CN212571285U - 一种双模介质波导滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双模介质波导滤波器，包括一个表面具有导电镀层的介质本体，所述介质本体分隔有若干个谐振腔，至少一个谐振腔的顶部设置双模结构，所述双模结构包括两个调谐盲孔及耦合通槽，该两个调谐盲孔必须从介质本体的同一侧打入，所述耦合通槽位于两个调谐盲孔圆心连线的中垂线上，该两个盲孔产生一对TM210奇、偶模，其谐振频率由调谐盲孔深度控制，并且通过两个盲孔增强谐振腔的电容加载效应，降低这对TM210奇、偶模的谐振频率，使其成为谐振腔的主模，所述耦合通槽产生电感效应，在TM210奇、偶模之间引入磁耦合，与两个调谐盲孔共同形成电磁耦合谐振。本实用新型通过在一个腔体内使用两个模式，实现了谐振腔乃至滤波器的小型化。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频和微波滤波器的技术领域，尤其是指一种双模介质波导滤波器。
背景技术
物联网和车联网给5G通信系统提出了高速率和低延时的要求，于是5G的通信频率往更高频段发展，载波频率的升高使得5G的传输距离变小，所需部署的基站大大增加，将造成公共空间资源紧张，所以体积小，重量轻，选择性强、带内插入损耗小的滤波器成为了当前急需的器件之一。
已发表的文章或专利多涉及单模的介质波导滤波器，其中大多数的谐振腔采用单盲孔的形式，少数运用了两个到三个盲孔，但是不管盲孔数多少，该类滤波器每个腔内均只运用了一个模式，腔体空间利用率还可以继续提高，有更进一步小型化的可能。
现有的双模和多模技术主要有两种形式，第一种是利用波导腔固有的模式，通过切角进行耦合，这种方式的尺寸设计不灵活，介质块的厚度过大，不利于基站高度的减小。第二种则是通过上下表面各打入一个半径不同盲孔来控制双模，这种方式所需要的双模腔依旧很大，而且所应用的模式是第二、三模式，不是主模，有可能会在低频端产生寄生通带。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种可应用于5G频段、带外选择性强、带内插入损耗小的双模介质波导滤波器，在选择性和损耗方面与单模介质波导滤波器高度一致的基础上，实现了小型化。
为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种双模介质波导滤波器，包括一个表面具有导电镀层的介质本体，所述介质本体分隔有若干个谐振腔，至少一个谐振腔的顶部设置双模结构，所述双模结构包括两个调谐盲孔及耦合通槽，该两个调谐盲孔必须从介质本体的同一侧打入，所述耦合通槽位于两个调谐盲孔圆心连线的中垂线上，该两个盲孔产生一对TM210奇、偶模，其谐振频率由调谐盲孔深度控制，并且通过两个盲孔增强谐振腔的电容加载效应，降低这对TM210奇、偶模的谐振频率，使其成为谐振腔的主模，所述耦合通槽产生电感效应，在TM210奇、偶模之间引入磁耦合，与两个调谐盲孔共同形成电磁耦合谐振。
进一步，所述TM210偶模的电场在两个调谐盲孔圆心连线的中垂线处形成的是磁壁，中垂线左右两侧电场方向相同；所述TM210奇模的电场在中垂线处形成的是电壁，中垂线左右两侧电场方向相反；所述TM210奇、偶模在中垂线附近的一些电场路径会产生差异，TM210偶模的电场路径从腔壁出发，而TM210奇模的电场路径从中垂线处出发，TM210偶模路径总是长于TM210奇模，故TM210偶模的频率低于TM210奇模；当双模结构中心偏离谐振腔中心时，靠近腔壁的一侧电场强度会变大，另一侧则变小。
进一步，所述耦合通槽的内径越大，或者耦合通槽中心离两个调谐盲孔圆心连线越近，则中垂线附近TM210奇、偶模电场的路径差异越小，耦合越小，反之亦然。
进一步，相邻谐振腔之间设置耦合通槽，以引入磁耦合，电耦合则通过设置耦合盲孔来引入。
进一步，不含双模结构的谐振腔能够在其腔体顶部或底部设置单个调谐盲孔来调节单模的频率，或不设置调谐盲孔，通过改变其腔体的长宽高来改变谐振频率。
进一步，所述介质本体的底部接有同轴连接器，所述同轴连接器作为输入输出端口对滤波器进行馈电，且其同轴内导体内嵌深度决定输入输出端口的外部品质因素及进入滤波器的电磁场能量大小。
进一步，所述介质本体呈矩形状，相对介电常数小于1000。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本实用新型通过在介质本体上的谐振腔内设置双模结构，引入了一对TM210奇、偶模，每在一个谐振腔内增加一个双模结构，就能减少一个谐振腔，从而实现滤波器小型化，最理想的情况下，比单模滤波器少一半体积。而且这对TM210奇、偶模是主模，不用担心在低频产生寄生通带。
2、本实用新型采用耦合通槽来调节双模之间的耦合，所用的通槽直接挡在两个调谐盲孔中间，对电磁场的影响更加直接灵敏，比已有的双模滤波器中的异侧小盲孔微扰法的调谐效果更好。
附图说明
图1为实施例1中单腔的双模滤波器俯视图。
图2为实施例1中单腔的双模滤波器透视图。
图3为实施例1中单腔的双模滤波器立体图。
图4为实施例1中TM210偶模的电场分布图。
图5为实施例1中TM210奇模的电场分布图。
图6为实施例1中单腔的双模滤波器S参数曲线。
图7为实施例2中六腔七阶的双模介质波导滤波器俯视图。
图8为实施例2中六腔七阶的双模介质波导滤波器透视图。
图9为实施例2中六腔七阶的双模介质波导滤波器立体图。
图10为实施例2中六腔七阶的双模介质波导滤波器S参数曲线。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
如图1至图3所示，本实施例提供了一种单腔的双模介质波导滤波器，包括一个表面镀银的陶瓷介质本体1(为矩形状)，介质本体1底部连接同轴连接器8，同轴连接器8作为输入输出端口对滤波器进行馈电，其同轴内导体内嵌深度决定输入输出端口的外部品质因素，决定进入滤波器的电磁场能量大小。整个介质本体1只形成有一个谐振腔3，谐振腔3顶部设置双模结构，该双模结构包含两个调谐盲孔4和一个用于调节耦合的耦合通槽5，该两个调谐盲孔4必须从介质本体1的同一侧打入，该耦合通槽5开在两个调谐盲孔4圆心连线的中垂线上。
两个调谐盲孔4在谐振腔3上激励出一对TM210奇、偶模，其电场分布参见图4和图5所示，TM210偶模电场在两个调谐盲孔4圆心连线的中垂线处形成的是磁壁，中垂线左右两侧电场方向相同，而TM210奇模电场在中垂线处形成的则是电壁，中垂线左右两侧电场方向相反。正因如此，TM210奇、偶模在中垂线附近的一些电场路径0会产生差异，TM210偶模的电场路径从腔壁出发，而TM210奇模的电场路径0从中垂线处出发，TM210偶模路径总是长于TM210奇模，故TM210偶模的频率总略低于TM210奇模。本实例中的双模结构中心往右下侧偏移，靠近腔壁的右下侧电场强度会稍微变大，左上侧则变小。
两个调谐盲孔4圆心连线的中垂线上设置的耦合通槽5用于引入磁耦合，耦合通槽5的长度越大，或者耦合通槽5中心离两个调谐盲孔4圆心连线越近，中垂线附近TM210奇、偶模电场的路径差异越小，耦合越小。反之亦然。因此，通过调节两个调谐盲孔4的深度和耦合通槽5长度或者二者的位置，可以很好地控制这对TM210奇、偶模。通过在一个谐振腔当中运用两个模式(TM210奇、偶模)，本实例节省了一个谐振腔的体积，体积比同阶数的单模的介质波导滤波器体积小50％，实现了小型化。
图6为本实例上述双模介质波导滤波器的S参数曲线，从图中可以看到，本滤波器的通带为3.46-3.54GHz，带内回损大于20dB，3.2GHz以下及3.8GHz以上带外插损在20dB以上，带内纹波小于0.2dB，选择性好，损耗低，性能十分优越。
实施例2
如图7至图9所示，本实施例提供了一种六腔七阶的双模介质波导滤波器，包括表面镀银的陶瓷介质本体1(为矩形状)，介质本体1下端连接同轴连接器8，介质本体1上通过贯穿介质本体1的“T”形隔离通槽2和耦合通槽5分隔出六个谐振腔3，按逆时针依次为谐振腔31、谐振腔32、谐振腔33、谐振腔34、谐振腔35、谐振腔36。谐振腔35设有两个调谐盲孔4，且两个调谐盲孔4圆心连线的中垂线上开设了用于调节耦合的耦合通槽5，其余谐振腔中央顶部均设置了用于调节该腔主模谐振频率的单个调谐盲孔6，其中左侧四个谐振器形成四极子，这四个谐振器通过谐振腔之间的耦合通槽的位置和大小来调节相邻谐振器之间的感性耦合，谐振腔31与谐谐振腔34之间设置一耦合盲孔7，增大耦合盲孔7的直径或深度能减弱该容性耦合量，此时高低端的对称零点均减弱，位置将远离工作通带；反之亦然。另外，调谐盲孔6也可以设置于谐振腔的底部，耦合盲孔7可以设置于介质本体1的顶部或底部。
两个调谐盲孔4在谐振腔35上激励出一对TM210奇、偶模，其电场分布及机理与实施例1类似，只不过本实例中的双模结构中心往上偏移，故靠近隔离通槽的上侧电场强度会稍微变大，下侧则变小。两个调谐盲孔4圆心连线的中垂线上设置的耦合通槽用于引入磁耦合，耦合通槽的内径越大，或者耦合通槽中心离两个调谐盲孔4圆心连线越近，中垂线附近TM210奇、偶模电场的路径差异越小，耦合越小。反之亦然。因此，通过调节两个调谐盲孔4的深度和耦合通槽5内径或者二者的位置，可以很好地控制这对TM210奇、偶模。通过在一个谐振腔当中运用两个模式(TM210奇、偶模)，本实例节省了一个谐振腔的体积，体积比同阶数的单模的介质波导滤波器体积小14％，实现了小型化。
图10为本实例上述双模介质波导滤波器的S参数曲线，从图中可以看到，本滤波器的通带为3.4-3.6GHz，带内回损大于20dB，带内纹波小于0.2dB，上下150MHz带外插损大于40dB。
实施例1、2中的介质本体1可以是陶瓷，也可以是任何相对介电常数大于一小于1000的任意非金属介质制成。
实施例1、2中的所有棱边均作了倒角处理，一方面抑制了高频寄生通带，另一方面防止损伤加工设备。
以上所述实施例只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种双模介质波导滤波器，包括一个表面具有导电镀层的介质本体，所述介质本体分隔有若干个谐振腔，其特征在于：至少一个谐振腔的顶部设置双模结构，所述双模结构包括两个调谐盲孔及耦合通槽，该两个调谐盲孔必须从介质本体的同一侧打入，所述耦合通槽位于两个调谐盲孔圆心连线的中垂线上，该两个盲孔产生一对TM210奇、偶模，其谐振频率由调谐盲孔深度控制，并且通过两个盲孔增强谐振腔的电容加载效应，降低这对TM210奇、偶模的谐振频率，使其成为谐振腔的主模，所述耦合通槽产生电感效应，在TM210奇、偶模之间引入磁耦合，与两个调谐盲孔共同形成电磁耦合谐振。
2.根据权利要求1所述的一种双模介质波导滤波器，其特征在于：所述TM210偶模的电场在两个调谐盲孔圆心连线的中垂线处形成的是磁壁，中垂线左右两侧电场方向相同；所述TM210奇模的电场在中垂线处形成的是电壁，中垂线左右两侧电场方向相反；所述TM210奇、偶模在中垂线附近的一些电场路径会产生差异，TM210偶模的电场路径从腔壁出发，而TM210奇模的电场路径从中垂线处出发，TM210偶模路径长于TM210奇模，TM210偶模的频率低于TM210奇模；当双模结构中心偏离谐振腔中心时，靠近腔壁的一侧电场强度会变大，另一侧则变小。
3.根据权利要求1所述的一种双模介质波导滤波器，其特征在于：所述耦合通槽的内径越大，或者耦合通槽中心离两个调谐盲孔圆心连线越近，则中垂线附近TM210奇、偶模电场的路径差异越小，耦合越小，反之亦然。
4.根据权利要求1所述的一种双模介质波导滤波器，其特征在于：相邻谐振腔之间设置耦合通槽，以引入磁耦合，电耦合则通过设置耦合盲孔来引入。
5.根据权利要求1所述的一种双模介质波导滤波器，其特征在于：不含双模结构的谐振腔能够在其腔体顶部或底部设置单个调谐盲孔来调节单模的频率，或不设置调谐盲孔，通过改变其腔体的长宽高来改变谐振频率。
6.根据权利要求1所述的一种双模介质波导滤波器，其特征在于：所述介质本体的底部接有同轴连接器，所述同轴连接器作为输入输出端口对滤波器进行馈电，且其同轴内导体内嵌深度决定输入输出端口的外部品质因素及进入滤波器的电磁场能量大小。
7.根据权利要求1或6所述的一种双模介质波导滤波器，其特征在于：所述介质本体呈矩形状，相对介电常数小于1000。
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