CN113644396A - 基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，包括：第一半球形谐振腔、第二半球形谐振腔、搁板以及两个波导法兰盘，其中，第一波导法兰盘设置在所述第一半球形谐振腔的上端，所述第一波导法兰盘与所述第一半球形谐振腔的上端的连接处设置有第一通道口，第二波导法兰盘设置在所述第二半球形谐振腔的下端，所述第二波导法兰盘与所述第二半球形谐振腔的下端的连接处设置有第二通道口，所述第一通道口的横向中心线与所述第二通道口的横向中心线之间形成第一夹角。该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器是一款高质量因数的、多通带的滤波器。

Description

基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器。
背景技术
滤波器的主要功能就是对发送和接收的频率信号进行选择滤波，剔除不需要的频率信号，从而保障发送和接收信号的准确性。通信技术高速发展的今天，微波滤波器必须提高自身的性能来满足新型通信系统的建设要求。通信领域中对电路往往要求高品质因数，具体而言，这是以高品质因数达到通信过程中的低损耗、大功率的目的，而以往的双频滤波器的品质因数不足以满足这样的要求。
实践中发现，球形空腔由于其最大的体积与表面积比，在所有可能的空腔几何结构中表现出最高的品质因数。半球形腔的几何结构是对称的球形腔的一半，两者的谐振模式和相应的电磁场分布是相似的。因此，在球形谐振腔的基础上提出半球形谐振腔滤波器具有可行性。
另外，高性能双频和多频波导滤波器件由于其具有强大的多操作通带能力，大大降低了无线模块的开销，在无线通信系统中得到了广泛的应用。这些电路通常要求高质量因数(高Q)，高Q提供小损耗和高功率容量。然而，以往的双频和多频滤波器设计主要集中于微带谐振器、基片集成波导(SIW)谐振器和贴片谐振器。这类谐振器的质量因数已不能满足日益增长的要求。
可见，研制一款高质量因数的、多通带的滤波器，显得十分重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器。
为了解决上述技术问题，本发明公开的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，包括：
第一半球形谐振腔，设置在所述四模四通带滤波器的上部；
第二半球形谐振腔，设置在所述四模四通带滤波器的下部；
搁板，设置在所述第一半球形谐振腔与所述第二半球形谐振腔之间，所述搁板的中部设置有第一通槽部，所述搁板的边缘处设置有四个第二通槽部；
两个波导法兰盘，其中，第一波导法兰盘设置在所述第一半球形谐振腔的上端，所述第一波导法兰盘与所述第一半球形谐振腔的上端的连接处设置有第一通道口，第二波导法兰盘设置在所述第二半球形谐振腔的下端，所述第二波导法兰盘与所述第二半球形谐振腔的下端的连接处设置有第二通道口，所述第一通道口的横向中心线与所述第二通道口的横向中心线之间形成第一夹角。
可见，本发明公开的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器是一款高质量因数的、多通带的滤波器，与现有技术相比，至少具有以下特点：设置第一半球形谐振腔和第二半球形谐振腔，能够在工作过程中获得与球形谐振腔相对应的高品质系数；在第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔之间的搁板上设置有四个第二通槽部，使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器内部形成四模谐振腔；在搁板的中部设置有第一通槽部，实现了第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔之间的谐振耦合，从而实现了该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的内部能量传输；第一通道口的横向中心线与第二通道口的横向中心线之间形成第一夹角，使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器能够实现四通带的功能。
作为一种可选的实施方式，本发明中，所述第二通槽部呈扇形。
作为一种可选的实施方式，本发明中，四个所述第二通槽部沿所述搁板的边缘均匀分布，并且相对的两个所述第二通槽部的外形尺寸相同。
作为一种可选的实施方式，本发明中，所述第一通槽部由两个相交的矩形槽组成。
作为一种可选的实施方式，本发明中，两个所述矩形槽正交，形成“十”形状的所述第一通槽部，并且，所述矩形槽的横向中心线与所述第二通槽部的横向中心线重合。
作为一种可选的实施方式，本发明中，所述第一通道口、所述第二通道口分别呈矩形。
作为一种可选的实施方式，本发明中，作为一种可选的实施方式，本发明中，所述第一波导法兰盘设置有与所述第一通道口相对的第一耦合窗，所述第二波导法兰盘设置有与所述第二通道口相对的第二耦合窗。
作为一种可选的实施方式，本发明中，所述第一波导法兰盘和所述第二波导法兰盘的外壁上分别设置有凸台。
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是本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的内部结构示意图；
图3是本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的斜侧方向的剖视图；
图4是本发明实施例的第一通道口与第二通道口的位置示意图；
图5是本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的横向的剖视图；
图6是本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的仿真与测试图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1至5所示，本发明实施例公开了一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器1000，包括：
第一半球形谐振腔100，设置在四模四通带滤波器1000的上部，
第二半球形谐振腔200，设置在四模四通带滤波器1000的下部，
搁板300，设置在第一半球形谐振腔100与第二半球形谐振腔200之间，搁板300的中部设置有第一通槽部310，搁板300的边缘处设置有四个第二通槽部320，
两个波导法兰盘，其中，第一波导法兰盘410设置在第一半球形谐振腔100的上端，第一波导法兰盘410与第一半球形谐振腔100的上端的连接处设置有第一通道口411，第二波导法兰盘420设置在第二半球形谐振腔200的下端，第二波导法兰盘420与第二半球形谐振腔200的下端的连接处设置有第二通道口421，第一通道口411的横向中心线与第二通道口421的横向中心线之间形成第一夹角。
本发明实施例中，第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔分别为对称的球形谐振腔的一半，可以理解的是，两者构成了一个完整的球形谐振腔，并且，半球形谐振腔与球形谐振腔中所对应的电磁场分布是相似的，这使得本发明实施例的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器能够在工作过程中获得与球形谐振腔相对应的高品质系数。
本发明实施例中，搁板设置在第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔之间，其中，搁板的中部设置的第一通槽部，作用在于使得第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔连通，从而使得能量从第一半球形谐振腔通过第一通槽部，传输至第二半球形谐振腔。另外，搁板的边缘设置的四个第二通槽部，使得第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔之间，分别通过四个第二通槽部，在该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器内部形成四模谐振腔。
本发明实施例中，波导法兰盘的作用在于将该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器与外部的波导终端连接，具体而言，本发明实施例中的波导法兰盘为按照实际应用场景所需要设置的波导终端上的、用于连接该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器与波导终端的法兰，可选的，该波导法兰盘还可以与用于实现其定位的安装配件一起配合安装在外部的波导终端上。其中，外部的波导终端的能量可以通过第一通道口进入到第一半球形谐振腔，并通过第一通槽部传输至第二半球形谐振腔，再经由第二通道口输出。第一通道口的横向中心线与第二通道口的横向中心线之间形成第一夹角，从该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的俯视的视角开看，第一通道口与第二通道口形成“×”的形状，从而使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器能够实现四通带的功能。
可见，本发明实施例的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器是一款高质量因数的、多通带的滤波器，与现有技术相比，至少具有以下特点：设置第一半球形谐振腔和第二半球形谐振腔，能够在工作过程中获得与球形谐振腔相对应的高品质系数；在第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔之间的搁板上设置有四个第二通槽部，使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器内部形成四模谐振腔；在搁板的中部设置有第一通槽部，实现了第一半球形谐振腔与第二半球形谐振腔之间的谐振耦合，从而实现了该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的内部能量传输；第一通道口的横向中心线与第二通道口的横向中心线之间形成第一夹角，使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器能够实现四通带的功能。
本发明实施例中，可选的，如图4所示，第一通道口411、第二通道口421分别呈矩形。经过实验验证，第一通道口、第二通道口设置成矩形，能量损耗更小，从而使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器性能更优。
本发明实施例中，可选的，如图2和图3所示，第一波导法兰盘410设置有与第一通道口411相对的第一耦合窗412，第二波导法兰盘420设置有与第二通道口421相对的第二耦合窗422。通过设置第一耦合窗、第二耦合窗，有利与不同口径的波导终端适配，从而有利于提高该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的适用性。进一步可选的，第一耦合窗的外形可以与该第一通道口相似，尺寸可以稍大于第一通道口；第二耦合窗的外形可以与该第二通道口相似，尺寸可以稍大于第二通道口。
本发明实施例中，可选的，第一波导法兰盘和第二波导法兰盘的外壁上分别设置有凸台。通过设置凸台，有利于第一波导法兰盘、第二波导法兰盘与外部的波导终端的定位安装。
本发明的一些具体实施例中，如图2和图5所示，第二通槽部320呈扇形。搁板设置在第一半球形谐振腔和第二半球形谐振腔之间，可以理解的是搁板为圆形，第二通槽部设置在搁板的边缘处，将其设置为扇形，一方面有利于更加合理利用搁板的布置空间，另一方面便于第二通槽部在生产制造过程中的定位，从而有利于提高生产效率。
进一步的，如图2和图5所示，四个第二通槽部320沿搁板300的边缘均匀分布，并且相对的两个第二通槽部320的外形尺寸相同。四个第二通槽部沿搁板的边缘均匀分布，有利于搁板结构的对称性，从而有利于搁板的生产制造；相对的两个第二通槽部的外形尺寸相同，使得四个第二通槽部与第一半球形谐振腔、第二半球形谐振腔之间，形成两对模式的通道，即相对的第二通槽部与第一半球形谐振腔、第二半球形谐振腔所组成的两个通道，为一对的模式的通道。
又进一步的，如图2和图5所示，第一通槽部310由两个相交的矩形槽组成。经过实验验证，第一通槽部由两个相交的矩形槽组成，在能量经过第一通槽部时，能量损耗更小，从而进一步使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器性能更优。
又进一步的，如图5所示，两个矩形槽正交，形成“十”形状的第一通槽部310，并且，矩形槽的横向中心线与第二通槽部320的横向中心线重合。这一方面有利于搁板结构的对称性，从而有利于搁板的生产制造；另一方面，经过实验验证，两个矩形槽正交，形成“十”形状，所获得的能量损耗较小，从而更有利于使得该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器获得更优的性能。
以下将提供该基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的一些关键尺寸参数为生产制造作参考。其中，搁板可以选用厚度t为0.5mm的金属板，搁板可以选用半径r0为15mm的圆形板。如图4所示，呈矩形的第一通道口与搁板所在平面内的纵向中心线方向夹角θ为27.5°，呈矩形的第一通道口(或第二通道口)的长L1为12mm，呈矩形的第一通道口(或第二通道口)的宽W1为6mm。如图5所示，其中一组呈扇形的第二通槽部的1/2圆心角θ1为18°，该扇形的宽度r1为2.8mm；另一组呈扇形的第二通槽部的1/2圆心角θ2为20°，该扇形r2的宽度为2.5mm。
如图6所示，为本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的仿真和测试结果。该图显示，本发明实施例的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器的中心频率分别是11.17GHz、11.8GHz、13.16GHz以及13.96GHz，对应于3dB带宽频率为420MHz、340MHz、400MHz以及240MHz,也就是四个通带分别为10.96-11.38GHz,11.63-11.97GHz,12.96-13.36GHz以及13.84-14.08GHz。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，包括：
第一半球形谐振腔，设置在所述四模四通带滤波器的上部；
第二半球形谐振腔，设置在所述四模四通带滤波器的下部；
搁板，设置在所述第一半球形谐振腔与所述第二半球形谐振腔之间，所述搁板的中部设置有第一通槽部，所述搁板的边缘处设置有四个第二通槽部；
两个波导法兰盘，其中，第一波导法兰盘设置在所述第一半球形谐振腔的上端，所述第一波导法兰盘与所述第一半球形谐振腔的上端的连接处设置有第一通道口，第二波导法兰盘设置在所述第二半球形谐振腔的下端，所述第二波导法兰盘与所述第二半球形谐振腔的下端的连接处设置有第二通道口，所述第一通道口的横向中心线与所述第二通道口的横向中心线之间形成第一夹角。
2.根据权利要求1所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，所述第二通槽部呈扇形。
3.根据权利要求2所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，四个所述第二通槽部沿所述搁板的边缘均匀分布，并且相对的两个所述第二通槽部的外形尺寸相同。
4.根据权利要求3所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，所述第一通槽部由两个相交的矩形槽组成。
5.根据权利要求4所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，两个所述矩形槽正交，形成“十”形状的所述第一通槽部，并且，所述矩形槽的横向中心线与所述第二通槽部的横向中心线重合。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，所述第一通道口、所述第二通道口分别呈矩形。
7.根据权利要求1至5任一项所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，所述第一波导法兰盘设置有与所述第一通道口相对的第一耦合窗，所述第二波导法兰盘设置有与所述第二通道口相对的第二耦合窗。
8.根据权利要求1至5任一项所述的基于半球形谐振腔的四模四通带滤波器，其特征在于，所述第一波导法兰盘和所述第二波导法兰盘的外壁上分别设置有凸台。
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