CN109119730A - 一种基于电容加载的tm010介质谐振腔的基站滤波器 - Google Patents

Abstract

一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，包括输入抽头、输出抽头、若干个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的中心位置开有介质圆柱体，其下底面与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的下底面直接接触，其上底面与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的上底面有空隙，TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔之间设置空气窗产生磁耦合，设置介质窗产生电耦合，输入抽头的输入端与外界的微波系统电连接，输入抽头的输出端于所述滤波器的第一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔电连接，输出抽头的输入端与滤波器的最后一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔电连接，输入抽头的输出端于外界的微波系统电连接。本发明能有效减少滤波器的外形尺寸，而且便于滤波器的装配与调试，同时实现了很高的带外抑制与低插入损耗。

Description

一种基于电容加载的TM010介质谐振腔的基站滤波器

技术领域

本发明涉及微波通信领域，更具体地，涉及一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器。

背景技术

长期以来,移动通信基站所采用的发射滤波器都是腔体滤波器,而采用介质谐振腔是有效缩小基站滤波器体积的有效方法。 在20世纪70年代,TE_01δ模介质谐振腔开始被大量研究和使用,展示了介质谐振腔具有小体积、低插入损耗、高温度稳定性的优点,所以国内外移动通信基站所采用的小型化滤波器或双工器一般都是以 TE_01δ模介质谐振腔为基本单元的介质腔体滤波器,一直延续至今。 但是 TE_01δ模介质谐振腔中高介电常数介质需要采用低介电介电常数材料作支撑,而且其金属上盖必须与圆柱形介质保持适当距离,所以TE_01δ模介质谐振腔的轴向高度较大,这导致以TE_01δ模介质谐振腔组成的多腔滤波器体积也比较大。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是解决现有的介质腔体滤波器体积普遍较大的问题，在有效缩小介质腔体滤波器体积的同时，实现了很高的带外抑制与低插入损耗。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，包括输入抽头、输出抽头、若干个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，其中：

若干个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔分两层布局，形成类立方体结构，TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的中心位置开有介质圆柱体，介质圆柱体为中空圆柱体，其下底面与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的下底面直接接触，其上底面与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的上底面有一定距离的空隙，TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔之间设置有空气窗或者介质窗，第一空气窗和介质窗能将相邻的TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔连接起来；

输入抽头的输入端与外界的微波系统电连接，输入抽头的输出端于滤波器的第一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔电连接；

输出抽头的输入端与滤波器的最后一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔电连接，输入抽头的输出端于外界的微波系统电连接。

上述方案中，通过介质圆柱体的下底面与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的下底面直接接触，其上底面与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的上底面有一定距离的空隙，即一端短路，一段开路的形式，当介质圆柱体与TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的上底面的空隙很小时，这时介质谐振腔的工作模式为基于电容加载的TM₀₁₀模。

优选地，输入抽头与输出抽头包括内导体，输入抽头与输出抽头分别设置于第一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔上方与最后一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔上方，且均能通过旋转抽头改变内导体伸入所述介质谐振腔的长度，通过改变内导体伸入所述介质谐振腔的长度，从而改变抽头与介质谐振腔的耦合量。

优选地，空气窗内填充有高介电常数的介质块形成介质窗，介质窗的中心位置开有一小孔，还包括一调电耦合螺钉，调电耦合螺钉能在小孔旋进旋出，介质窗可以产生很大的电耦合，避免金属结构（探针）的装配，通过调电耦合螺钉进入介质块的深度调整两个谐振腔之间的电耦合。

优选地，介质块的底部也开有第二空气窗，调电耦合螺钉可以旋入第二空气窗内，增强了电耦合强度，同时也增大了电耦合的可调范围。

优选地，还包括调谐螺钉，对于第一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔和最后一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，调谐螺钉设置与介质圆柱体的侧上方；对于其它TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，调谐螺钉设置与介质圆柱体的正上方，通过调节调谐螺钉的长度即可调节每个谐振腔的谐振频率。

优选地，还包括调磁耦合螺钉，所述调磁耦合螺钉设置与所述第一空气窗的正上方，用于调节谐振腔之间的磁耦合。

优选地，滤波器包括8个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，8个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔分两层布局，在横向，纵向、高度方向各设置2个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔。

优选地，不存在耦合的2个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔之间不开所述第一空气窗，且有金属良导体进行屏蔽。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

通过创新性使用了结构紧凑的基于电容加载的TM010模介质谐振腔，使得滤波器的外形尺寸大幅度缩小。基于电容加载的TM010模介质谐振腔的内部品质因数比纯净TM010模介质谐振腔的高，可以获得很高的带外抑制，端口耦合结构采用在上顶部输入的方式，便于调整其外部品质因素，电耦合结构采用介质窗的结构，避免采用金属探针，减少对谐振腔场模的影响，若电耦合不足，可在介质窗正底部开一个空气窗，增大电耦合强度以及电耦合的可调范围。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的结构示意图。

图2为本发明提供的一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔输入抽头与调谐螺钉的耦合结构示意图。

图3为本发明所提供的一种产生电耦合的介质窗结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种滤波器的拓扑结构图。

图5为本发明实施例所提供的一种滤波器的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的一种滤波器的插入损耗及回波损耗的三维仿真结果图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供了一个由 8 个基于电容加载的 TM010 模圆柱介质谐振腔分两层布局的小型化大功率介质腔体滤波器。其工作频段为 2570 MHz ～ 2620 MHz，能满足现 4G 移动通信基站的各项技术指标要求。

TM₀₁₀ 模圆柱介质谐振腔的结构示意图如图1，其输入抽头与调谐螺钉的耦合结构示意图如图2，其形成电耦合的介质窗的结构示意图如图3。

8 个 TM010 模圆柱介质谐振腔，分两层布局，形成 2×2×2的类立方体结构，其耦合拓扑结构如图4所示：其中，S、L分别表示滤波器的输入抽头、输出抽头，用于与外部的微波系统连接；数字1～8代表TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，谐振腔排列结构就如拓扑结构所示；两个TM010模圆柱介质谐振腔之间的电感代表磁耦合，电容代表电耦合，没有直线连接的谐振腔之间不存在耦合。在本发明介质腔体滤波器产品结构中，采用空气窗产生磁耦合，介质窗产生电耦合，不存在耦合的两谐振腔之间不开窗，由金属良导体屏蔽。

图5展示了整个基站滤波器的结构示意图，具体的参数选择为：介质圆柱体介电常数45，损耗角正切为0.0001，直径12mm，高度17mm；第①、⑧腔的介质圆柱体为中空直径4mm的圆柱，其它介质圆柱体全部实心；用于产生电耦合的介质块长宽高：18mm*4mm*3mm，介质块中心位置预留直径为2mm的圆孔。金属外腔直径34mm，高度20mm，腔壁厚4mm，得到的立体布局的介质腔体滤波器外形尺寸78mm×78mm×46mm。调谐螺钉采用M6的螺钉（直径6mm），调电耦合螺钉采用M2螺钉，调磁耦合螺钉采用M4螺钉。

在每个介质柱的上方都安装一个调谐螺钉，通过调节调谐螺钉的长度即可调节每个谐振腔的谐振频率；在空气窗耦合结构的正上部安装调耦合螺钉，用于调节谐振腔之间的磁耦合；在介质窗的中心位置也安装条耦合螺钉，用于调节谐振腔之间的电耦合。滤波器的抽头与微波信号源相连接，经过此基站滤波器后可以有效滤掉2570MHz～2620MHz以外的频率信号。

在具体实施过程中，如图6，展示了该基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔基站滤波器在插入损耗、回波损耗以及带外抑制方面的优越性能，工作频率为2570MHz～2620MHz（±0.5MHz），处于4G通信频段；回波损耗小于-20dB，插入损耗小于1dB，带外抑制在2500 MHz～2564 MHz和2626 MHz～2695 MHz小于-40dB，满足了4G基站滤波器的高要求，而且该滤波器同样可以应用于在这个频段内的其他微波系统。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，其特征在于，包括输入抽头、输出抽头、若干个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，其中：

所述若干个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔分两层布局，形成类立方体结构，所述TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的中心位置开有介质圆柱体，所述介质圆柱体为中空圆柱体，其下底面与所述TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的下底面直接接触，其上底面与所述TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔的上底面有一定距离的空隙，所述TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔之间设置有第一空气窗，所述第一空气窗能将相邻的TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔连接起来；

所述输入抽头的输入端与外界的微波系统电连接，所述输入抽头的输出端于所述滤波器的第一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔电连接；

所述输出抽头的输入端与所述滤波器的最后一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔电连接，所述输入抽头的输出端与外界的微波系统电连接。

2.根据权利要求1所述的基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，其特征在于，所述输入抽头与所述输出抽头包括内导体，所述输入抽头与所述输出抽头分别设置于第一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔上方与最后一个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔上方，且均能通过旋转抽头改变所述内导体伸入所述介质谐振腔的长度。

3.根据权利要求1所述的基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，其特征在于，所述空气窗内填充有高介电常数的介质块形成介质窗，所述介质窗的中心位置开有一小孔，还包括一调电耦合螺钉，所述调电耦合螺钉能在所述小孔旋进旋出。

4.根据权利要求3所述的基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，其特征在于，所述介质块的底部也开有第二空气窗，所述调电耦合螺钉可以旋入所述第二空气窗内。

5.根据权利1所述的基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，其特征在于，所述滤波器包括8个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔，所述8个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔分两层布局，在横向，纵向、高度方向各设置2个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于电容加载的TM₀₁₀介质谐振腔的基站滤波器，其特征在于，不存在耦合的2个TM₀₁₀模圆柱介质谐振腔之间不开所述第一空气窗。