CN112886163A - 一种小型微波介质双模滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了提供一种小型微波介质双模滤波器，包括：若干串联的谐振腔，每相邻两个谐振腔之间间隔一个金属膜片，通过金属膜片上的耦合孔结构进行耦合；若干串联的谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余谐振腔为金属‑介质谐振腔；金属谐振腔包括金属外壳和设置在金属外壳内的金属谐振器、设置在金属外壳上的接头，接头内部设置有抽头线，抽头线与金属谐振器连接；金属‑介质谐振腔包括陶瓷介质块和金属套筒，陶瓷介质块嵌设在金属套筒上，陶瓷介质块开设有若干耦合结构，实现体积小且紧凑、低损耗、功率容量大的性能。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种小型微波介质双模滤波器。
背景技术
随着无线通信技术的发展，特别是5G时代的到来，5G大规模天线技术使天线的数量成倍数增长，通道数可能达到64甚至128个，而每个天线都需要配备相应的双工器，并由相应的滤波器进行信号频率选择和处理，因此对于滤波器的需求量将大量增加；同时，5G基站的高度集成化和小型化发展对于滤波器的尺寸和发热性能提出了更高的要求。微波介质波导滤波器尤其微波介质波导谐振器滤波器凭借高Q值、低损耗、体积小、重量轻、成本低、抗温漂性能好等优点成为5G时代微波介质波导滤波器的主流，拥有广阔的前景。
5G通信的关键技术如多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术的发展，对集成于天线内部的微波滤波器的尺寸、重量、性能等均提出了更高要求，包括低插入损耗，高功率容量，大矩形系数，小外形，轻质量等。
基于传统金属腔体滤波器的固有缺点，体积重量大等，已无法满足通信系统发展的需求。故一种能适应当前通信技术发展的微波滤波器成为急切需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于克服上述现有不足，提供一种体积小且紧凑、低损耗、功率容量大的小型微波介质双模滤波器。
本发明实施例提供了一种小型微波介质双模滤波器，包括：
若干串联的谐振腔，每相邻两个所述谐振腔之间间隔一个金属膜片，且通过所述金属膜片上的耦合孔结构进行耦合；其中，
所述若干串联的谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余所述谐振腔为金属-介质谐振腔；其中，
所述金属谐振腔包括金属外壳和设置在所述金属外壳内的金属谐振器、设置在所述金属外壳外表面的接头，所述接头内部设置有抽头线，所述抽头线与所述金属谐振器连接，所述金属谐振腔通过所述抽头线引入信号，并将能量传递到金属谐振器，所述金属谐振器发生谐振，产生第一谐振频率；
所述金属-介质谐振腔包括陶瓷介质块和金属套筒，所述陶瓷介质块嵌设在所述金属套筒上，所述陶瓷介质块开设有若干耦合结构，所述陶瓷介质块用于正交极化兼并模式的产生。
根据本发明的一些实施例，进一步地，两组所述耦合结构包括调谐孔和设置在调谐孔内的调试螺钉，所述调谐孔用于频率和耦合的调节，其中，
所述调谐孔为盲孔。
进一步地，所述金属谐振器呈圆柱状或六棱柱状。
进一步地，所述金属膜片呈立方体结构，所述耦合孔为贯穿所述金属膜片的通孔。
进一步地，两个相邻所述金属-介质谐振腔上的所述耦合结构交错分布，且所述两个相邻的金属-介质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。
进一步地，相邻所述金属-介质谐振腔之间的所述金属膜片上的所述耦合孔结构为十字形耦合孔结构；
所述十字形耦合孔结构的长边用于产生所述滤波器主路的耦合，短边用于产生交叉耦合。
进一步地，所述金属谐振腔与所述金属-介质谐振腔之间的所述金属膜片上的所述耦合孔结构为一字形耦合孔结构；
所述一字形耦合孔结构用于为所述金属谐振腔和所述金属-介质谐振腔之间提供能量通道。
根据本发明的一些实施例，进一步地，所述金属外壳和金属套筒上设有通孔，所述通孔内设置有金属杆，所述金属杆贯穿所述通孔，用于串联所述金属谐振腔、所述金属膜片和所述金属-介质谐振腔，所述金属杆通过螺母与所述金属谐振腔固定连接。
根据本发明的一些实施例，进一步地，所述陶瓷介质块的厚度越大，所述谐振频率越低，所述盲孔的盲端越向所述金属-介质腔的中心延申，所述谐振频率越高。
进一步地，所述盲孔的横截面结构为梯形或锥形。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种小型微波介质双模滤波器，包括：金属谐振腔以及设置在金属谐振腔内的金属谐振器；金属-介质谐振腔，嵌设在金属-介质谐振腔上的陶瓷介质块；设置在金属谐振腔和金属-介质谐振腔之间、金属-介质谐振腔和金属-介质谐振腔之间的金属膜片；设置在金属谐振腔上的接头和设置在接头内的抽头线。其中，金属谐振腔和金属-介质谐振腔串联，且首尾谐振腔为金属谐振腔，其中之一的金属谐振腔通过抽头线引入信号并将能量传递到金属谐振器，金属谐振器发生谐振，产生一个谐振频率。金属膜片上的耦合孔槽为金属谐振腔和金属-介质谐振腔之间的能量传输提供了通道，并在陶瓷介质块的作用下产生正交的极化兼并模式，生成两个谐振频率。其中，陶瓷介质块的侧面中包含两个盲孔结构的耦合结构，盲孔的长度，相对角度，相对位置等都会影响这两种模式的谐振频率和耦合量；
通过在金属-介质谐振腔上安装调试螺钉，能够对其谐振频率及相对耦合进行调节。同样地，通过金属-介质谐振腔之间的金属膜片，金属-介质谐振腔中的电磁能被耦合到后一个金属-介质谐振腔中，并在其中产生两个谐振频率。特别地，相邻两个金属-介质谐振腔中的正交极化兼并模式是相对应的，通过调节金属-介质和尾部的金属谐振腔之间的金属膜片上的耦合槽孔的相对面积，能调节对应模式的耦合量大小。与尾部金属谐振腔连接的金属-介质谐振腔的能量通过尾部的金属膜片将能量传输至尾部的金属谐振腔中，在该金属谐振腔中发生谐振，产生一个谐振频率，同时，通过尾部金属谐振腔上的抽头线完成信号的输出。
通过设置金属-介质谐振腔和陶瓷介质块谐振器，以正交极化兼并模式作为工作模式，生成两个谐振频率，与传统的金属腔体滤波器相比，有效降低滤波器的尺寸，提高了Q值。通过对陶瓷介质块设置盲孔及对金属-介质谐振腔安装调谐螺钉，通过盲孔的结构的调节作用，方便对谐振腔的谐振频率和耦合量进行调节和控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例提供的一种小型微波介质双模滤波器的主视图；
图2是本发明实施例提供的一种小型微波介质双模滤波器的立体结构示意图；
图3为本发明实施例的金属膜片的结构示意图；
图4为本发明实施例的陶瓷介质块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种小型微波介质双模滤波器的频率相应曲线的示意图。
图中：
1-第一金属谐振腔；2-第一金属-介质谐振腔；3-陶瓷介质块；4-第一金属谐振器；5-第一金属膜片；6-第一接头；7-第一抽头线；8-第二金属膜片；9-螺母；10-耦合孔结构；11-调试螺钉；12-调谐孔；13-盲端；14-第三金属膜片；15-第二金属-介质谐振腔；16-第二金属谐振腔；17-第二接头；18-第二抽头线；19-第二金属谐振器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
本发明实施例提供的一种小型微波介质双模滤波器，包括：
若干串联的谐振腔，每相邻两个所述谐振腔之间间隔一个金属膜片，且通过所述金属膜片上的耦合孔结构10进行耦合；其中，
所述若干串联的谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余所述谐振腔为金属-介质谐振腔；其中，
所述金属谐振腔包括金属外壳和设置在所述金属外壳内的金属谐振器、设置在所述金属外壳外表面的接头，所述接头内部设置有抽头线，所述抽头线与所述金属谐振器连接，所述金属谐振腔通过所述抽头线引入信号，并将能量传递到金属谐振器，所述金属谐振器发生谐振，产生第一谐振频率；
所述金属-介质谐振腔包括陶瓷介质块3和金属套筒，所述陶瓷介质块3嵌设在所述金属套筒上，所述陶瓷介质块3开设有若干耦合结构，具体来讲，可以只有一组耦合结构或两组，根据具体情况确定所需的耦合结构的数量，且若为两组及以上数量的耦合结构，其相对位置可调节，所述陶瓷介质块3用于正交极化兼并模式的产生。
实施例一，
参照图1和图2，示出一种小型微波介质双模滤波器，包括：
依次串联的第一金属谐振腔1、第一金属膜片5、第一金属-介质谐振腔2、第二金属膜片8、第二金属-介质谐振腔15、第三金属膜片14和第二金属谐振腔16；
具体来讲，第一金属谐振腔1包括金属外壳和设置在所述金属外壳内的第一金属谐振器4、设置在金属外壳上的第一接头6，第一接头6内部设置有第一抽头线7，第一抽头线7与第一金属谐振器4连接，第一金属谐振腔1通过第一抽头线7引入信号，并将能量传递到第一金属谐振器4，第一金属谐振器4发生谐振，产生第一谐振频率；所述金属外壳和金属套筒上设有四个通孔，所述通孔内均设置有金属杆，所述金属杆贯穿所述通孔，用于串联第一金属谐振腔1、第一金属膜片5、第一金属-介质谐振腔2、第二金属膜片8、第二金属-介质谐振腔15、第三金属膜片14和第二金属谐振腔16，金属杆通过螺母9分别与第一金属谐振腔1和第二金属谐振腔16固定连接；
第二金属谐振腔16包括金属外壳和设置在所述金属外壳内的第二金属谐振器19、设置在金属外壳上的第二接头17，第二接头17内部设置有第二抽头线18，第二抽头线18与第二金属谐振器19连接，第二金属-介质谐振腔15的能量通过第三金属膜片14将能量传输至第二金属谐振腔16中，在该谐振腔中发生谐振，产生一个谐振频率，同时，通过第二抽头线18完成信号的输出；
第一金属-介质谐振腔2和第二金属-介质谐振器均包括陶瓷介质块3和金属套筒；具体来讲，陶瓷介质块3嵌设在金属套筒内，且陶瓷介质块3与金属套筒之间紧密配合，无间隙，具体地，可通过一定的工装对盲孔定位完成安装；
具体地，金属谐振器为柱状，优选地，采用圆柱或者六棱柱，柱状金属谐振器的两端可分别设置空腔结构和螺纹结构，这样设置的优点在于空腔结构能够实现对谐振能量的调节，且在金属谐振器的柱状侧面上具有一小孔，通过焊接等方式能够实现该金属谐振器与信号引入线即抽头线的稳定连接。
为方便说明，本实施例采用陶瓷介质块3上开设有对称的两组耦合结构来说明，所述陶瓷介质块3用于正交极化兼并模式的产生。
参照图4所示，为本发明实施例的陶瓷介质块3，两组所述耦合结构包括调谐孔12，参照图2，调谐孔12内配合有调试螺钉11，所述调谐孔12用于频率和耦合的调节，其中，
具体地，调谐孔12为盲孔，盲孔的相对位置是可以调节的，为方便说明，本实施例采用盲孔的开口方向相互背离来说明，盲孔的横截面结构为梯形或锥形。
参照图3所示，为本发明实施例提供的金属膜片结构，从图中可见，所述金属膜片呈立方体结构，所述耦合孔为贯穿所述金属膜片的通孔。
具体来讲，第一金属-介质谐振腔2和第二金属-介质谐振腔15之间的第二金属膜片8上的所述耦合孔结构10为十字形耦合孔结构10；
更具体地，十字形耦合孔结构10的长边用于产生所述滤波器主路的耦合，短边用于产生交叉耦合。
第一金属谐振腔1与第一金属-介质谐振腔2之间的第一金属膜片5以及第二金属-介质谐振腔15和第二金属谐振腔16之间的第三金属膜片14上的耦合孔结构10均为一字形耦合孔结构10；
所述一字形耦合孔结构10用于为所述金属谐振腔和所述金属-介质谐振腔之间提供能量通道。
第一金属-介质谐振腔2和第二金属-介质谐振腔15上的所述耦合结构交错分布，且第一金属-介质谐振腔2和第二金属-介质谐振腔15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。
所述陶瓷介质块3的厚度越大，所述谐振频率越低，所述两个盲孔的盲端13越向所述金属-介质腔的中心延申，所述谐振频率越高。
如图5所示，为该滤波器的频率相应曲线，从该响应曲线可以看出该滤波器在通带的左右两边具有四个传输零点。
本发明的工作原理：金属谐振腔由金属外壳及其内部的金属谐振器、抽头线、调谐杆等组成。金属谐振腔通过抽头线引入或导出信号；金属谐振器用于产生一个谐振频率，形成通带。金属-介质谐振腔由金属套筒和盲孔缺口的陶瓷介质块3等组成。陶瓷介质块3嵌入金属套筒内部，位于金属套筒深度的一半处左右；陶瓷介质块3具有盲孔缺口结构，该结构用于实现正交极化兼并模式，有限空间内生成两个频率，能有效减小滤波器尺寸，提升Q值。各相邻谐振腔之间通过具有耦合孔结构10的金属膜片连接，该耦合孔结构10能够实现谐振腔之间的能量耦合。其中，塑料结构件，金属膜片，金属外壳上均设有安装孔，通过四根紧固螺钉即可实现小型微波介质双模滤波器稳定紧凑的结构。
所述金属谐振腔，金属外壳包围的谐振腔内部可进行或不进行电镀处理。金属谐振器，抽头线等需要进行电镀银层处理，用于减小插损，提升谐振性能等。
所述的金属谐振腔中的金属谐振器为柱状，可以是圆柱，六棱柱等等。所述的柱状谐振器上下底面可分别设置空腔结构和螺纹结构，其优点在于空腔结构能够实现对谐振能量的调节。且在金属谐振器的柱状侧面上具有一小孔，通过焊接等方式能够实现该谐振器与信号引入线的稳定连接。
所述的金属-介质谐振腔，缺口盲孔陶瓷介质块3与套筒之间紧密配合，可根据缺口盲孔设计工装进行机械化装配。
所述的金属-介质谐振腔中的金属部分为柱状金属套筒，表面可经过电镀银层处理，利于减小损耗等；陶瓷介质块3具有不同厚度，且具有缺口结构，能够实现极化兼并模式；所述的陶瓷介质块3，其侧面的缺口结构是通过切除一定的立方体形成，该缺口结构可以向中心方向延伸或改变其相对角度、相对位置等，用于控制金属-介质谐振腔的谐振频率和耦合量等。其次，对该陶瓷介质块3的缺口形状不予固定，用于形成缺口的其他梯形，锥形等都可以。所述的金属膜片具有特定的厚度的立方体块，内部的耦合孔槽为通孔，典型的有一字，十字等。其中，耦合槽的相对面积被用于调节相邻谐振腔之间的相对耦合量。本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：所述小型微波介质双模滤波器结构紧凑，也损耗小，功率容量大等，为5G通信技术发展规模化提供有力基础保障。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种小型微波介质双模滤波器，其特征在于，包括：
若干串联的谐振腔，每相邻两个所述谐振腔之间间隔一个金属膜片，且通过所述金属膜片上的耦合孔结构进行耦合；其中，
所述若干串联的谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为金属谐振腔，剩余所述谐振腔为金属-介质谐振腔；其中，
所述金属谐振腔包括金属外壳和设置在所述金属外壳内的金属谐振器、设置在所述金属外壳上的接头，所述接头内部设置有抽头线，所述抽头线与所述金属谐振器连接，所述金属谐振腔通过所述抽头线引入信号，并将能量传递到金属谐振器，所述金属谐振器发生谐振，产生第一谐振频率；
所述金属-介质谐振腔包括陶瓷介质块和金属套筒，所述陶瓷介质块嵌设在所述金属套筒上，所述陶瓷介质块开设有若干耦合结构，所述陶瓷介质块用于正交极化兼并模式的产生。
2.根据权利要求1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，两组所述耦合结构包括调谐孔和设置在调谐孔内的调试螺钉，所述调谐孔用于频率和耦合的调节，其中，
所述调谐孔为盲孔。
3.根据权利要求1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于， 所述金属膜片呈立方体结构，所述耦合孔为贯穿所述金属膜片的通孔。
4.根据权利要求1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，两个相邻所述金属-介质谐振腔上的所述耦合结构交错分布，且所述两个相邻的金属-介质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1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，相邻所述金属-介质谐振腔之间的所述金属膜片上的所述耦合孔结构为十字形耦合孔结构；
所述十字形耦合孔结构的长边用于产生所述滤波器主路的耦合，短边用于产生交叉耦合。
6.根据权利要求1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，所述金属谐振腔与所述金属-介质谐振腔之间的所述金属膜片上的所述耦合孔结构为一字形耦合孔结构；
所述一字形耦合孔结构用于为所述金属谐振腔和所述金属-介质谐振腔之间提供能量通道。
7.根据权利要求1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，所述金属谐振器呈圆柱状或六棱柱状。
8.根据权利要求1所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，所述金属外壳和金属套筒上设有通孔，所述通孔内设置有金属杆，所述金属杆贯穿所述通孔，用于串联所述金属谐振腔、所述金属膜片和所述金属-介质谐振腔，所述金属杆通过螺母与所述金属谐振腔固定连接。
9.根据权利要求2所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，所述陶瓷介质块的厚度越大，所述谐振频率越低，所述盲孔的盲端越向所述金属-介质腔的中心延申，所述谐振频率越高。
10.根据权利要求2所述的小型微波介质双模滤波器，其特征在于，所述盲孔的横截面结构为梯形或锥形。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210601 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |