CN117276830A - 基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，包括外壳，所述外壳内设置有空腔，所述空腔内设置有上接地单元和下接地单元，所述上接地单元和下接地单元之间设置有至少两个曲线状的金属谐振器；在相邻的两个所述金属谐振器之间设置有电耦合单元和磁耦合单元。本发明中，腔体滤波器的金属谐振器采用曲线结构，当曲线状的金属谐振器的长度为1/4波长时，金属谐振器在竖直方向上的高度可以远小于1/4波长，相比同轴谐振器结构和交叉耦合结构能够大大减少腔体滤波器的体积。采用混合电磁耦合结构，只需要两个谐振器就能引入一个陷波，可以大大减少滤波器的阶数，从而能更大程度的缩小腔体滤波器的体积。
Description
技术领域
本发明属于腔体滤波器技术领域，涉及一种基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器。
背景技术
腔体滤波器在电路和电子高频系统中有较好的选频滤波作用，并能抑制频带外无用信号及噪声，已经广泛应用于航空、航天、雷达、通信、电子对抗、广播电视及各种电子测试设备中。目前的小型化腔体滤波器一般采用同轴谐振器，根据波长和谐振器高度的关系，同轴腔高度一般需要达到波长的1/4左右，采用该结构难以进一步实现小型化。另外，提高腔体滤波器的阻带抑制一般需要通过增加阶数来实现，这也增大了腔体滤波器小型化的难度。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于曲线结构谐振器的电磁混合耦合腔体滤波器。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，包括外壳，所述外壳内设置有空腔，所述空腔内设置有上接地单元和下接地单元，所述上接地单元和下接地单元之间设置有至少两个曲线状的金属谐振器；每一所述金属谐振器的下端均与下接地单元连接，每一所述金属谐振器的上端与上接地单元之间均留有间隙；在相邻的两个所述金属谐振器之间设置有电耦合单元和磁耦合单元。
进一步的，通过调节相邻两个金属谐振器之间的电耦合单元的电耦合量和/或磁耦合单元的磁耦合量在腔体滤波器衰减曲线中的通带边缘处引入一个陷波。
进一步的，所述金属谐振器的形状为圆柱螺旋线，且各个所述金属谐振器的螺旋方向均相同。
进一步的，所述电耦合单元包括设置在上接地单元下端的介质层以及在介质层的下表面形成的金属层，所述金属层对应每两个相邻的金属谐振器之间的位置处分别设置有一隔离带；所述隔离带将金属层分割为多个金属化区域，且所述金属化区域与金属谐振器一一对应，每一所述金属谐振器的上端分别与对应的金属化区域连接。
进一步的，所述隔离带呈蛇形，从而在隔离带的两侧形成多个矩形的金属耦合指条，且所述隔离带两侧的金属耦合指条交错设置，形成交指结构。
进一步的，所述金属层通过在介质层的下端面进行表面金属化处理形成。
进一步的，所述介质层上对应每一金属谐振器的投影的中心位置处分别设置有一通孔，所述通孔中竖直穿设有金属调谐螺钉，所述金属调谐螺钉的上端与上接地单元连接，所述金属调谐螺钉的下端穿出通孔的下孔口并伸入金属谐振器的内部中空。
进一步的，所述磁耦合单元包括竖直设置在相邻两个金属谐振器之间的金属耦合螺钉，所述金属耦合螺钉的下端与下接地单元连接，所述金属耦合螺钉的上端伸入相邻两个金属谐振器之间的空隙中。
进一步的，所述空腔的腔壁上设置有金属镀层，设置在空腔顶部的腔壁上的金属镀层形成上接地单元，设置在空腔底部的腔壁上的金属镀层形成下接地单元。
进一步的，所述介质层采用微波介质材料。
本发明中，腔体滤波器的金属谐振器采用曲线结构，当曲线状的金属谐振器的长度为1/4波长时，金属谐振器在竖直方向上的高度可以远小于1/4波长，相比同轴谐振器结构和交叉耦合结构能够大大减少腔体滤波器的体积。采用混合电磁耦合结构，只需要两个谐振器就能引入一个陷波，可以大大减少滤波器的阶数，从而能更大程度的缩小腔体滤波器的体积。且通过调节隔离带的宽度和金属耦合螺钉冒出部分的长度可以方便地调节相邻的两个所述金属谐振器之间的电耦合量和磁耦合量，从而可以将陷波移动到合适的位置。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器一实施方式的立体图。
图2为图1的主视图。
图3为金属层的结构示意图。
图4为调整电耦合量和磁耦合量前的回波损耗和衰减曲线示意图。
图5为调整电耦合量和磁耦合量后的回波损耗和衰减曲线示意图。
附图中各标号的含义为：
上接地单元-101；下接地单元-102；介质层-200；通孔-201、202；金属层-210；金属化区域-211、212；金属耦合指条-221、222；隔离带-231；金属谐振器-301、302；金属调谐螺钉-311、312；金属耦合螺钉-321。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1和图2，本发明基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器一实施方式包括外壳(图中未示出)，所述外壳一般为长方体，所述外壳内设置有空腔，所述空腔内设置有上接地单元101和下接地单元102。本实施例中，在所述空腔的腔壁上均设置有金属镀层，其中，设置在空腔顶部腔壁上的金属镀层形成上接地单元101，设置在空腔底部腔壁上的金属镀层形成下接地单元102。设置在空腔四个侧壁上的金属镀层将上接地单元101和下接地单元102连接成一个整体。
所述上接地单元101和下接地单元102之间设置有两个曲线状的金属谐振器(301、302)，当然，在仅采用金属谐振器301和金属谐振器302无法满足性能要求时，也可以设置更多的金属谐振器。本实施例中，金属谐振器301和金属谐振器302的形状均采用圆柱螺旋线，且金属谐振器301和金属谐振器302的螺旋方向相同。目前的小型化腔体滤波器一般采用柱状的同轴谐振器，根据波长和谐振器高度的关系，同轴谐振器的高度大致为波长的1/4。而本实施例中金属谐振器301和金属谐振器302的形状均采用圆柱螺旋线，由于圆柱螺旋线所形成的圆柱形的高度(即金属谐振器301和金属谐振器302在竖直方向上的高度)远小于圆柱螺旋线的长度；因此，采用圆柱螺旋线可以极大的降低金属谐振器的高度，本实施例中金属谐振器301和金属谐振器302所形成的圆柱形的高度可以降低到1/16波长甚至更低，从而能够实现腔体滤波器的进一步小型化。
所述金属谐振器301和金属谐振器302的下端均与下接地单元102连接，所述金属谐振器301和金属谐振器302的上端与上接地单元101之间均留有间隙；在金属谐振器301和金属谐振器302之间设置有电耦合单元和磁耦合单元。
请参阅图3，所述电耦合单元包括设置在上接地单元101下端的介质层200以及在介质层200的下表面形成的金属层210；所述介质层200采用微波介质材料，例如，本实施例中的介质层200采用陶瓷；所述金属层210通过在介质层200的下端面进行表面金属化处理形成。所述介质层200上对应金属谐振器301的投影的中心位置处设置有通孔201，所述通孔201中竖直穿设有金属调谐螺钉311，所述金属调谐螺钉311的上端与上接地单元101连接，所述金属调谐螺钉311的下端穿出通孔201的下孔口并伸入金属谐振器301的内部中空。通过调节金属谐振器301的总长度以及调节金属调谐螺钉311伸入金属谐振器301的内部中空的长度可以调节金属谐振器301的谐振频率。所述介质层200上对应金属谐振器302的投影的中心位置处设置有通孔202，所述通孔202中竖直穿设有金属调谐螺钉312，所述金属调谐螺钉312的上端与上接地单元101连接，所述金属调谐螺钉312的下端穿出通孔202的下孔口并伸入金属谐振器302的内部中空。通过调节金属谐振器302的总长度以及调节金属调谐螺钉312伸入金属谐振器302的内部中空的长度可以调节金属谐振器302的谐振频率。所述介质层200的四个侧面及通孔的孔壁未进行表面金属化处理，从而对上接地单元101和金属化区域进行隔离。
所述金属层210对应金属谐振器301和金属谐振器302之间的位置处设置有隔离带231，所述隔离带231将金属层210分割为金属化区域211和金属化区域212。所述金属谐振器301与金属化区域211连接，所述金属谐振器302与金属化区域212连接。当然，当设置有两个以上的金属谐振器时，也会相应设置更多的隔离带231，从而使金属层210分割成的金属化区域与金属谐振器一一对应。请继续参阅图3，所述隔离带231优选为呈蛇形，从而在隔离带231的两侧形成多个矩形的金属耦合指条，且所述隔离带231两侧的金属耦合指条彼此交错设置，形成交指结构。通过调节隔离带231的宽度(即形成交指结构的金属耦合指条之间的间隙大小)可以对金属谐振器301和金属谐振器302之间的电耦合量进行调节。
所述磁耦合单元包括竖直设置在金属谐振器301和金属谐振器302之间的金属耦合螺钉321，所述金属耦合螺钉321的下端与下接地单元102连接，所述金属耦合螺钉321的上端伸入金属谐振器301和金属谐振器302之间的空隙中。通过调节金属耦合螺钉321向上冒出下接地单元102上端面部分的高度可以调节金属谐振器301和金属谐振器302之间的磁耦合强度，金属耦合螺钉321向上冒出下接地单元102上端面部分的高度越高，磁耦合量越大。
本实施例中，通过设置电耦合单元和磁耦合单元可以在金属谐振器301和金属谐振器302之间形成并联的电容和电感，由于并联的电容和电感的谐振频率即为陷波的对应位置，通过调节金属谐振器301和金属谐振器302之间的电耦合量和磁耦合量即可在腔体滤波器衰减曲线中的通带边缘处引入一个陷波。请参阅图4和图5，图中的S11为回波损耗曲线，S21为衰减曲线，图4为调整电耦合单元和磁耦合单元前滤波器的性能指标曲线，图5为调整电耦合单元的电耦合量和磁耦合单元的磁耦合量后滤波器的性能指标曲线，通过比较图4和图5可以清楚看出，通过调节电耦合单元的电耦合量和磁耦合单元的磁耦合量，陷波的位置发生了明显的变化，说明通过调节电耦合量和磁耦合量的大小，可以将陷波移动到合适的位置(即腔体滤波器衰减曲线中的通带边缘处)。
一般提高滤波器的阻带抑制是通过增加阶数来实现，采用交叉耦合虽然也能引入陷波，增加阻带抑制从而减少滤波器的阶数，但交叉耦合至少需要三个谐振器才能引入一个陷波。本发明中，采用两个螺旋谐振器组合，并混合电磁耦合结构，只需要两个谐振器就能引入一个陷波，采用三个谐振器可以引入两个陷波，从而能更大程度的缩小腔体滤波器的体积。另外，金属谐振器采用圆柱螺旋线结构，圆柱螺旋线所形成的圆柱形的高度可以降低到1/16波长甚至更低，从而能够实现腔体滤波器的进一步小型化。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：包括外壳，所述外壳内设置有空腔，所述空腔内设置有上接地单元和下接地单元，所述上接地单元和下接地单元之间设置有至少两个曲线状的金属谐振器；每一所述金属谐振器的下端均与下接地单元连接，每一所述金属谐振器的上端与上接地单元之间均留有间隙；在相邻的两个所述金属谐振器之间设置有电耦合单元和磁耦合单元。
2.根据权利要求1所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：通过调节相邻两个金属谐振器之间的电耦合单元的电耦合量和/或磁耦合单元的磁耦合量在腔体滤波器衰减曲线中的通带边缘处引入一个陷波。
3.根据权利要求2所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述金属谐振器的形状为圆柱螺旋线，且各个所述金属谐振器的螺旋方向均相同。
4.根据权利要求3所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述电耦合单元包括设置在上接地单元下端的介质层以及在介质层的下表面形成的金属层，所述金属层对应每两个相邻的金属谐振器之间的位置处分别设置有一隔离带；所述隔离带将金属层分割为多个金属化区域，且所述金属化区域与金属谐振器一一对应，每一所述金属谐振器的上端分别与对应的金属化区域连接。
5.根据权利要求4所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述隔离带呈蛇形，从而在隔离带的两侧形成多个矩形的金属耦合指条，且所述隔离带两侧的金属耦合指条交错设置，形成交指结构。
6.根据权利要求5所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述金属层通过在介质层的下端面进行表面金属化处理形成。
7.根据权利要求4所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述介质层上对应每一金属谐振器的投影的中心位置处分别设置有一通孔，所述通孔中竖直穿设有金属调谐螺钉，所述金属调谐螺钉的上端与上接地单元连接，所述金属调谐螺钉的下端穿出通孔的下孔口并伸入金属谐振器的内部中空。
8.根据权利要求7所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述磁耦合单元包括竖直设置在相邻两个金属谐振器之间的金属耦合螺钉，所述金属耦合螺钉的下端与下接地单元连接，所述金属耦合螺钉的上端伸入相邻两个金属谐振器之间的空隙中。
9.根据权利要求1～8任一项所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述空腔的腔壁上设置有金属镀层，设置在空腔顶部的腔壁上的金属镀层形成上接地单元，设置在空腔底部的腔壁上的金属镀层形成下接地单元。
10.根据权利要求1～8任一项所述的基于混合电磁耦合及曲线谐振器的小型化腔体滤波器，其特征在于：所述介质层采用微波介质材料。
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