CN113745781B - 双模介质滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模介质滤波器，属于通信技术领域。该双模介质滤波器包括：依次连接的输入端、多个谐振腔和输出端；所述多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔；所述双模谐振腔为正方体结构，且所述双模谐振腔通过所述正方体结构的正交的简并模实现双模谐振。本发明的输入端和输出端在双模介质滤波器的两端，便于双模介质滤波器和天线振子的垂直连接。另外，多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔，且双模谐振腔为正方体结构，双模谐振腔通过正方体结构的正交的简并模实现双模谐振，因此，可以使得双模介质滤波器的加载少，Q值大，插损较小。

Description

双模介质滤波器

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种双模介质滤波器。

背景技术

5G（5th Generation）通信中的Sub 6GHz采用MIMO（Multi-Input Multi-Output，多输入多输出）技术，需要在天线内部集成大量的滤波器，因此，对滤波器的损耗、带外抑制、功率容量、体积、重量等都有更高的要求。若选用传统的金属滤波器，由于传统的金属滤波器的体积和重量太大，无法集成在天线内部。若选用小型介质波导滤波器，则可以满足上述需求，因此，介质滤波器成为了目前研究的热点。

相关技术中的介质滤波器中包括多个谐振腔，且每个谐振腔都采用主模工作方式，这样，一个谐振腔产生一个谐振点。这样的介质滤波器具有以下缺点：1）品质因数Q值较小，插损较大；2）输入端和输出端在介质滤波器的背面，无法和天线振子垂直连接。

发明内容

本发明实施例提供了一种双模介质滤波器，用于解决现有技术中的问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种双模介质滤波器，所述滤波器包括：依次连接的输入端、多个谐振腔和输出端；

所述多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔；

所述双模谐振腔为正方体结构，且所述双模谐振腔通过所述正方体结构的正交的简并模实现双模谐振。

在一种可能的实现方式中，每个双模谐振腔的边缘处设有至少一个贯穿所述双模谐振腔的缺口结构；

相邻的两个双模谐振腔中的缺口结构相互扭转180度，且所述相邻的两个双模谐振腔通过所述缺口结构实现负耦合，所述负耦合用于实现两个传输零点。

在一种可能的实现方式中，所述双模谐振腔的两个谐振频率的耦合大小与所述缺口结构的截面积的大小呈正相关关系；所述双模谐振腔的两个谐振频率的频率高低与所述缺口结构的截面积的大小呈正相关关系。

在一种可能的实现方式中，当所述双模谐振腔中设有两个缺口结构时，所述两个缺口结构相互扭转180度。

在一种可能的实现方式中，所述双模谐振腔中相邻的两个表面上分别设有一个第一凹陷结构，每个第一凹陷结构对应于一个谐振频率；

所述谐振频率的频率高低与所述第一凹陷结构的深浅呈负相关关系。

在一种可能的实现方式中，所述第一凹陷结构的深度小于预定阈值。

在一种可能的实现方式中，相邻的两个双模谐振腔之间设有十字形的耦合窗口，所述耦合窗口中的长臂用于实现主路耦合，所述耦合窗口中的短臂用于实现交叉耦合。

在一种可能的实现方式中，所述双模谐振腔中除所述耦合窗口之外的表面进行金属化。

在一种可能的实现方式中，所述单模谐振腔的表面上设有第二凹陷结构。

在一种可能的实现方式中，所述输入端和所述输出端沿所述双模介质滤波器的轴线方向排列。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

由于双模介质滤波器中包括依次连接的输入端、多个谐振腔和输出端，所以，输入端和输出端在双模介质滤波器的两端，便于双模介质滤波器和天线振子的垂直连接。另外，多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔，且双模谐振腔为正方体结构，双模谐振腔通过正方体结构的正交的简并模实现双模谐振，因此，可以使得双模介质滤波器的加载少，Q值大，插损较小。

第一凹陷结构的深度小于预定阈值，从而避免在深度大于预定阈值时，激励起其他的模式，从而在双模介质滤波器的近端产生杂散。

双模谐振腔的两个谐振频率的耦合大小与缺口结构的截面积的大小呈正相关关系，且谐振频率的频率高低与第一凹陷结构的深浅呈负相关关系，这样，可以通过缺口结构来单独调节耦合，通过第一凹陷结构来单独调节频率，方便生产控制。

双模谐振腔的两个谐振频率的耦合大小与缺口结构的截面积的大小呈正相关关系，且双模谐振腔的两个谐振频率的频率高低与缺口结构的截面积的大小呈正相关关系，这样，通过缺口结构来同时调节耦合和频率，避免在双模谐振腔的表面设置第一凹陷结构，使得该双模介质滤波器能够具有更好的插损性能。

单模谐振腔的表面上设有第二凹陷结构，该第二凹陷结构相当于加载一个很大的电容，工作在主模的单模谐振腔加载较大的电容，可以缩小谐振腔尺寸，同时对双模介质滤波器的远端谐波有较好的抑制作用。双模介质滤波器的截面尺寸小，最大尺寸小于最高工作频率波长的1/4，因此在半波长尺寸内可以放入两个双模介质滤波器，从而可以在一个双极化天线阵子下连接两个双模介质滤波器，而不会在扫描的情况下出现栅瓣。

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是本发明一个实施例中的一种双模介质滤波器的示意图；

图2是本发明一个实施例中的一种双模介质滤波器的示意图；

图3是本发明一个实施例中的一种双模介质滤波器的示意图；

图4是本发明一个实施例中的一种双模介质滤波器的拓扑结构图；

图5是本发明一个实施例中的一种介质双模谐振腔的频率响应曲线的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本发明实施例提供的一种双模介质滤波器，该双模介质滤波器包括：依次连接的输入端1、多个谐振腔和输出端6。其中，输入端1和输出端6沿双模介质滤波器的轴线方向排列，这样，便于双模介质滤波器和天线振子在垂直方向集成。

多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔4。图1中的第一个单模谐振腔2和最后一个单模谐振腔5是矩形的谐振腔，采用主模工作方式，通过加载谐振柱实现远端谐波抑制，同时在结构上便于输入端和输出端耦合。

单模谐振腔2和5的表面上设有第二凹陷结构3，该第二凹陷结构3相当于加载一个很大的电容，工作在主模的单模谐振腔2和5加载较大的电容，可以缩小谐振腔尺寸，同时对双模介质滤波器的远端谐波有较好的抑制作用。双模介质滤波器的截面尺寸小，最大尺寸小于最高工作频率波长的1/4，因此在半波长尺寸内可以放入两个双模介质滤波器，从而可以在一个双极化天线阵子下连接两个双模介质滤波器，而不会在扫描的情况下出现栅瓣。

双模谐振腔4的数量可以有多个，图1中以2个双模谐振腔4进行举例说明，那么图1中所示的为一个6阶的双模介质滤波器。

本实施例中的双模谐振腔4为正方体结构，且双模谐振腔4通过正方体结构的正交的简并模实现双模谐振。具体的，双模谐振腔4可以是方波导，且两个正交模型通过介质谐振器上面开设的一个矩形缺口实现耦合。

每个双模谐振腔4的边缘处设有至少一个贯穿双模谐振腔4的缺口结构8；相邻的两个双模谐振腔4中的缺口结构8相互扭转180度，且相邻的两个双模谐振腔4通过缺口结构8实现负耦合，负耦合用于实现两个传输零点。

如图1中所示，第一个双模谐振腔4中的缺口结构8在下边缘，则第二个双模谐振腔4中的缺口结构8在上边缘，使得两个缺口结构8相互扭转180度。

当双模谐振腔4中设有两个缺口结构8时，这两个缺口结构8相互扭转180度。如图1中所示，第一个双模谐振腔4中的第一个缺口结构8在左上角，则第二个缺口结构8在右下角，使得两个缺口结构8相互扭转180度。

在第一种实现方式中，双模谐振腔4中相邻的两个表面上分别设有一个第一凹陷结构7，每个第一凹陷结构7对应于一个谐振频率；且谐振频率的频率高低与第一凹陷结构7的深浅呈负相关关系。

相邻的两个表面是指相互垂直的两个表面，图1中以两个表面为双模谐振腔4的上表面和一个侧表面进行举例说明。由于每一个第一凹陷结构7都分别对应一个谐振频率，在不影响耦合的前提下分别控制两个正交谐振的频率。通过调整两个第一凹陷结构7的深度，分别调整两个谐振模式的频率。即，第一凹陷结构7的深度越深则频率越低，第一凹陷结构7深度越浅则频率越高。

当然，第一凹陷结构7的深度需要小于预定阈值，预定阈值可以根据需要设置，通常是不能激励起其他模式的极限值。以3.5GHz为例，第一凹陷结构7不能超过0.8mm，否则会激励起其他的模式，从而在双模介质滤波器的近端产生杂散。

在这种实现方式中，还可以通过缺口结构8来调节耦合。双模谐振腔的两个谐振频率的耦合大小与缺口结构8的截面积的大小呈正相关关系。即，缺口结构8的截面积越大耦合越大，缺口结构8的截面积越小耦合越小。这样，可以通过缺口结构8来单独调节耦合，通过第一凹陷结构7来单独调节频率，方便生产控制。这里所说的截面积是指由缺口结构8的长和宽构成的截面积，在调整截面积的大小时，可以只调整缺口结构8的长度，也可以只调整缺口结构8的宽度，还可以同时调整缺口结构的长度和宽度。

如图2所示，在第二种实现方式中，可以通过缺口结构8来同时调节耦合和频率，避免在双模谐振腔4的表面设置第一凹陷结构7，使得该双模介质滤波器能够具有更好的插损性能。即，双模谐振腔4的两个谐振频率的耦合大小与缺口结构8的截面积的大小呈正相关关系。这样，通过缺口结构8来同时调节耦合和频率，避免在双模谐振腔的表面设置第一凹陷结构7，使得该双模介质滤波器能够具有更好的插损性能。但是由于调节缺口结构8会同时调整频率和耦合，因此，生产调试比第一种实现方式中的双模介质滤波器困难。

如图3所示，本实施例中，相邻的两个双模谐振腔4之间设有十字形的耦合窗口9，耦合窗口9中的长臂用于实现主路耦合，耦合窗口9中的短臂用于实现交叉耦合。双模谐振腔4中除耦合窗口9之外的表面进行金属化。

其中，每个双模谐振腔4可以由低损耗陶瓷介质构成，且可以分别加工，将块压在一起，与焊接的输入端、输出端和单模谐振腔进行组装，从而拼接成一个双模介质滤波器。

请参考图4所示的双模介质滤波器的拓扑结构，该双模介质滤波器的第二个谐振腔和第四个谐振腔之间是极性为负的交叉耦合，实现两个传输零点。本实施例提供的双模介质滤波器可以应用于sub 6GHz频段，当然，也可以应用在其他频段，本实施例不作限定。需要说明的是，本实施例中的滤波器的尺寸可以根据实际的滤波器指标，通过HFSS（HighFrequency Structure Simulator，高频结构仿真器）等电磁仿真软件优化确定。

请参考图5所示的双模介质滤波器的频率响应曲线，通过该曲线可知，本实施例中所示的双模介质滤波器可以实现6腔2个传输零点的频率响应，可以扩展应用到更多的谐振腔滤波器中。

综上所述，本实施例提供的双模介质滤波器，由于双模介质滤波器中包括依次连接的输入端、多个谐振腔和输出端，所以，输入端和输出端在双模介质滤波器的两端，便于双模介质滤波器和天线振子的垂直连接。另外，多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔，且双模谐振腔为正方体结构，双模谐振腔通过正方体结构的正交的简并模实现双模谐振，因此，可以使得双模介质滤波器的加载少，Q值大，插损较小。

以上所述并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双模介质滤波器，其特征在于，所述双模介质滤波器包括：依次连接的输入端、多个谐振腔和输出端；

所述多个谐振腔中的第一个和最后一个谐振腔为单模谐振腔，其余谐振腔为双模谐振腔，所述双模谐振腔的截面最大尺寸小于最高工作频率波长的1/4；

所述双模谐振腔为正方体结构，且所述双模谐振腔通过所述正方体结构的正交的简并模实现双模谐振；

每个双模谐振腔的边缘处设有至少一个贯穿所述双模谐振腔的缺口结构；相邻的两个双模谐振腔中的缺口结构相互扭转180度，且所述相邻的两个双模谐振腔通过所述缺口结构实现负耦合，所述负耦合用于实现两个传输零点；

所述双模谐振腔的两个谐振频率的耦合大小与所述缺口结构的截面积的大小呈正相关关系，且所述双模谐振腔的两个谐振频率的频率高低与所述缺口结构的截面积的大小呈正相关关系；或者，

所述双模谐振腔的两个谐振频率的耦合大小与所述缺口结构的截面积的大小呈正相关关系，且所述双模谐振腔中相邻的两个表面上分别设有一个第一凹陷结构，每个第一凹陷结构对应于一个谐振频率，所述谐振频率的频率高低与所述第一凹陷结构的深浅呈负相关关系。

2.根据权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于，当所述双模谐振腔中设有两个缺口结构时，所述两个缺口结构相互扭转180度。

3.根据权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于，所述第一凹陷结构的深度小于预定阈值。

4.根据权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于，相邻的两个双模谐振腔之间设有十字形的耦合窗口，所述耦合窗口中的长臂用于实现主路耦合，所述耦合窗口中的短臂用于实现交叉耦合。

5.根据权利要求4所述的双模介质滤波器，其特征在于，所述双模谐振腔中除所述耦合窗口之外的表面进行金属化。

6.根据权利要求1所述的双模介质滤波器，其特征在于，所述单模谐振腔的表面上设有第二凹陷结构。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的双模介质滤波器，其特征在于，所述输入端和所述输出端沿所述双模介质滤波器的轴线方向排列。

Images