CN109768359B - 一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器。它包括腔体和盖板，所述腔体内设有多个谐振器，所述谐振器由谐振空腔或谐振空腔内设置谐振杆构成，所述多个谐振器中至少包含两个介质谐振器，不同介质谐振器的模式自由组合形成混合模，所述介质谐振器的参数包括尺寸、介电常数和谐振结构，多个介质谐振器中至少有一个介质谐振器的其中一个参数与其他介质谐振器对应的参数不同。本发明采用不同类型的混合腔及混合模的谐振器组合设计，有效提高混合腔及混合模组成的滤波器带外抑制及远端谐波，显著提高滤波器性能同时具有结构简单、制造成本低、使用方便，性能可靠等优点，同时也避免使用低通带来的体积和插入损耗的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于无线网络通信技术领域，具体涉及一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器。
背景技术
微波无源器件是现代微波、毫米波通信系统中极其重要的组成部分，而微波滤波器是这些微波无缘器件中不可或缺的器件之一，随着通讯事业的迅猛发展以及无线电频谱资源的日益紧张，对无源滤波器的性能指标提出了更高的要求，插入损耗要求更低，体积要求更小，性能要求更高。近年来出现的新型功能陶瓷材料，它具有高介电常数、高Q、低温偏的特性应用于无源滤波器当中。但是采用介质会带来一个新的问题，谐波相对于金属腔的谐波要差很多，如何满足更高的频率选择性和带外抑制特性是介质的一个挑战。
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，提供一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，能满足滤波器的远端抑制要求，避免使用低通增加体积和损耗，降低滤波器的成本。
本发明采用的技术方案是：一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，包括腔体和盖板，所述腔体内设有多个谐振器，所述谐振器由谐振空腔或谐振空腔内设置谐振杆构成，所述多个谐振器中至少包含两个介质谐振器，不同介质谐振器的模式自由组合形成混合模，所述介质谐振器的参数包括尺寸、介电常数和谐振结构，多个介质谐振器中至少有一个介质谐振器的其中一个参数与其他介质谐振器对应的参数不同。
进一步地，所述介质谐振器由介质谐振空腔或介质谐振腔内设置金属谐振杆或介质谐振腔内设置介质谐振杆或金属谐振腔内设置介质谐振杆组成；所述介质谐振空腔、介质谐振腔和金属谐振腔的结构形式为类正方体或长方体或圆柱体或不规则形状；所述金属谐振杆和介质谐振杆的结构形式为圆盘或圆环或圆柱或球型或正方体或长方体结构。
进一步地，所述介质谐振器对应的尺寸不变的情况下，多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的介电常数和/或谐振结构与其他介质谐振器不同。
进一步地，所述介质谐振器对应的介电常数不变的情况下，多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的尺寸和/或谐振结构与其他介质谐振器不同。
进一步地，所述介质谐振器对应的谐振结构不变的情况下，多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的尺寸和/或介电常数与其他介质谐振器不同。
进一步地，所述介质谐振器的模式是各种模式的单模或双模或三模或三模以上的模，所述各种模式包含TE模、TM模、TEM模、HEM模。
进一步地，还包括其他类型谐振结构，其他类型谐振结构与腔体连接，所述其他类型谐振结构是微带谐振一系列非金属介质结构。
进一步地，所述谐振空腔和谐振杆材料为金属或者非金属材料，所述金属或非金属材料的谐振空腔的腔内或腔外电镀导电材料，所述导电材料为银或铜。
更进一步地，所述滤波器的功能特性包含但不限于带通、带阻、高通、低通以及他们相互之间形成的双工器、合路器、多工器。
本发明的滤波器采用混合腔及混合模组合的设计，通过改变不同介质谐振器的参数和耦合结构，使得对应的谐波在不同的频点分散开来，有效提高滤波器的带外抑制及远端谐波，显著提高滤波器性能同时具有结构简单、制造成本低、使用方便，性能可靠等优点，同时也避免使用低通带来的体积和插入损耗的缺陷。
附图说明
图1为本发明滤波器的一种示意图。
图2为本发明滤波器的另一种示意图。
图3为本发明滤波器的又一种示意图。
图4为本发明混合模组成的滤波器的一种示意图。
图5为本发明两个介质谐振器的介电常数均为ER35、尺寸均为14mm均的滤波器仿真结果图。
图6为本发明两个介质谐振器的介电常数分别为ER35和ER45、尺寸均为14mm的滤波器仿真结果图。
图7为本发明两个介质谐振器的介电常数分别为ER35和ER45、尺寸为13.5mm和14mm的滤波器仿真结果图。
图8为本发明两个介质谐振器的介电常数均为ER35、尺寸分别为13.5mm和14mm的滤波器仿真结果图。
图中：1-腔体；2-金属谐振腔；3-第一介质谐振腔；4-第二介质谐振腔；5-第一介质谐振杆；6-第二介质谐振杆；7-金属谐振杆；8-盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图1-4所示，本发明一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，包括腔体和盖板，所述腔体内设有多个谐振器，所述谐振器由谐振空腔或谐振空腔内设置谐振杆构成，所述多个谐振器中至少包含两个介质谐振器，不同介质谐振器的模式自由组合形成混合模，所述介质谐振器的参数包括尺寸、介电常数和谐振结构，多个介质谐振器中至少有一个介质谐振器的其中一个参数与其他介质谐振器对应的参数不同，从而形成混合腔。单个谐振器的谐波取决于尺寸、介电常数和谐振结构，所述尺寸是指谐振空腔和/或谐振杆的尺寸，所述介电常数是指谐振空腔/或谐振杆的介电常数，所述谐振结构是指谐振空腔/或谐振杆的结构形式，确定的谐振器确定唯一的谐波，所述不同尺寸、不同谐振结构和介电常数的谐振器组合就有不同的谐波分散在不同的频率，避免同样的尺寸、谐振结构、介电常数的谐波在同一频率起来，造成谐波差甚至形成一个高次频通带，影响滤波器的带外抑制。
上述方案中，介质谐振器是指任何与介质有关的谐振器，具体介质谐振器由介质谐振空腔或介质谐振腔内设置金属谐振杆或介质谐振腔内设置介质谐振杆或金属谐振腔内设置介质谐振杆组成。介质谐振空腔、介质谐振腔、金属谐振腔、金属谐振杆和介质谐振杆的结构形式均不固定，所述介质谐振空腔、介质谐振腔和金属谐振腔的结构形式可以为类正方体或长方体或圆柱体或不规则形状；所述金属谐振杆和介质谐振杆的结构形式可以为圆盘或圆环或圆柱或球型或正方体或长方体结构。
上述方案中，介质谐振器对应的尺寸不变的情况下，多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的介电常数和/或谐振结构与其他介质谐振器不同。其中多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的介电常数与其他的相差较大，谐波分散性越好；多个介质谐振器至少一个介电常数相差较小，谐波分散性越差。
上述方案中，介质谐振器对应的介电常数不变的情况下，多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的尺寸和/或谐振结构与其他介质谐振器不同。改变多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的尺寸，同样能够分散谐波，介质谐振器的尺寸相差较大的情况谐波分散的越好。介质谐振器的尺寸相差较小的情况谐波分散的越差。介质谐振器的尺寸和介电常数保持不变，还可以通过改变介质谐振器的谐振结构，进而影响介质谐振腔的谐波频率不一致，达到分散的效果，抑制谐波能力加强。
上述方案中，介质谐振器的模式是各种模式的单模或双模或三模或三模以上的模，所述各种模式包含TE(H)模、TM(E)模、TEM模、HEM模。
上述方案中，还包括其他类型谐振结构，其他类型谐振结构与腔体连接，所述其他类型谐振结构是微带谐振一系列非金属介质结构，如微带谐振器、梳状谐振器。
上述方案中，混合腔滤波器的金属腔数量越多，对谐波的整体抑制能力越好，金属腔数量越少，对谐波的整体抑制能力越差。通过在介质滤波器中加入其它类型的谐振器可以提高寄生通带特性，不同类型的谐振器，不同的谐波频率，以此来提高滤波器的带外抑制。
上述方案中，所述腔体材料为金属或者非金属或金属及非金属表面电镀铜或者电镀银，在空腔为非金属材料时空腔内壁必须电镀导电材料，所述导电材料为银或者铜，如塑料及复合材料表面电镀铜或者银。
上述方案中，滤波器的功能特性包含但不限于带通、带阻、高通、低通以及他们相互之间形成的双工器、合路器、多工器。
1、3500MHz频段9腔滤波器仿真实例：
上述图1方案中，设计9腔滤波器采用3个金属单腔，加上二个三模介质结构，形成一个感性交叉耦合及一个容性交叉耦合。
第一介质谐振腔3和第二介质谐振腔4的谐振腔或谐振杆的尺寸均为14mm，第一介质谐振杆5和第二介质谐振杆6的介电常数均为ER37，Q*F＝40000。
实现的典型性能：通带频率：3400MHz-3600MHz插入损耗：<-1.3dB
对3610-3650MHz的抑制为>10dB
对3350-3390MHz的抑制为>10dB
对3700-4500MHz的抑制为>40dB
体积：52.4mm*38.5mm*19mm
如图5所示，同样介电常数同样尺寸的滤波器谐波在4.3G-4.4GHz聚集在一起形成寄生通带，影响这一段的滤波器需求。
2、3500MHz频段9腔滤波器仿真实例：
上述图1方案中，设计9腔滤波器采用3个金属单腔，加上二个三模介质结构，形成一个感性交叉耦合及一个容性交叉耦合。
介质谐振腔3和介质谐振腔4的谐振腔或谐振杆的尺寸均为14mm，第一介质谐振杆5的介电常数为ER37，Q*F＝40000，第二介质谐振杆6的介电常数为ER45，Q*F＝43000。
实现的典型性能：通带频率：3400MHz-3600MHz插入损耗：<-1.3dB
对3610-3650MHz的抑制为>10dB
对3350-3390MHz的抑制为>10dB
对3700-4500MHz的抑制为>40dB
体积：52.4mm*38.5mm*19mm
如图6所示，同样介电常数同样尺寸的滤波器谐波在4.3G-4.4GHz分散谐波，满足这一段的滤波器需求。
3、3500MHz频段9腔滤波器仿真实例：
上述图1方案中，设计9腔滤波器采用3个金属单腔，加上二个三模介质结构，形成一个感性交叉耦合及一个容性交叉耦合。
第一介质谐振腔3的尺寸为14mm和第二介质谐振腔4的谐振腔或谐振杆的尺寸为14.5mm，第一介质谐振杆5的介电常数和第二介质谐振杆6的介电常数为ER37，Q*F＝40000。
实现的典型性能：通带频率：3400MHz-3600MHz插入损耗：<-1.3dB
对3610-3650MHz的抑制为>10dB
对3350-3390MHz的抑制为>10dB
对3700-4500MHz的抑制为>40dB
体积：52.4mm*38.5mm*19mm
如图7所示，同样介电常数同样尺寸的滤波器谐波在4.3G-4.4GHz分散谐波，满足这一段的滤波器需求。
4、3500MHz频段9腔滤波器仿真实例：
上述图1方案中，设计9腔滤波器采用3个金属单腔，加上二个三模介质结构，形成一个感性交叉耦合及一个容性交叉耦合。
第一介质谐振腔3的尺寸为13.5mm和第二介质谐振腔4的谐振腔或谐振杆的尺寸为14mm，第一介质谐振杆5的介电常数为37，Q*F＝40000，第二介质谐振杆6的介电常数为ER45，Q*F＝43000。
实现的典型性能：通带频率：3400MHz-3600MHz插入损耗：<-1.3dB
对3610-3650MHz的抑制为>10dB
对3350-3390MHz的抑制为>10dB
对3700-4500MHz的抑制为>40dB
体积：52.4mm*38.5mm*19mm
如图8所示，同样介电常数同样尺寸的滤波器谐波在4.3G-4.4GHz分散谐波，满足这一段的滤波器需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含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 (5)
1.一种混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，包括腔体和盖板，所述腔体内设有多个谐振器，所述谐振器由谐振空腔或谐振空腔内设置谐振杆构成，其特征在于：所述多个谐振器中至少包含两个介质谐振器，不同介质谐振器的模式自由组合形成混合模，所述介质谐振器的参数包括尺寸、介电常数和谐振结构，多个介质谐振器中至少有一个介质谐振器的其中一个参数与其他介质谐振器对应的参数不同；所述介质谐振器对应的尺寸不变的情况下，多个介质谐振器中至少一个介质谐振器的介电常数和/或谐振结构与其他介质谐振器不同。
2.根据权利要求1所述的混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，其特征在于：所述介质谐振器由介质谐振空腔或介质谐振腔内设置金属谐振杆或介质谐振腔内设置介质谐振杆或金属谐振腔内设置介质谐振杆组成；所述介质谐振空腔、介质谐振腔和金属谐振腔的结构形式为类正方体或长方体或圆柱体或不规则形状；所述金属谐振杆和介质谐振杆的结构形式为圆盘或圆环或圆柱或球型或正方体或长方体结构。
3.根据权利要求1所述的混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，其特征在于：所述介质谐振器的模式是各种模式的单模或双模或三模或三模以上的模，所述各种模式包含TE模、TM模、TEM模、HEM模。
4.根据权利要求1所述的混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，其特征在于：所述谐振空腔和谐振杆材料为金属或者非金属材料，所述金属或非金属材料的谐振空腔的腔内或腔外电镀导电材料，所述导电材料为银或铜。
5.根据权利要求1所述的混合腔及混合模组成的改善谐波的滤波器，其特征在于：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、合路器、多工器。
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