CN109786917B - 一种电磁混合耦合结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电磁混合耦合结构，包括腔体及固定于腔体内的至少三根谐振柱，两边两根谐振柱的顶端上同时具有横向设置的第一延伸部和竖向设置的第二延伸部，中间一根谐振柱的顶端上安装一加载盘，加载盘和两个延伸部构成中间谐振柱和两边两根谐振柱之间的容性耦合结构。本发明通过设计谐振柱之间特定的耦合结构，可取得提高滤波器的带外近端抑制，实现传输零点可独立于谐振频率进行调节，减小体积，结构简单，加工组装费用降低等优点。

Description

一种电磁混合耦合结构

技术领域

本发明涉及一种电磁混合耦合滤波器，尤其是涉及一种减小体积、传输零点可独立于谐振频率调节的电磁混合耦合结构。

背景技术

电磁混合耦合技术是指利用相邻谐振腔之间耦合路径上同时存在的电耦合和磁耦合产生传输零点从而提高滤波器带外抑制的方法。理论上，N 阶滤波器最多可具有N-1组电磁混合耦合，产生N-1个传输零点，远多于采用交叉耦合技术或源—负载耦合技术设计的N阶滤波器。

现有的电磁混合结构其传输零点的频率均与其相邻的谐振器频率相关，当滤波器通带较宽时，难以将传输零点集中于通带附近，即无法在通带近端实现较高的带外抑制。

另有国际申请号为PCT/EP2015/065916A1的专利文献中公开了一种同轴腔滤波器，其通过在非相邻导体之间设置电感交叉耦合，实现在不需要在非相邻导体之间提供直接欧姆连接的旁路连接器情况下，提供一个或多个传输节点。但是上述专利技术仍然存在下述缺陷：1、体积大、结构不够紧凑；2、容性耦合与谐振频率都与谐振柱高度相关，难以单独调谐。

另有专利申请号为CN200810027449.1中公开了一种可控电磁耦合混合同轴腔滤波器，用只具有主耦合路径的同轴腔滤波器实现了椭圆函数滤波特性，但是它具有以下缺陷：1、谐振柱需要电容加载降低频率，体积较大；2、采用介质基片实现容性耦合，增加了成本；3、耦合组件安装在谐振柱顶端，不易调节。

因此，需要研究一种新型的电磁耦合混合滤波器，来解决上述背景技术中所涉及的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种体积减小、带外近端抑制提高、传输零点可独立于谐振频率进行调节的电磁混合耦合结构。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种电磁混合耦合结构包括一封闭的腔体及固定于腔体内底壁上的至少一根第一谐振柱和至少两根第二谐振柱，两根所述第二谐振柱位于第一谐振柱的两侧，所述第一谐振柱与相邻的第二谐振柱之间同时设置有容性耦合结构和感性耦合结构，且容性耦合结构的容性耦合量及感性耦合结构的感性耦合量大小可调，所述容性耦合结构包括第一延伸部、第二延伸部和加载盘，所述第一延伸部横向设置于第二谐振柱的顶端且向第一谐振柱方向延伸突出，所述第二延伸部竖向设置于第二谐振柱靠近其顶端的外侧面上且向第二谐振柱顶端方向突出延伸，所述加载盘固定安装在第一谐振柱的顶端且与第一延伸部之间形成有耦合间隙。

优选地，还包括固定于腔体内底壁上的第三谐振柱，所述第三谐振柱位于第二谐振柱的外侧。

优选地，每根谐振柱的上方对应设置一频率调螺，所述频率调螺的顶部固定于腔体的顶壁上。

优选地，所述感性耦合结构包括设置在每相邻两根谐振柱之间的耦合调螺，所述耦合调螺的底部固定于腔体的底壁上。

优选地，所述感性耦合结构还包括至少一个补偿结构，所述补偿结构连接两个不相邻的谐振柱且靠近谐振柱的底端设置。

优选地，还包括加载块，任意一根所述谐振柱或任意两根以上的谐振柱的底部设置一所述加载块，所述加载块的一侧面与谐振柱的正面或背面贴合，底面固定于腔体底壁上。

优选地，所述第三谐振柱包括顶部和比顶部细的底部，所述谐振柱的底部固定于腔体的底壁上，顶部设置有自顶向下且位于谐振柱内的调谐孔，且所述第三谐振柱上方对应的频率调螺的底部伸入到所述调谐孔内。

优选地，所述第三谐振柱顶部的一侧面上还设置有与所述调谐孔贯通的导流孔。

优选地，所述补偿结构的两端直接焊接在对应端的谐振柱上；或者通过绝缘垫片或绝缘薄膜与对应端的谐振柱绝缘连接，实现电容耦合。

优选地，所述腔体包括形成封闭空间的一个四面相连的框架及安装于框架两侧面的两个侧壁。

优选地，所述补偿结构为金属杆或金属片或金属板或金属块结构。

优选地，所述感性耦合结构还包括至少两个补偿结构，所述补偿结构跨接的谐振柱的数量相同或不同。

优选地，所述加载盘通过螺钉固定在第一谐振柱的顶端。

优选地，所述加载盘与第一谐振柱一体成型。

优选地，所述谐振柱与腔体一体成型。

优选地，所述加载块与谐振柱一体成型或与谐振柱固定相连。

本发明的有益效果是：通过设计谐振柱之间特定的耦合结构、改变谐振柱的结构及增加耦合补偿结构，使得设计出的电磁混合耦合滤波器取得带外近端抑制提高，传输零点可独立于谐振频率进行调节且可在相对较大范围内调整传输零点的位置，设计灵活性提高，体积下降，调节余量增加，结构简单，加工组装费用降低等优点。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2、图3是本发明不同角度的爆炸结构示意图；

图4、图6是本发明不同角度的俯视结构示意图；

图5是图4的D-D方向的剖视结构示意图；

图7是图6的D-D方向的剖视结构示意图。

附图标记：

1、金属腔体，14、框架，15、侧壁，2、频率调螺，3、耦合调螺，4、补偿结构，5、第一谐振柱，6、第二谐振柱，7、第一延伸部，8、第二延伸部，9、加载盘，10、加载块，11、第三谐振柱，12、调谐孔，13、导流孔，16、调螺孔。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的一种电磁混合耦合结构，通过设计谐振柱之间特定的耦合结构、改变谐振柱的结构及增加耦合补偿结构，提高滤波器的带外近端抑制，且实现传输零点可独立于谐振频率进行调节，减小体积，结构简单，且加工组装费用降低，适用于带通滤波器或合路器内。

结合图1～图7所示，本发明所揭示的一种电磁混合耦合结构，包括一封闭的金属腔体1、多根谐振柱、多个频率调螺2、多个耦合调螺3和至少一补偿结构4，其中，金属腔体1用于形成一封闭空间，谐振柱等其他结构均收纳于该金属腔体1内，本实施例中，结合图1～图3所示，金属腔体 1包括一个四面相连的框架14及安装于框架14两侧面的两个侧壁15，从而实现密封设计。框架14的顶壁上形成有用于安装频率调螺2的调螺孔 16。

金属腔体1内一体成型有至少三根形状相同或不同的谐振柱，每根谐振柱均竖直位于金属腔体1内，且底端固定于金属腔体底壁上，顶端与金属腔体1顶壁之前留有耦合间隙。

实施例1，如设置三根谐振柱时，结合图1、图2、图5和图7所示，为了描述方便，定义三根谐振柱为一根第一谐振柱5和两根第二谐振柱6，其中，两根第二谐振柱6分别位于第一谐振柱5的两侧，即第一谐振柱5 处于中间位置，两根第二谐振柱6处于两边位置。两根第二谐振柱6的基本结构相同，具体参数存在差异。

具体地，两根第二谐振柱6整体均呈一条状的长方体结构，且每根第二谐振柱6上同时设置有第一延伸部7和第二延伸部8，用于与邻近的谐振柱产生容性耦合。其中，第一延伸部7横向设置于第二谐振柱6的顶端且向第一谐振柱5方向延伸突出，即第一延伸部7一部分与第二谐振柱6 的顶端贴合，另一部分横向突出于第二谐振柱6的顶端，第一延伸部7与第一谐振柱5产生容性耦合。第二延伸部8竖向设置于第二谐振柱6靠近其顶端的外侧面上且向第二谐振柱6顶端方向延伸突出，即第二延伸部8 一部分与第二谐振柱6的靠近其顶端的外侧面贴合，另一部分竖向突出于第二谐振柱6的顶端。

第一谐振柱5的整体高度小于第二谐振柱6的高度，即其顶端低于第二谐振柱6的顶端。第一谐振柱5的顶部设计粗于其底部，用于修正谐振频率，谐振柱设计越粗，谐振频率越低。

第一谐振柱5的顶端固定安装一加载盘9，加载盘9位于两个第一延伸部7的下方，且其顶端与第一延伸部7之间、侧端与第二谐振柱6之间均形成有耦合间隙。本实施例中，加载盘9优选与第一谐振柱5的顶端不一体成型，如可通过螺钉与第一谐振柱5固持，这样，由于加载盘9是后安装的，所以加载盘9与第一延伸部7之间的间距可以设计到最小，若加载盘9一体成型的话，则制成无法实现，或者增大间距。当然，加载盘9 也可与第一谐振柱5一体成型。

第一谐振柱5和第二谐振柱6之间同时具有容性耦合结构和感性耦合结构，两者共同产生电磁混合耦合。两相邻谐振柱之间的容性耦合产生于谐振柱的顶部，耦合面的面积越大，耦合间隙越小，容性耦合量越大；两相邻谐振柱之间的感性耦合则产生于谐振柱的底部。上述第一延伸部7、第二延伸部8和加载盘9构成第一谐振柱5和第二谐振柱6之间的容性耦合结构。

第一谐振柱5和第二谐振柱6的上方均对应设置一频率调螺2，频率调螺2的顶部固定于金属腔体顶壁上的调螺孔16内，底部与第一延伸部7 或第一谐振柱5的顶端之间留有调节间隙，用于在一定范围内调整谐振频率，频率调螺2越长谐振频率越低。

第一谐振柱5和第二谐振柱6之间设置有耦合调螺3，耦合调螺3的底部固定于腔体1的底壁上，用于在一定范围内调整第一谐振柱5和第二谐振柱6之间感性耦合量的大小，耦合调螺3长度越长耦合量越大。

补偿结构4跨接两个不相邻的谐振柱且靠近谐振柱的底端设置，即补偿结构4连接两根不相邻的第二谐振柱6，用于当传输零点超出调谐范围时，通过补偿结构4对传输零点的位置进行修正。具体原理是：当相邻的谐振柱之间同时存在感性和容性耦合时，会在其谐振频率附近产生一个传输零点，传输零点的位置与容性和感性耦合量的大小相关，通过分别调整两种耦合量的大小可以在一定范围内控制传输零点的位置。当传输零点超出调谐范围时可以通过补偿结构4进行修正。

本实施例1中，补偿结构4为一金属杆，其两端分别与对应的第二谐振柱6焊接相连，该补偿结构4可发生一定的形变来进行微调。补偿结构 4也可采用其他形式的金属导体实现，如金属片或金属板或金属块等。另外，补偿结构4也可采用电容耦合的方式实现，如上述任意一种金属导体的两端通过绝缘垫片或绝缘薄膜与对应端的谐振柱绝缘连接，实现电容耦合。补偿结构的数量可以设置为多个。

上述补偿结构4和耦合调螺3构成第一谐振柱5和第二谐振柱6之间的感性耦合结构。

更进一步地，还可包括加载块10，加载块10设置在实施例1中的任意一根或任意两根以上谐振柱的底部，也就是说，加载块10并不必须存在于每一个谐振柱底部。其一侧面与对应的谐振柱的正面或背面贴合，底面固定于腔体1底壁上。加载块10越高，其对应谐振柱的频率越高。加载块 10可与对应的谐振柱作为一个整体同时加工，即一体成型，也可以单独安装。

实施例2，结合图1、图2、图5和图7所示，如设置五根谐振柱时，即除上述实施例1中的三根谐振柱外，还设置两根与金属腔体1一体成型的第三谐振柱11，也可只设置一根第三谐振柱11或两根以上的第三谐振柱 11，两根第三谐振柱11分别位于第二谐振柱6的外侧，即两根第三谐振柱 11位于最外侧。第三谐振柱11与第二谐振柱6上的第二延伸部8之间产生容性耦合，形成第三谐振柱11与第二谐振柱6之间的容性耦合结构。

两根第三谐振柱11的基本结构相同，具体参数存在差异。具体地，与第一和第二谐振柱结构均不同，第三谐振柱11包括一体的底部和比底部粗的顶部，第三谐振柱11的底部竖直一体成型于金属腔体1的底壁上，顶部与金属腔体1的顶壁不接触。第三谐振柱11顶部设计粗于底部，同样用于修正谐振频率。

第三谐振柱11的顶部设置一调谐孔12，该调谐孔12自第三谐振柱11 顶部的上端面竖直向下(即自顶向下)延伸形成，且调谐孔12位于第三谐振柱11内，即调谐孔12的孔径小于第三谐振柱11顶部的外径。

第三谐振柱11顶部的外侧面上还可设置有与调谐孔12贯通的导流孔 13，当第三谐振柱11需要电镀时，电镀液可以从导流孔13中流出，提高电镀效率。导流孔13可以设置在第三谐振柱11顶部的任意一外侧面上，如正面。第三谐振柱11上也可不设置该导流孔13。

第三谐振柱11的上方也对应设置一频率调螺2，频率调螺2的顶部固定于腔体1顶壁的调螺孔16内，底部则伸入到调谐孔12内，其功能与上述介绍的频率调螺2相同，用于在一定范围内调整谐振频率，频率调螺2 越长谐振频率越低。优选地，调谐孔12与调螺孔16的孔径设置相同，使得两者可在同一工序中加工完成，减少加工工序，进而降低加工成本。

第三谐振柱11与第二谐振柱6之间也设有一耦合调螺3，其底部同样固定于金属腔体1的底壁上，且其功能与上述介绍的耦合调螺3相同，可参照上述描述。

加载块10同样可以设置在五根谐振柱的任意一根或任意两根以上谐振柱底部上。

补偿结构4同样跨接不相邻的两根谐振柱，在实施例2中，补偿结构4的两端可以跨接三根、四根或五根谐振柱。且补偿结构4的数量可以根据需要增加或减少，如可以设置两个补偿结构4，两个补偿结构4跨接的谐振柱的数量可以相同或不同，如一个补偿结构4跨接5根谐振柱，另外一个跨接4根谐振柱。

上述第三谐振柱11和第二谐振柱6之间的耦合调螺3和补偿结构4构成第三谐振柱11和第二谐振柱之间6的感性耦合结构。

本发明通过改变谐振柱外形，在谐振柱底部增加加载块，以及增加耦合补偿结构，使得滤波器取得带外近端抑制提高，传输零点可独立于谐振频率进行调节且可在相对较大范围内调整传输零点的位置，设计灵活性提高，体积下降，调节余量增加，结构简单，加工组装费用降低等优点。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种电磁混合耦合结构，其包括一封闭的腔体及固定于腔体内底壁上的至少一根第一谐振柱和至少两根第二谐振柱，两根所述第二谐振柱位于第一谐振柱的两侧，所述第一谐振柱与第二谐振柱之间同时设置有容性耦合结构和感性耦合结构，其特征在于，所述容性耦合结构包括第一延伸部、第二延伸部和加载盘，所述第一延伸部横向设置于第二谐振柱的顶端且向第一谐振柱方向延伸突出，所述第二延伸部竖向设置于第二谐振柱靠近其顶端的外侧面上且向第二谐振柱顶端方向延伸突出，所述加载盘固定安装在第一谐振柱的顶端且与第一延伸部之间形成有耦合间隙。

2.根据权利要求1所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，还包括固定于腔体内底壁上的第三谐振柱，所述第三谐振柱位于第二谐振柱的外侧，所述第二延伸部与第三谐振柱产生容性耦合。

3.根据权利要求1或2所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，每根谐振柱的上方对应设置一频率调螺，所述频率调螺的顶部固定于腔体的顶壁上。

4.根据权利要求1或2所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，所述感性耦合结构包括设置在每相邻两根谐振柱之间的耦合调螺，所述耦合调螺的底部固定于腔体的底壁上。

5.根据权利要求4所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，所述感性耦合结构还包括至少一个补偿结构，所述补偿结构连接两个不相邻的谐振柱且靠近谐振柱的底端设置。

6.根据权利要求1或2所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，还包括加载块，所述加载块设置在任意一根所述谐振柱或任意两根以上的谐振柱的底部，且所述加载块的一侧面与谐振柱的正面或背面贴合，底面固定于腔体底壁上。

7.根据权利要求2所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，所述第三谐振柱包括顶部和比顶部细的底部，所述第三谐振柱的底部固定于腔体的底壁上，顶部设置有自顶向下且位于第三谐振柱内的调谐孔，且所述第三谐振柱上方对应的频率调螺的底部伸入到所述调谐孔内。

8.根据权利要求7所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，所述第三谐振柱顶部的一侧面上还设置有与所述调谐孔贯通的导流孔。

9.根据权利要求5所述的电磁混合耦合结构，其特征在于，所述补偿结构的两端直接焊接在对应端的谐振柱上；或者通过绝缘垫片或绝缘薄膜与对应端的谐振柱绝缘连接，实现电容耦合。

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