CN205050977U - 双模介质腔体谐振器及滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了双模介质腔体谐振器及滤波器，属于多模介质滤波器的技术领域。谐振器包括：金属腔体、加载在金属腔体内的支撑介质柱、置于支撑介质柱上的耶路撒冷十字形介质，耶路撒冷十字形介质包括十字形介质主体及与其一体成型的介质边臂。基于该双模介质腔体谐振器可实现双模介质腔体滤波器，滤波器的同轴输入端口通过金属探针与谐振器的某一种简并HEH₁₁模式耦合，滤波器的同轴输出端通过金属探针与另一种简并HEH₁₁模式耦合，两个模式的电场极化方向相互垂直。双模介质腔体谐振器在边臂处产生了较大的电磁场场分布，方便获得较强的输入/输出端耦合和谐振腔之间的模式耦合；相应的，双模滤波器的带宽可以更宽。

Description

双模介质腔体谐振器及滤波器

技术领域

本实用新型公开了双模介质腔体谐振器及滤波器，属于多模介质滤波器的技术领域。

背景技术

目前无线通讯发展迅猛。在4G时代，多种标准通信标准和网络同时并存，相互竞争将是较长时期内的市场格局。加之其他各种无线应用，包括无线局域网、导航、蓝牙等技术的迅速发展，目前无线频谱资源的使用非常拥挤，相互之间的干扰也非常严重。4G及未来5G移动通信基站滤波器、双工器需要更高的带外抑制、更低的损耗和更小的体积。

基于高介电陶瓷材料的介质腔体谐振器可以将场能量集中于介质内部，降低导体损耗；又因为介质损耗很低，所以介质腔体谐振器相比同轴谐振器具有高得多的Q值。最先人们基于圆柱形介质谐振器的TE_01δ模式可以实现单模介质滤波器，获得了较低的损耗，但是体积较大。

为了缩减体积，学者基于圆柱形谐振器中的简并双模HEH₁₁谐振模式设计双模滤波器，每个谐振器内有两个正交的谐振模式，一个谐振腔可以当两个谐振器使用，体积的使用效率倍增，柱形介质腔体双模谐振器如图1（a）、图1（b）所示。圆柱形谐振器的缺点是HEH11模式并非是最低谐振模式，而TE01d模式作为更低的模式存在，在设计滤波器时会产生低于通带频率的杂波通带。此外圆柱形谐振器的高端杂波模式也很靠近。

另一种双模谐振器为十字形介质谐振器结构如图2（a）、图2（b）所示，其中的两个简并双模的电场结构与HEH11模式类似，但是该模式是基础模式，TE01d模式的谐振频率被远远推高，高端一定频率范围内的杂波模式少，而且无杂波的频率范围大一些。其缺点是体积比柱形介质谐振器要大，在同样体积情况下，十字形介质谐振器的谐振频率不能足够低。

此外有几种双模介质谐振器，其中介质的上下表面与腔体的上下表面接触，体积较小，但是Q值也较低。

虽然出现了多种三模介质腔体谐振器、四模介质腔体谐振器，并且可以应用于滤波器的设计，但是其调试难度极大、难于批量生产。双模介质滤波器仍然是体积相对较小而调试难度适中的微波滤波器方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了双模介质腔体谐振器及滤波器，与相同谐振频率的十字形双模谐振器相比减小了尺寸，增强了耦合，在主模谐振频率高端一定频率范围内的杂散谐振模式数量较少，解决了十字形双模谐振器尺寸过大、滤波器设计带宽不够宽的技术问题。

本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案：

双模介质腔体谐振器，包括：金属腔体、加载在金属腔体内的支撑介质柱、置于支撑介质柱上的耶路撒冷十字形介质，耶路撒冷十字形介质包括十字形介质主体以及与其一体成型的介质边臂。

双模介质腔体滤波器，包含所述双模介质腔体谐振器，所述滤波器的同轴输入端口通过金属探针与一种简并HEH₁₁模式耦合，滤波器的同轴输出端通过金属探针与另一种简并HEH₁₁模式耦合，金属腔体上方盖板旋入有调节简并HEH₁₁模式的调谐调螺。

作为所述双模介质腔体滤波器的进一步优化方案，金属腔体上方盖板在耶路撒冷十字形介质主体与介质边臂所围成空缺处对应的位置上旋入有加强简并双模耦合大小的第一调耦合调螺。

多腔体结构的双模介质腔体滤波器，包含多个所述双模介质腔体谐振器，相邻两个双模介质腔体谐振器通过设置在谐振腔腔体窗口之间的金属探针级联。

作为所述多腔体结构的双模介质腔体滤波器的进一步优化方案，多个双模介质腔体谐振器级联处的金属腔体上盖板旋入有调节相邻谐振器之间简并模式耦合大小的第二调耦合调螺。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）具有四个介质边臂的十字形介质使得本实用新型涉及的耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器相对于普通十字形双模谐振器的在体积上有较大的减小；

（2）相对于圆柱形双模谐振器，简并双模谐振模式为最低谐振模式，在主模谐振频率高端一定频率范围内的杂散谐振模式数量较少；

（3）耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器的四个介质边臂处产生了较大的电磁场场分布，方便获得较强的输入/输出端耦合和谐振腔之间的模式耦合，此种结构的双模介质腔体谐振器便于实现带宽稍宽的滤波器；

（4）十字形介质柱体与四个边臂所围成的空缺方便插入调耦合调螺，实现简并双模之间的强耦合；

（5）在本实用新型所涉及的双模介质腔体谐振器的基础上，在金属腔体上方盖板旋入谐振模式调谐调螺即可实现双模介质腔体滤波器，与设计滤波器的三模和四模介质谐振器相比调试难度较小，级联多个本实用新型所涉及的双模介质腔体谐振器可实现多阶滤波。

附图说明

图1（a）、图1（b）是柱形介质腔体双模谐振器的侧视图、俯视图。

图2（a）、图2（b）是十字形介质腔体双模谐振器的侧视图、俯视图。

图3（a）、图3（b）是耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器的侧视图、俯视图。

图4(a)、图4(b)分别为图3所示双模介质腔体谐振器的横向极化模式、纵向极化模式的电场分布图。

图5（a）、图5（b）是包含一个腔的双模介质腔体滤波器（二阶）的侧视图、俯视图。

图6（a）、图6（b）是包含两个腔的双模介质腔体滤波器（四阶）的侧视图、俯视图。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有本实用新型所属技术领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

具体实施例一：耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器

图3（a）、图3（b）给出了耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器的结构示意图。该双模介质谐振器包含一个耶路撒冷十字形高介电常数介质，装置于支撑圆柱介质上，并加载于金属空腔内。该耶路撒冷十字形介质包括一个十字型介质主体和四个介质边臂。横向极化模式、纵向极化模式的电场分布图如图4(a)、图4(b)所示。

双模介质腔体谐振器的设计尺寸如下：金属腔体边长34mm，高度30mm，内壁镀银；介质支撑材料为介电常数为9.2的氧化铝陶瓷，直径10mm，高度H1=10mm；耶路撒冷十字形介质的介电常数为45，损耗角正切为0.00006，高度H2=7mm；内十字长度L1=22mm，宽度W1=5mm；四个介质边臂长度L2=17mm，宽度W2=5mm。

最低的四个谐振频率及Q值分别为：

其中，模式1和模式2分别为极化简并的两个谐振模式，为最低谐振模式，其Q值达到8560，与同样腔体体积的柱形HEH11双模谐振器的Q值相当；模式3和模式4与模式1、模式2的频率间隔在0.6GHz以上，模式5的频率比模式1、模式2高1.7GHz，可见在模式1、模式2和模式5之间仅有两个杂波模式，杂波模式较少，方便抑制。

从图4（a）、图4（b）可以看到模式1和模式2的场能量较多的集中在耶路撒冷十字形介质的边臂附近，这样就方便了谐振腔之间以及谐振模式和输入输出端口之间实现较强的耦合。

具体实施例二：二阶双模介质腔体滤波器

图5（a）、图5（b）是包含一个腔的双模介质腔体滤波器（二阶）的具体结构图：金属腔体上方盖板旋入有调节简并HEH₁₁模式的调谐调螺T1和T2，调螺TI用于调节水平横向极化模式的谐振频率，调螺T2用于调节纵向极化模式的谐振频率；金属腔体上方盖板在耶路撒冷十字形介质主体与介质边臂所围空缺处对应的位置上旋入有加强简并双模耦合的调耦合调螺T3。同轴输入端口P1通过探针与双模介质腔体谐振器的横向极化模式产生耦合；横向极化模式通过调螺T3与纵向极化模式产生耦合；输出端P2同轴线通过探针与纵向极化模式产生耦合。通过调谐调螺T1和T2来分别调节横向、纵向极化模式的谐振频率，由此可以形成二阶的带通滤波响应。

具体实施例三：四阶双模介质腔体滤波器

图6（a）、图6（b）是包含两个腔的双模介质腔体滤波器（四阶）的具体结构图，其中：同轴输入端口P1和输出端口P2分别通过探针与双模介质腔体谐振器1和双模介质腔体谐振器2的纵向极化模式耦合；两个谐振腔的两个简并模式分别通过调螺T3和T6（T3和T6即为权利要求中的第一调耦合调螺）实现耦合；两个谐振腔横向极化模式之间利用探针实现耦合，而调螺T7（即为权利要求中的第二调耦合调螺）用于调节其耦合大小。调螺T1和T2分别用于调节左边双模谐振器的横向极化模式和纵向极化模式的谐振频率；调螺T4和T5分别用于调节右边双模谐振器的横向极化模式和纵向极化模式的谐振频率。由此可以形成四阶的带通滤波响应。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

（1）具有四个介质边臂的十字形介质使得本实用新型涉及的耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器相对于普通十字形双模谐振器的在体积上有较大的减小；

（2）相对于圆柱形双模谐振器，简并双模谐振模式为最低谐振模式，在主模谐振频率高端一定频率范围内的杂散谐振模式数量较少；

（3）耶路撒冷十字形介质腔体双模谐振器的四个介质边臂处产生了较大的电磁场场分布，方便获得较强的输入/输出端耦合和谐振腔之间的模式耦合，此种结构的双模介质腔体谐振器便于实现带宽稍宽的滤波器；

（4）十字形介质柱体与四个边臂所围成的空缺方便插入调耦合调螺，实现简并双模之间的强耦合；

（5）在本实用新型所涉及的双模介质腔体谐振器的基础上，在金属腔体上方盖板旋入谐振模式调谐调螺即可实现双模介质腔体滤波器，与设计滤波器的三模和四模介质谐振器相比调试难度较小，级联多个本实用新型所涉及的双模介质腔体谐振器可实现多阶滤波。

Claims (5)

1.双模介质腔体谐振器，其特征在于，包括：金属腔体、加载在金属腔体内的支撑介质柱、置于支撑介质柱上的耶路撒冷十字形介质，耶路撒冷十字形介质包括十字形介质主体以及与其一体成型的介质边臂。

2.双模介质腔体滤波器，包含权利要求1所述的双模介质腔体谐振器，其特征在于，所述滤波器的同轴输入端口通过金属探针与一种简并HEH₁₁模式耦合，滤波器的同轴输出端通过金属探针与另一种简并HEH₁₁模式耦合，金属腔体上方盖板旋入有调节简并HEH₁₁模式的调谐调螺。

3.根据权利要求2所述的双模介质腔体滤波器，其特征在于，金属腔体上方盖板在耶路撒冷十字形介质主体与介质边臂所围的空缺处对应的位置上旋入有加强简并双模耦合大小的第一调耦合调螺。

4.多腔体结构的双模介质腔体滤波器，其特征在于，包含多个权利要求1所述的双模介质腔体谐振器，相邻两个双模介质腔体谐振器通过设置在谐振腔腔体窗口处的金属探针实现耦合。

5.根据权利要求4所述的多腔体结构的双模介质腔体滤波器，其特征在于，多个双模介质腔体谐振器级联处的金属腔体上盖板旋入有调节相邻谐振器之间简并模式耦合大小的第二调耦合调螺。