CN111864319B - 一种介质波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介质波导滤波器，其介质部分包括：四个依次通过电感耦合窗耦合的介质谐振器、四个分设于介质谐振器的柱形调试盲孔和两个分别用于激励输入端介质谐振器和输出端介质谐振器工作的馈电圆柱；PCB电路板部分包括：PCB电路板、两根设置于PCB电路板上表面的其外端分别与信号输入端口、信号输出端口连接的金属条带、两个设置于PCB电路板下表面且分别与金属条带的内端电连接的馈电圆盘、和分别设置于馈电圆盘外的耦合槽，馈电圆柱分别与馈电圆盘电连接；PCB电路板安装有四个分别插入调试盲孔且插入深度可调节的调试螺杆。本发明介质波导滤波器调试方便有效，且调试可逆，能够有效提高滤波器的调试效率，意味着生产效率得到了提高。

Description

一种介质波导滤波器

技术领域

本发明涉及通信设备组件技术领域，尤其涉及一种介质波导滤波器。

背景技术

随着信息通信产业以及相关社会需求的飞速发展，移动通信系统不断更新换代。作为移动通信系统的关键元件之一，微波滤波器也在相应地持续发展和更新。5G时代来临，人们对基站滤波器提出了更严格的要求。介质滤波器因其小型化、轻量化、低损耗等优点逐渐引起人们的关注。介质滤波器是通过在一体成型的高介电常数介质陶瓷结构表面金属化来实现的，无需金属腔体，其体积和重量都小得多。此外，由于介质陶瓷材料Q值高，温度漂移特性好，介质滤波器在损耗、工作频率稳定性等滤波性能方面也保持着优势。因此，介质滤波器将成为未来移动通信系统的主流选择。目前来说，国内5G基站所使用的介质滤波器主要是波导形式的。然而，由于加工精度的限制，目前介质波导滤波器需要大量的后期调试才能达到预期性能，而其实心结构使得不能像传统金属同轴腔体滤波器一样通过调谐螺杆进行调试。通常只能通过打磨调试沉孔内表面镀银层进行调试，但这种方法不但调试困难，而且调试不可逆转，还会增加滤波器的辐射损耗。因此，针对介质波导滤波器提出一种容易调试且调试可逆的谐振器调试结构十分必要。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有介质滤波器调试困难、调试不可逆的问题，本发明提出一种可调节的介质波导滤波器，使得调试方便且可逆，对提高介质波导滤波器的调试效率有着重要的意义。

为了实现本发明目的，本发明提供的介质波导滤波器，由介质部分和PCB电路板部分组成，其特征在于：

所述介质部分包括四个依次通过电感耦合窗耦合的介质谐振器、四个分设于介质谐振器的柱形调试盲孔和两个分别用于激励输入端介质谐振器和输出端介质谐振器工作的馈电圆柱，所述四个介质谐振器的外部表面覆盖有导电层；

PCB电路板部分包括：PCB电路板、两根设置于PCB电路板上表面的其外端分别与信号输入端口、信号输出端口连接的金属条带、两个设置于PCB电路板下表面且分别与所述金属条带的内端电连接的馈电圆盘、和分别设置于馈电圆盘外的耦合槽，所述馈电圆柱分别与馈电圆盘电连接；

PCB电路板安装有四个分别插入所述调试盲孔且插入深度可调节的调试螺杆。

在实际应用中，介质滤波器通常表贴于PCB电路板上。本发明将PCB电路板作为介质波导滤波器的盖子，在PCB电路板设置调试螺杆，同时在介质波导滤波器上雕刻出调试盲孔，提出一种应用于介质波导滤波器的谐振器调试结构，通过控制调试螺杆伸入调试盲孔的长度来进行谐振频率的调试。与现有调试结构相比，本发明提出的调试结构的调试方便有效，且调试可逆，能够有效提高滤波器的调试效率，意味着生产效率得到了提高。

本发明四阶介质滤波器，以介质部分为主体，PCB电路板为盖子，四个介质谐振器上均应用了上述调试结构，提高了调试效率；且充分利用PCB电路板，在第一介质谐振器和第四介质谐振器之间引入了一种新的电容耦合结构，在通带的上、下边带分别产生一个传输零点，提高了滤波器的频率选择性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1是谐振器调试结构的示意图。

图2是谐振器调试结构的剖视图。

图3是H₁与频率之间的关系。

图4是四阶介质导波滤波器的结构示意图。

图5是四阶介质波导滤波器的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，是本发明介质波导滤波器涉及的谐振器调试结构，整个谐振器调试结构由介质部分和PCB部分组成。从图2的剖面图可以看到，在介质块3上方雕刻出一个直径为D，高度为H的圆柱，可以称之为调试盲孔4，调试盲孔4内部不涂覆金属。除了雕刻出的调试盲孔4的底面和侧面以外，介质块3的其他表面全部被导电层覆盖。调试螺钉1安装在PCB电路板2上，且穿过PCB电路板2伸入到调试盲孔4中，其直径D₁小于等于调试盲孔4的直径D，伸入调试盲孔4的距离设为H₁。

对于探入的深度H₁会对介质块3谐振频率f产生的影响，发明人做了简单的研究。假设雕刻的调试盲孔4的直径D为5mm，高度H为3.2mm。满足上述条件后，进行本征模仿真，观察频率的偏移情况。为了避免调试螺钉1碰到调试盲孔4的底部，从而对滤波器造成影响，调试螺杆1的探入深度从0.2mm开始到3mm结束，可调的范围为2.8mm。

调试盲孔4与探入其中的调试螺杆1组成了一个谐振器调试结构，通过改变调试螺杆1伸入调试盲孔4的长度这种调试方式相比于传统的打磨表面镀银层更加简便、有效，且具有可逆性。如图3所示，滤波器的频率随着深度H₁的变化而变化，深度H₁越大则频率越低，并且在深度达到1.8mm后频率急速下降。

如图4所示，为具有上述调节结构的四阶介质导波滤波器，介质波导滤波器，由介质部分和PCB电路板部分组成。依次通过电感耦合窗91、92、93耦合的。

其中，介质部分包括第一介质谐振器31、第二介质谐振器32、第三介质谐振器33和第四介质谐振器34，第一介质谐振器31、第二介质谐振器32、第三介质谐振器33和第四介质谐振器34分别开设有第一至第四柱形调试盲孔41、42、43、44，第一介质谐振器31和第四介质谐振器34还开设有柱形孔，柱形孔的内壁和周壁涂覆有金属，从而形成分别用于激励第一介质谐振器31和第四介质谐振器34工作的第一馈电圆柱81和第二圆柱82。第一至第四介质谐振器31、32、33、34的外部表面均覆盖有导电层。

PCB电路板部分则包括：PCB电路板2、两根设置于PCB电路板2上表面的其外端分别与信号输入端口P1、信号输出端口P2连接的第一金属条带51和第二金属条带52、两个设置于PCB电路板2下表面且分别与第一金属条带51、第二金属条带52的内端通过第一金属化通孔61、第二金属化62电连接的第一馈电圆盘121和第二馈电圆盘122、分别设置于第一馈电圆盘121和第二馈电圆盘122外的第一耦合槽71和第二耦合槽72。第一馈电圆柱81和第二圆柱82分别与第一馈电圆盘121和第二馈电圆盘122电连接。具体来说，第一馈电圆柱81和第二圆柱82的顶端设有金属环，第一馈电圆柱81和第二圆柱82通过该金属环分别与第一馈电圆盘121和第二馈电圆盘122电连接。

PCB电路板2安装有分别插入第一至第四柱形调试盲孔41、42、43、44且插入深度可调节的第一至第四调试螺杆11、12、13、14。本实施例中，调试螺杆11、12具有外螺纹，通过安装于所述PCB电路板2上表面的螺帽可调节地设置。

为了提高滤波器的频率选择性，在PCB电路板上设计了电容耦合结构：

第一介质谐振器31和第四介质谐振器34上表面分设有第一下部缺陷环101和第二下部缺陷环102， PCB电路板2设有与第一下部缺陷环101和第二下部缺陷环102连接的电容耦合结构111，用来形成第一介质谐振器31和第四介质谐振器34之间的交叉耦合，产生一对传输零点。

具体的，如图4所示，电容耦合结构111包括PCB板2上表面的第三金属条带53、位于PCB板2下表面的分别通过第三金属化通孔63、第四金属化通孔64电连接到第三金属条带53两端的第一耦合圆盘123和第二耦合圆盘124、以及分别设置于第一耦合圆盘123和第二耦合圆盘124的外侧的第一上部缺陷环103、第二上部缺陷环104。第一上部缺陷环103与第一下部缺陷环101合形成环形的绝缘腔，第二上部缺陷环104与第二下部缺陷环102对合形成环形的绝缘腔，第一耦合圆盘123、第二耦合圆盘124分别与第一下部缺陷环101和第二下部缺陷环102内的金属部分电连接。

为了确保PCB电路板2的上下表面金属层接地，如图所示，PCB电路板2的边缘分布有若干金属化通孔。

本实施例滤波器的工作过程如下：电磁能量从信号输入端口P1激励到第一金属带条51，进而通过第一馈电圆柱81馈入第一介质谐振器31，从第一介质谐振器31经过两条耦合路径耦合到第四介质谐振器34，最后经过第二馈电圆柱82传输到第二金属带条52，最后从信号输出端口输出。第一条耦合路径：从第一介质谐振器31经过电感耦合窗91耦合到第二介质谐振器32，经过电感耦合窗92耦合到第三介质谐振器33,经过电感耦合窗耦合33到第四介质谐振器34；第二条耦合路径：从第一介质谐振器31经过电容耦合结构111耦合到第四介质谐振器。上述两条路径，第一条路径提供电感耦合，第二条路径提供电容耦合，耦合极性不同，在通带两边分别产生一个传输零点。

图5给出了该四阶介质波导滤波器的仿真结果。可以看到，该介质波导滤波器的滤波通带从3400MHz到3500MHz（中国电信5G频带），在靠近通带的两边分别引入了一个传输零点，提高了频率的选择性，进一步验证了本发明的可行性与实用性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种介质波导滤波器，由介质部分和PCB电路板部分组成，其特征在于：

所述介质部分包括四个依次通过电感耦合窗（91、92、93）耦合的介质谐振器（31、32、33、34）、四个分设于介质谐振器（31、32、33、34）的柱形调试盲孔（41、42、43、44）和两个分别用于激励输入端介质谐振器（31）和输出端介质谐振器（34）工作的馈电圆柱（81、82），所述四个介质谐振器（31、32、33、34）的外部表面覆盖有导电层；

PCB电路板部分包括：PCB电路板（2）、两根设置于PCB电路板（2）上表面的其外端分别与信号输入端口（P1）、信号输出端口（P2）连接的金属条带（51,52）、两个设置于PCB电路板（2）下表面且分别与所述金属条带（51,52）的内端电连接的馈电圆盘（121、122）、和分别设置于馈电圆盘（121、122）外的耦合槽（71、72），所述馈电圆柱（81、82）分别与馈电圆盘（121、122）电连接；

PCB电路板（2）安装有四个分别插入所述调试盲孔（41、42、43、44）且插入深度可调节的调试螺杆（11、12、13、14）；

输入端介质谐振器（31）和输出端介质谐振器（34）上表面分设有下部缺陷环（101、102），所述PCB电路板（2）设有与下部缺陷环（101、102）连接的电容耦合结构（111），用来形成介质谐振器（31、34）之间的交叉耦合，产生一对传输零点。

2.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于：所述电容耦合结构（111）包括PCB电路板（2）上表面的金属条带（53）、位于PCB电路板下表面的分别通过金属化通孔（63、64）电连接到金属条带（53）两端的耦合圆盘（123、124）、设置于所述耦合圆盘（123、124）的外侧的上部缺陷环（103、104），所述下部缺陷环（101、102）与上部缺陷环（103、104）对合形成环形的绝缘腔，耦合圆盘（123、124）、与下部缺陷环（101、102）内的金属部分电连接。

3.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于：所述金属条带（51、52）内端与对应的馈电圆盘（121、122）通过金属化通孔（61、62）电连接。

4.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于：所述调试螺杆（11、12、13、14）具有外螺纹，通过安装于所述PCB电路板（2）上表面的螺帽可调节地设置。

5.根据权利要求4所述的介质波导滤波器，其特征在于：涂覆于介质谐振器（31、34）沉孔内表面的导电层形成所述馈电圆柱（81、82），馈电圆柱（81、82）的顶端设有金属环，馈电圆柱（81、82）通过该金属环与馈电圆盘（121、122）电连接。

6.根据权利要求1所述的介质波导滤波器，其特征在于：所述PCB电路板（2）的边缘分布有若干金属化通孔，以确保PCB电路板（2）的上下表面金属层接地。

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