CN110265758B - 三阶带阻滤波器及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三阶带阻滤波器及通信设备，所述滤波器包括三块金属板、两个探头和一根探针，所述三块金属板依次叠加，且三块金属板的边缘处打入多根金属柱，构成介质集成波导结构，三块金属板分别为第一边的金属板、中间的金属板和第二边的金属板，中间的金属板中心开有第一矩形缝隙；所述两个探头通过介质波导结构相连，所述探针穿过介质集成波导结构，且探针的第一端位于一个探头的中心处，探针的第二端位于另一个探头的中心处。本发明的滤波器采用同轴馈线和扩展探头设计，扩展探头通过介质集成波导结构相连，而不是使用主传输线来配置谐振器，具有窄带、小尺寸、高选择性和良好的带外抑制性能，能够很好的满足现代通信系统的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤波器，尤其是一种三阶带阻滤波器及通信设备，属于通信技术领域。
背景技术
三阶带阻滤波器是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，三阶带阻滤波器可在一定频段内形成一个阻带，对干扰信号进行抑制，而其上下频段则形成两个通带。三阶带阻滤波器的标准设计方法是将沿连接输入和输出的主传输线布置的带阻谐振元件级联。采用微带、共面波导等平面传输线设计的三阶带阻滤波器具有体积小、易集成等优点，但损耗大，通常应用于宽带系统。传统的波导三阶带阻滤波器，如矩形波导和圆柱形波导，具有功率损耗低的优点，而波导电路尺寸大，成本高，不易集成。
介质集成波导(又称基片集成波导，Substrate integrated waveguide，简称SIW)由于具有高质量因数、低成本、体积小、重量轻、易于与其它元件集成等优点，在毫米波滤波器的设计和制造中得到了广泛的应用。Kilda等人设计了脊形缺口波导滤波器，在两块平行金属平板间形成缺口，其中一面金属板的表面形成一条波导金属脊结构，其周围由多个金属柱结构包围，形成一个类似针状的结构表面来提供阻带，且其结构加工简单，通过尺寸的缩减，该型滤波器具备THz的高频性能潜力。Husain等人采用基片集成波导技术设计三阶带阻滤波器，分别使用矩形波导、圆形波导和扇形波导谐振器与主波导耦合形成阻带，并分析了各自的阻带特性，研究表明不同的波导谐振器设计方案在不同的谐振频率下表现出不同的衰减特性。南京理工大学的吴金徽，根据滤波器设计原理，设计了一款基于均匀阻抗谐振器的同轴腔体三阶带阻滤波器，基于该型滤波器结构，将金属谐振杆更换成介质谐振器，设计了介质三阶带阻滤波器，其体积更小，Q值更高。
近年来，衬底集成波导技术已成功应用于设计插入损耗低、设计简单、与平面电路具有潜在集成能力的滤波器，并利用衬底集成波导设计了许多椭圆或准椭圆滤波器。在后续学者的探索研究中，越来越多的学者利用衬底集成波导谐振腔来减小滤波器的尺寸，而且其有良好的选择性、小尺寸和可加工性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三阶带阻滤波器，该滤波器采用同轴馈线和扩展探头设计，扩展探头通过介质集成波导结构相连，而不是使用主传输线来配置谐振器，具有窄带、小尺寸、高选择性和良好的带外抑制性能，能够很好的满足现代通信系统的要求。
本发明的另一目的在于提供一种通信设备。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种三阶带阻滤波器，包括三块金属板、两个探头和一根探针，所述三块金属板依次叠加，且三块金属板的边缘处打入多根金属柱，构成介质集成波导结构，三块金属板分别为第一边的金属板、中间的金属板和第二边的金属板，中间的金属板中心开有第一矩形缝隙；
所述两个探头通过介质波导结构相连，所述探针穿过介质集成波导结构，且探针的第一端位于一个探头的中心处，探针的第二端位于另一个探头的中心处。
进一步的，所述两个探头中，一个探头嵌入第一边的金属板，另一个探头嵌入第二边的金属板；
所述中间的金属板上开有与两个探头对应的圆环形缝隙，所述圆环形缝隙分别与两个探头相连。
进一步的，所述两个探头中，一个探头嵌入第一边的金属板偏离中心的位置上，另一个探头嵌入第二边的金属板偏离中心的位置上。
进一步的，所述三块金属板的四周均开有多个均匀分布的第一过孔，每块金属板上的第一过孔与金属柱一一对应，每个第一过孔可使对应的金属柱穿过。
进一步的，所述金属柱为三十四根，每块金属板上的第一过孔为三十四个。
进一步的，每块金属板上的三十四个第一过孔中，四个第一过孔位于该块金属板的四个角处，七个第一过孔位于该块金属板的上边缘处，且位于该块金属板的左上角和右上角之间，七个第一过孔位于该块金属板的下边缘处，且位于该块金属板的左下角和右下角之间，八个第一过孔位于该块金属板的左边缘处，且位于该块金属板的左上角和左下角之间，八个第二过孔位于该块金属板的右边缘处，且位于该块金属板的右上角和右下角之间。
进一步的，所述三块金属板上均开有第二过孔，该第二过孔可使探针穿过。
进一步的，所述第一边的金属板和第二边的金属板上均开有第二矩形缝隙。
进一步的，所述第一边的金属板上的第二矩形缝隙与一个探头相连，所述第二边的金属板上的第二矩形缝隙与另一个探头相连。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种通信设备，包括上述的三阶带阻滤波器。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
本发明的滤波器设置了三块金属板、两个探头和一根探头，三块金属板依次叠加，且三块金属板的边缘处打入多根金属柱，构成介质集成波导结构，两个探头通过介质集成波导结构相连，可以减少电路尺寸，且探针穿过介质集成波导结构，作为同轴馈线，使介质集成波导结构的三块金属板形成三个谐振腔，探针激发的谐振器来产生一个阻带，两个谐振腔具有谐振腔模和低频段反射零点，中间的谐振腔在上通带产生谐振零点，中间的介质板开出的矩形缝隙产生一个谐振模式，不需要附加元件，将两种谐振腔模组合成一个三阶带阻滤波器，省去了传统的主传输线，提升了频率选择性能，能够满足小型化、高选择性、设计和加工简单等特点；此外，还可以在两边的金属板上开出矩形缝隙，通过矩形缝隙可以实现带外性能的调节，以提升带外抑制性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的三阶带阻滤波器的立体结构示意图。
图2为本发明实施例1的三阶带阻滤波器的前视结构示意图。
图3为本发明实施例1的三阶带阻滤波器的中间金属板的结构示意图。
图4为本发明实施例1的三阶带阻滤波器的侧视结构示意图。
图5为本发明实施例1的三阶带阻滤波器的频率响应电磁仿真和测量曲线图。
其中，1-金属板，2-探针，3-金属柱，4-第一探头，5-第二探头，6-第一矩形缝隙，7-圆环形缝隙，8-第一过孔，9-第二过孔，10-第二矩形缝隙。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图4所示，本实施例提供了一种三阶带阻滤波器，该滤波器包括三块金属板1、两个探头和一根探针2，三块金属板1从前到后依次叠加，且三块金属板1的边缘处打入三十四根金属柱3，构成介质集成波导结构，三块金属板1分别为前边的金属板1、中间的金属板1和后边的金属板1，两个探头分别为第一探头4和第二探头5。
中间的金属板1中心开有第一矩形缝隙6，该第一矩形缝隙6竖向设置，其为谐振器，第一探头4和第二探头5均为SMA探头，它们通过介质集成波导结构相连，可以减少电路尺寸，探针2穿过介质集成波导结构，且探针2的第一端位于第一探头4的中心处，探针2的第二端位于第二探头5的中心处，即探针2为同轴馈线，探针2的第一端和第一探头4一起作为第一馈电端口，探针2的第二端和第二探头5一起作为第二馈电端口，使介质集成波导结构的三块金属板1形成三个谐振腔，探针2激发的谐振器来产生一个阻带，前后两个谐振腔具有谐振腔模和低频段反射零点，中间的谐振腔在上通带产生谐振零点，第一矩形缝隙6产生一个谐振模式，不需要附加元件，将两种谐振腔模组合成一个三阶带阻滤波器。
为了实现第一探头4和第二探头5通过介质集成波导结构相连，第一探头4嵌入前边的金属板1，第二探头5嵌入后边的金属板1，且中间的金属板1上开有与第一探头4、第二探头5对应的圆环形缝隙7，该圆环形缝隙7分别与第一探头4、第二探头5相连。
进一步地，第一探头4嵌入前边的金属板1偏离中心的位置上，第二探头5嵌入后边的金属板1偏离中心的位置上，其中第一探头4向左偏移，第二探头5向右偏移，可以理解，也可以是第一探头4向右偏移，第二探头5向左偏移。
为了使三块金属板1的边缘处打入三十四根金属柱3，三块金属板1的四周均开有三十四个均匀分布的第一过孔8，每块金属板上的第一过孔8与金属柱3一一对应，每个第一过孔8可使对应的金属柱3穿过。
进一步地，每块金属板1上的三十四个第一过孔8中，四个第一过孔8位于该块金属板1的四个角处，七个第一过孔8位于该块金属板1的上边缘处，且位于该块金属板1的左上角和右上角之间，七个第一过孔8位于该块金属板1的下边缘处，且位于该块金属板1的左下角和右下角之间，八个第一过孔8位于该块金属板1的左边缘处，且位于该块金属板1的左上角和左下角之间，八个第二过孔8位于该块金属板的右边缘处，且位于该块金属板1的右上角和右下角之间。
相应地，三十四根金属柱3中，四根金属柱3穿过三块金属板1的四个角，七根金属柱3穿过三块金属板1的上边缘，七根金属柱3穿过三块金属板1的下边缘，八根金属柱3穿过三块金属板1的左边缘，八根金属柱3穿过三块金属板1的下边缘。
为了使探针2穿过介质集成波导结构，三块金属板1上均开有第二过孔9，该第二过孔9可使探针2穿过。
为了实现带外性能的调节，前边的金属板1和后边的金属板1上均开有第二矩形缝隙10，第二矩形缝隙10竖向设置，前边金属板1上的第二矩形缝隙10偏离前边金属板1的中心，并与第一探头4相连，后边金属板1上的第二矩形缝隙10偏离后边金属板1的中心，并与第二探头5相连，通过第二矩形缝隙10可以提升带外抑制性能(又称阻带抑制性能)。
本实施例中的金属板1、探针2、金属柱3、第一探头4和第二探头5可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金，优选采用铜材料。
本实施例的三阶带阻滤波器的频率响应电磁仿真和测量曲线图如图5所示，图中|S11|表示第一馈电端口的回波损耗，|S21|表示第一馈电端口到第二馈电端口的正向传输系数，虚线表示仿真结果，实线表示测量结果，可以看到仿真结果与测量结果具有很好的吻合性，该滤波器具有谐振腔模和低频段反射零点，并在上通带产生谐振零点，该滤波器同时在频率选择性能和阻带抑制性能上有所提升。
实施例2：
本实施例提供了一种通信设备，该设备可以为手机、平板电脑等，其包括上述实施例1的三阶带阻滤波器。
综上所述，本发明的滤波器设置了三块金属板、两个探头和一根探头，三块金属板依次叠加，且三块金属板的边缘处打入多根金属柱，构成介质集成波导结构，两个探头通过介质集成波导结构相连，可以减少电路尺寸，且探针穿过介质集成波导结构，作为同轴馈线，使介质集成波导结构的三块金属板形成三个谐振腔，探针激发的谐振器来产生一个阻带，两个谐振腔具有谐振腔模和低频段反射零点，中间的谐振腔在上通带产生谐振零点，中间的介质板开出的矩形缝隙产生一个谐振模式，不需要附加元件，将两种谐振腔模组合成一个三阶带阻滤波器，省去了传统的主传输线，提升了频率选择性能，能够满足小型化、高选择性、设计和加工简单等特点；此外，还可以在两边的金属板上开出矩形缝隙，通过矩形缝隙可以实现带外性能的调节，以提升带外抑制性能。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (4)
1.一种三阶带阻滤波器，其特征在于：包括三块金属板、两个探头和一根探针，所述三块金属板依次叠加，且三块金属板的边缘处打入多根金属柱，构成介质集成波导结构，三块金属板分别为第一边的金属板、中间的金属板和第二边的金属板，中间的金属板中心开有第一矩形缝隙；
所述两个探头通过介质集成波导结构相连，所述探针穿过介质集成波导结构，且探针的第一端位于一个探头的中心处，探针的第二端位于另一个探头的中心处；两个探头中，一个探头嵌入第一边的金属板偏离中心的位置上，另一个探头嵌入第二边的金属板偏离中心的位置上；
所述中间的金属板上开有与两个探头对应的圆环形缝隙，所述圆环形缝隙分别与两个探头相连，所述第一边的金属板和第二边的金属板上均开有第二矩形缝隙，所述第一边的金属板上的第二矩形缝隙与一个探头相连，所述第二边的金属板上的第二矩形缝隙与另一个探头相连；
所述三块金属板的四周均开有多个均匀分布的第一过孔，且三块金属板上均开有第二过孔，每块金属板上的第一过孔与金属柱一一对应，每个第一过孔可使对应的金属柱穿过，所述第二过孔可使探针穿过。
2.根据权利要求1所述的三阶带阻滤波器，其特征在于：所述金属柱为三十四根，每块金属板上的第一过孔为三十四个。
3.根据权利要求2所述的三阶带阻滤波器，其特征在于：每块金属板上的三十四个第一过孔中，四个第一过孔位于该块金属板的四个角处，七个第一过孔位于该块金属板的上边缘处，且位于该块金属板的左上角和右上角之间，七个第一过孔位于该块金属板的下边缘处，且位于该块金属板的左下角和右下角之间，八个第一过孔位于该块金属板的左边缘处，且位于该块金属板的左上角和左下角之间，八个第二过孔位于该块金属板的右边缘处，且位于该块金属板的右上角和右下角之间。
4.一种通信设备，其特征在于：包括权利要求1-3任一项所述的三阶带阻滤波器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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