CN114156618B - 一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器，属于微波通信技术领域。谐振器包括：陶瓷波导谐振器本体，以及位于本体表面的三个调谐盲孔和三个耦合盲孔，其中，调谐盲孔A1和耦合盲孔B1、B2相对设置在本体的上下表面，调谐盲孔A2、A3及耦合盲孔B3设置在四个侧面；所述耦合盲孔B3的深度小于调谐盲孔A2、A3的深度；所述调谐盲孔A1用以调整该谐振器TE101模式的谐振频率，所述调谐盲孔A2、A3分别用于调整两个准TEM模的谐振频率；所述耦合盲孔B1、B2分别用来调整该谐振器TE101模式与两个准TEM模的耦合带宽，所述耦合盲孔B3用来调整两个准TEM模之间的耦合带宽。本发明缩小了陶瓷波导滤波器的体积，并提高了滤波器的带外抑制特性。

Description

一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，更具体地，涉及一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器。
背景技术
当代通信技术的快速发展和有限的频谱资源都对基站滤波器的体积和性能提出了更高的要求。陶瓷波导滤波器凭借其小体积、高性能等独特优势成为了当前5G基站滤波器的主流选择。为进一步减小滤波器的体积,陶瓷波导滤波器通常需要利用单腔多模谐振器完成设计；在另一方面，为有效提高滤波器的带外抑制特性，设计者需要构造CT或者容性CQ耦合结构来产生传输零点。
现有技术中小型化陶瓷波导滤波器的设计主要是利用单腔双模陶瓷波导谐振器实现。相较于单腔单模陶瓷波导谐振器，该技术的器件体积减小率最高可达到50％，但若需要产生传输零点则需要两个以上谐振器才能实现；另外，如果需要在通带的低频和高频端都产生传输零点，则需要四个谐振器组成容性CQ耦合结构才能够满足要求。因此，该技术难以同时满足小体积和高带外抑制特性要求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器，其目的在于缩小陶瓷波导滤波器的体积，并提高滤波器的带外抑制特性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种单腔三模陶瓷波导谐振器，包括：陶瓷波导谐振器本体，以及位于本体表面的三个调谐盲孔和三个耦合盲孔，其中，调谐盲孔A1和耦合盲孔B1、B2相对设置在本体的上下表面，调谐盲孔A2、A3及耦合盲孔B3设置在四个侧面；所述耦合盲孔B3的深度小于调谐盲孔A2、A3的深度；
所述调谐盲孔A1用以调整该谐振器TE101模式的谐振频率，所述调谐盲孔A2、A3分别用于调整两个准TEM模的谐振频率；
所述耦合盲孔B1、B2分别用来调整该谐振器TE101模式与两个准TEM 模的耦合带宽，所述耦合盲孔B3用来调整两个准TEM模之间的耦合带宽。
进一步地，所述调谐盲孔A2、A3位于同一个侧面，所述耦合盲孔B3 位于所述调谐盲孔A2、A3之间。
进一步地，所述调谐盲孔A2、A3位于相邻的两个侧面。
进一步地，所述调谐盲孔A2、A3位于相对的两个侧面。
进一步地，所述调谐盲孔A2、A3的孔深为其对应的两个准TEM模的四分之一波长。
进一步地，所述陶瓷波导谐振器本体由介电材料制成。
进一步地，所述陶瓷波导谐振器本体的外表面具有导电金属镀层。
按照本发明的另一个方面，提供了一种陶瓷波导滤波器，包括至少两个陶瓷波导谐振器，所述陶瓷波导谐振器之间通过介质连接块耦合，所述陶瓷波导谐振器至少一个是第一方面任意一项所述的单腔三模陶瓷波导谐振器。
进一步地，所述陶瓷波导谐振器至少一个是单腔单模谐振器或单腔双模谐振器。
进一步地，所述介质连接块由陶瓷材料制成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明设计的陶瓷波导谐振器，在谐振器的上表面或下表面设计一个调谐盲孔用于引入TE101模式，在谐振器的侧面设计两个调谐盲孔用于引入两个准TEM模式，构成单腔三模谐振器，与现有技术相比，进一步减小了谐振器件的体积。并且，通过设计与之对应的耦合盲孔来调整三个模式之间的耦合带宽，使得单个谐振器便可在其通带的高频端或低频端产生传输零点。
(2)基于上述谐振器设计的滤波器，仅用单个谐振器便可构成容性或感性CT结构，利用两个谐振器便能够在通带的低频或高频端同时引入两个传输零点，或者在通带的低频和高频端都产生传输零点，相比传统的滤波器，进一步提高滤波器的带外抑制特性。
(3)进一步的，通过调整调谐盲孔在四个侧面的不同位置，改变谐振器两个准TEM模式之间的耦合类型，使得谐振器为感性CT结构或容性CT 结构，通过不同结构的谐振器的组合，使得该陶瓷波导滤波器在高频端或低频端有不同的传输零点，实现传输零点的位置可调，提高滤波器的带外抑制特性。
(4)通过调节介质连接块的长度和位置，实现谐振器之间耦合带宽的调整。
总而言之，本发明的单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器，缩小了陶瓷波导滤波器的体积，增加了传输零点个数，并实现了零点位置的可调，进而提高滤波器的带外抑制特性。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的单腔三模的陶瓷波导谐振器的三维结构示意图。
图2是本发明实施例2提供的单腔三模的陶瓷波导谐振器的三维结构示意图。
图3是本发明实施例3提供的单腔三模的陶瓷波导谐振器的三维结构示意图。
图4是本发明实施例4提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的拓扑结构图。
图5是本发明实施例4提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的俯视图。
图6是本发明实施例4提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的传输曲线图。
图7是本发明实施例5、6提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的拓扑结构图。
图8是本发明实施例5提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的俯视图。
图9是本发明实施例5提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的传输曲线图。
图10是本发明实施例6提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的俯视图。
图11是本发明实施例6提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的传输曲线图。
图12是本发明实施例7提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的拓扑结构图。
图13是本发明实施例7提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的俯视图。
图14是本发明实施例7提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器的传输曲线图。
图15是本发明实施例8提供的基于单腔三模的五阶陶瓷波导滤波器的拓扑结构图。
图16是本发明实施例8提供的基于单腔三模的五阶陶瓷波导滤波器的俯视图。
图17是本发明实施例8提供的基于单腔三模的五阶陶瓷波导滤波器的传输曲线图。
图18是本发明实施例9提供的基于单腔三模的八阶陶瓷波导滤波器的拓扑结构图。
图19是本发明实施例9提供的基于单腔三模的八阶陶瓷波导滤波器的俯视图。
图20是本发明实施例9提供的基于单腔三模的八阶陶瓷波导滤波器的传输曲线图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
10为陶瓷波导谐振器本体，41为介质连接块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。
在本专利的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利的具体含义。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提供了一种单腔三模陶瓷波导谐振器及滤波器，谐振器包括外表面具有导电金属镀层的陶瓷波导谐振器本体，其中，金属镀层包括但不限于银、铜等，该谐振器本体优选为长方体，优选长度和宽度一致，高度是长度或宽度的一半。其本体由介电材料制成；本体具有三个调谐盲孔，分别用来调整对应模式的谐振频率；本体还具有三个耦合盲孔，所述耦合盲孔用来调整模式之间的耦合带宽。
实施例1
如图1所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种单腔三模陶瓷波导谐振器，包括表面具有金属镀层的陶瓷波导谐振器本体10、该本体表面的三个调谐盲孔及三个耦合盲孔。
该谐振器本体表面设有的三个调谐盲孔分别是调谐盲孔A1、调谐盲孔 A2和调谐盲孔A3，其中调谐盲孔A1位于谐振器的上表面，盲孔的深度可调，通过调节调谐盲孔A1的深度调节谐振器TE101模的谐振频率。调谐盲孔A2和调谐盲孔A3位于谐振器的侧面，本实施例中，调谐盲孔A2和调谐盲孔A3位于同一个侧面(基于图1看，位于四个侧面中的前面)，此时可以引入两个准TEM模，该两个调谐盲孔的深度约为对应准TEM模的四分之一波长，用于调整两个准TEM模的谐振频率。
陶瓷波导谐振器的表面设有的三个耦合盲孔分别是耦合盲孔B1、耦合盲孔B2及耦合盲孔B3，其中耦合盲孔B1、耦合盲孔B2位于谐振器的下表面，耦合盲孔B3位于调谐盲孔A2和调谐盲孔A3之间。通过调整耦合盲孔 B1、耦合盲孔B2的深度分别来调整TE101模与两个准TEM模的耦合带宽；调整耦合盲孔B3的深度用来调整两个准TEM模之间的耦合带宽，且耦合盲孔B3的深度小于调谐盲孔A2和调谐盲孔A3的深度。即设置在侧面的耦合盲孔B3的深度小于设置在侧面的调谐盲孔A2和调谐盲孔A3的深度。
在该实施例中，由于调谐盲孔A2和调谐盲孔A3同时位于同一个侧面，此时两个准TEM模式之间的耦合为正耦合，谐振器可看成一个感性CT结构，会在通带的高频端产生一个传输零点。
需要说明的是，在其它实施例中，调谐盲孔A1可以位于谐振器的下表面，耦合盲孔B1和耦合盲孔B2位于谐振器的上表面，只需要调谐盲孔A1 与耦合盲孔B1和耦合盲孔B2相对设置即可。
实施例2
如图2所示，与实施例1不同的是，本实施例中，调谐盲孔A2和调谐盲孔A3位于相邻的侧面(基于附图2看，分别位于侧面中的左面和前面)，耦合盲孔B3可以位于四个侧面的任意一个侧面，耦合盲孔B3的深度小于设置在侧面的调谐盲孔A2和调谐盲孔A3的深度。此时，两个准TEM模式之间的耦合为负耦合，该谐振器可看成一个容性CT结构，会在通带的低频端产生一个传输零点。
实施例3
如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例中，调谐盲孔A2和调谐盲孔A3位于相对的两个侧面(基于附图3看，分别位于侧面中的前面和后面)，耦合盲孔B3可以位于四个侧面的任意一个侧面。此时，两个准TEM 模式之间的耦合为负耦合，谐振器可看成一个容性CT结构，会在通带的低频端产生一个传输零点。
实施例4
如图4-图6所示，本实施例提供一种基于上述实施例1的单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器，包括两个单腔三模谐振器，两个单腔三模谐振器之间通过介质连接块41连接，其中，介质连接块41为由陶瓷材料制成。在两个谐振器的下表面分别设置有输入和输出端口。该两个单腔三模谐振器为上述实施例1中的单腔三模谐振器。即两个谐振器上的调谐盲孔A2和调谐盲孔A3都位于同一个侧面。此时，第一个谐振器的调谐盲孔A2和调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间以及第二个谐振器的调谐盲孔A2和调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间都是正耦合。
第一个谐振器的调谐盲孔A3和第二个谐振器的调谐盲孔A2对应的两个准TEM模之间的耦合带宽调整通过介质连接块的长度和位置变化实现，即通过调整介质连接块两端的通槽的长度变化实现。此时，滤波器中包含两个感性CT结构，将会在通带的高频端产生两个传输零点。
该滤波器的拓扑结构如图4所示，滤波器模型的俯视图如图5所示，图4中，S表示射频信号的输入，L表示射频信号的输出。第一个谐振器中，调谐盲孔A1调节该谐振器的TE101模，对应拓扑结构中的数字1，即数字 1对应的是第一个谐振器的TE101模式，调谐盲孔A2和调谐盲孔A3分别对应拓扑结构中的数字2和3，即数字2和3分别对应的是第一个谐振器的第一个准TEM模式和第二个准TEM模式。第二个谐振器中，调谐盲孔A2和调谐盲孔A3分别对应拓扑结构中的数字4和5，调谐盲孔A1对应拓扑结构中的数字6，即数字4-6分别对应第二个谐振器的第一个准TEM模式、第二个准TEM模式、TE101模式。
并且，由于两个谐振器之间存在介质连接块，两个谐振器的TE101模式会产生寄生耦合。
该滤波器的传输曲线如图6所示，从图中可以看出，在该滤波器的高频端(大于3.6GHz频率)，有两个传输零点。
实施例5
如图7-图9所示，与实施例4不同的是，本实施例提供一种基于上述实施例2的单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器，包括两个上述实例2所述的单腔三模谐振器，两个单腔三模谐振器之间通过介质连接块耦合连接。此时，第一个谐振器的调谐盲孔A2、调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间以及第二个谐振器的调谐盲孔A2、调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间都是负耦合，即该滤波器中包含两个容性CT结构，将会在通带的低频端产生两个传输零点，滤波器的拓扑结构如图7所示，滤波器模型的俯视图如图8 所示。传输曲线如图9所示，从图中可以看出，在该滤波器的低频端(小于3.4GHz频率)，有两个传输零点。
实施例6
如图所示7、图10、图11所示，与实施例4不同的是，本实施例提供一种基于上述实施例2和实施例3的单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器，包括一个实施例2中所述的单腔三模谐振器和一个实施例3中所述的单腔三模谐振器，两个单腔三模谐振器之间通过介质连接块耦合连接。此时，第一个谐振器的调谐盲孔A2、调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间以及第二个谐振器的调谐盲孔A2、调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间都是负耦合，滤波器中包含两个容性CT结构，将会在通带的低频端产生两个传输零点，滤波器的拓扑结构如图7所示，滤波器模型的俯视图如图10所示，传输曲线如图11所示，从图中可以看出，在该滤波器的低频端(小于3.4GHz频率)，有两个传输零点。
实施例7
如图12-图14所示，与实施例4不同的是，本实施例提供一种基于上述实施例1和实施例2的单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器，包括一个实施例1中所述的单腔三模谐振器和一个实施例2中所述的单腔三模谐振器，两个单腔三模谐振器之间通过介质连接块耦合连接。此时，第一个谐振器的调谐盲孔A2、调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间是正耦合，第二个谐振器的调谐盲孔A2、调谐盲孔A3对应的两个准TEM模之间是负耦合，滤波器中包含一个感性CT结构和一个容性CT结构，将会在通带的低频和高频端各产生一个传输零点，滤波器的拓扑结构如图12所示，滤波器模型的俯视图如图13所示，传输曲线如图14所示，从图中可以看出，在该滤波器的高频端(大于3.6GHz频率)，有一个传输零点，在该滤波器的低频端(小于3.4GHz频率)，有一个传输零点。
实施例8
如图15-图17所示，与实施例4不同的是，本实施例中提供一种基于单腔三模的五阶陶瓷波导滤波器，包括一个单腔双模谐振器和一个实施例1 中所述的单腔三模谐振器，两个谐振器之间通过介质连接块耦合连接。该滤波器中包含一个感性CT结构，将会在通带的高频端产生一个传输零点，滤波器的拓扑结构如图15所示，滤波器模型的俯视图如图16所示，传输曲线如图17所示，从图中可以看出，在该滤波器的高频端(大于3.6GHz 频率)，有一个传输零点。即本发明可以和现有的单腔双模谐振器结合，满足实际应用需求。
实施例9
如图18-图20 所示，与实施例4不同的是，本实施例中提供一种基于单腔三模的八阶陶瓷波导滤波器，包括一个单腔双模谐振器和两个单腔三模谐振器，两个谐振器之间通过介质连接块耦合连接，在第一个谐振器，即单腔双模谐振器的下表面和最后一个谐振器的下表面分别设置有输入和输出端口。该两个单腔三模谐振器分别为实施例1中所述的单腔三模谐振器和实施例2中所述的单腔三模谐振器，即滤波器中包含一个感性CT结构和一个容性CT结构，将会在通带的低频和高频端各产生一个传输零点。另外，由于谐振器的TE101模式之间还会存在寄生耦合，因此信号会在路径1 →4→8和路径1→2→3→5→6→8的叠加下在高频端额外产生一个传输零点，滤波器的拓扑结构如图18所示，滤波器模型的俯视图如图19所示，传输曲线如图20 所示，可以看出，在该滤波器的高频端(大于3.6GHz频率)，有一个传输零点，在该滤波器的低频端(小于3.4GHz频率)，有一个传输零点。除此之外，在大于3.8GHz的频点上，有额外的传输零点。通过调节介质连接块的长度和位置，可以调节额外产生的零点的位置。
本发明通过调整调谐盲孔A2和调谐盲孔A3的位置，实现陶瓷波导滤波器传输零点的位置可调，针对构成该陶瓷波导滤波器的谐振器，当调谐盲孔A2和调谐盲孔A3位于同一侧面时，该谐振器可看成一个感性CT结构，可以在通带的高频端产生一个传输零点；当调谐盲孔A2和调谐盲孔A3分别位于不同的两个侧面时，该谐振器可看成一个容性CT结构，在通带的低频端产生一个传输零点。通过不同的结构的谐振器(感性CT结构或容性CT 结构)的组合，使得该陶瓷波导滤波器在高频端或低频端有不同的传输零点，实现传输零点的位置可调，提高滤波器的带外抑制特性。
在保证陶瓷波导谐振器体积同为11×11×6㎜3的条件下，表1对比实施例4-7提供的基于单腔三模的六阶陶瓷波导滤波器与现有技术的单腔单模六阶陶瓷波导滤波器以及单腔双模的六阶陶瓷波导滤波器的体积，可以发现三者的体积比为6：3：2，其中利用本发明的单腔三模谐振器设计得到的陶瓷波导滤波器体积最小，而且可以在通带外产生两个传输零点，有效提高滤波器的带外抑制特性，满足了小体积、高带外抑制特性要求。
表1利用三种谐振器设计得到的六阶陶瓷波导滤波器的性能比较
六阶陶瓷波导滤波器体积/㎜<sup>3</sup> 传输零点个数
单腔单模谐振器 33×A3×6 2
单腔双模谐振器 33×11×6 1
单腔三模谐振器 A3×11×6 2
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单腔三模陶瓷波导谐振器，其特征在于，包括：陶瓷波导谐振器本体，以及位于本体表面的三个调谐盲孔和三个耦合盲孔，其中，调谐盲孔A1和耦合盲孔B1、B2相对设置在本体的上下表面，调谐盲孔A2、A3及耦合盲孔B3设置在四个侧面；所述耦合盲孔B3的深度小于调谐盲孔A2、A3的深度；
所述调谐盲孔A1用以调整该谐振器TE101模式的谐振频率，所述调谐盲孔A2、A3分别用于调整两个准TEM模的谐振频率，使单个所述谐振器构成容性或感性CT结构；
所述耦合盲孔B1、B2分别用来调整该谐振器TE101模式与两个准TEM模的耦合带宽，所述耦合盲孔B3用来调整两个准TEM模之间的耦合带宽。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述调谐盲孔A2、A3位于同一个侧面，所述耦合盲孔B3位于所述调谐盲孔A2、A3之间。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述调谐盲孔A2、A3位于相邻的两个侧面。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述调谐盲孔A2、A3位于相对的两个侧面。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的谐振器，其特征在于，所述调谐盲孔A2、A3的孔深为其对应的两个准TEM模的四分之一波长。
6.根据权利要求5所述谐振器，其特征在于，所述陶瓷波导谐振器本体由介电材料制成。
7.根据权利要求6所述谐振器，其特征在于，所述陶瓷波导谐振器本体的外表面具有导电金属镀层。
8.一种陶瓷波导滤波器，包括至少两个陶瓷波导谐振器，所述陶瓷波导谐振器之间通过介质连接块耦合，其特征在于，所述陶瓷波导谐振器至少一个是权利要求1-7任意一项所述的单腔三模陶瓷波导谐振器。
9.根据权利要求8所述的陶瓷波导滤波器，其特征在于，所述陶瓷波导谐振器至少一个是单腔单模谐振器或单腔双模谐振器。
10.根据权利要求9所述的陶瓷波导滤波器，其特征在于，所述介质连接块由陶瓷材料制成。
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