包括设置在所述内导体上的谐振杆，所述腔体包括若干个子腔体，相邻的所述子腔体之间通过腔间窗口连通，各所述谐振单元分别设于相应的所述子腔体和/或腔间窗口内，所述内导体的两端在靠近所述端口处分别并联有集总参数谐振子。

2.如权利要求1所述的椭圆函数型低通滤波器，其特征在于：所述集总参数谐振子包括串联或并联的穿心电容和电感线圈。

3.如权利要求1所述的椭圆函数型低通滤波器，其特征在于，所述腔间窗口通过所述腔体两侧的侧壁向所述内导体延伸而形成。

4.如权利要求1所述的椭圆函数型低通滤波器，其特征在于，各所述子腔体中至少部分所述子腔体的大小不相同。

5.如权利要求1至4中任意一项所述椭圆函数型低通滤波器，其特征在于：还包括能与所述腔体盖合的盖板，所述谐振单元还包括设置在所述盖板上并与所述谐振杆对应的调谐杆。

6.如权利要求5所述的椭圆函数型低通滤波器，其特征在于，所述内导体与所述谐振杆之间通过螺纹连接固定，或者，所述内导体与所述谐振杆之间通过焊接固定。

7.一种射频器件，其特征在于，其采用如权利要求1～6任意一项所述的椭圆函数型低通滤波器。

8.如权利要求7所述射频器件，其特征在于，所述射频器件为双工器、合路器、分路器中的至少一种。

Images