CN116960586A - 一种混合模介质波导滤波器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种混合模介质波导滤波器，包括：第一多模谐振腔，所述第一多模谐振腔至少具有两个谐振模式；和一对第一单模谐振腔，所述一对第一单模谐振腔对应于一个所述第一多模谐振腔，所述一对第一单模谐振腔分别与所述第一多模谐振腔的每个谐振模式直接耦合、以与所述第一多模谐振腔形成串联拓扑，且所述第一多模谐振腔的多个谐振模式之间形成并联拓扑。

Description

一种混合模介质波导滤波器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种混合模介质波导滤波器。

背景技术

介质波导滤波器由于其电磁屏蔽性好、结构紧凑、通带内插损低、体积小和功率容量高的优点，长期以来一直是移动通信基站滤波器的首选品种。

其中，单层介质滤波器由于滤波器的Q值低，插损偏大，应用受到限制。而传统的双层结构需要将两层结构进行焊接，且由于结构固定，导致位于中间的耦合结构不可调整，因此可生产性较差。而双模介质滤波器虽然实现了Q值的提高，但是相邻的双模介质腔体需要通过耦合板等结构焊接连接，导致耦合结构不可调整，参数相关性大，调试困难。

发明内容

本申请的实施例提供一种混合模介质波导滤波器，其将单模腔体滤波器和多模腔体滤波器进行整合，并且通过并联拓扑的方式可实现非对称零点，提升了单模腔体滤波器的Q值，降低了插损。

本申请的实施例提供一种混合模介质波导滤波器，包括：

第一多模谐振腔，所述第一多模谐振腔至少具有两个谐振模式；和

一对第一单模谐振腔，所述一对第一单模谐振腔对应于一个所述第一多模谐振腔，所述一对第一单模谐振腔分别与所述第一多模谐振腔的每个谐振模式直接耦合、以与所述第一多模谐振腔形成串联拓扑，且所述第一多模谐振腔的多个谐振模式之间形成并联拓扑。

在一个实施例中，所述一对第一单模谐振腔层叠设置，以形成双层介质波导滤波器。

在一个实施例中，所述第一单模谐振腔包括上层第一单模谐振腔和下层第一单模谐振腔，

所述上层第一单模谐振腔通过上层第一耦合窗与所述第一多模谐振腔耦合，所述下层第一单模谐振腔通过下层第一耦合窗与所述第一多模谐振腔耦合，

所述上层第一耦合窗和下层第一耦合窗开设于所述第一多模谐振腔的同一表面。

在一个实施例中，所述上层第一耦合窗与所述第一多模谐振腔的顶面连通；

所述下层第一耦合窗与所述第一多模谐振腔的底面连通。

在一个实施例中，所述第一多模谐振腔具有两个谐振模式；

所述上层第一单模谐振腔与所述第一多模谐振腔的两个谐振模式形成第一耦合和第二耦合，所述下层第一单模谐振腔与所述第一多模谐振腔的两个谐振模式形成第三耦合和第四耦合，所述上层第一单模谐振腔和下层第一单模谐振腔形成第五耦合，

所述第一耦合、第二耦合、第三耦合、第四耦合中至少一个为负耦合。

在一个实施例中，所述上层第一单模谐振腔和下层第一单模谐振腔分别与所述第一多模谐振腔形成不同的耦合模式。

在一个实施例中，进一步包括：

第二多模谐振腔，所述第二多模谐振腔至少具有两个谐振模式；和

与所述第二多模谐振腔对应的一对第二单模谐振腔，所述一对第二单模谐振腔分别与所述第二多模谐振腔的每个谐振模式直接耦合、以与所述第二多模谐振腔形成串联拓扑，且所述第二多模谐振腔的多个谐振模式之间形成并联拓扑；

所述第一多模谐振腔和所述第二多模谐振腔不直接耦合，其中一个第一单模谐振腔和其中一个第二单模谐振腔直接耦合。

在一个实施例中，所述第二单模谐振腔包括上层第二单模谐振腔和下层第二单模谐振腔，

所述上层第二单模谐振腔通过上层第二耦合窗与所述第二多模谐振腔耦合，所述下层第二单模谐振腔通过下层第二耦合窗与所述第二多模谐振腔耦合，

所述上层第二耦合窗和下层第二耦合窗开设于所述第二多模谐振腔的同一表面；

所述上层第一单模谐振腔和上层第二单模谐振腔通过上层第三耦合窗直接耦合。

在一个实施例中，所述上层第一单模谐振腔和下层第一单模谐振腔直接耦合；和/或

所述上层第二单模谐振腔和下层第二单模谐振腔直接耦合。

在一个实施例中，所述下层第一单模谐振腔和下层第二单模谐振腔分别与馈电端连接。

本实施例通过在单模介质波导滤波器中引入了多模谐振腔，将零点腔转化为了多模腔，相比于仅包含单模谐振腔的滤波器来说，提高了滤波器的Q值，降低了插损，而且通过调整耦合拓扑关系，既能够实现非对称零点，也能够实现同侧CQ零点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的混合模介质波导滤波器的第一实施例的结构示意图。

图2为图1的混合模介质波导滤波器的拓扑图。

图3为本发明的混合模介质波导滤波器的第二实施例的结构示意图。

图4为图3的混合模介质波导滤波器的拓扑图。

图5为图3的混合模介质波导滤波器的波形图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

本申请的实施例提供一种滤波装置和一种用于腔体滤波器的耦合结构，其在满足耦合量的同时，提高了耦合结构的自身谐振频率，以拉远耦合结构的谐振频率与通带之间的距离。

图1为本发明的混合模介质波导滤波器的第一实施例的结构示意图。图2为图1的混合模介质波导滤波器的拓扑图。如图1和图2所示，本发明的一个实施例提供了一种混合模介质波导滤波器，包括：

第一多模谐振腔10，第一多模谐振腔10至少具有两个谐振模式；和

一对第一单模谐振腔21，22，一对第一单模谐振腔21，22对应于一个第一多模谐振腔10，一对第一单模谐振腔21，22分别与第一多模谐振腔10的每个谐振模式直接耦合、以形成与第一多模谐振腔10的串联拓扑，且第一多模谐振腔10的多个谐振模式之间形成并联拓扑。

在本实施例的介质波导滤波器中，设置了第一多模谐振腔10和第一单模谐振腔21,22，其中，每个第一多模谐振腔10至少对应于两个单模谐振腔21,22，每个第一单模谐振腔和第一多模谐振腔10的其中任一个谐振模式均采用直接耦合的方式，以形成串联拓扑的形式，而第一多模谐振腔10的多个谐振模式则采用并联拓扑的方式。则，一对单模谐振腔21,22可形成为双层单模介质滤波器的形式。因此，在一个优选实施例中，一对第一单模谐振腔21，22层叠设置，以形成双层介质波导滤波器。

在本实施例中，第一多模谐振腔10可实现为双模滤波器，其可至少具有两个谐振模式。例如，第一多模谐振腔10可具有TE10模式和TE11模式等。可选地，两个谐振模式可选择为电场方向相互垂直的两个模式，例如，电场方向为Z方向和Y方向的两种模式。对应地，与该第一多模谐振腔10对应的一对第一单模谐振腔21,22的谐振模式的电场方向与第一多模谐振腔10的其中一种谐振模式的电场方向一致，例如选择为Z方向的模式。

结合图2可知，图1所示的介质波导滤波器中包含三个腔体滤波器：第一单模谐振腔21，22和第一多模谐振腔10，第一单模谐振腔21，22均具有一种模式，则分别对应一个拓扑节点：节点1和节点4，而第一多模谐振腔10具有两种模式，则对应于两个拓扑节点：节点2和节点3。通过如图1的耦合连接方式，则在该四个节点之间形成五种耦合连接关系：第一单模谐振腔21与第一多模谐振腔10的两个谐振模式形成的第一耦合和第二耦合，第一单模谐振腔22与第一多模谐振腔10的两个模式形成的第三耦合和第四耦合，第一单模谐振腔21与22形成的第五耦合。其中，第一耦合、第二耦合、第三耦合和第四耦合均为串联耦合，而第五耦合为并联耦合。第一耦合、第二耦合、第三耦合和第四耦合中至少一个形成负耦合，从而可以在通带低端产生一个传输零点，而这四个串联耦合中必然具有至少一个正耦合，从而也可以在通道的高端产生一个传输零点。

由此可见，本实施例通过在单模介质波导滤波器中引入了多模谐振腔，将零点腔转化为了多模腔，相比于仅包含单模谐振腔的滤波器来说，提高了滤波器的Q值，降低了插损，而且通过调整耦合拓扑关系，既能够实现非对称零点，也能够实现同侧CQ零点。

如图2所示，为了实现至少一个负耦合，上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22分别与第一多模谐振腔10形成不同的耦合模式。例如，上层第一单模谐振腔21和第一多模谐振腔10的两个模式可形成一个负耦合和一个正耦合，而下层第一单模谐振腔22和第一多模谐振腔10的两个模式可形成两个正耦合。

其中，第一单模谐振腔21,22可采用层叠的方式设置，例如沿着竖直方向层叠，第一单模谐振腔21，22包括上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22。

其中，上层第一单模谐振腔21通过上层第一耦合窗23与第一多模谐振腔10耦合，下层第一单模谐振腔22通过下层第一耦合窗24与第一多模谐振腔10耦合，在一个优选实施例中，上层第一耦合窗23和下层第一耦合窗24开设于第一多模谐振腔10的同一表面。

由图1可以看到，上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22不是通过焊接而形成层叠的双层滤波器的形式，而是借由第一多模谐振腔10形成层叠结构，上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22之间可具有间隙。第一多模谐振腔10的高度可对应于上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22的高度之和，且上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22位于第一多模谐振腔10的同一侧，这样，虽然第一多模谐振腔10分别与上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22串联连接，且第一多模谐振腔10串联在上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22之间，但是并没有形成直线连接，能够大幅缩小本实施例的介质波导滤波器所占用的空间，且使得上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22能够实现并联拓扑成为可能。

上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22之间的耦合连接图1中未示出，而是从图3中可见。

相对于单层结构来说，本实施例的混合模介质波导滤波器的Q值提升了60％，比双层结构的单模介质滤波器提升了35％，能够大幅降低滤波器的插损。

进一步地，如图1所示，上层第一耦合窗23与第一多模谐振腔10的顶面连通；下层第一耦合窗24与第一多模谐振腔10的底面连通。

耦合窗虽然开设于第一单模谐振腔的侧壁，但是其高度往往并不布满于其侧壁，在本实施例中，上层第一单模谐振腔21通过上层第一耦合窗23与第一多模谐振腔10耦合，而上层第一耦合窗23在第一多模谐振腔10、上层第一单模谐振腔21的侧壁上的开设位置与两者的顶面对应，即使用者可以自如图1所示的介质波导滤波器的顶面对于上层第一耦合窗23的结构进行微调，从而调整上层第一单模谐振腔21和第一多模谐振腔10之间的耦合量。

同样地，下层第一耦合窗24在第一多模谐振腔10、下层第一单模谐振腔22的侧壁上的开设位置与两者的底面对应，即使用者可以自如图1所示的介质波导滤波器的底面对于下层第一耦合窗24的结构进行微调，从而调整下层第一单模谐振腔22和第一多模谐振腔10之间的耦合量。

与传统的双层滤波器、多模滤波器不同，本实施例的腔体之间的耦合结构可以设置于介质波导滤波器的整体外观的表面，从而能够方便地对耦合结构进行调整。

图3为本发明的混合模介质波导滤波器的第二实施例的结构示意图。图4为图3的混合模介质波导滤波器的拓扑图。如图3和图4所示，本实施例的介质波导滤波器包括：

第一多模谐振腔10和与第一多模谐振腔10对应的一对第一单模谐振腔21，22；

第二多模谐振腔30和与第二多模谐振腔对应的一对第二单模谐振腔41,42，

其中，每个第二单模谐振腔41,42分别与第二多模谐振腔30的每个谐振模式直接耦合，以与第二多模谐振腔30形成串联拓扑，且第二多模谐振腔30的多个谐振模式之间形成并联拓扑。

第一多模谐振腔10和一对第一单模谐振腔21，22的连接方式可如图1所示的实施例，同样地，第二多模谐振腔30和一对第二单模谐振腔41,42也可采用如图1所示的方式连接。

进一步地，第一多模谐振腔10和第二多模谐振腔30不直接耦合，而是通过其中一个第一单模谐振腔21和其中一个第二单模谐振腔41直接耦合而实现介质波导滤波器的串联连接。

在本实施例的实体结构中，第一多模谐振腔10和第二多模谐振腔30可位于两端，而对应的一对第一单模谐振腔21，22以及一对第二单模谐振腔41,42则位于第一多模谐振腔10和第二多模谐振腔30之间。

由图2可以看出，本实施例的介质波导滤波器具有结构紧凑的特点，且本实施例中两个多模谐振腔的两种谐振模式之间没有耦合，则多模谐振腔无需倒角，从而降低了调试的相关性。

其中，第二单模谐振腔41,42包括上层第二单模谐振腔41和下层第二单模谐振腔42，

上层第二单模谐振腔41通过上层第二耦合窗43与第二多模谐振腔30耦合，下层第二单模谐振腔42通过下层第二耦合窗44与第二多模谐振腔30耦合，

上层第二耦合窗43和下层第二耦合窗44开设于第二多模谐振腔30的同一表面；

上层第一单模谐振腔21和上层第二单模谐振腔41通过上层第三耦合窗51直接耦合。

上层第三耦合窗51可与上层第二耦合窗43、上层第一耦合窗23分别位于上层第二单模谐振腔41、上层第一单模谐振腔21的相对的一对表面。

如图3所示，上层第二耦合窗43与第二多模谐振腔30的顶面连通；下层第二耦合窗44与第二多模谐振腔30的底面连通。

耦合窗虽然开设于第二单模谐振腔的侧壁，但是其高度往往并不布满于其侧壁，在本实施例中，上层第二单模谐振腔41通过上层第二耦合窗43与第二多模谐振腔30耦合，而上层第二耦合窗43在第二多模谐振腔30、上层第二单模谐振腔41的侧壁上的开设位置与两者的顶面对应，即使用者可以自如图3所示的介质波导滤波器的顶面对于上层第二耦合窗43的结构进行微调，从而调整上层第二单模谐振腔41和第二多模谐振腔30之间的耦合量。

同样地，下层第二耦合窗44在第二多模谐振腔30、下层第二单模谐振腔42的侧壁上的开设位置与两者的底面对应，即使用者可以自如图3所示的介质波导滤波器的底面对于下层第二耦合窗44的结构进行微调，从而调整下层第二单模谐振腔42和第二多模谐振腔30之间的耦合量。

进一步地，如图3所示，上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22直接耦合；和/或

上层第二单模谐振腔41和下层第二单模谐振腔42直接耦合。

如图4所示，下层第一单模谐振腔22和下层第二单模谐振腔42分别与馈电端60连接。

结合图4可知，图3所示的介质波导滤波器中包含六个腔体滤波器：第一单模谐振腔21，22和第一多模谐振腔10，第二单模谐振腔41,42和第二多模谐振腔30。其中，第一单模谐振腔21，22和第二单模谐振腔41,42均具有一种模式，则分别对应一个拓扑节点：节点1、节点4、节点5和节点8，而第一多模谐振腔10和第二多模谐振腔30具有两种模式，则分别对应于两个拓扑节点：节点2和节点3，节点6和节点7。通过如图3的耦合连接方式，则在该八个节点之间形成10种耦合连接关系：第一单模谐振腔21与第一多模谐振腔10的两种谐振模式形成的第一耦合和第二耦合，第一单模谐振腔22与第一多模谐振腔10的两种谐振模式形成的第三耦合和第四耦合，第一单模谐振腔21与22形成的第五耦合，第二单模谐振腔41与第二多模谐振腔30的两种谐振模式形成的第六耦合和第七耦合，第二单模谐振腔42与第二多模谐振腔30的两种谐振模式形成的第八耦合和第九耦合，第二单模谐振腔41与42形成的第十耦合。其中，第一耦合、第二耦合、第三耦合和第四耦合均为串联耦合，而第五耦合为并联耦合。第一耦合、第二耦合、第三耦合和第四耦合中至少一个形成负耦合，从而可以在通带低端产生一个传输零点，而这四个串联耦合中必然具有至少一个正耦合，从而也可以在通道的高端产生一个传输零点。第六耦合、第七耦合、第八耦合和第九耦合中至少一个形成负耦合，从而可以在通带低端产生一个传输零点，而这四个串联耦合中必然具有至少一个正耦合，从而也可以在通道的高端产生一个传输零点。

且节点4和节点5之间的连接为直接连接，因此，第一耦合、第二耦合、第三耦合和第四耦合中形成的传输零点与第六耦合、第七耦合、第八耦合和第九耦合中形成的传输零点不会相互影响。

由图5可见，图3所示的实施例，在通带底端分别产生由上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22产生的一个传输零点，和由上层第二单模谐振腔41和下层第二单模谐振腔42产生的一个传输零点。以及在通带高端分别产生由上层第一单模谐振腔21和下层第一单模谐振腔22产生的一个传输零点，和由上层第二单模谐振腔41和下层第二单模谐振腔42产生的一个传输零点。

由此可见，本实施例通过在单模介质波导滤波器中引入了多模谐振腔，将零点腔转化为了多模腔，相比于仅包含单模谐振腔的滤波器来说，提高了滤波器的Q值，降低了插损，而且通过调整耦合拓扑关系，既能够实现非对称零点，也能够实现同侧CQ零点。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种混合模介质波导滤波器，其特征在于，包括：

第一多模谐振腔(10)，所述第一多模谐振腔(10)至少具有两个谐振模式；和

一对第一单模谐振腔(21，22)，所述一对第一单模谐振腔(21，22)对应于一个所述第一多模谐振腔(10)，所述一对第一单模谐振腔(21，22)分别与所述第一多模谐振腔(10)的每个谐振模式直接耦合、以与所述第一多模谐振腔(10)形成串联拓扑，且所述第一多模谐振腔(10)的多个谐振模式之间形成并联拓扑。

2.根据权利要求1所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述一对第一单模谐振腔(21，22)层叠设置，以形成双层介质波导滤波器。

3.根据权利要求2所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述第一单模谐振腔(21，22)包括上层第一单模谐振腔(21)和下层第一单模谐振腔(22)，

所述上层第一单模谐振腔(21)通过上层第一耦合窗(23)与所述第一多模谐振腔(10)耦合，所述下层第一单模谐振腔(22)通过下层第一耦合窗(24)与所述第一多模谐振腔(10)耦合，

所述上层第一耦合窗(23)和下层第一耦合窗(24)开设于所述第一多模谐振腔(10)的同一表面。

4.根据权利要求3所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述上层第一耦合窗(23)与所述第一多模谐振腔(10)的顶面连通；

所述下层第一耦合窗(24)与所述第一多模谐振腔(10)的底面连通。

5.根据权利要求3所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述第一多模谐振腔(10)具有两个谐振模式；

所述上层第一单模谐振腔(21)与所述第一多模谐振腔(10)的两个谐振模式形成第一耦合和第二耦合，所述下层第一单模谐振腔(22)与所述第一多模谐振腔(10)的两个谐振模式形成第三耦合和第四耦合，所述上层第一单模谐振腔(21)和下层第一单模谐振腔(22)形成第五耦合，

所述第一耦合、第二耦合、第三耦合、第四耦合中至少一个为负耦合。

6.根据权利要求3所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述上层第一单模谐振腔(21)和下层第一单模谐振腔(22)分别与所述第一多模谐振腔(10)形成不同的耦合模式。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，进一步包括：

第二多模谐振腔(30)，所述第二多模谐振腔(30)至少具有两个谐振模式；和

与所述第二多模谐振腔(30)对应的一对第二单模谐振腔(41,42)，所述一对第二单模谐振腔(41,42)分别与所述第二多模谐振腔(30)的每个谐振模式直接耦合、以与所述第二多模谐振腔(30)形成串联拓扑，且所述第二多模谐振腔(30)的多个谐振模式之间形成并联拓扑；

所述第一多模谐振腔(10)和所述第二多模谐振腔(30)不直接耦合，其中一个第一单模谐振腔(21)和其中一个第二单模谐振腔(41)直接耦合。

8.根据权利要求7所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述第二单模谐振腔(41,42)包括上层第二单模谐振腔(41)和下层第二单模谐振腔(42)，

所述上层第二单模谐振腔(41)通过上层第二耦合窗(43)与所述第二多模谐振腔(30)耦合，所述下层第二单模谐振腔(42)通过下层第二耦合窗(44)与所述第二多模谐振腔(30)耦合，

所述上层第二耦合窗(43)和下层第二耦合窗(44)开设于所述第二多模谐振腔(30)的同一表面；

所述上层第一单模谐振腔(21)和上层第二单模谐振腔(41)通过上层第三耦合窗(51)直接耦合。

9.根据权利要求8所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述上层第一单模谐振腔(21)和下层第一单模谐振腔(22)直接耦合；和/或

所述上层第二单模谐振腔(41)和下层第二单模谐振腔(42)直接耦合。

10.根据权利要求8所述的混合模介质波导滤波器，其特征在于，所述下层第一单模谐振腔(22)和下层第二单模谐振腔(42)分别与馈电端(60)连接。