CN111403876A - 具有两种谐振腔的小型混合模滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，属于通信技术领域。该滤波器包括：串联的n个谐振腔，且每相邻两个谐振腔之间间隔一个金属片，n≥3；所述n个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余n‑2个谐振腔为介质双模谐振腔；所述n个谐振腔通过所述金属片上的耦合窗口进行耦合。本发明实施例提供的滤波器具有体积紧凑，损耗小，功率容量大，带外抑制高，谐波性能好的特点，从而可以有效提高5G通信系统的抗干扰能力和频谱利用率，降低5G通信系统的功耗，提高5G通信系统的覆盖范围。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器。
背景技术
5G（5th Generation）通信中的Sub 6GHz采用MIMO（Multi-Input Multi-Output，多输入多输出）技术，需要在天线内部集成大量的滤波器，因此，对滤波器的损耗、带外抑制、功率容量、体积、重量等都有更高的要求。
若选用传统的金属滤波器，由于传统的金属滤波器的体积和重量太大，无法集成在天线内部。若选用小型介质波导滤波器，虽然小型介质波导滤波器的尺寸较小，但是其插损大，功率容量低。
发明内容
本发明实施例提供了一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，用于解决现有技术中的问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，所述滤波器包括：串联的n个谐振腔，且每相邻两个谐振腔之间间隔一个金属片，n≥3；
所述n个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余n-2个谐振腔为介质双模谐振腔；
所述n个谐振腔通过所述金属片上的耦合窗口进行耦合。
在一种可能的实现方式中，所述介质双模谐振腔上设有对称的两个耦合孔，所述两个耦合孔用于产生两个正交的谐振频率之间的耦合。
在一种可能的实现方式中，所述耦合孔的直径的大小与所述谐振频率之间的耦合系数的大小呈正相关关系。
在一种可能的实现方式中，两个相邻的介质双模谐振腔上的耦合孔交错分布，且所述两个相邻的介质双模谐振腔包含的四个谐振频率产生负的交叉耦合，并在所述滤波器的通带两端产生对称的两个传输零点。
在一种可能的实现方式中，位于第i个和第i+1个介质双模谐振腔之间的金属片上设有十字形耦合窗口；
所述十字形耦合窗口中的长边用于产生所述滤波器主路的耦合，短边用于产生所述交叉耦合。
在一种可能的实现方式中，所述耦合窗口的大小与所述介质双模谐振腔之间的耦合系数的大小呈正相关关系。
在一种可能的实现方式中，所述介质双模谐振腔包括金属壳体和位于所述金属壳体内部的介质块，所述两个耦合孔位于所述介质块上。
在一种可能的实现方式中，所述金属壳体和所述金属谐振腔上设有通孔，且所述滤波器还包括金属杆，所述金属杆贯穿所述通孔串联所述谐振腔和所述金属片，且每根金属杆分别通过螺母与两个金属谐振腔固定。
在一种可能的实现方式中，所述介质块是微波陶瓷介质块。
在一种可能的实现方式中，所述滤波器应用于sub 6GHz频段。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
由于具有两种谐振腔的小型混合模滤波器包括串联的n个谐振腔，该n个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余n-2个谐振腔为介质双模谐振腔，且每相邻两个谐振腔之间间隔一个金属片， n个谐振腔可以通过金属片上的耦合窗口进行耦合。这样，可以通过两个金属谐振腔实现抽头耦合，且利用金属谐振腔的二次谐振频率距离工作谐振频率较远的特性来抑制滤波器的远端谐波；还可以利用介质双模谐振腔中介质的高介电常数特性和低损耗特性来降低滤波器的体积和带内插损。概括来说，本实施例提供的滤波器具有体积紧凑，损耗小，功率容量大，带外抑制高，谐波性能好的特点，从而可以有效提高5G系统的抗干扰能力和频谱利用率，降低5G通信系统的功耗，提高5G通信系统的覆盖范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例中的一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器的示意图；
图2是本发明一个实施例中的一种滤波器的内部结构图；
图3是本发明一个实施例中的一种介质双模谐振腔的电场分布示意图；
图4是本发明一个实施例中的一种介质双模谐振腔的结构图；
图5是本发明一个实施例中的一种隐藏金属外壳和金属片的滤波器的结构图；
图6是本发明一个实施例中的一种滤波器的近端频率响应曲线的示意图；
图7是本发明一个实施例中的一种金属片的示意图；
图8是本发明一个实施例中的一种滤波器的远端谐波特性曲线的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，该滤波器包括：串联的n个谐振腔110，且每相邻两个谐振腔110之间间隔一个金属片120，n≥3。
其中，若谐振腔110的数量为n，则金属片120的数量为n-1，且n的数量可以根据实际的滤波器指标确定，本实施例不作限定。
图1中以n为6进行举例说明，则图1所示的是一个十阶四零点的混合模滤波器。该滤波器依次包括第一个谐振腔110、第一个金属片120、第二个谐振腔110、第二个金属片120、第三个谐振腔110、第三个金属片120、第四个谐振腔110、第四个金属片120、第五个谐振腔110、第五个金属片120、第六个谐振腔110。
本实施例中采用金属谐振腔和介质双模谐振腔的混合模实现滤波器。在一种实现方式中，n个谐振腔110中的第一个和最后一个谐振腔110为金属谐振腔，剩余n-2个谐振腔110为介质双模谐振腔。仍然以图1中的滤波器为例进行说明，则第一个谐振腔110（图1中最左侧的谐振腔110）和第六个谐振腔110（图1中最右侧的谐振腔110）为金属谐振腔，中间的第二至四个谐振腔110为介质双模谐振腔。为了便于区别，图1中以110-1表示金属谐振腔，以110-2表示介质双模谐振腔。其中，金属谐振腔需要接地，以解决雷击问题。
由于第一个谐振腔110为滤波器的输入端，最后一个谐振腔110为滤波器的输出端，采用金属谐振柱加载，所以，可以利用金属谐振腔的二次谐振频率距离工作谐振频率较远的特性来抑制滤波器的远端谐波，即可以抑制滤波器的远端寄生通带。
采用高介电常数的介质双模谐振腔作为中间级谐振腔，从而可以利用高介电常数特性和双模的特点来减小滤波器中谐振腔110尺寸。在一种实现方式中，介质双模谐振腔可以为微波陶瓷介质，则可以利用微波陶瓷介质的低损耗特性来提高滤波器的损耗特性。
本实施例中，金属片120上设置有耦合窗口121，这样，n个谐振腔110可以通过金属片120上的耦合窗口121进行耦合。
其中，谐振腔110可以作为一个独立部件单独制造，金属片120也可以作为一个独立部件单独制造，然后，再对该谐振腔110和金属片120进行组装来得到滤波器，从而降低滤波器的生产难度，便于滤波器的生产。
综上所述，本实施例提供的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，由于该滤波器包括串联的n个谐振腔，该n个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余n-2个谐振腔为介质双模谐振腔，且每相邻两个谐振腔之间间隔一个金属片， n个谐振腔可以通过金属片上的耦合窗口进行耦合。这样，可以通过两个金属谐振腔实现抽头耦合，且利用金属谐振腔的二次谐振频率距离工作谐振频率较远的特性来抑制滤波器的远端谐波；还可以利用介质双模谐振腔中介质的高介电常数特性和低损耗特性来降低滤波器的体积和带内插损。概括来说，本实施例提供的滤波器具有体积紧凑，损耗小，功率容量大，带外抑制高，谐波性能好的特点，从而可以有效提高5G系统的抗干扰能力和频谱利用率，降低5G通信系统的功耗，提高5G通信系统的覆盖范围。
请参考图2所示的滤波器的内部结构图，本实施例中的介质双模谐振腔上设有对称的两个耦合孔111，两个耦合孔111用于产生两个正交的谐振频率之间的耦合。图2中的n为6，则滤波器中包括4个介质双模谐振腔，由于每个介质双模谐振腔产生两个正交的谐振频率，所以，这4个介质双模谐振腔构成8个谐振频率。
其中，耦合孔111的直径的大小与谐振频率之间的耦合系数的大小呈正相关关系。即，耦合孔111的直径越大，谐振频率之间的耦合系数越大；耦合孔111的直径越小，谐振频率之间的耦合系数越小。这样，可以通过调节耦合孔111的直径的大小来调节谐振频率之间的耦合系数。
图3中显示有两个对称的耦合孔111，且介质块113之间的虚线表示介质双模谐振腔上的两个正交的谐振频率的电场分布115。
请参考图4所示的介质双模谐振腔的结构图，本实施例中的介质双模谐振腔包括金属壳体112和位于金属壳体112内部的介质块113，两个耦合孔111位于介质块113上。
其中，金属壳体112是中空的壳体。其中，金属壳体112的外表面可以是矩形，也可以是其他形状。金属壳体112的内表面的形状与介质块113的形状相同，以便于介质块113胶接在金属壳体112内。其中，介质块113可以是圆形或多边形，该多边形可以是六边形、八边形等等，本实施例不作限定。
图4中以介质块113为圆形进行了举例说明，则可以将圆形的介质块113胶接在一个圆形的金属圆筒（即金属壳体112）内，利用金属作为边界条件来形成一个完整功能的谐振腔110。其中，介质块113可以是微波陶瓷介质块。
请参考图5所示的隐藏金属外壳112和金属片120的滤波器，两个相邻的介质双模谐振腔上的耦合孔111交错分布，且两个相邻的介质双模谐振腔包含的四个谐振频率产生负的交叉耦合，并在滤波器的通带两端产生对称的两个传输零点。
其中，两个相邻的介质双模谐振腔之间按照一定角度交叉安装，其所包含的四个谐振频率作为一个子集，产生负的交叉耦合，从而在滤波器的通带两端产生对称的两个传输零点。同理，如果有多个这样的子集就可以产生多个对称的传输零点，从而可以利用对称的传输零点来获得陡峭的带外抑制度。
请参考图6所示的滤波器的近端频率响应曲线，从该响应曲线中可以看出，本实施例中所示的十阶四零点的混合模滤波器在通带的左右两边具有四个传输零点，图6中以1和2进行标记。
请参考图7所示的金属片120的示意图，图7中以5个金属片120进行了举例，本实施例不限定金属片120的数量。
本实施例中的每个金属片120上都设有耦合窗口121，且耦合窗口112的大小与介质双模谐振腔之间的耦合系数的大小呈正相关关系。即，耦合窗口112越大，耦合系数越大；耦合窗口112越小，耦合系数越小。所以，可以根据谐振腔110之间的耦合系数要求来调节耦合窗口121的大小。
比如，金属谐振腔和介质双模谐振腔的耦合系数要求较大，所以，金属谐振腔和介质双模谐振腔之间的金属片120的耦合窗口较大。即，图6中第一个和最后一个金属片120的耦合窗口较大。
本实施例中，位于第i个和第i+1个介质双模谐振腔之间的金属片120上设有十字形耦合窗口；十字形耦合窗口中的长边用于产生滤波器主路的耦合，短边用于产生交叉耦合。
比如，第一个介质双模谐振腔和第二个介质双模谐振腔之间的金属片120（即图7中的第二个金属片120）、第三个介质双模谐振腔和第四个介质双模谐振腔之间的金属片120（即图7中的第四个金属片120）中，耦合窗口121是十字形耦合窗口。十字形耦合窗口结构和其相邻的两个介质双模谐振腔耦合一个四个谐振频率的子集，通过交叉放置介质双模谐振腔以及该十字形耦合窗口结构，可以在滤波器通带两边各形成一个传输零点。
下面对谐振腔110和金属片120的串联方式进行说明。本实施例中，可以利用较长的金属杆130来串联谐振腔110和金属片120，从而得到组装的滤波器。
请参考图4，本实施例中，金属壳体112和金属谐振腔上设有通孔114，且滤波器还包括金属杆130，金属杆130贯穿通孔114串联谐振腔110和金属片120，且每根金属杆130分别通过螺母140与两个金属谐振腔固定。
本实施例中，可以按照顺序在金属杆130上依次串联谐振腔110和金属片120，再在金属杆130的首尾各用一个螺母140锁紧。
本实施例提供的滤波器可以应用于sub 6GHz频段，当然，也可以应用在其他频段，本实施例不作限定。需要说明的是，本实施例中的滤波器的尺寸可以根据实际的滤波器指标，通过HFSS（High Frequency Structure Simulator，高频结构仿真器）等电磁仿真软件优化确定。
请参考图8所示的滤波器的远端谐波特性曲线，由图8可知，该滤波器的远端具有优良的谐波抑制特性，普通介质滤波器的谐波在通带的1.2--1.3倍频处就会出现寄生通带，而该滤波器没有明显的寄生通带。
以上所述并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述滤波器包括：串联的n个谐振腔，且每相邻两个谐振腔之间间隔一个金属片，n≥3；
所述n个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余n-2个谐振腔为介质双模谐振腔；
所述n个谐振腔通过所述金属片上的耦合窗口进行耦合。
2.根据权利要求1所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述介质双模谐振腔上设有对称的两个耦合孔，所述两个耦合孔用于产生两个正交的谐振频率之间的耦合。
3.根据权利要求2所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述耦合孔的直径的大小与所述谐振频率之间的耦合系数的大小呈正相关关系。
4.根据权利要求2所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，两个相邻的介质双模谐振腔上的耦合孔交错分布，且所述两个相邻的介质双模谐振腔包含的四个谐振频率产生负的交叉耦合，并在所述滤波器的通带两端产生对称的两个传输零点。
5.根据权利要求4所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，位于第i个和第i+1个介质双模谐振腔之间的金属片上设有十字形耦合窗口；
所述十字形耦合窗口中的长边用于产生所述滤波器主路的耦合，短边用于产生所述交叉耦合。
6.根据权利要求5所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述耦合窗口的大小与所述介质双模谐振腔之间的耦合系数的大小呈正相关关系。
7.根据权利要求2所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述介质双模谐振腔包括金属壳体和位于所述金属壳体内部的介质块，所述两个耦合孔位于所述介质块上。
8.根据权利要求7所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述金属壳体和所述金属谐振腔上设有通孔，且所述滤波器还包括金属杆，所述金属杆贯穿所述通孔串联所述谐振腔和所述金属片，且每根金属杆分别通过螺母与两个金属谐振腔固定。
9.根据权利要求7所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述介质块是微波陶瓷介质块。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的具有两种谐振腔的小型混合模滤波器，其特征在于，所述滤波器应用于sub 6GHz频段。
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