CN116613494A - 一种可调同轴滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调同轴滤波器，包括金属外壳，金属外壳内形成一个填充空气的谐振腔，谐振腔内设有多个并排的阶跃阻抗谐振器，阶跃阻抗谐振器的两端外伸出谐振腔并各自处于一个与谐振腔连通的空腔中，相邻两个阶跃阻抗谐振器之间设有第一调谐螺钉，首尾两个阶跃阻抗谐振器分别配对一个馈电探针，馈电探针平采用第二介质柱固定，第二介质柱与谐振腔之间形成空气介质柱，馈电探针配置一个第二调谐螺钉。本发明在1.99GHz‑3.54GHz的范围内稳定工作，插入损耗小于0.13dB，回波损耗优于20dB，相对可调谐范围为56％，具有更高的性能表现。
Description
技术领域
本发明涉及微波滤波器的技术领域，尤其是指一种可调同轴滤波器。
背景技术
在以往的设计中，学者们常利用膜片调整谐振器之间的耦合参数。然而，虽然其可调带宽较大，但是有结构复杂，灵活性差，体积大等缺点。因此我们在保证一定可调带宽下，使用开放式结构，通过金属柱耦合，缩小滤波器整体尺寸，降低加工难度，同时使用阶跃阻抗结构的谐振器，缩小谐振器尺寸，改善滤波器的综合性能。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
向凯燃等人在2022年提出了利用调谐螺钉耦合结构进行灵活调谐的可调谐同轴滤波天线。通过使用金属螺钉调整滤波天线的性能，实现了9.25–10.75GHz的调谐中心频率范围，在回波损耗优于10dB的条件下实现了2％–8％的调谐。
W.Abdulrahman等人在2022年提出了基于新型紧凑嵌入式谐振器的可调谐同轴滤波器，实现了一种可调谐插入谐振器结构的滤波器，调谐范围宽达43％，稳定的Q值为4100±4％，杂散自由带宽达3.8×f0。其滤波器拥有较大的调谐范围和稳定的高Q值，但其尺寸较大，灵活性不足。
吴雅惠等人在2016年提出了采用同轴阶跃阻抗谐振器的双频带通滤波器，将同轴SIR的理论应用在了双频带通滤波器的设计中，设计并仿真了工作在GSM频段(900MHz和1750MHz)的三阶和二阶切比雪夫双频带通滤波器，制作并测试了二阶双频带通滤波器，在906.5MHz和1772.5MHz下分别实现了
总的来说，现有的工作中，有不少关于可调同轴滤波器的技术，其耦合结构多为膜片结构，加工较为麻烦，且尺寸较大，因此，参照开放式结构和金属柱耦合的设计方法，设计一种尺寸更小，结构更简单的可调同轴滤波器具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于对现有滤波器的耦合结构进行优化，提出了一种基于金属柱耦合的可调同轴滤波器，该滤波器工作带宽为2.11GHz-3.53GHz，在2.11GHz-3.53GHz的带宽内回波损耗优于20dB，插入损耗小于0.13dB，带宽为87±8MHz，相对可调范围为50.4％，具有优秀的性能。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种可调同轴滤波器，所述滤波器包括金属外壳，所述金属外壳内形成有一个填充空气的谐振腔，所述谐振腔内设有多个间隔并排的采用第一介质柱固定的阶跃阻抗谐振器，所述阶跃阻抗谐振器的两端外伸出谐振腔并各自处于一个与谐振腔连通的空腔中，所述空腔预留有供阶跃阻抗谐振器上下移动的空间，通过阶跃阻抗谐振器上下移动能够使谐振的中心频率发生改变，所述第一介质柱贯穿整个金属外壳、空腔和阶跃阻抗谐振器，相邻的两个阶跃阻抗谐振器之间设有第一调谐螺钉，两两阶跃阻抗谐振器之间通过第一调谐螺钉进行耦合，所述第一调谐螺钉平行于第一介质柱，其一部分伸入谐振腔内，另一部分外伸出谐振腔，并排阶跃阻抗谐振器当中的首尾两个阶跃阻抗谐振器分别配对一个馈电探针作为输入端口提供电磁能量耦合到阶跃阻抗谐振器上，所述馈电探针平行于第一介质柱，其内导体的一部分伸入谐振腔内，另一部分外伸出谐振腔并采用第二介质柱固定，所述第二介质柱与谐振腔之间形成有空气介质柱，所述馈电探针的内导体外伸出谐振腔的那部分位于空气介质柱中，每个馈电探针均配置有一个第二调谐螺钉，用于对电磁能量进行调整实现耦合匹配，所述第二调谐螺钉的一部分伸入谐振腔内朝馈电探针的内导体延伸，另一部分外伸出谐振腔。
进一步，所述阶跃阻抗谐振器是由两种内径的三个同轴连接而成的哑铃型结构，利用电容的缩短效应减小谐振波长。
进一步，所述阶跃阻抗谐振器为铜材质半波长阶跃阻抗谐振器。
进一步，所述滤波器的作带宽为2.11GHz-3.53GHz，其相对可调范围为50.4％。
进一步，两两阶跃阻抗谐振器等距间隔排布，所述第一调谐螺钉位于两个阶跃阻抗谐振器的中间位置，所有第一调谐螺钉和第一介质柱处于同一直线上。
进一步，所述第二调谐螺钉垂直于馈电探针的内导体。
进一步，所述空腔为圆柱形腔体，所述第一介质柱穿过该圆柱形腔体的中心。
进一步，所述第二介质柱的内径与空气介质柱相一致。
进一步，所述第一介质柱和第二介质柱为特氟龙介质柱。
进一步，所述第一调谐螺钉和第二调谐螺钉为M3铜材质调谐螺钉。
进一步，所述金属外壳为铝材质外壳。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明的可调同轴滤波器的工作带宽为2.11GHz-3.53GHz，其相对可调范围为50.4％，具有优秀的性能。
2、本发明的可调同轴滤波器在工作带宽内回波损耗优于20dB，插入损耗小于0.13dB。
3、本发明的可调同轴滤波器结构简单可靠，在一定的带宽内能够调谐，尺寸更小，加工容易，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的可调同轴滤波器立体图。
图2为本发明实施例的可调同轴滤波器正视图。
图3为本发明实施例的可调同轴滤波器左视图。
图4为本发明实施例的可调同轴滤波器俯视图。
图5为本发明实施例的可调同轴滤波器的S11参数仿真结果图。
图6为本发明实施例的可调同轴滤波器的S21参数仿真结果图。
其中：1-金属外壳，2-谐振腔，3-空腔，4-阶跃阻抗谐振器，5-第一介质柱，6-第一调谐螺钉，7-空气介质柱，8-馈电探针，9-第二介质柱，10-第二调谐螺钉。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1至图4所示，本实施例公开了一种可调同轴滤波器，包括金属外壳1，所述金属外壳1内形成有一个填充空气的谐振腔2，所述谐振腔2内设有三个等距间隔并排的采用第一介质柱5固定的阶跃阻抗谐振器4，所述阶跃阻抗谐振器4的两端外伸出谐振腔2并各自处于一个与谐振腔2连通的空腔3中，所述空腔3预留有供阶跃阻抗谐振器4上下移动的空间，通过阶跃阻抗谐振器4上下移动能够使谐振的中心频率发生改变，所述第一介质柱5贯穿整个金属外壳1、空腔3和阶跃阻抗谐振器4，相邻的两个阶跃阻抗谐振器4中间设有第一调谐螺钉6，两两阶跃阻抗谐振器4之间通过第一调谐螺钉6进行耦合，所述第一调谐螺钉6平行于第一介质柱5，其一部分伸入谐振腔2内，另一部分外伸出谐振腔2，两个第一调谐螺钉6和三个第一介质柱5处于同一直线上，首尾两个阶跃阻抗谐振器4分别配对一个馈电探针8作为输入端口提供电磁能量耦合到阶跃阻抗谐振器4上，所述馈电探针8平行于第一介质柱5，其内导体的一部分伸入谐振腔2内，另一部分外伸出谐振腔2并采用第二介质柱9固定，所述第二介质柱9与谐振腔2之间形成有空气介质柱7，所述馈电探针8的内导体外伸出谐振腔2的那部分位于空气介质柱7中，每个馈电探针8均配置有一个第二调谐螺钉10，用于对电磁能量进行调整实现耦合匹配，所述第二调谐螺钉10的一部分伸入谐振腔2内朝馈电探针8的内导体延伸，并垂直于内导体，另一部分外伸出谐振腔2。
具体地，所述阶跃阻抗谐振器4是由两种内径的三个同轴连接而成的哑铃型结构，利用电容的缩短效应减小谐振波长；所述阶跃阻抗谐振器4为铜材质半波长阶跃阻抗谐振器。
具体地，所述空腔3为圆柱形腔体，所述第一介质柱5穿过该圆柱形腔体的中心。
具体地，所述第二介质柱9的内径与空气介质柱7相一致。
具体地，所述第一介质柱5和第二介质柱9为特氟龙介质柱，述第一调谐螺钉6和第二调谐螺钉10为M3铜材质调谐螺钉。
具体地，所述金属外壳1为铝材质外壳，铝材质外壳壁厚5mm，长度为112mm，宽度为40mm，总高度为61mm。
馈电探针8作为输入端口将电磁能量输入谐振腔2当中，通过耦合传递到阶跃阻抗谐振器4当中；再由第二调谐螺钉10对其能量进行调整，通过第一调谐螺钉6的耦合传递到下一个阶跃阻抗谐振器4中，依此类推。调整中心频率时，两侧的阶跃阻抗谐振器4保持同步，中间阶跃阻抗谐振器4独立，中间的阶跃阻抗谐振器4与两侧的阶跃阻抗谐振器4上下移动，使谐振的中心频率发生改变。调整中心频率时，其带宽在87±8MHz。
参见图5、图6所示，显示了本实施例上述可调同轴滤波器的S11、S21参数仿真结果。从仿真结果可以看出，滤波器的工作带宽为2.11GHz-3.53GHz，其相对可调范围为50.4％，带宽变化为87±8MHz，在工作带宽内回波损耗优于20dB，插入损耗小于0.13dB，具有优秀的性能。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述滤波器包括金属外壳(1)，所述金属外壳(1)内形成有一个填充空气的谐振腔(2)，所述谐振腔(2)内设有多个间隔并排的采用第一介质柱(5)固定的阶跃阻抗谐振器(4)，所述阶跃阻抗谐振器(4)的两端外伸出谐振腔(2)并各自处于一个与谐振腔(2)连通的空腔(3)中，所述空腔(3)预留有供阶跃阻抗谐振器(4)上下移动的空间，通过阶跃阻抗谐振器(4)上下移动能够使谐振的中心频率发生改变，所述第一介质柱(5)贯穿整个金属外壳(1)、空腔(3)和阶跃阻抗谐振器(4)，相邻的两个阶跃阻抗谐振器(4)之间设有第一调谐螺钉(6)，两两阶跃阻抗谐振器(4)之间通过第一调谐螺钉(6)进行耦合，所述第一调谐螺钉(6)平行于第一介质柱(5)，其一部分伸入谐振腔(2)内，另一部分外伸出谐振腔(2)，并排阶跃阻抗谐振器当中的首尾两个阶跃阻抗谐振器(4)分别配对一个馈电探针(8)作为输入端口提供电磁能量耦合到阶跃阻抗谐振器(4)上，所述馈电探针(8)平行于第一介质柱(5)，其内导体的一部分伸入谐振腔(2)内，另一部分外伸出谐振腔(2)并采用第二介质柱(9)固定，所述第二介质柱(9)与谐振腔(2)之间形成有空气介质柱(7)，所述馈电探针(8)的内导体外伸出谐振腔(2)的那部分位于空气介质柱(7)中，每个馈电探针(8)均配置有一个第二调谐螺钉(10)，用于对电磁能量进行调整实现耦合匹配，所述第二调谐螺钉(10)的一部分伸入谐振腔(2)内朝馈电探针(8)的内导体延伸，另一部分外伸出谐振腔(2)。
2.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述阶跃阻抗谐振器(4)是由两种内径的三个同轴连接而成的哑铃型结构，利用电容的缩短效应减小谐振波长。
3.根据权利要求2所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述阶跃阻抗谐振器(4)为铜材质半波长阶跃阻抗谐振器。
4.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述滤波器的作带宽为2.11GHz-3.53GHz，其相对可调范围为50.4％。
5.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，两两阶跃阻抗谐振器(4)等距间隔排布，所述第一调谐螺钉(6)位于两个阶跃阻抗谐振器(4)的中间位置，所有第一调谐螺钉(6)和第一介质柱(5)处于同一直线上。
6.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述第二调谐螺钉(10)垂直于馈电探针(8)的内导体。
7.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述空腔(3)为圆柱形腔体，所述第一介质柱(5)穿过该圆柱形腔体的中心。
8.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述第二介质柱(9)的内径与空气介质柱(7)相一致。
9.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述金属外壳(1)为铝材质外壳，所述第一介质柱(5)和第二介质柱(9)为特氟龙介质柱。
10.根据权利要求1所述的一种可调同轴滤波器，其特征在于，所述第一调谐螺钉(6)和第二调谐螺钉(10)为M3铜材质调谐螺钉。
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