CN109037868B - 一种单体多路介质滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单体多路介质滤波器，包括金属腔及馈电探针，所述金属腔内部设置至少一个介质谐振器，介质谐振器为正方体，在介质谐振器的正中心设置三个互相正交的通孔，每个通孔连接正方体正对的两个面，使得介质谐振器最低的三个谐振模式为相互正交的简并模式，所述馈电探针一端插入介质谐振器的通孔，另一端设置端口。本发明利用它的三个正交简并模式，可以将多路滤波器集成到一起，每一路滤波器的性能与传统介质滤波器相当，并且多路滤波器之间可以相互隔离。
Description
技术领域
本发明涉及射频介质滤波器，具体涉及一种单体多路介质滤波器。
背景技术
目前，第五代(5G)大规模多输入多输出(MIMO)系统对无线通信系统射频前端电路的小型化高集成度提出更高要求，因而对作为射频前端电路重要组成器件的滤波器提出更多需求。为了减少通信系统的体积和建设成本，提升通信系统的整体性能，许多学者开展小型化滤波器的相关研究。
在平面印刷电路板(PCB)上减小谐振器大小是设计小型化滤波器最常用的方法，例如多模谐振器、折叠的四分之一波长谐振器或混合左右手谐振器等；另外，低温共烧陶瓷(LTCC)技术可在水平和垂直两方向上折叠滤波器，使得器件具有高集成度，能有效减小体积，也被广泛使用。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。
此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以及使用多模谐振器等，但是国内外学者经过多年研究，已经取得了重要的进展，目前很难再进一步提升集成度和减小体积
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种单体多路介质滤波器，应用于射频前端电路。
本发明利用介质谐振器模式之间的正交特性，将多个滤波器融为一体，实现了单体多路滤波器，大幅提高滤波器的集成度，减小体积。
本发明采用如下技术方案：
一种单体多路介质滤波器，包括金属腔及馈电探针，所述金属腔内部设置至少一个介质谐振器，介质谐振器为正方体，在介质谐振器的正中心设置三个互相正交的通孔，每个通孔连接正方体正对的两个面，使得介质谐振器的三个谐振模式为相互正交的简并模式，所述馈电探针一端插入介质谐振器的通孔，另一端设置端口。
所述介质谐振器的外表面印刷金属层。
该介质滤波器为三维立体结构。
当介质谐振器数量为一个时，馈电探针为六根，其一端分别在介质谐振器的六个面插入通孔内，与介质谐振器形成耦合，六根馈电探针的另一端设置端口。
当介质谐振器数量为两个以上时，还包括耦合探针，所述耦合探针的两端分别插入两个相邻介质谐振器的通孔，且耦合探针仅能与每个介质谐振器的三个相互正交简并模式中的一个模式相互耦合，实现信号在两个介质谐振器之间的传输。
两个以上的介质谐振器尺寸相同。
所述通孔是圆形或多边形,所述多边形优选为正方形。
一个谐振器包括三路滤波器，正对着的两个端口形成一路滤波器，且每路滤波器之间相互隔离。
本发明的有益效果：
(1)本发明将多个介质滤波器融合成一个单体多路介质滤波器，体积和重量大幅减小，同时可以降低成本。
(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来实现多路滤波器之间的隔离，不需要添加额外电路，结构更加简单。
附图说明
图1是本发明一种单体多路介质滤波器的结构图；
图2是本发明实施例的结构图；
图3是本发明实施例的S参数实验结果图。
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，一种单体多路介质滤波器，包括金属腔1及馈电探针3，所述金属腔内部设置至少一个介质谐振器2，介质谐振器为正方体，在介质谐振器的正中心设置三个互相正交的通孔，每个通孔连接正方体正对的两个面，使得介质谐振器的三个谐振模式为相互正交的简并模式，所述馈电探针一端通过介质谐振器的一个面插入介质谐振器的通孔，另一端设置端口4，使得当信号从端口输入时，馈电探针仅能激励起所述介质谐振器三个相互正交的简并模式中的一个模式。
本实施例中，三个互相正交的通孔，连接正方体每个面的中心点。
当介质谐振器数量为一个时，馈电探针为六根，其一端分别通过介质谐振器的六个面插入通孔内，与介质谐振器形成耦合，激励起介质谐振器的三个正交简并模式，六根馈电探针的另一端设置端口，正对着的两个端口形成一路滤波器，整个结构包含三路滤波器，且每路滤波器之间相互隔离。
当介质谐振器数量为两个以上时，所有介质谐振器的尺寸完全相同，各边长度相等，使得多组谐振器模式谐振于同一频率，介质谐振器的通孔可以是圆形、正方形或其他任意多边形。还包括耦合探针5，所述耦合探针的两端分别插入两个相邻介质谐振器的通孔，且耦合探针仅能与每个介质谐振器的三个相互正交简并模式中的一个模式相互耦合，实现信号在两个介质谐振器之间的传输。
当介质谐振器只有一个时，不需要设置耦合探针。
本发明中介质谐振器的外表面刷金属层，对比放置在空气腔中的介质谐振器可以大幅减小谐振器体积；利用它的三个正交简并模式，可以将多路滤波器集成到一起，每一路滤波器的性能与传统介质滤波器相当，并且多路滤波器之间可以相互隔离；由于本发明提出的单体多路介质滤波器在性能上与多个滤波器相当，一个单体多路滤波器可以替代系统中的多个滤波器，从而大幅减少滤波器数量，提高集成度，减少体积、重量、成本。
所述单体多路介质滤波器为三维立体结构，在xyz方向上的介质谐振器数量可以任意设置，设置在所述单体多路介质滤波器上的每一对正对着的两个端口形成一路滤波器；由于所述介质谐振器三个模式的正交特性，信号在不同路的滤波器中无法传输，以此实现多路滤波器之间的相互隔离。
图1中的单体多路介质滤波器由一个金属腔构成，金属腔内设置一个介质谐振器，介质谐振器为正方体，其中心开有三个通孔，分别用于连接正方体的上、下面，左、右面及前、后面，包括三个馈电探针，从侧面出入通孔内。
图2中的单体多路介质滤波器为单体十二路介质滤波器，由八个介质谐振器构成，每个谐振器具有三个谐振模式，十二路滤波器之间几乎没有影响，实现了十二个滤波器之间很好的隔离。
图3为图2一种单体十二路介质滤波器的实验结果图，可以看出通带中心频率为2.408GHz,3dB带宽为0.67％，回波损耗大于20dB，实现了很好的滤波响应。另外，多路滤波器之间的隔离大于26dB。
综上，本发明提供了一种单体多路介质滤波器，具有体积小，插损小，滤波效果好，多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 (6)
1.一种单体多路介质滤波器，其特征在于，包括金属腔及馈电探针，所述金属腔内部设置至少一个介质谐振器，介质谐振器为正方体，在介质谐振器的正中心设置三个互相正交的通孔，每个通孔连接正方体正对的两个面，使得介质谐振器的三个谐振模式为相互正交的简并模式，所述馈电探针一端插入介质谐振器的通孔，另一端设置端口；
所述介质谐振器的外表面印刷金属层；
设置在所述单体多路介质滤波器上的每一对正对着的两个端口形成一路滤波器；由于所述介质谐振器三个模式的正交特性，信号在不同路的滤波器中无法传输，以此实现多路滤波器之间的相互隔离；
介质谐振器数量为两个以上，还包括耦合探针，所述耦合探针的两端分别插入两个相邻介质谐振器的通孔，且耦合探针仅能与每个介质谐振器的三个相互正交简并模式中的一个模式相互耦合，三个模式均通过耦合探针耦合，实现信号在两个介质谐振器之间的传输。
2.根据权利要求1所述的一种单体多路介质滤波器，其特征在于，介质滤波器为三维立体结构。
3.根据权利要求1所述的一种单体多路介质滤波器，其特征在于，两个以上的介质谐振器尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的一种单体多路介质滤波器，其特征在于，所述通孔是圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的一种单体多路介质滤波器，其特征在于，一个谐振器包括三路滤波器，正对着的两个端口形成一路滤波器，且每路滤波器之间相互隔离。
6.根据权利要求5所述的一种单体多路介质滤波器，其特征在于，所述通孔具体为正方形。
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