CN215497019U - 多模介质滤波器及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模介质滤波器及设备，涉及滤波器领域。多模介质滤波器包括介质谐振器、金属腔体、第一金属贴片组以及第二金属贴片组：所述介质谐振器固定在所述金属腔体中；所述第一金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，用于调节所述多模介质滤波器各模式间的耦合系数；所述第二金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，用于产生所述多模介质滤波器的零点；所述介质谐振器设置有探针耦合输入端口和探针耦合输出端口，所述探针耦合输入端口用于焊接输入探针，所述探针耦合输出端口用于焊接输出探针。多模介质滤波器插入损耗低，尺寸小，能通过金属贴片控制各模式间的耦合系数、调节产生零点，方便控制输入端和输出端的电场耦合强弱。

Description

多模介质滤波器及设备

技术领域

本实用新型涉及滤波器领域，尤其涉及一种多模介质滤波器及设备。

背景技术

随着无人驾驶系统、高清视频会议、物联网、远程医疗领域等应用的飞速发展，信号传输更快的第5代移动通信系统也应运而生，很多大城市已经部署了5G网络并正式投入使用。作为5G系统必须使用的微波器件之一——滤波器，在系统里面起着关键的作用，它能起到频带和信道选择的作用，使得带内信号几乎无阻碍的通过，并且能滤除谐波，抑制杂散和其它干扰信号，可以说，5G系统的正常运行离不开性能优良的滤波器。

目前，滤波器的形式有很多种，如集总LC带通滤波器，微带滤波器，腔体滤波器等，但LC滤波器的插入损耗较大，微带滤波器功率偏低且插入损耗较大，普通腔体滤波器尺寸较大，采用多模介质滤波器的插入损耗低，尺寸小，但其性能难以调节。

实用新型内容

为了解决上述技术问题的至少之一，本实用新型提出一种多模介质滤波器及设备，能够调整多模介质滤波器的各项性能。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种多模介质滤波器，包括介质谐振器、金属腔体、第一金属贴片组以及第二金属贴片组：

所述介质谐振器固定在所述金属腔体中；

所述第一金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，用于调节所述多模介质滤波器各模式间的耦合系数；

所述第二金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，用于产生所述多模介质滤波器的零点；

所述介质谐振器设置有探针耦合输入端口和探针耦合输出端口，所述探针耦合输入端口用于焊接输入探针，所述探针耦合输出端口用于焊接输出探针。

在部分实施例中，所述介质谐振器为圆柱形介质谐振器，所述第一金属贴片组设置在所述介质谐振器的顶面，所述第二金属贴片组设置在所述介质谐振器的曲面。

在部分实施例中，所述多模介质滤波器还包括支撑架，所述支撑架第一端与所述介质谐振器的底面连接，所述支撑架第二端与所述金属腔体内表面连接。

在部分实施例中，所述多模介质滤波器还包括第三金属贴片组，所述第三金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，所述第三金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面。

在部分实施例中，所述介质谐振器为圆柱形，所述介质谐振器的直径为20毫米，所述介质谐振器的高为8.8毫米。

在部分实施例中，所述金属腔体为矩形，所述金属腔体的长为28毫米，所述金属腔体的宽为28毫米，所述金属腔体的高为18毫米。

在部分实施例中，所述第一金属贴片组包括第一金属贴片和第二金属贴片；

所述第一金属贴片设置在所述介质谐振器的顶面；

所述第二金属贴片设置在所述介质谐振器的顶面。

在部分实施例中，所述第二金属贴片组包括第三金属贴片和第四金属贴片；

所述第三金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面；

所述第四金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面。

在部分实施例中，所述多模介质滤波器包括输入探针和输出探针，所述输入探针焊接在所述探针耦合输入端口，所述输出探针焊接在所述探针耦合输出端口。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种设备，包括如上述第一方面所述的多模介质滤波器。

本实用新型上述的技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本实用新型的多模介质滤波器包括介质谐振器、金属腔体、第一金属贴片组以及第二金属贴片组，介质谐振器固定在金属腔体中，第一金属贴片组和第二金属贴片组根据介质谐振滤波器的电场强度分布粘贴在介质谐振器表面，第一金属贴片能调节多模介质滤波器各模式间的耦合系数，第二金属贴片组能产生多模介质滤波器的零点，介质谐振器还设置有探针耦合输入端口和探针耦合输出端口，使得能够根据需要选择长度合适的输入探针和输出探针并将其焊接探针耦合输入端口和探针耦合输出端口，以实现控制输入端和输出端的电场耦合强弱。本实用新型的多模介质滤波器插入损耗低，尺寸小，且能通过金属贴片控制各模式间的耦合系数、调节产生零点，还能方便地控制输入端和输出端的电场耦合强弱。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例提供的多模介质滤波器示意图；

图2是根据本实用新型实施例提供的第一金属贴片的长与模式1和模式2之间的耦合系数的关系示意图；

图3是根据本实用新型实施例提供的第二金属贴片的长与模式2和模式3之间的耦合系数的关系示意图；

图4是根据本实用新型实施例提供的第三金属贴片的长对左侧传输零点的影响示意图；

图5是根据本实用新型实施例提供的第四金属贴片的宽对右侧传输零点的影响示意图；

图6是根据本实用新型实施例提供的多模介质滤波器输入端回波损耗指标；

图7是根据本实用新型实施例提供的多模介质滤波器插入损耗指标；

图8是根据本实用新型实施例提供的多模介质滤波器输入端驻波比指标；

图9是根据本实用新型实施例提供的多模介质滤波器输出端驻波比指标。

具体实施方式

本申请实施例所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

参照图1，本实用新型实施例提供一种多模介质滤波器，包括介质谐振器120、金属腔体110、第一金属贴片组以及第二金属贴片组，介质谐振器固定在所述金属腔体中。第一金属贴片组粘贴在介质谐振器表面，用于调节多模介质滤波器各模式间的耦合系数。第二金属贴片组粘贴在介质谐振器表面，用于产生多模介质滤波器的零点。介质谐振器设置有探针耦合输入端口130和探针耦合输出端口140，探针耦合输入端口用于焊接输入探针，探针耦合输出端口用于焊接输出探针。

具体地，介质谐振器为圆柱形介质谐振器以便于加工，圆柱形谐振器选用的低介电常数材料构成，能够降低原材料的成本。金属腔体为矩形金属腔体，采用易于加工的镀铝加工方式。为使滤波器适应当前的5G通信系统，根据5G系统的频段来设计多模介质滤波器，多模介质滤波器的谐振频率通过开波导法分析计算，结合5G系统滤波器的频段，介质谐振器采用介电常数为18的低介电常数材料构成，计算确定出介质谐振器的直径为20毫米、高为8.8毫米，其Q值可达3100，基频谐振频率分别为3.28GHz(模式1，TE01δ)、3.31GHz(模式2，HEE11简并双模沿径向顺时针45°极化模式)，3.32GHz(模式3，HEE11简并双模沿径向逆时针45°极化模式)，基本与5G系统(3300MHz～3400MHz)频段一致。进一步地，确定矩形腔体的长可以为28毫米，宽为28毫米，高为18毫米。

根据本实用新型一些具体实施例，多模介质滤波器还包括支撑架150，支撑架第一端与介质谐振器的底面连接，支撑架第二端与金属腔体内表面连接。通过支撑架能将多模介质谐振器固定在金属腔体中，由于支撑架的高度对多模介质滤波器的Q值有一定的影响，因此，支撑架可以采用可伸缩结构，通过调节支撑架的高度可微调多模介质滤波器的Q值。

根据本实用新型一些具体实施例，第一金属贴片组包括第一金属贴片210和第二金属贴片220，经过对介质谐振器的电场强度分布的分析，将第一金属贴片和第二金属贴片粘贴在介质谐振器的顶面，能够调节和模式之间的耦合系数，金属贴面的面积越大，模式之间的耦合系数也越大。第一金属贴片用于调节模式1和模式2之间的耦合系数，第二金属贴片用于调节模式2和模式3之间的耦合系数。示例性地，第一金属贴片为矩形，第一金属贴片的长模式1和模式2之间的耦合系数关系如图2所示，调节第一金属贴片的长能够调节模式1和模式2之间的耦合系数；第二金属贴片为矩形，第二金属贴片的长与模式2和模式3之间的耦合系数关系如图3所示，调节第二金属贴片的长能够调节模式2和模式3之间的耦合系数。

根据本实用新型一些具体实施例，第二金属贴片组包括第三金属贴片230和第四金属贴片240，经过对介质谐振器的电场强度分布并结合传输零点的产生原理即基于信号的多径传输,并在有限频率上相位相反、相互抵消来进行多次仿真和尝试确定趋势，采用合适的大小的第三金属贴片和第四金属贴片粘贴在介质谐振器曲面的合适位置上，能够产生传输零点。第三金属贴片用于调整多模介质滤波器的左边传输零点，第四金属贴片用于调整多模介质滤波器的右边传输零点。示例性地，第三金属贴片为矩形，第三金属贴片的长对左侧传输零点的影响如图4所示；第四金属贴片为矩形，第四金属贴片的宽对右侧传输零点的影响如图5所示。在图4和图5中，横坐标是频率，纵坐标是插入损耗，插入损耗最低点处对应传输零点，从图4中可以看出左侧传输零点大概在3.25GHz。从图4中可以看出，第三金属贴片的长lx对应不同的曲线，每条曲线对应不同的左侧传输零点；从图5中可以看出，第四金属贴片的宽ly对应不同的曲线，每条曲线对应不同的右侧传输零点。本实施的多模介质滤波器设计成双零点，能够提高带外抑制能力，即减少输出端不需要的信号。

根据本实用新型一些具体实施例，多模介质滤波器还可以包括第三金属贴片组，第三金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面上，用于进行多模介质滤波器性能的微调，具体地，第三金属贴片组包括第五金属贴片250和第六金属贴片260，同时用于调整多模介质滤波器的回波损耗，驻波比，插入损耗等性能。示例性地，第五金属贴片和第六金属贴片都可以设置为长3毫米，宽4毫米。

根据本实用新型一些具体实施例，在设计制作好的多模介质滤波器预留探针耦合输入端口和探针耦合输出端口并采用可焊接的结构，便于根据需要调整探针的长度，从而实现对输入端和输出端的电场耦合强弱的控制，从而改变输入端和输出端的耦合强弱。输入探针的长度改变会对外部Q值产生影响，外部Q值与输入端耦合系数有一定的关系，输出端原理同输入端。其外部Q值与输入端耦合系数的关系为：

其中，FBW为相对带宽，Qe为外部Q值。

根据本实用新型的一些具体实施例，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的多模介质滤波器选用高Q谐振器，设计出符合5G通信频段的规格，一腔多模滤波器，可以在5G系统中大大节省滤波器的体积。

此外，参照图6，本实用新型实施例中的多模介质滤波器在通频带3300MHz～3400MHz内，输入端回波损耗>15.3dB；参照图7，在通频带3300MHz～3400MHz内，插入损耗<0.69dB，带外左侧的传输零点在3060MHz，带外右侧的传输零点在3651MHz；参照图8，在通频带3300MHz～3400MHz内，输入端驻波比<1.5；参照图9，在通频带3300MHz～3600MHz内，输出端驻波比<1.5。在带外具有两个传输零点，提高了系统的带外抑制能力。使用这种插入损耗低、抑制能力高的滤波器，能滤除5G系统外的干扰信号，保证有用信号无衰减的通过，从而能改善5G通信系统的灵敏度和抗干扰能力，极大地提高了通信系统的容量，极大地改善了通信系统的通信质量，可以大幅度改善用户对5G系统的体验感。

采用一种可调谐(矩形金属贴片大小可以较容易的改变尺寸)的结构，在滤波器已经制作好的情况下，仍然可以在一定范围内微调性能指标，解决了加工工艺误差对滤波器性能指标的影响，提高了成品的合格率，大大降低了产品制造的成本，节约了产品制造的时间，加快了项目的整体推进。

本实用新型实施例还提供了一种设备，包括如上述实施例所述的多模介质滤波器。该设备可以是手机、电脑、信号接收器或者信号接收器等具有通信功能的设备。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本实用新型权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种多模介质滤波器，其特征在于，包括介质谐振器、金属腔体、第一金属贴片组以及第二金属贴片组：

所述介质谐振器固定在所述金属腔体中；

所述第一金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，用于调节所述多模介质滤波器各模式间的耦合系数；

所述第二金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，用于产生所述多模介质滤波器的零点；

所述介质谐振器设置有探针耦合输入端口和探针耦合输出端口，所述探针耦合输入端口用于焊接输入探针，所述探针耦合输出端口用于焊接输出探针。

2.根据权利要求1所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述介质谐振器为圆柱形介质谐振器，所述第一金属贴片组设置在所述介质谐振器的顶面，所述第二金属贴片组设置在所述介质谐振器的曲面。

3.根据权利要求2所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述多模介质滤波器还包括支撑架，所述支撑架第一端与所述介质谐振器的底面连接，所述支撑架第二端与所述金属腔体内表面连接。

4.根据权利要求2所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述多模介质滤波器还包括第三金属贴片组，所述第三金属贴片组粘贴在所述介质谐振器表面，所述第三金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面。

5.根据权利要求4所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述介质谐振器为圆柱形，所述介质谐振器的直径为20毫米，所述介质谐振器的高为8.8毫米。

6.根据权利要求5所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述金属腔体为矩形，所述金属腔体的长为28毫米，所述金属腔体的宽为28毫米，所述金属腔体的高为18毫米。

7.根据权利要求5所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述第一金属贴片组包括第一金属贴片和第二金属贴片；

所述第一金属贴片设置在所述介质谐振器的顶面；

所述第二金属贴片设置在所述介质谐振器的顶面。

8.根据权利要求5所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述第二金属贴片组包括第三金属贴片和第四金属贴片；

所述第三金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面；

所述第四金属贴片设置在所述介质谐振器的曲面。

9.根据权利要求1所述的多模介质滤波器，其特征在于，所述多模介质滤波器包括输入探针和输出探针，所述输入探针焊接在所述探针耦合输入端口，所述输出探针焊接在所述探针耦合输出端口。

10.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的多模介质滤波器。

Images