CN108336458B - 一种应用于滤波器中的多模混合介质结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于滤波器中的多模混合介质结构。它包括空腔和盖板，所述空腔内设置由介质谐振块、第一介质块、第二介质块构成的混合介质谐振杆，混合介质谐振杆的径向尺寸与空腔径向尺寸的比值范围为0.9‑0.99，空腔的深度尺寸与第一介质块2和第二介质块的高度比例范围为22‑50时，在空腔x轴及y轴方向形成简并双模。本发明通过设定混合介质谐振杆与腔体之间的特定参数，使混合介质谐振杆与腔体配合形成双模结构，结构简单，由该双模混合介质谐振结构形成的滤波器，不仅能降低滤波器整体插损，还能进一步减小滤波器体积，同时可以提供的Q值高于传统TM单模谐振。

Description

一种应用于滤波器中的多模混合介质结构

技术领域

本发明属于通信技术领域中所用的基站滤波器、天馈类滤波器、合路器及抗干扰滤波器等，可以为带通、带阻、高通、低通，具体涉及一种应用于滤波器中的多模混合介质结构。

背景技术

随着第四代移动通讯向第五代移动通讯块速发展，对通讯设备的高性能和小型化的要求日益增多，介质滤波器的使用渐渐开始频繁。传统的TE、TM模介质滤波器多采用单模介质谐振的方式，该方式虽然能够满足性能要求，但是成本较高,且对体积减小改善不大。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种应用于滤波器中的多模混合介质结构，不仅结构简单，在满足整体插入损耗的前提下，能够大幅度减小滤波器的体积。

本发明采用的技术方案是：一种应用于滤波器中的多模混合介质结构，所述多模混合介质结构为双模混合介质谐振结构，所述双模混合介质谐振结构包括空腔和盖板，所述空腔内设置由介质谐振块、第一介质块、第二介质块构成的混合介质谐振杆，所述介质谐振块相对的两端分别与第一介质块一端面和第二介质块一端面连接，第一介质块另一端面与空腔内壁连接，第二介质块另一端面与盖板连接；

混合介质谐振杆的径向尺寸与空腔径向尺寸的比值范围为0.9-0.99,空腔的深度尺寸与第一介质块和第二介质块的高度比例范围为22-50时，在空腔x轴及y轴方向形成简并双模；

双模之间具有耦合装置，每个谐振杆有频率可调装置，双模形成的射频通路通过射频信号具有散热装置；

滤波器由多模混合介质结构和不同类型的单模谐振结构、双模谐振结构、三模谐振结构根据需求来进行不同的排列组合所构成。

进一步地，所述介质谐振块、第一介质块和第二介质块均为圆柱体、正方体或长方体，介质谐振块、第一介质块、第二介质块为两端面平行的实体或中间贯通的结构，介质谐振块、第一介质块、第二介质块设置有轴向的盲孔, 介质谐振块的材料为陶瓷或介质，第一介质块和第二介质块的材料包括空气、塑料、陶瓷、介质。

进一步地，介质谐振块两端与第一介质块和第二介质块之间采用压接、粘接或螺钉固定方式进行连接。

进一步地，所述空腔的形状为圆柱体、正方体或长方体，当空腔为圆柱体时，空腔径向尺寸为圆柱体内径，混合介质谐振杆安装于圆柱体的轴向方向；当空腔为正方体时，空腔径向尺寸为正方体边长长度，混合介质谐振杆安装于正方体空腔任何一个轴向；当空腔为长方体时，空腔沿与盖板所在平面平行方向的截面为正方形，空腔径向尺寸为端面正方形边长长度；空腔材料为金属，或空腔材料为金属且金属表面电镀铜或者电镀银，或者空腔材料为内壁镀金属层的非金属材料。

进一步地，所述第一介质块与空腔之间、第二介质块与盖板之间通过压接、粘接、焊接或螺钉固定方式连接，形成双模谐振空腔，混合介质谐振杆具有频率随温度变化来进行补偿，第一介质、第二介质与空腔之间用有一定弹性材料或者具有弹性结构的形状，使此结构在不同环境下抵消热胀冷缩带来的影响。

进一步地，所述混合介质谐振杆的尺寸和空腔尺寸确定了谐振频率，介质谐振块的介电常数大于第一介质块和第二介质块的介电常数。

进一步地，所述空腔的x轴及y轴二个方向形成耦合，通过在X、Y轴45度角位置可以安装耦合螺杆或沿Z轴方向切除部分空腔棱角实现双模耦合，切除部分空腔棱角用金属材料密封，耦合螺杆采用介质杆、金属杆、介质盘、金属盘中的任意一种或者多种，或耦合螺杆采用介质杆配合金属盘、金属杆配合介质盘、金属杆配合金属盘、介质杆配合介质圆盘中的任意一种, 金属杆及金属盘材料为金属，或者金属表面电镀铜及电镀银,或者金属杆及金属盘材料为外壁镀金属层的非金属材料。

进一步地，在空腔X、Y轴的二个面或者其中的一个面加调谐螺杆, 在混合介质谐振杆与空腔内壁之间进行电容或者距离的调节来改变频率，调谐螺杆采用介质杆、金属杆、介质盘、金属盘中的任意一种，或调谐螺杆采用介质杆配合金属盘、金属杆配合介质盘、金属杆配合金属盘、介质杆配合介质圆盘中的任意一种，金属杆及金属盘材料为金属，或者金属表面电镀铜及电镀银, 或者金属杆及金属盘材料为外壁镀金属层的非金属材料。

进一步地，射频信号在双模X及Y轴方向的耦合形成的射频通路，会带来损耗及产生热量，混合介质谐振杆通过第一介质块和第二介质与空腔的内壁充分连接，使其热量导入到空腔进行散热。

更进一步地，所述多模混合介质谐振结构与单模谐振腔、双模谐振腔或三模谐振腔进行组合构成不同体积的滤波器；

所述滤波器的功能特性包含带通、带阻、高通、低通以及他们相互之间形成的双工器及多工器；

多模混合介质结构与单模谐振结构、双模谐振结构、三模谐振结构之间因排列组合形成的任意两个谐振腔之间的耦合，必须是两个谐振腔中的谐振杆是平行的情况下，才能通过两个谐振腔之间窗口大小实现耦合。

本发明的有益效果是：本发明通过设定混合介质谐振杆与腔体之间的特定参数，使混合介质谐振杆与腔体配合形成双模结构，结构简单，由该双模混合介质谐振结构形成的滤波器，在同样性能的提前下，空腔双模滤波器体积比传统金属空腔滤波器减小44%,在原来的基础上大幅减小了滤波器的体积，同时可以提供的Q值高于传统TM单模谐振。本发明介质谐振块、第一介质块、第二介质块及腔体所组成的双模结构,在腔体x轴及y轴方向磁场相互正交及垂直，形成了二个互不干扰的谐振模，在二个磁场之间形成耦合，通过调节耦合的强弱来满足滤波器不同的带宽需求。本发明通过第一介质块及第二介质块与腔体内壁的充分连接导热，可以减少产品工作过程中的发热量，使滤波器能长时间稳定工作。本发明双模混合介质谐振结构可以和不同类型的单模谐振结构进行组合，形成所需要的滤波器。本发明可以通过调节在混合介质谐振杆与金属内壁之间设置的耦合结构来改变频率，适应不同的工作条件，为了加大调谐的耦合量也可以用金属盘及介质盘进行调节。为了减少频率在不同环境温度下的变化，可以根据不同温偏调整介质谐振块的材料配比来进行频偏的控制,另外为了保证其结构可靠性，第一介质块及第二介质块采用如塑料这样的弹性材料，使其在此结构在不同环境下抵消热胀冷胀带来的影响。

附图说明

图1为本发明双模混合介质谐振结构的方型空腔，空腔内包括介质谐振块3、第一介质块4及第二介质块均块为圆柱体。

图2为本发明双模混合介质谐振结构的方型空腔，空腔内包括介质谐振块3、第一介质块4及第二介质块均块为长方体。

图3为本发明双模混合介质谐振结构的圆型空腔，空腔内包括介质谐振块3、第一介质块4及第二介质块均块为圆柱体。

图4为本发明双模混合介质谐振结构的圆型空腔，空腔内包括介质谐振块3、第一介质块4及第二介质块均块为长方体。

图5为本发明专利实施例的双模混合介质滤波器结构示意图。

图 6为本发明实施案例一双模混合介质结构滤波器仿真曲线。

图中：1、空腔，2、盖板，3、介质谐振块 4、第一介质块，5、第二介质块，6、射频连接器，7、调谐螺杆，8、耦合螺杆，9、调谐杆，10、耦合杆，11、金属谐振杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1-4所示，本发明一种应用于滤波器中的多模混合介质结构，所述多模混合介质结构为双模混合介质谐振结构，所述双模混合介质谐振结构包括空腔1和盖板2，所述空腔1内设置由介质谐振块3、第一介质块4、第二介质块5构成的混合介质谐振杆，所述介质谐振块3相对的两端分别与第一介质块4一端面和第二介质块5一端面连接，第一介质块4另一端面与空腔1内壁连接，第二介质块5另一端面与盖板2连接；

混合介质谐振杆的径向尺寸与空腔径向尺寸的比值范围为0.9-0.99，空腔的深度（高度）尺寸与第一介质块和第二介质块的高度尺寸的比例范围为22-50时，在空腔x轴及y轴方向形成简并双模，在空腔x轴及y轴方向磁场相互正交及垂直，形成了二个互不干扰的谐振模，两个谐振模之间可以形成耦合，通过调节耦合的强弱来满足滤波器不同的带宽需求，耦合强弱可以通过金属或塑料螺杆在混合介质谐振杆与金属内壁之间进行调节，为了加大调谐的耦合量也可以用金属盘及介质盘进行调节。在X轴方向的调谐频率可以通过在金属腔所对应的侧壁加装调试螺杆来改变距离或者电容来实现；在Y轴方向的调谐频率可以通过在金属腔所对应的侧壁加装调试螺杆来改变距离或者电容来实现。在前述比例范围外的尺寸比值时为单模结构。

双模之间具有耦合装置，每个谐振杆有频率可调装置，双模形成的射频通路通过射频信号具有散热装置；

上述方案中，介质谐振块3、第一介质块4和第二介质块5均为圆柱体、正方体或长方体，介质谐振块3、第一介质块4、第二介质块5为两端面平行的实体或中间贯通的结构，介质谐振块3、第一介质块4、第二介质块5在贯通结构时设置有轴向的盲孔或通孔，介质谐振块3的材料为陶瓷或介质，第一介质块4和第二介质块5的材料包括但不限于空气、塑料、陶瓷、介质。

上述方案中，介质谐振块3两端与第一介质块4和第二介质块5之间采用压接、粘接或螺钉固定方式进行连接。

上述方案中，空腔1的形状为圆柱体、正方体或长方体，当空腔1为圆柱体时，空腔1径向尺寸为圆柱体内径，混合介质谐振杆安装于圆柱体的轴向方向；当空腔1为正方体时，空腔径向尺寸为正方体边长长度，混合介质谐振杆安装于正方体空腔任何一个轴向；当空腔1为长方体时，空腔沿与盖板所在平面平行方向的截面为正方形，空腔径向尺寸为端面正方形边长长度；空腔材料为金属，或空腔材料为金属且金属表面电镀铜或者电镀银，或者空腔材料为内壁镀金属层的非金属材料。

上述方案中，第一介质块4与空腔1之间、第二介质块5与盖板2之间通过压接、粘接、焊接或螺钉固定方式连接，形成双模谐振空腔，为了减少频率在不同环境温度下的变化，可以根据不同温偏调整介质谐振块的材料配比来进行频偏的控制,另外为了保证其结构可靠性，混合介质谐振杆具有频率随温度变化来进行补偿，第一介质、第二介质与空腔之间用有一定弹性材料或者具有弹性结构的形状，使此结构在不同环境下抵消热胀冷缩带来的影响。

上述方案中，混合介质谐振杆的尺寸和空腔尺寸确定了谐振频率，介质谐振块3的介电常数大于第一介质块4和第二介质块5的介电常数。

上述方案中，双模之间的耦合装置实现空腔的x轴及y轴二个方向谐振模之间耦合，具体通过在X、Y轴45度角位置可以安装耦合螺杆8或沿Z轴方向切除部分空腔棱角实现双模耦合，切除部分空腔棱角用金属材料密封，耦合螺杆采用介质杆、金属杆、介质盘、金属盘中的任意一种或者多种，或耦合螺杆采用介质杆配合金属盘、金属杆配合介质盘、金属杆配合金属盘、介质杆配合介质圆盘中的任意一种进行组合, 金属杆及金属盘材料为金属，或者金属杆及金属盘材料为金属且金属表面电镀铜及电镀银，或者金属杆及金属盘材料为外壁镀金属层的非金属材料。

上述方案中，每个谐振杆（即混合介质谐振杆）有频率可调装置，具体在空腔X、Y轴的二个面或者其中的一个面加调谐螺杆7，在混合介质谐振杆与空腔内壁之间进行电容或者距离的调节来改变频率，调谐螺杆采用介质杆、金属杆、介质盘、金属盘中的任意一种或多种组合，或调谐螺杆采用介质杆配合金属盘、金属杆配合介质盘、金属杆配合金属盘、介质杆配合介质圆盘中的一种进行组合，金属杆及金属盘材料为金属，或者金属表面电镀铜及电镀银, 或者杆及盘材料为外壁镀金属层的非金属材料。

上述方案中，射频信号在双模X及Y轴方向的耦合形成的射频通路，会带来损耗及产生热量，混合介质谐振杆通过第一介质块和第二介质与空腔的内壁充分连接，使其热量导入到空腔进行散热。

基于前面所述的双模混合介质谐振结构，可以与不同形式的单模谐振腔及双模谐振腔、三模谐振腔进行不同形式的排列组合，形成所需要的不同体积的滤波器。所述的功能特性包含带通、带阻、高通、低通以及他们相互之间形成的双工器、合路器及多工器；多模混合介质结构与单模谐振腔、双模谐振腔、三模谐振腔之间因排列组合形成的任意两个谐振腔之间的耦合，在两个谐振腔是平行的情况下，通过两个谐振腔之间窗口大小实现耦合。滤波器类型包括带通滤波器、带阻滤波器、高通及低通滤波器。如图5所示，即是上述两个双模单腔谐振结构与两个金属单腔结构组合形成的6腔滤波器，相邻腔之间通过耦合杆10进行耦合，金属单腔结构内设置金属谐振杆11，由射频连接器6作为输入、输出端。

实施案例：

根据双模技术设计的一款6腔滤波器，长宽高分别为54.5mm*60mm*28.5mm时，输入及输出单腔为传统金属空腔，中间二个腔为介质双模腔，双模腔的体积为28.5*28.5*28.5，且介质谐振块介电常数为43、第一介质块及第二介质块为塑料材质，介电常数为3，中间为通孔，双模单模Q值为8000，金属单腔Q值为2800，此滤波器在1805MHz-1880MHz频段时插入损耗为0.23dB，通带对1710MHZ-1785MHz的抑制为50dB，如图6所示为仿真曲线图。

同样6腔TM单模滤波器在1805MHz-1880MHz频段时，要实现插入损耗为0.23dB时，通带对1710MHZ-1785MHz的抑制为50dB时，单腔需要做到体积为30*30*30，由于不是双模，所以整机体积达到了89.3*62*30。

从以上实施案例可以看出，空腔双模滤波器与传统金属空腔滤波器在同样性能的提前下，空腔双模滤波器体积比传统金属空腔滤波器减小44%，在原来的基础上大幅减小了滤波器的体积。

应当理解的是，以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种应用于滤波器中的多模混合介质结构，其特征在于：所述多模混合介质结构为双模混合介质谐振结构，所述双模混合介质谐振结构包括空腔和盖板，所述空腔内设置由介质谐振块、第一介质块、第二介质块构成的混合介质谐振杆，所述介质谐振块相对的两端分别与第一介质块一端面和第二介质块一端面连接，第一介质块另一端面与空腔内壁连接，第二介质块另一端面与盖板连接；

所述介质谐振块、第一介质块、第二介质块在与盖板所在平面平行方向的截面均为圆形或正方形，所述空腔在与盖板所在平面平行方向的截面为圆形或正方形；

混合介质谐振杆的径向尺寸与空腔径向尺寸的比值范围为0.9-0.99，空腔的深度尺寸与第一介质块和第二介质块的高度比例范围为22-50时，在空腔x轴及y轴方向形成简并双模；

所述多模混合介质结构具有耦合装置、频率可调装置和散热装置；混合介质谐振杆通过第一介质块与空腔的内壁充分连接进行散热，所述第一介质块与空腔之间、第二介质块与盖板之间通过压接、粘接、焊接或螺钉固定方式连接；

滤波器由所述多模混合介质结构和不同类型的单模谐振结构、双模谐振结构、三模谐振结构根据需求来进行不同的排列组合所构成。

2.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：所述介质谐振块、第一介质块和第二介质块均为圆柱体或长方体，介质谐振块、第一介质块、第二介质块为两端面平行中间贯通的结构，介质谐振块、第一介质块、第二介质块设置有轴向的盲孔, 介质谐振块的材料为介质，第一介质块和第二介质块的材料为塑料、陶瓷中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：介质谐振块两端与第一介质块和第二介质块之间采用压接、粘接或螺钉固定方式进行连接。

4.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：所述空腔的形状为圆柱体、正方体或长方体，当空腔为圆柱体时，空腔径向尺寸为圆柱体内径，混合介质谐振杆安装于圆柱体的轴向方向；当空腔为正方体时，空腔径向尺寸为正方体边长长度，混合介质谐振杆安装于正方体空腔任何一个轴向；当空腔为长方体时，空腔沿与盖板所在平面平行方向的截面为正方形，空腔径向尺寸为端面正方形边长长度；空腔材料为金属，或者空腔材料为内壁镀金属层的非金属材料。

5.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：所述第一介质块与空腔之间、第二介质块与盖板之间通过压接、粘接、焊接或螺钉固定方式连接，形成双模谐振空腔，第一介质、第二介质与空腔之间用有一定弹性的材料进行连接，使此结构在不同环境下抵消热胀冷缩带来的影响。

6.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：所述混合介质谐振杆的尺寸和空腔尺寸确定了谐振频率，介质谐振块的介电常数大于第一介质块和第二介质块的介电常数。

7.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：所述空腔的x轴及y轴二个方向形成耦合，通过在空腔的X、Y轴45度角位置安装耦合螺杆或沿Z轴方向切除部分空腔棱角实现双模耦合，切除部分空腔棱角用金属材料密封，耦合螺杆采用介质杆、金属杆、介质盘、金属盘中的任意一种或者多种，或耦合螺杆采用介质杆配合金属盘、金属杆配合介质盘、金属杆配合金属盘、介质杆配合介质圆盘中的任意一种, 金属杆及金属盘材料为金属，或者金属杆及金属盘材料为外壁镀金属层的非金属材料。

8.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：在空腔X、Y轴的二个面或者其中的一个面加调谐螺杆, 在混合介质谐振杆与空腔内壁之间进行电容或者距离的调节来改变频率，调谐螺杆采用介质杆、金属杆、介质盘、金属盘中的任意一种，或调谐螺杆采用介质杆配合金属盘、金属杆配合介质盘、金属杆配合金属盘、介质杆配合介质圆盘中的任意一种，金属杆及金属盘材料为金属，或者金属杆及金属盘材料为外壁镀金属层的非金属材料。

9.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：射频信号在双模X及Y轴方向的耦合形成的射频通路，会带来损耗及产生热量，混合介质谐振杆通过第一介质块和第二介质与空腔的内壁充分连接，使其热量导入到空腔进行散热。

10.根据权利要求1所述的多模混合介质结构，其特征在于：所述多模混合介质结构与单模谐振结构、双模谐振结构或三模谐振结构进行组合构成不同体积的滤波器；

所述滤波器的功能特性包含带通、带阻、高通、低通以及他们相互之间形成的双工器及多工器；

多模混合介质结构与单模谐振结构、双模谐振结构、三模谐振结构之间因排列组合形成的任意两个谐振腔之间的耦合，必须是两个谐振腔中的谐振杆是平行的情况下，才能通过两个谐振腔之间窗口大小实现耦合。

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