CN112928411A - 双模介质滤波器及其零点调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双模介质滤波器及其零点调节方法，该双模介质滤波器包括第一谐振腔和第二谐振腔，还包括位于第一谐振腔和第二谐振腔之间的多个双模介质块，各双模介质块的表面均设有金属层，与第一谐振腔相邻的双模介质块与第一谐振腔之间设有第一耦合结构，与第二谐振腔相邻的双模介质块与第二谐振腔之间设有第二耦合结构，各双模介质块与相邻双模介质块的贴合面为耦合面，相贴合的两个耦合面上刻蚀有相对应的耦合窗口，每个耦合面上的耦合窗口包括至少一个第一条形窗口，第一条形窗口沿长度方向的中心线与耦合面的第一中轴线平行，第一条形窗口在第一中轴线上的投影远离耦合面的中心。本发明能够改善谐波。

Description

双模介质滤波器及其零点调节方法

技术领域

本发明涉及滤波器领域，尤其涉及一种双模介质滤波器及其零点调节方法。

背景技术

随着现代通信技术的不断发展，对滤波器的要求越来越高，小尺寸、高性能、高功率、低成本的滤波器技术对于无线通信应用中的滤波器显得尤为重要。

如图1所示，现有的双模介质滤波器的相邻两个双模介质块之间的耦合窗口位于中心，该种滤波器的近端谐波性能较差，影响滤波器的整体性能，使得现有的双模介质滤波器无法满足无线通信系统的要求。此外，由于通信信号的干扰问题，对近端的噪声抑制要求较高，所以滤波器需要增加传输零点使过渡带更陡。

因此，有必要提供一种新的双模介质滤波器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双模介质滤波器及其零点调节方法，旨在用于改善现有的双模介质滤波器近端谐波性能较差的问题。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种双模介质滤波器，包括第一谐振腔和第二谐振腔，还包括位于所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间的多个双模介质块，所述多个双模介质块沿所述第一谐振腔至所述第二谐振腔的方向依次排列，各所述双模介质块的表面均设有金属层，与所述第一谐振腔相邻的双模介质块与所述第一谐振腔之间设有第一耦合结构，与所述第二谐振腔相邻的双模介质块与所述第二谐振腔之间设有第二耦合结构，各所述双模介质块与相邻双模介质块的贴合面为耦合面，相贴合的两个所述耦合面上刻蚀有相对应的耦合窗口，每个所述耦合面上的耦合窗口包括至少一个第一条形窗口，所述第一条形窗口沿长度方向的中心线与所述耦合面的第一中轴线平行，所述第一条形窗口在所述第一中轴线上的投影远离所述耦合面的中心。

进一步地，所述第一条形窗口沿长度方向的中心线与所述第一中轴线重合。

进一步地，每个所述耦合面上的耦合窗口包括两个所述第一条形窗口，两个所述第一条形窗口沿所述耦合面的中心对称设置。

进一步地，所述耦合面上的两个所述第一条形窗口相靠近的两个端部在所述第一中轴线上的投影之间的距离与所述双模介质块的沿所述第一条形窗口长度方向的长度之比大于等于八分之一。

进一步地，所述双模介质块的中心区域设有沿第一谐振腔至第二谐振腔方向布置的孔。

进一步地，至少一组所述耦合面上的耦合窗口还包括至少一个与所述第一条形窗口之间呈一定夹角设置的第二条形窗口。

进一步地，所述第二条形窗口在所述第一中轴线上的投影不超过所述第一条形窗口在所述第一中轴线上的投影靠近所述耦合面中心的一端。

进一步地，所述第二条形窗口与所述第一条形窗口垂直设置。

另一方面，本发明还提供一种如上所述的双模介质滤波器的零点调节方法，该方法包括：通过调节第二条形窗口在所述耦合面的与第一中轴线垂直的第二中轴线上的投影长度来调节零点的强弱，第二条形窗口的投影长度越长，高端和低端零点越靠近通带，反之则远离通带；通过调节第二条形窗口在所述第一中轴线上的投影靠近耦合面中心的一端到耦合面中心的距离大小调节零点的平衡，第二条形窗口在所述第一中轴线上的投影靠近耦合面中心的一端到耦合面中心的距离越近，低端零点越靠近通带，高端零点越远离通带，反之则低端零点越远离通带，高端零点越靠近通带。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种双模介质滤波器，通过设置相邻两个双模介质块相贴合的耦合面上的第一条形窗口在第一中轴线上的投影远离耦合面的中心，从而减少高次模式的耦合，通过增加高次模衰减的方式来改善谐波，同时增加了带外抑制；通过设置耦合面上的耦合窗口包括与第一条形窗口之间呈一定夹角设置的第二条形窗口，从而在通带两端产生两个零点使过渡带更陡，且可以通过调节第二条形窗口在耦合面的与第一中轴线垂直的第二中轴线上的投影长度来调节零点的强弱，通过调节第二条形窗口在第一中轴线上的投影靠近耦合面中心的一端到耦合面中心的距离大小调节零点的平衡。

附图说明

图1为现有的一种双模介质滤波器的整腔三维电磁仿真模型示意图；

图2为本发明实施例提供的一种双模介质滤波器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的其中一种双模介质块的耦合窗口的布置示意图；

图4为本发明实施例提供的另外一种双模介质块的耦合窗口的布置示意图；

图5为本发明实施例提供的一种双模介质滤波器的整腔三维电磁仿真模型示意图；

图6为现有的双模介质滤波器与本发明实施例提供的双模介质滤波器的S参数仿真曲线对比图；

图7为本发明实施例提供的一种双模介质滤波器的S参数仿真曲线图。

附图标记说明：1-第一谐振腔、2-第一耦合结构、3-双模介质块、4-第二耦合结构、5-第二谐振腔、6-耦合面、7-改变简并双模电磁场正交特性的耦合结构、8-第一条形窗口、9-第二条形窗口、a-第一中轴线、b-第二中轴线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例提供一种双模介质滤波器，包括第一谐振腔1和第二谐振腔5，还包括位于所述第一谐振腔1和所述第二谐振腔5之间的多个双模介质块3，双模介质块3可以为微波陶瓷双模介质块，利用微波陶瓷双模介质块的低损耗特性来提高滤波器的损耗特性，利用微波陶瓷双模介质块的高介电常数Er特性来减小滤波器的体积，各双模介质块3设有至少一个改变简并双模电磁场正交特性的耦合结构7，如双模介质块3至少沿所述第一谐振腔1至所述第二谐振腔5的方向的一条棱边设有切角和/或至少部分或全部切除一条棱边和/或非中心区域开孔。所述多个双模介质块3沿所述第一谐振腔1至所述第二谐振腔5的方向依次排列，射频信号输入至第一谐振腔1，依次经过多个双模介质块3形成的谐振腔后至第二谐振腔5输出。各所述双模介质块3的表面均设有金属层，金属层例如为银层、铜层等。与所述第一谐振腔1相邻的双模介质块3与所述第一谐振腔1之间设有第一耦合结构2，二者通过该第一耦合结构2进行能量的耦合；与所述第二谐振腔5相邻的双模介质块3与所述第二谐振腔5之间设有第二耦合结构4，二者通过该第二耦合结构4进行能量的耦合；各所述双模介质块3与相邻双模介质块3的贴合面为耦合面6，相贴合的两个所述耦合面6上刻蚀有相对应的耦合窗口，即相贴合的两个耦合面6上均刻蚀有耦合窗口且两个耦合面6上的耦合窗口位置对应且形状一致，相邻两个双模介质块3之间通过该耦合窗口进行能量的耦合。如图3所示，每个所述耦合面上的耦合窗口包括至少一个第一条形窗口8，定义所述耦合面6的其中一条中轴线为第一中轴线a，所述第一条形窗口8沿长度方向的中心线与所述耦合面6的第一中轴线a平行，所述第一条形窗口8在所述第一中轴线a上的投影远离所述耦合面6的中心。本实施例中相邻两组耦合面6的第一中轴线a垂直设置。本优选实施例中，所述第一条形窗口8沿长度方向的中心线与所述第一中轴线a重合，带来的寄生耦合较小，多种模式之间的耦合独立性更强，更容易控制。

因谐振腔具有多谐性，腔内同时存在多个模式，本发明实施例提供的这种双模介质滤波器，通过设置相邻两个双模介质块3相贴合的耦合面6上的第一条形窗口8在第一中轴线a上的投影远离耦合面6的中心，减少靠近通带附近频率高次模式的耦合，从而通过增加高次模衰减的方式来改善谐波，同时增加了带外抑制，且该方案对窄带滤波器这种主耦合系数比较小的滤波器的效果更为明显。

本实施例的双模介质滤波器的双模介质块3数量为四个，对应的具有三组相贴合的耦合面6，即具有三组双模介质块3之间的耦合窗口。可以理解地，双模介质块3的数量可以根据实际需要进行设置，本实施例不做限定。各组耦合面6上刻蚀的耦合窗口的大小及形状可以是相同的，也可以是不同的，可根据实际情况进行设置。本实施例中所述双模介质块3的形状为正方体，可以理解地，双模介质块3还可以是圆形或者长方体等其他形状，本实施例不做限定。

细化上述实施例，每个耦合面6上的耦合窗口可以只包括一个第一条形窗口8，也可以包括多个第一条形窗口8。本实施例中每个所述耦合面6上的耦合窗口包括两个所述第一条形窗口8，两个所述第一条形窗口8沿所述耦合面6的中心对称设置，相对于只设置一个第一条形窗口8，可以加强耦合，使通带带宽更宽。作为优选地，如图3所示，所述耦合面6上的两个所述第一条形窗口8相靠近的两个端部在所述第一中轴线a上的投影之间的距离d1与所述双模介质块3的沿所述第一条形窗口8长度方向的长度d2之比大于等于八分之一，即d1/d2≥1/10，该条件下改善谐波的效果明显。

作为优选地，所述双模介质块3的中心区域设有沿第一谐振腔1至第二谐振腔5方向布置的孔，该孔可以是通孔或者盲孔，通过推远靠近通带的不需要的高次模频率来进一步改善谐波。

一般地，每相邻的两个双模介质块3组成一组双模介质，为了在一组双模介质的通带两端产生零点，需要在该组双模介质的各个双模介质块3上设置至少一个改变简并双模电磁场正交特性的耦合结构7，如双模介质块3至少沿所述第一谐振腔1至所述第二谐振腔5的方向的一条棱边设有切角和/或至少部分或全部切除一条棱边和/或非中心区域开孔，且该组双模介质的两个双模介质块3的切角和/或切边和/或开孔错开设置。继续优化上述实施例，如图2和图4所示，至少一组所述耦合面6上的耦合窗口还包括至少一个与所述第一条形窗口8之间呈一定夹角设置的第二条形窗口9，具体根据该组耦合面6对应的两个双模介质块3组成的一组双模介质是否需要产生零点来决定该组耦合面6上是否设置第二条形窗口9，若需要产生零点，则耦合面6上设置第二条形窗口9，反之则不设置。通过设置耦合面6上的耦合窗口包括与第一条形窗口8之间呈一定夹角设置的第二条形窗口9，从而在通带两端产生两个零点使过渡带更陡，进而抑制近端噪声。一组双模介质的中间耦合面6上可以只设置一个第二条形窗口9，为了增强交叉耦合，可以在一组双模介质的中间耦合面6上设置多个第二条形窗口9，当在一组双模介质的中间耦合面6上设置两个第二条形窗口9，两个第二条形窗口9优选为沿该耦合面6的中心对称设置；为了增加带外抑制，可以在多组双模介质的中间耦合面6上设置第二条形窗口9，增加零点的数量，使效果更佳。

第二条形窗口9的位置可以沿着第一条形窗口8的长度方向进行调节，二者可以交叉设置，也可以相互分离。作为优选地，所述第二条形窗口9在所述第一中轴线a上的投影不超过所述第一条形窗口8在所述第一中轴线a上的投影靠近所述耦合面6中心的一端，防止第二条形窗口9在第一中轴线a上的投影靠近耦合面6的中心从而影响谐波的改善效果。进一步优选地，如图4所示，所述第二条形窗口9与所述第一条形窗口8垂直设置，方便控制尺寸。

需要说明的是，本发明实施例所述的第一条形窗口8和第二条形窗口9均可以为连续窗口或者不连续窗口，也可以由多条窗口组成，本发明对此不做限定。

如图2所示，本实施例中，所述第一耦合结构2和所述第二耦合结构4为隔片，所述隔片为金属片或者表面设有金属层的非金属片。所述第一耦合结构2和所述第二耦合结构4的隔片上设有位于隔片中心的耦合窗口，当然，所述第一耦合结构2和所述第二耦合结构4的隔片上的耦合窗口也可以不位于隔片的中心，具体可根据需要进行设置。所述第一耦合结构2和所述第二耦合结构4还可以分别与所述第一谐振腔1和所述第二谐振腔5为一体化结构，本实施例对此不做限定。第一谐振腔1、第一耦合结构2、双模介质块3、第二耦合结构4、第二谐振腔5通过粘接、焊接固定，底部用金属板或局部金属化的PCB/介质片作支撑。

如图6所示，为现有的一种双模介质滤波器与本实施例提供的一种双模介质滤波器的S参数仿真曲线对比图，二者的整腔三维电磁仿真模型分别如图1和图5所示。上述本实施例提供的一种双模介质滤波器的S参数仿真曲线是在各耦合面6上设置两个第一条形窗口8，所述双模介质块3上的两个所述第一条形窗口8相靠近的两个端部在所述第一中轴线a上的投影之间的距离d1依次为6.173mm、6.399mm、6.17mm，所述耦合面6的沿所述第一条形窗口8长度方向的长度d2均约为22mm，d1/d2之比分别为28.06％、29.09％、28.05％的情况下得出的。图中，横坐标表示频率范围，单位GHz，纵坐标表示衰减幅度，单位dB。其中，虚线代表现有的双模介质滤波器的S参数仿真曲线，实线代表本实施例的双模介质滤波器的S参数仿真曲线。从图中可以看出，本实施例的双模介质滤波器在保证所需要的通带基本不变的情况下，使近端谐波降低了9dB左右，且具有更好的带外抑制特性。近端谐波降低9dB的意义在于：我们知道，信号每经过-3dB衰减器，其功率就减少一半，例如本实施例中，假设某一频率近端谐波原始功率为100W，近端谐波降低9dB后输出功率仅为12.5W，降低到12.5％，可见，相对于现有技术，无用信号可能全部通过，影响系统性能，本实施例通过将3组耦合面的耦合窗口远离耦合面中心，使绝大部分无用的信号被衰减，对谐波的改善效果非常明显，同时增加的近端带外抑制，使设计滤波时，通带不被高端的谐波扯住受影响，从而大大降低了此类双模滤波器整腔三维电磁仿真设计难度。

如图7所示，为图2所示的本发明实施例提供的双模介质滤波器的S参数仿真曲线图。由图中可以看出，通过在两组耦合面6上设置了第二条形窗口9，通带两端产生了四个零点。

本发明实施例还提供一种如上实施例所述的双模介质滤波器的零点调节方法，该方法包括：通过调节第二条形窗口9在所述耦合面6的与第一中轴线a垂直的第二中轴线b上的投影长度L1来调节零点的强弱，第二条形窗口9的投影长度L1越长，高端和低端零点越靠近通带，反之则远离通带；通过调节第二条形窗口9在所述第一中轴线a上的投影靠近耦合面6中心的一端到耦合面6中心的距离大小调节零点的平衡，第二条形窗口9在所述第一中轴线a上的投影靠近耦合面6中心的一端到耦合面6中心的距离L2越近，低端零点越靠近通带，高端零点越远离通带，反之则低端零点越远离通带，高端零点越靠近通带。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双模介质滤波器，包括第一谐振腔和第二谐振腔，还包括位于所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间的多个双模介质块，所述多个双模介质块沿所述第一谐振腔至所述第二谐振腔的方向依次排列，各所述双模介质块的表面均设有金属层，与所述第一谐振腔相邻的双模介质块与所述第一谐振腔之间设有第一耦合结构，与所述第二谐振腔相邻的双模介质块与所述第二谐振腔之间设有第二耦合结构，其特征在于：各所述双模介质块与相邻双模介质块的贴合面为耦合面，相贴合的两个所述耦合面上刻蚀有相对应的耦合窗口，每个所述耦合面上的耦合窗口包括至少一个第一条形窗口，所述第一条形窗口沿长度方向的中心线与所述耦合面的第一中轴线平行，所述第一条形窗口在所述第一中轴线上的投影远离所述耦合面的中心。

2.如权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于：所述第一条形窗口沿长度方向的中心线与所述第一中轴线重合。

3.如权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于：每个所述耦合面上的耦合窗口包括两个所述第一条形窗口，两个所述第一条形窗口沿所述耦合面的中心对称设置。

4.如权利要求3所述的双模介质滤波器，其特征在于：所述耦合面上的两个所述第一条形窗口相靠近的两个端部在所述第一中轴线上的投影之间的距离与所述双模介质块的沿所述第一条形窗口长度方向的长度之比大于等于八分之一。

5.如权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于：所述双模介质块的中心区域设有沿第一谐振腔至第二谐振腔方向布置的孔。

6.如权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于：至少一组所述耦合面上的耦合窗口还包括至少一个与所述第一条形窗口之间呈一定夹角设置的第二条形窗口。

7.如权利要求6所述的双模介质滤波器，其特征在于：所述第二条形窗口在所述第一中轴线上的投影不超过所述第一条形窗口在所述第一中轴线上的投影靠近所述耦合面中心的一端。

8.如权利要求6所述的双模介质滤波器，其特征在于：所述第二条形窗口与所述第一条形窗口垂直设置。

9.一种如权利要求6-8任一所述的双模介质滤波器的零点调节方法，其特征在于，该方法包括：通过调节第二条形窗口在所述耦合面的与第一中轴线垂直的第二中轴线上的投影长度来调节零点的强弱，第二条形窗口的投影长度越长，高端和低端零点越靠近通带，反之则远离通带；通过调节第二条形窗口在所述第一中轴线上的投影靠近耦合面中心的一端到耦合面中心的距离大小调节零点的平衡，第二条形窗口在所述第一中轴线上的投影靠近耦合面中心的一端到耦合面中心的距离越近，低端零点越靠近通带，高端零点越远离通带，反之则低端零点越远离通带，高端零点越靠近通带。

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