CN111446524A - 一种单层交叉耦合滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种单层交叉耦合滤波器，包括腔体、谐振结构和分隔壁，谐振结构一体成型，且安装于腔体内，谐振结构包括沿一条信号传输路径分布且在容纳空间内位于同一平面上的至少两排谐振单元，每排谐振单元又包括多个谐振器；分隔壁设置于相邻两排谐振单元之间，且其上形成有耦合窗口，不同排的相邻两个谐振器之间通过对应的所述耦合窗口形成交叉耦合。本发明实现滤波器更小型化的同时，也减少了加工和装配费用，及加工和装配公差。

Description

一种单层交叉耦合滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，尤其是涉及一种单层交叉耦合滤波器。

背景技术

随着滤波器小型化，轻量化或者在PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)或Alumina(氧化铝)等电介质平面上实现滤波器时，通常采用平面空气带状线或梳妆线谐振器的一字排列结构，在交叉耦合的实现上有诸多限制。其一般实现交叉耦合的方式为在传输路径上添加反相位耦合来产生零点。

如图7所示，由四个谐振器构成的4腔滤波器中，谐振器1-2-3-4中通过感性耦合传输信号时，在谐振器1-2-3-4顺序的感性耦合传输路径中增加谐振器1-4的容性耦合将会得到图8中的通带，通带的低频及高频中都因相位相反产生两个零点.这种实现方式在平面直排结构中实现困难。

现有技术中，如图9所示，在平面直线排列谐振杆结构中，为了实现交叉耦合，需在非相邻的谐振杆之间安装开路或短路的结构件，结构件一般插入或粘接在绝缘体中，再将该结构件固定在谐振杆或接地面上，或直接固定在谐振器上。但是这种方式在开路形态时为了固定此结构需要使用到绝缘体以及装配，并为了固定此装配件需要增加安装部位的加工，此方案会增加加工及制作费用，而且加工及装配公差也会带来滤波器性能的降低。而短路形态的交叉耦合需要在谐振器上焊接或粘接结构件，且结构件也需要在一定长度上进行折弯。这个折弯将带来整体产品的高度增加，并且焊接时焊锡量及焊接位置也会影响滤波器的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种体积更小型化且便于实现交叉耦合的单层交叉耦合滤波器。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种单层交叉耦合滤波器，包括：

腔体，所述腔体内形成有容纳空间；

一体成型的谐振结构，所述谐振结构安装于所述容纳空间内，且所述谐振结构包括沿一条信号传输路径分布的至少两排谐振单元，所述至少两排谐振单元在容纳空间内位于同一平面上，每排所述谐振单元包括多个谐振器，所述谐振器之间耦合连接形成信号传输，且不同排的多组相邻谐振器中至少有一组耦合连接，实现交叉耦合；

至少一个分隔壁，所述分隔壁设置于相邻两排所述谐振单元之间，且所述分隔壁上形成有耦合窗口，所述不同排的相邻两个谐振器之间通过对应的所述耦合窗口形成交叉耦合。

优选地，所述每个所述谐振器包括主体部和折弯部，所述主体部的一端接地，所述折弯部包括首折弯部和末折弯部，所述首折弯部和末折弯部连接形成沿逆时针或顺时针方向盘旋的谐振器结构，或所述折弯部包括首折弯部、至少一中间折弯部和末折弯部，所述中间折弯部将首折弯部和末折弯部连接形成沿逆时针或顺时针方向盘旋的谐振器结构。

优选地，所述首折弯部由主体部的另一端向一个方向或两个方向折弯形成。

优选地，所述信号传输路径为U型或S型。

优选地，每排谐振单元的多个谐振器的主体部的一端均相连接地。

优选地，所述不同排的相邻两个谐振器的主体部穿过耦合窗口一体相连，形成电感交叉耦合。

优选地，所述不同排的相邻两个谐振器的折弯部之间间隔一段距离，所述相间隔的折弯部通过耦合窗口形成电容交叉耦合。

优选地，所述滤波器还包括分别设置在所述信号传输路径的两个末端的信号输入端口和信号输出端口。

优选地，所述谐振结构至少通过螺钉、焊锡、激光焊接、摩擦焊接、真空焊接结构固定到腔体中。

优选地，所述谐振结构上形成有多个螺钉穿孔，所述腔体底部上对应该螺钉穿孔的位置设置相应的螺钉固定部，螺钉穿过所述螺钉穿孔和螺钉固定部将谐振结构固定到腔体内。

本发明的有益效果是：

1、利用单层带状线结构实现滤波器，且每个带状线谐振器的结构设计为有多个折弯部，对于滤波器的小型化有显著效果，且单层滤波器结构相比多层结构，缩小了整体高度，减少了装配工时费用，减少了累计公差和装配公差，并减少了接触损耗。

2、每个谐振器的形状可根据需要变更设计，根据谐振器的形状可相应自由设计谐振器之间的耦合方式；此外，结合分隔壁可自由地变化信号的传输路径，传输路径的自由变化进而可以自由选择信号输入/输出端口的设计位置，提高了滤波器整体的设计灵活性。

3、利用分隔壁的开口部位无需增加结构件就可实现非相邻谐振器之间的交叉耦合，因此可减少因结构件带来的加工及装配公差，减少了产品的加工难度，且加工及装配费用也可大大减少。

附图说明

图1是本发明不设盖板的立体结构示意图；

图2是本发明腔体的结构示意图；

图3是本发明谐振结构的结构示意图；

图4是本发明滤波器传输路径的原理示意图；

图5是图1中的局部放大结构示意图；

图6是本发明对应电性能曲线示意图；

图7是现有4腔滤波器的结构示意图；

图8是图7对应电性能曲线示意图；

图9是现有平面直线排列谐振杆结构的示意图。

附图标记：

1、腔体，11、容纳空间，12、螺钉固定部，2、谐振结构，21、螺钉穿孔，22/2a～2f、谐振器，221、主体部，222、首折弯部，223、末折弯部，224、中间折弯部，3、分隔壁，31、耦合间隙，4、螺钉结构，5、耦合窗口，6、电连接部，7、磁连接部，8、信号输入端口，9、信号输出端口。

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单层交叉耦合滤波器，通过对谐振器形状的改进设计，一体成型出由该谐振器组成的单层谐振单元结构，且在单层谐振单元结构的在非相邻谐振器之间加交叉耦合，实现滤波器更小型化的同时，也可实现：1、无需额外添加导体来实现交叉耦合，减少了加工和装配费用，及加工和装配公差；2、在非相邻谐振器之间加交叉耦合时可以单独控制,所以设计和制作变的简单；3、单层实现交叉耦合相比多层结构缩小了整体高度，减少了装配或焊接工程中的加工及装配公差要求，减少了接触损耗。

结合图1～图3所示，本发明所揭示的一种单排交叉耦合滤波器，包括腔体1、谐振结构2和分隔壁3，其中，如图2所示，腔体1的顶端开口，当然也可替换为顶端和底端均开口，腔体1其内形成有用于容纳谐振结构2的容纳空间11，腔体1在制作时可以采用铣加工或压铸等方式加工。且腔体1可以是电介质，如陶瓷介质或PCB，或可变化为其他表面导电类的物质，如折弯铝箔片等。

如图1所示，谐振结构2固定于腔体的所述容纳空间11内，且谐振结构2本身一体成型，整体为单层平面的带状线体，其安装到腔体1内后其所在平面与腔体1底面平行或近似平行。谐振结构2具体包括多排(即至少两排)谐振单元，多排谐振单元在容纳空间11内沿腔体1的一侧壁向与该侧壁相对的另一侧壁延伸分布，如沿腔体1的前、后侧壁所在的前后方向分布，或者腔体1的左、右侧壁所在的左右方向分布，且位于同一平面上，这里的平面即上述与腔体1底面平行或近似平行的平面。制作所述单层平面的带状线体时，可以铣加工，线切割，蚀刻等各种加工方式或者开模具制作。

本实施例中，谐振结构2通过螺钉4分体固定到腔体1中，具体地，谐振结构2上形成有多个螺钉穿孔21，腔体1底部上对应该螺钉穿孔的位置设置相应的螺钉固定部12，螺钉4穿过所述螺钉穿孔21和螺钉固定部12将谐振结构2固定到腔体1内。当然，不限于螺钉4固定的结构，其他还有焊锡，激光焊接，摩擦焊接，真空焊接等装配方式同样适用于本发明，只要能实现将谐振结构2分体固定到腔体内即可，且谐振结构2也可一体成型于腔体1内。

每排谐振单元又包括多个谐振器22，谐振结构2中的多个谐振器22按一条信号传输路径分布，该信号传输路径可以是U型也可是S型等。如图4所示，图中箭头表示每个谐振器22之间的耦合传输路径，形成的是U型，相邻的带状线谐振器22的面积和间距等决定两者之间的耦合强度。当然，谐振结构2也可以为三排以上谐振单元结构，形成的传输路径即为多个连续U型或S型形成的弯道路径。

结合图5所示，每个谐振器22具体包括主体部221和折弯部，其中，每排谐振单元的多个谐振器22的主体部221的一端均相连接地，折弯部与主体部221的另一端相连且折弯形成，折弯部的折弯形状可根据实际需要自由变更设计，这里不做限制，也就是说谐振器22的形状可以根据需要折弯形成多种设计。具体地，如图4所示，折弯部包括首折弯部222和末折弯部223，其中，首折弯部222由主体部221的另一端向一个方向或两个方向折弯形成；首折弯部222和末折弯部223连接形成沿逆时针或顺时针方向盘旋的谐振器结构。或者，作为可替换的，折弯部除包括首折弯部222和末折弯部223外，还可包括至少一个中间折弯部224，其中，首折弯部222由主体部221的另一端向一个方向或两个方向折弯形成，中间折弯部224将首折弯部222和末折弯部223连接形成沿逆时针或顺时针方向盘旋的谐振器结构。

如图1所示的实施例1的单层平面结构的6阶滤波器，其包括两排谐振单元，每排谐振单元包括3个谐振器(谐振器2a～2c、谐振器2d～2f)，即该6阶滤波器包括6个谐振器(谐振器2a～2f)，且谐振器2a～2f的主体部221一端均接地。折弯部与主体部221的另一端相连形成沿逆时针或顺时针方向盘旋折弯的谐振器结构，具体地，与主体部221的另一端相连形成沿顺时针或逆时针方向垂直折弯形成，形成了至少三个折弯，即折弯部包括首折弯部222、中间折弯部224和末折弯部223，其中，首折弯部222与主体部221的另一端相连，形成垂直折弯，中间折弯部与首折弯部222的末端相连，形成垂直折弯，末折弯部223与中间折弯部224的末端相连，形成垂直折弯。与现有L型和T型谐振器相比，本发明设计的谐振器结构可实现滤波器的更小型化，且滤波器的频率更低。优选地，在垂直于腔体的上下端的方向，将折弯部增厚，即使折弯部的厚度大于主体部221的厚度，这样可以在同频率的要求下进一步减小谐振器的体积。

其中，在上述信号传输路径上的相邻两个谐振器22之间电磁混合耦合连接，具体耦合方式由谐振器22的形状及相互耦合位置决定。需要说明的是，一般的TEM模滤波器的耦合为电耦合和磁耦合共存，这两种耦合中耦合量大的一种称为主导耦合，本发明滤波器中的主导耦合的模式可以由相耦合的两谐振器22的耦合位置决定。结合图1和图4所示的单层平面结构的6阶滤波器，根据谐振器22的形状设计，形成的信号传输路径为谐振器2a～2f所形成的U型路径。

分隔壁3设置于相邻两排谐振单元之间，用于隔离不同排谐振器22之间的耦合。分隔壁3与腔体1一体成型，具体一体成型于腔体1的底部上。在不实现交叉耦合的情况下，本实施例中，分隔壁3与腔体的一内侧壁不接触，形成耦合间隙31，如谐振器2c和谐振器2d之间通过该耦合间隙31实现耦合，如图1所示。

优选地，不同排的多组相邻谐振器中至少有一组耦合连接，实现交叉耦合。如图1和图2所示，分隔壁3上形成有耦合窗口5，不同排的相邻两个谐振器(上述如谐振器2c和2d)通过对应的耦合窗口5形成交叉耦合。本实施例中，分隔壁3上对应谐振器2b和2e的位置设置一耦合窗口5，及分隔壁3上对应谐振器2a和2f的位置也设置一耦合窗口5。

进一步地，不同排的相邻两个谐振器之间形成电感交叉耦合或电容交叉耦合。具体地，不同排的相邻两个谐振器的主体部穿过耦合窗口一体相连，形成电感交叉耦合；不同排的相邻两个谐振器的折弯部之间间隔一段距离，相间隔的所述折弯部通过耦合窗口形成电容交叉耦合。

如图1、图3和图4所示的6阶滤波器中，两排谐振单元中有两组相邻谐振器，即谐振器2a和2f，及谐振器2b和2e，在这两组谐振器中任意选择一组或两组耦合连接，实现交叉耦合。在谐振器2a～2f的耦合路径中添加谐振器2b和2e之间的耦合，本实施例中，在谐振器2b和2e之间的分隔壁上开设一耦合窗口5，谐振器2b和2e之间的主体部221穿过耦合窗口5一体相连形成磁耦合，即增加了电感交叉耦合，形成了2个传输零点。在谐振器2a～2f的耦合路径中再添加谐振器2a和2f之间的耦合，本实施例中，谐振器2a和2f的折弯部的末端之间间隔一段距离，相间隔的两个折弯部通过耦合窗口5形成电容交叉耦合。

上述传输零点就是在主耦合路径中增加反相位的交叉耦合产生，一般的横电磁波(TEM)模平面结构滤波器为了实现这样的交叉耦合，就要做成多层后再层间增加缝隙耦合或者在非相邻谐振器之间添加导体(飞杆)，本发明没有采用叠层和增加飞杆，仅通过谐振器形状的设计控制主导耦合，实现容性交叉耦合或感性交叉耦合。

进一步地，所述单层交叉耦合滤波器，如图1和图2所示，还包括信号输入端口8和信号输出端口9，这两个端口8、9分别设置在上述信号传输路径的两个末端，根据信号传输路径的不同，其设置位置也可以相应不同。上述实施例中即设置于谐振器2a和谐振器2f处，实施时，信号输入端口8和信号输出端口9可以有多种形式，本实施例中，通过在绝缘体中插入接头内芯，将其装配在腔体底部后再焊接到带状线的谐振器22上，这个结构可以是完整的射频连接器，即谐振器2a和谐振2f上各焊接一射频连接器。也可以是印制板焊接形式或接头形式等。

本发明利用单层带状线结构实现滤波器，整个滤波器的传输路径上增设若干交叉耦合，从而实现每增加一个交叉耦合即在带宽两侧分别增加一个零点。单层实现交叉耦合相比多层结构缩小了整体高度，减少了装配或焊接工程中的加工及装配公差要求，减少了接触损耗。且无需额外添加导体实现交叉耦合，减少了加工及装配费用，减少了加工及装配公差。另外，在非相邻谐振器之间加交叉耦合时也可以单独控制，所以滤波器设计和制作变得更简单。

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 (10)

1.一种单层交叉耦合滤波器，其特征在于，包括：

腔体，所述腔体内形成有容纳空间；

一体成型的谐振结构，所述谐振结构安装于所述容纳空间内，且所述谐振结构包括沿一条信号传输路径分布的至少两排谐振单元，所述至少两排谐振单元在容纳空间内位于同一平面上，每排所述谐振单元包括多个谐振器，所述谐振器之间耦合连接形成信号传输，且不同排的多组相邻谐振器中至少有一组耦合连接，实现交叉耦合；

至少一个分隔壁，所述分隔壁设置于相邻两排所述谐振单元之间，且所述分隔壁上形成有耦合窗口，所述不同排的相邻两个谐振器之间通过对应的所述耦合窗口形成交叉耦合。

2.根据权利要求1所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述每个所述谐振器包括主体部和折弯部，所述主体部的一端接地，所述折弯部包括首折弯部和末折弯部，所述首折弯部和末折弯部连接形成沿逆时针或顺时针方向盘旋的谐振器结构，或所述折弯部包括首折弯部、至少一中间折弯部和末折弯部，所述中间折弯部将首折弯部和末折弯部连接形成沿逆时针或顺时针方向盘旋的谐振器结构。

3.根据权利要求2所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述首折弯部由主体部的另一端向一个方向或两个方向折弯形成。

4.根据权利要求1所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述信号传输路径为U型或S型。

5.根据权利要求2所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，每排谐振单元的多个谐振器的主体部的一端均相连接地。

6.根据权利要求2所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述不同排的相邻两个谐振器的主体部穿过耦合窗口一体相连，形成电感交叉耦合。

7.根据权利要求2所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述不同排的相邻两个谐振器的折弯部之间间隔一段距离，所述相间隔的折弯部通过耦合窗口形成电容交叉耦合。

8.根据权利要求1所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括分别设置在所述信号传输路径的两个末端的信号输入端口和信号输出端口。

9.根据权利要求1所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述谐振结构至少通过螺钉、焊锡、激光焊接、摩擦焊接、真空焊接结构固定到腔体中。

10.根据权利要求9所述的单层交叉耦合滤波器，其特征在于，所述谐振结构上形成有多个螺钉穿孔，所述腔体底部上对应该螺钉穿孔的位置设置相应的螺钉固定部，螺钉穿过所述螺钉穿孔和螺钉固定部将谐振结构固定到腔体内。

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