CN212461993U

CN212461993U - 微波谐振器和滤波器

Info

Publication number: CN212461993U
Application number: CN202021926584.2U
Authority: CN
Inventors: 泽姆利亚科夫·维亚切斯拉夫; 维克托·亚历山德罗维奇·斯莱德科夫; 李梓萌; 维亚切斯拉夫·鲁达科夫
Original assignee: Guangzhou Sinan Antenna Design Institute Co ltd
Current assignee: Guangzhou Sinan Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-09-04

Abstract

本实用新型公开一种微波谐振器和滤波器，其中微波谐振器包括谐振腔，所述谐振腔包括顶壁、底壁及侧壁，所述谐振腔内设有若干导电柱，若干所述导电柱包括自内而外依次间隙套设的一个实心导电柱和至少三个管状导电柱，若干所述导电柱自内而外交替连接在所述顶壁和底壁并且在远离其连接的所述顶壁或底壁的一端形成自由端或开口端，在最外侧的所述管状导电柱首先被激发时，最外侧的所述管状导电柱上的电流自外而内依次在其他所述导电柱上产生输出电流。本实用新型能够降低谐振频率，减小微波谐振器和滤波器的尺寸，增加功率容量，无需导电柱之间设置极小间隙。

Description

微波谐振器和滤波器

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种微波谐振器和滤波器。

背景技术

针对中到高功率的应用中，如移动蜂窝通信基站和网络，腔体滤波器是最适合的解决方案。但是这种滤波器的物理体积和重量相当大，特别是在微波低频段，如690-806MHz频段。

微波滤波器具有某些特性，如通带中的插入损耗应尽可能低，而停止带中的衰减应尽可能高。此外，对于微波双工器的开发，滤波器的通带和停止带之间的频率间隔应该要窄。

这通常需要高阶滤波器或零传输的滤波器。众所周知，高阶滤波器由于含有多个谐振器，因此增加了其尺寸以及复杂性。此外，增加滤波器的阶段不可避免地会增加通带的损失。

除了低插入损耗(高品质因数)的要求外，滤波器的功率容量、小型化尺寸和可调谐性也非常重要。

腔体滤波器的构建基块是一个复合式谐振器，如图1a所示，其基本结构是由腔体内的谐振柱组成。谐振柱在其表面感应电流高度为电流四分之一波长的频率上产生共振。由于任何组装制造都不是那么完美，谐振器实际上还包括从腔体顶部插入到谐振器的开端(即无连接至腔底)的调谐螺钉来进行调谐。调谐螺钉有效地平衡了公差造成的不良影响。然而，在实践中，这种可调谐性的范围只有百分之几，主要受以下几个因素的限制：腔体顶部和谐振器之间的空间是位于整个腔体内部，共振时，腔体中的电场最强，这意味着这个区域很容易发生电弧。调谐螺钉进一步减小了腔体顶部和谐振器的开端之间的间隙，从而降低了谐振器的功率容量。考虑到功率容量因素，在用于无线蜂窝通信实际应用的滤波器中最小间隙尺寸约为1mm。

通过扩大调谐螺钉与谐振器电磁交互的表面面积，可实现较大的可调谐范围。如图1b所示，这可以通过掏空谐振柱的顶部，并允许调谐螺钉稍微突出到孔中来实现。

请参阅图1c，为了降低谐振器的谐振频率，从而减少滤波器的体积和重量，第二个空心谐振柱同轴地设置在第一个谐振柱外侧，并连接地到腔体的对面壁上，如EP3104452A1中所述。

该谐振器的主要缺点是，只有当谐振柱厚度和间隙值变得极小时，谐振频率才能明显降低。如EP 3104452A1中的700MHz谐振器的所示，柱厚为0.45mm，间隙仅为0.16mm。这种尺寸要求组装要非常精确，增加了其复杂难度，并且之间的小间隙几乎限制了从一侧到另一侧的传输功率。谐振柱之间的间隙和谐振柱的厚度变大，将导致谐振频率迅速增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微波谐振器，能够降低谐振频率，减小微波谐振器和滤波器的尺寸，增加功率容量，无需导电柱之间设置极小间隙。

本实用新型的另一目的在于提供一种滤波器，能够降低谐振频率，减小滤波器的尺寸，增加功率容量，降低对导电柱之间极小间隙的要求。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种微波谐振器，包括谐振腔，所述谐振腔包括顶壁、底壁及侧壁，所述谐振腔内设有若干导电柱，若干所述导电柱包括自内而外依次间隙套设的一个实心导电柱和至少三个管状导电柱，若干所述导电柱自内而外交替连接在所述顶壁和底壁并且在远离其连接的所述顶壁或底壁的一端形成自由端或开口端，在最外侧的所述管状导电柱首先被激发时，最外侧的所述管状导电柱上的电流自外而内依次在其他所述导电柱上产生输出电流。

可选地，所述导电柱具有圆形、椭圆或矩形的横截面。

可选地，所述导电柱之间的间隙部分或完全用电介质填充。

可选地，所述微波谐振器还包括调谐柱，所述调谐柱设置在所述顶壁和底壁中连接有最内侧的所述管状导电柱的一个，所述调谐柱被最内侧的所述管状导电柱围绕并与所述实心导电柱正对。

可选地，所述调谐柱为导电调谐柱或介电调谐柱。

可选地，所述实心导电柱具有中心轴线，至少三个所述管状导电柱关于所述实心导电柱的中心轴线对称。

为实现上述另一目的，本实用新型提供了一种滤波器，包括如上所述的微波谐振器。

可选地，所述滤波器包括多个顺序排列的所述微波谐振器，相邻的所述微波谐振器之间形成具有归纳属性的窗口，所述窗口用于使相邻的所述微波谐振器之间进行耦合，第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器分别连接有用于电磁能量输入和输出的同轴电缆。

可选地，多个所述微波谐振器呈弯曲状顺序排列以使用于输入和输出的所述同轴电缆设置在所述滤波器的同一侧壁上，第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器之间的导电壁形成有附加窗口，所述附加窗口用于使第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器电感耦合。

可选地，多个所述微波谐振器呈弯曲状顺序排列以使用于输入和输出的所述同轴电缆设置在所述滤波器的同一侧壁上，第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器之间的导电壁形成有附加窗口，所述附加窗口处设有用于使第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器电容耦合的耦合器件。

可选地，所述耦合器件包括介电支架和导电件，所述介电支架固定在所述附加窗口处，所述导电件包括连接部及连接在所述连接部两端的两耦合盘，所述连接部穿设在所述介电支架上，两所述耦合盘分别位于第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器的谐振腔内并与对应的所述导电柱相对。

本实用新型中导电柱之间的相互作用决定了电磁功率所需的有效电长度。因此，与具有单导电柱的谐振器相比，本实用新型微波谐振器由于有效电长度的增加，使得谐振频率明显降低，有利于减小微波谐振器的尺寸。由于导电柱数目的增加，对导电柱之间极小的间隙没有要求。而且电磁能量在谐振腔内分布也更均匀，因此增加了功率容量。

附图说明

图1a-图1c是三种已知复合式谐振器的纵向剖面示意图。

图2a是本实用新型实施例微波谐振器的纵向剖面示意图。

图2b是本实用新型实施例微波谐振器的横向剖面示意图，其中导电柱具有圆形的横截面。

图3a是本实用新型另一实施例微波谐振器的横向剖面示意图，其中导电柱具有椭圆形的横截面。

图3b是本实用新型又一实施例微波谐振器的横向剖面示意图，其中导电柱具有矩形的横截面。

图3c是图3a中填充有电介质的横向剖面示意图。

图3d是图3b中填充有电介质的横向剖面示意图。

图4是本实用新型实施例滤波器的分解结构示意图。

图5显示了如图4所示的滤波器的测量振幅频率特性。

图6是本实用新型另一实施例滤波器的分解结构示意图。

图7显示了如图6所示的滤波器的测量振幅频率特性。

图8是本实用新型又一实施例滤波器的分解结构示意图。

图9显示了如图8所示的滤波器的测量振幅频率特性。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图2a和图2b，本实用新型公开了一种微波谐振器，包括谐振腔，谐振腔包括顶壁6、底壁5及侧壁7。谐振腔内设有若干导电柱。若干导电柱包括自内而外依次间隙套设的一个实心导电柱1和至少三个管状导电柱2、3、4。若干导电柱自内而外交替连接在顶壁6和底壁5并且在远离其连接的顶壁6或底壁5的一端形成自由端或开口端。这里所指的“连接”均为机械加电气方式的连接。在最外侧的管状导电柱4首先被激发时，在基本谐振频率下，电流从其表面导入其所连接的壁(图2a示例中的底壁5；可视为管状导电柱4的接地面)，管状导电柱4上的电流自外而内依次在其他导电柱上产生输出电流(即图2a所示的输出电流产生方式)。也就是说，本实用新型中实心导电柱1和至少三个管状导电柱2、3、4之间的位置关系需满足在最外侧的管状导电柱4首先被激发时，其上的电流自外而内依次在其他导电柱上按照图2a所示方式产生输出电流。

本实用新型中导电柱之间的相互作用决定了电磁功率所需的有效电长度 (如图2a所示)。因此，与具有单导电柱的谐振器相比，本实用新型微波谐振器由于有效电长度的增加，使得谐振频率明显降低，有利于减小微波谐振器的尺寸。而且，本实用新型的微波谐振器在减小尺寸的同时，能够保证稳定的机械性能。

关于导电柱数量的选择，一方面导电柱之间需要有合理的间隙以提供良好的功率容量，另一方面需要尽可地填充谐振腔的体积来降低谐振频率。在本实用新型中，为了使导电柱之间的间隙保持在一定的数值以上(如1mm)，需要设置至少三个管状导电柱2、3、4和一个实心导电柱1。由于导电柱数目的增加，对导电柱之间极小的间隙没有要求。而且电磁能量在谐振腔内分布也更均匀，因此增加了功率容量。

另外，本实用新型微波谐振器在不设置调谐螺钉的情况下仍然具有较佳的性能。由于可以不设置调谐螺钉，使得本实用新型微波谐振器在使用时具有更好的适应性。

请参阅图2b、图3a及图3b，在一些优选实施例中，导电柱具有圆形、椭圆或矩形的横截面。当然，导电柱并不限于具有上述形状的横截面，其可以具有任意形状的横截面；而且，导电柱沿其延伸方向也可以具有不同形状的横截面。

优选地，实心导电柱1具有中心轴线，至少三个管状导电柱2、3、4关于实心导电柱1的中心轴线对称。但并不以此为限。

请参阅图3c及图3d，在一些优选实施例中，导电柱之间的间隙部分或完全用电介质9填充。通过在导电柱之间的间隙填充电介质9，能够起到进一步降低谐振频率的作用。

请参阅图2a，微波谐振器还包括调谐柱8，调谐柱8设置在顶壁6和底壁5 中连接有最内侧的管状导电柱2的一个，调谐柱8被最内侧的管状导电柱2围绕并与实心导电柱1正对。

具体地，调谐柱8为导电调谐柱或介电调谐柱。当调谐柱8为介电调谐柱时，更有利于谐振频率的有限调谐。

在本实用新型的具体示例中，在介电调谐柱插入实心导电柱1与底壁5之间的间隙时，随着间隙的有效电容增加，微波谐振器的谐振频率降低。与导电调谐柱相比，介电调谐柱不影响导电间隙，有利于保持最大传输功率，且长度与频率偏移之间存在线性关系。而且，由于没有移动导体，有利于简化结构，提高机械和电气稳定性，及消除互调效应。

在本实用新型的具体示例中，微波谐振器可以被视为多元分布谐振器，其中元件包括三个管状导电柱2、3、4和一个实心导电柱1；该微波谐振器也可以被视为小型同轴谐振器，其谐振频率由导电柱的高度来定义，由调谐柱8的高度来调谐。

通常而言，调谐柱8为螺杆形式。但并不做限制。

另外，本实用新型还公开了一种滤波器，包括如上述实施例所述的微波谐振器。

请参阅图4至图9，在一些实施例中，滤波器包括多个顺序排列的微波谐振器，相邻的微波谐振器之间形成具有归纳属性的窗口10，窗口10用于使相邻的微波谐振器之间进行耦合，第一个微波谐振器和最后一个微波谐振器分别连接有用于电磁能量输入和输出的同轴电缆11、12。

滤波器的通带是通过选择每个微波谐振器的相应谐振频率和相应的耦合系数形成的(卡梅隆R.J.、Kudsia C.M.、Mansour R.R.通信系统微波滤波器：基础、设计和申请，新泽西州：约翰·威利和儿子；2018.897p)。耦合系数是由微波谐振器之间的距离与窗口10的宽度定义的。

例如，图4给出了包括多个图2所示微波谐振器的带通滤波器，计算并制造了频段690～806MHz的第五阶切比雪夫滤波器。所采用的尺寸允许滤波器具有高功率容量，并降低了制造错误上的敏感性。图5给出了S参数中测得的振幅频率特性，显示-20dB通带中的回波损耗和小于0.25dB的插入损耗。滤波器的体积为110cm³。

带通滤波器通常需要具有高选择性，尤其是对具有紧密设置通带的双工器。在这种情况下，就需要高阶滤波器。但是，对高阶滤波器的需求总是伴随着复杂性(由于数量较多的谐振器)和尺寸的增加。此外，增加滤波器的阶数必然会增加通带的损耗。

为了不增加滤波器中的微波谐振器数量，以保持振幅频率零传输的特性来提高滤波器的选择性。腔体滤波器中的此类传输零点可以通过不连续的微波谐振器的交叉耦合构成(Cameron R.J.、Kudsia C.M.、Mansour R.通信系统微波滤波器：基础、设计和应用，新泽西州：John Wiley&Sons；2018.897p.)。如果传输零点需要在较高频率的形成阻带，则采用电感耦合。如果应用电容耦合，传输零点将形成在低频阻带。

请参阅图6和图7，多个微波谐振器呈弯曲状顺序排列以使用于输入和输出的同轴电缆11、12设置在滤波器的同一侧壁上，第一个微波谐振器和最后一个微波谐振器之间的导电壁13形成有附加窗口，附加窗口用于使第一个微波谐振器和最后一个微波谐振器电感耦合。在图6显示的具体示例中，各元件的尺寸与图4中相同，图7给出了该示例S参数中测得的振幅频率特性，显示-20dB通带中的回波损耗和小于0.25dB的插入损耗。零传输由830MHz频率上的电感交叉耦合形成。

请参阅图8和图9，多个微波谐振器呈弯曲状顺序排列以使用于输入和输出的同轴电缆11、12设置在滤波器的同一侧壁上，第一个微波谐振器和最后一个微波谐振器之间的导电壁13形成有附加窗口，附加窗口处设有用于使第一个微波谐振器和最后一个微波谐振器电容耦合的耦合器件。

具体而言，耦合器件包括介电支架15和导电件14，介电支架15固定在附加窗口处，导电件14包括连接部及连接在连接部两端的两耦合盘，连接部穿设在介电支架15上，两耦合盘分别位于第一个微波谐振器和最后一个微波谐振器的谐振腔内并与对应的导电柱相对。

在图8显示的具体示例中，除耦合器件外，各元件与图6中相同，图9给出了该示例S参数中测得的振幅频率特性，显示-20dB通带中的回波损耗和小于 0.25dB的插入损耗。零传输由频率为650MHz的电容式交叉耦合形成。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实例而已，不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，均属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种微波谐振器，其特征在于，所述微波谐振器包括谐振腔，所述谐振腔包括顶壁、底壁及侧壁，所述谐振腔内设有若干导电柱，若干所述导电柱包括自内而外依次间隙套设的一个实心导电柱和至少三个管状导电柱，若干所述导电柱自内而外交替连接在所述顶壁和底壁并且在远离其连接的所述顶壁或底壁的一端形成自由端或开口端，在最外侧的所述管状导电柱首先被激发时，最外侧的所述管状导电柱上的电流自外而内依次在其他所述导电柱上产生输出电流。

2.如权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，所述导电柱具有圆形、椭圆或矩形的横截面。

3.如权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，所述导电柱之间的间隙部分或完全用电介质填充。

4.如权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，还包括调谐柱，所述调谐柱设置在所述顶壁和底壁中连接有最内侧的所述管状导电柱的一个，所述调谐柱被最内侧的所述管状导电柱围绕并与所述实心导电柱正对。

5.如权利要求4所述的微波谐振器，其特征在于，所述调谐柱为导电调谐柱或介电调谐柱。

6.如权利要求1所述的微波谐振器，其特征在于，所述实心导电柱具有中心轴线，至少三个所述管状导电柱关于所述实心导电柱的中心轴线对称。

7.一种滤波器，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的微波谐振器。

8.如权利要求7所述的滤波器，其特征在于，包括多个顺序排列的所述微波谐振器，相邻的所述微波谐振器之间形成具有归纳属性的窗口，所述窗口用于使相邻的所述微波谐振器之间进行耦合，第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器分别连接有用于电磁能量输入和输出的同轴电缆。

9.如权利要求8所述的滤波器，其特征在于，多个所述微波谐振器呈弯曲状顺序排列以使用于输入和输出的所述同轴电缆设置在所述滤波器的同一侧壁上，第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器之间的导电壁形成有附加窗口，所述附加窗口用于使第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器电感耦合。

10.如权利要求8所述的滤波器，其特征在于，多个所述微波谐振器呈弯曲状顺序排列以使用于输入和输出的所述同轴电缆设置在所述滤波器的同一侧壁上，第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器之间的导电壁形成有附加窗口，所述附加窗口处设有用于使第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器电容耦合的耦合器件。

11.如权利要求10所述的滤波器，其特征在于，所述耦合器件包括介电支架和导电件，所述介电支架固定在所述附加窗口处，所述导电件包括连接部及连接在所述连接部两端的两耦合盘，所述连接部穿设在所述介电支架上，两所述耦合盘分别位于第一个所述微波谐振器和最后一个所述微波谐振器的谐振腔内并与对应的所述导电柱相对。