CN109066022B - 一种介质块及介质波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质块，包括多个介质谐振部，还包括至少一个设于介质谐振部之间用于固定连接介质谐振部的中间部；所述中间部使得其所连接的介质谐振部间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的10％。本发明还公开一种介质波导滤波器，本发明将原本必须独立的多个介质块在不改变耦合关系的前提下被合为一体，使用本发明中的介质块可以大大简化介质波导滤波器的装配过程，减少耗时，还减少了因为装配时位置尺寸不准确所带来的次品率，从而提高了产品良品率。

Description

一种介质块及介质波导滤波器

技术领域

本发明涉及通信设备组件，具体涉及一种介质块及介质波导滤波器。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线通信设备日益追求小型化及低插损。相比传统的金属腔体波导滤波器，介质波导滤波器具有体积小、插损小、承受功率大、成本低等优势。可以应用于无线基站，射频终端，射频或微波收发组件等设备中。

现有的介质波导滤波器，特别是对于工作在TE模式下，设有相邻且相互不耦合的介质块的介质波导滤波器，均采用物理上分离的多个介质块进行装配的方式生产，也就是先做出各自独立的介质块后，在装配的时候再将它们拼装起来；这样的相互独立的结构导致介质块种类比较多，在生产管理和装配调试的时候需要多种工装夹具。同时，介质波导滤波器的生产对于介质块装配调试的精度要求非常高，介质块位置或对齐关系一旦出现偏差就会对整个介质波导滤波器的性能造成巨大的影响；因此在生产过程中经常为了准确的安放、对齐这些相互独立的介质块，需要反复的进行拆装和调试，造成装配过程繁琐、耗时；对生产管理、成本控制和产品良品率均造成很大的影响。

发明内容

本发明意在提供一种介质块，以降低设有相邻且相互不耦合的介质块的介质波导滤波器在生产时的装配难度，进而降低生产成本，提高产品的良品率。

本发明中的介质块，包括多个介质谐振部，还包括至少一个设于介质谐振部之间用于固定连接介质谐振部的中间部；

所述中间部使得其所连接的介质谐振部间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的10％。

耦合带宽(CouplingBandwidths,CBWs)，是耦合强度的另一种表示，可以直接而方便采用矢量分析仪(Vector Network Analyser)测得，是滤波器的实际生产和设计开发中经常会用到的参数。

本发明中的介质块可以事先生产，其位置和结构尺寸在生产中进行控制，由于是固定连接，介质谐振部的位置和结构尺寸得以固定，在装配到介质波导滤波器中去时，可以整体装配，不再需要反复的进行拆装和调试，采用特定的中间部连接的介质谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的10％，不足以对介质波导滤波器的整体性能造成影响，等效于介质谐振部之间不耦合。

本发明将介质谐振部通过中间部的连接将原本必须独立的多个介质块在不改变耦合关系的前提下合为一体，使用本发明中的介质块，可以大大降低设有相邻且相互不耦合的介质块的介质波导滤波器在生产时的装配难度，简化此类介质波导滤波器的装配过程，减少耗时，还减少了因为装配时位置尺寸不准确所带来的次品率，从而提高了产品良品率。

进一步，所述介质谐振部和中间部是一由介质材料一体成型的整体部件。

对某一种规格型号的介质波导滤波，需要生产的介质块的数量大大减少，相应的也就减少了所需要的夹具的种类，简化了生产管理，优化了成本。

进一步，所述中间部包括用于连接在所述介质谐振部之间的连接部，以及用于隔离所述介质谐振部的间隔部。

在TE模式的介质谐振部中，中间的电磁场很强，越往边沿电磁场越弱，在相邻的介质谐振部中间加入一个隔离介质谐振部的间隔部，把强电磁场的部分隔离开，只保留电磁场弱的部分相互连接；由于中间电磁场强，边沿电磁场弱，这样的一体化结构使得介质谐振部间的耦合会非常弱，耦合带宽大大降低，简单易行的实现介质谐振部之间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的10％。

进一步，所述间隔部为开设在所述介质谐振部间的缝隙。

这样的结构极为简单，便于生产中介质的制造成型。

进一步，所述中间部使得其所连接的介质谐振部间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的5％，大于该工作带宽的2％。

有更好的等效性能，同时由耦合带宽于连接部的尺寸成正比，而连接部的尺寸又与连接强度成正比，与成型难度成反比，此优选的方案既能保持足够的连接强度，又使得耦合带宽非常小。

进一步，所述介质材料为陶瓷材料。

该介质材料性能好，体积小，也便于成型。

本发明还涉及一种介质波导滤波器，包括一个或多个介质块，至少一个介质块为上述介质块。该介质波导滤波器，由于使用了上述的介质块，使得生产成本得以降低，良品率得以提高，生产时间得以缩短。

本发明还涉及一种电磁波设备，包括上述的介质波导滤波器。

该电磁波设备，由于使用了上述的介质波导滤波器块，使得生产成本得以降低。

进一步，所述电磁波设备为飞机、雷达、基站或者卫星。

皆为需要用到介质波导滤波器的大型设备，介质波导滤波器成本的降低也带来了这些大型设备成本的降低。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种介质块的等轴测图。

图2为图1中的介质谐振部之间的耦合带宽与连接部的总宽度的关系曲线图。

图3为本发明实施例中的区别于图1中的介质块的另一种介质块的俯视图。

图4为本发明实施例中的区别于图3中的介质块的另一种介质块的俯视图。

图5为本发明实施例中的区别于图4中的介质块的另一种介质块的俯视图。

图6为本发明实施例中的区别于图5中的介质块的另一种介质块的俯视图。

图7为本发明实施例中的介质波导滤波器中的介质块的安装结构示意图。

图8为图7中的介质波导滤波器的S参数曲线图；

图9为本实施例中的介质波导滤波器对比例的S参数曲线图；

图10为本发明实施例中的基站的示意性结构框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

图1至图5中的附图标记包括：介质谐振部1、连接部2、间隔部3。

本发明实施例提供了一种介质块，基本如图1所示，包括了并排设置的两个介质谐振部，二者之间留有一纵向贯通整个介质块的缝隙，该缝隙形成隔离两个介质谐振部的间隔部，缝隙两端的部分为连接部，间隔部和连接部共同形成了该介质块上的中间部；整个介质块为陶瓷材质，采用烧结的方式一体成型；具体生产时，其位置和结构尺寸通过用于陶瓷烧结的模具加以控制，产品的一致性可以得到很好的保证。

在TE模式的介质谐振部中，中间的电磁场很强，越往边沿电磁场越弱，理论上介质谐振部四个角上的电磁场分布为零。在相邻的两块介质谐振部中间加入一个缝隙，把强电磁场的部分隔离开，只保持边沿部分电磁场弱的部分连接；由于中间电磁场强，边沿电磁场弱，于是这样的一体化结构带来的耦合会非常弱。其耦合带宽(代表了耦合强度)与连接部的宽度的关系曲线如图2所示，图中的横轴为图1中的连接部的总宽度，单位为毫米(mm)，而纵轴则是连接部所带来的耦合带宽,单位为兆赫兹(MHz)，而该介质块应用于一工作在TE模式下，工作带宽为100MHz的介质波导滤波器。

从图中可以看到：

当连接部的总宽度小于2.4mm的时候，可保证其所带来的耦合带宽小于10MHZ(低于工作带宽的10％)，此时耦合带宽已经足够的小，不足以影响介质波导滤波器的总体性能了，即可视为两介质谐振部“不耦合”；

当连接部的总宽度小于2.1mm的时候；可保证其所带来的耦合带宽小于5MHZ(低于工作带宽的5％)；

当连接部的总宽度等于2mm的时候，其所带来的耦合带宽仅4MHZ；

而如果要将其所带来的耦合带宽下降至2MHz(工作带宽的2％)，则需要将总宽度减少至1.6mm；

总宽度的下降，势必带来连接强度的降低以及成型难度的上升。

耦合带宽从10MHZ下降至4MHz所需减少的总宽度仅0.4mm，然而，由图中曲线可知，之后耦合带宽随总宽度减少的速度逐渐放缓，所以继续为了降低耦合带宽而减少连接部的总宽度、牺牲连接强度显然得不偿失，所以本实施例优选的使用了2mm作为连接部的总宽度，既能保持足够的连接强度，又使得耦合带宽非常小。

而在另一些实施例中，选择使得耦合带宽下降至工作带宽的2％～5％之间的连接部总宽度也是可性行的。

在其他的一些实施例中，根据具体不同介质波导滤波器所需的谐振腔对于介质块不同的布局需要，还可以采取不同于图1中的介质块的连接样式，包括但不限于下列示例：

如图3所示的一种介质块，三个介质谐振部成L形状排列，相互间均不耦合；

如图4所示的一种介质块，三个介质谐振部成三角形排列，相互间均不耦合；

如图5所示的一种介质块，两个介质谐振部并排，二者之间沿统一直线，设有多条独立的缝隙，其数量可以是如图所示的两条，但不限于此，可以更多。

如图6所示的一种介质块，两个介质谐振部并排，二者之间仅中部相连，连接部两侧以开口的通槽作为间隔部。

这些介质块共同的特点都是在TE模式下工作，其上介质谐振部间的耦合宽度均不足以对介质波导滤波器的整体性能造成影响；同时，由于采用一体化的设计与制造，介质谐振部的位置和结构尺寸得以固定，在装配到介质波导滤波器中去时，可以整体装配，不再需要反复的进行拆装和调试，简化了装配过程繁琐、减少了耗时，还减少了因为装配时位置尺寸不准确所带来的次品率，从而提高了产品良品率；对某一种规格型号的介质波导滤波，需要生产的介质块的数量大大减少，相应的也就减少了所需要的夹具的种类，简化了生产管理，优化了成本。

本发明实施例还提供了一种介质波导滤波器，该介质波导滤波器中的介质块安装结构基本如图7所示，该介质波导滤波器的馈电部分图中未示出。

图7中的附图标记包括：第一介质块1、第一介质谐振部11、第二介质谐振部12、第三介质谐振部13、耦合孔14、缝隙15、第二介质块2。

介质波导滤波器包括了上下层叠的第一介质块1和第二介质块2，而第一介质块1则包含了依次连接的第一介质谐振部11、第二介质谐振部12和第三介质谐振部13；第一介质块1上各介质谐振部与第二介质块2上的相应部分共同形成该介质波导滤波器多个谐振腔。

在该介质波导滤波器的设计中，第一介质谐振部11和第二介质谐振部12之间需要耦合，于是二者之间开设了耦合孔；

而根据设计，第二介质谐振部12和第三介质谐振部13之间无耦合，于是，二者之间设有缝隙作为间隔部，而缝隙之外的部分则留作连接部，间隔部和连接部共同形成介质块1上的中间部；

于是在第一介质块1同时兼有相互耦合的第一介质谐振部11和第二介质谐振部12，以及相互不耦合的第二介质谐振部12和第三介质谐振部13之间无耦合；

具体生产时，只需通过用于陶瓷烧结的模具控制第一介质块上的位置和结构尺寸，一体成型出第一介质块，再经过尺寸的精修以及表面处理，并在表面附上导电材料层，例如被银层，即表面镀有金属银，并在导电材料层上开出原本设计好的谐振腔，最后与同样附有导电材料层并开出谐振腔的第二介质块装配在一起即可，此处的表面包括了缝隙15的内壁部分；而由于采用了本实施例中第一介质块1，原本在装配中第二介质谐振部12和第三介质谐振部13的对齐步骤被省去。介质块的尺寸精修、表面处理以及附上导电材料层等工序均采用现有技术，在本实施例中未作任何改进，也不是本发明相对于现有技术的实质性特点所在，在此不作赘述。

图8中显示了本实施例中的介质波导滤波器的S参数曲线；

图9中显示了设计与本实施例中的介质波导滤波器完全一致，但采用了如背景技术中所介绍的现有技术中的介质块制成的介质波导滤波器对比例的S_1.2参数曲线。

图8和图9中的横轴为工作频率单位为兆赫兹(MHz)，纵轴为介质波导滤波器的S_1.2参数(滤波器的输入端口与输出端口间的S参数)，单位为dB。

本实施例中的介质波导滤波器以及介质波导滤波器对比例的设计要为:

通带性能：带宽200MHZ(3400-3600MHZ)；

阻带性能：3350MHZ前以及3650MHZ后S参数低于-20dB。

从图8和图9中可知，本实施例中的介质波导滤波器，完全可以达到设计标准，相对于介质波导滤波器对比例可以达到相同的性能设计要求，而在生产过程却得以简化。

本发明还保护一种具有上述介质波导滤波器的电磁波设备，该电磁波设备可以是任何一种需要用到介质波导滤波器的设备，例如飞机、雷达、基站、卫星等。这些电磁波设备会接收和发送信号，并在接收之后或发送之前进行滤波，以使所接收或发送的信号满足需求，因此电磁波设备至少还包括与介质波导滤波器的输入端连接的信号发射模块、与介质波导滤波器的输出端连接的信号接收模块。

例如，如图10所示，电磁波设备为基站，基站包括作为介质波导滤波器的双工器，双工器包括发信带通滤波器和收信带通滤波器。发信带通滤波器的输入端连接发信机，输出端连接基站天线；收信带通滤波器的输入端连接基站天线，输出端连接收信机。则对于发信带通滤波器，其信号发射模块为发信机，信号接收模块为基站天线。而对于收信带通滤波器，其信号发射模块为基站天线，信号接收模块为收信机。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种介质块，介质块包括多个相邻且相互不耦合的介质谐振部，其特征在于：还包括至少一个设于介质谐振部之间用于固定连接介质谐振部的中间部；

所述介质谐振部和中间部是一由介质材料一体成型的整体部件；

所述中间部包括用于连接在所述介质谐振部之间的连接部，以及用于隔离所述介质谐振部的间隔部；

所述中间部使得其所连接的介质谐振部间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的10％。

2.根据权利要求1所述的一种介质块，其特征在于：所述间隔部为开设在所述介质谐振部间的缝隙。

3.根据权利要求1所述的一种介质块，其特征在于：所述中间部使得其所连接的介质谐振部间的耦合带宽小于使用该介质块的介质波导滤波器的工作带宽的5％，大于该工作带宽的2％。

4.根据权利要求1所述的一种介质块，其特征在于：所述介质材料为陶瓷材料。

5.一种介质波导滤波器，包括一个或多个介质块，其特征在于：至少一个介质块为如权利要求1至4任意一项所述的介质块。

6.一种电磁波设备，其特征在于：包括如权利要求5所述的介质波导滤波器。

7.根据权利要求6所述的电磁波设备，其特征在于：所述电磁波设备为飞机、雷达、基站或者卫星。