CN216850270U - 一种交指型腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

一种交指型腔体滤波器，涉及微波技术的技术领域。包括长方体腔体，沿腔体宽度方向上设置若干组交错放置的谐振杆，谐振杆的数量至少为3根，谐振杆一端和腔体内侧短接构成短路端，谐振杆的另一端和腔体断开构成开路端；在处于最外侧的两根谐振杆上分别开设安装孔，输入和输出端同轴线内导体分别通过安装孔与谐振杆焊接安装。本实用新型的交指型腔体滤波器，将滤波器的输入输出端设置在腔体的最小维度即高度方向上，可以显著降低滤波器的安装尺寸，滤波器的上下盖板可以紧密和其它部件连接而无需其他转接装置，尤其适用于滤波器安装尺寸受限的场合。

Description

一种交指型腔体滤波器

技术领域

本实用新型涉及微波技术的技术领域，尤其涉及交指型腔体滤波器结构的技术领域。

背景技术

滤波器作为一种常见的微波器件，已经被广泛应用在各类通信系统中。交指滤波器通常由长方体型腔体、位于腔体内部交错放置的谐振杆以及输入输出结构三部分构成。在众多类型的滤波器中，交指型腔体滤波器由于其具备结构简单、滤波性能好、功率容量高、容易制造等技术优势，得到了研究者的广泛重视，其工作原理和设计方法在上个世纪七十年代接近成熟。1974年甘本祓、吴万春出版的《现代微波滤波器的结构与设计》一书第六章中，已对该种类型的滤波器的设计方法给出详细描述。

现代通信系统要求结构更小、性能更优，对滤波器组件来说，小型化、轻量化及高性能化的要求越来越迫切。近些年来，随着计算机技术水平的发展，尤其是用于电磁领域全波仿真软件的使用，使得研究者可以设计非常规结构的交指滤波器，来实现结构的小型化。如中国专利CN102790249A在谐振杆端引入U型金属弯折结构通过增加谐振腔的等效电容，进而降低滤波器的工作频率，从而实现滤波器的小型化；中国专利CN204407454U将谐振杆的开路端插入腔体侧壁提高顶端电容加载，进而降低谐振尺寸，从而减小滤波器尺寸；中国专利CN213340674U在间隔位置谐振杆上设置交叉耦合装置，引入新的谐振零点实现小型化、高性能的目的。

以上公开的滤波器小型化技术，多局限于对谐振杆的结构做文章，但由于工作频率的限制，例如沿着谐振杆方向的腔体宽度在四分之一工作波长左右，故滤波器整体尺寸减小的效果不明显，且过于复杂的谐振杆结构将带来制造成本的增加，在实际使用中和传统的交指滤波器相比优势不突出。

发明内容

本实用新型提供了一种交指型腔体滤波器，将滤波器的输入输出端设置在腔体的最小维度即高度方向上，可以显著降低滤波器的安装尺寸，滤波器的上下盖板可以紧密和其它部件连接而无需其他转接装置，尤其适用于滤波器安装尺寸受限的场合。

一种交指型腔体滤波器，包括长方体腔体，沿腔体宽度方向上设置若干组交错放置的谐振杆，谐振杆的数量至少为3根，谐振杆一端和腔体内侧短接构成短路端，谐振杆的另一端和腔体断开构成开路端；在处于最外侧的两根谐振杆上分别开设安装孔，输入和输出端同轴线内导体分别通过安装孔与谐振杆焊接安装。

进一步的，本实用新型安装孔开设在腔体的高度方向，即垂直于滤波器的上下盖板。

进一步的，本实用新型安装孔开设位置距离所在谐振杆短路端一侧，距离腔体内壁0.03~0.1λ，λ为滤波器工作频带中心频点对应的中心波长。

进一步的，本实用新型的输入和输出端同轴线内导体和谐振杆垂直安装，即同轴内导体垂直于上下盖板方向放置。

进一步的，本实用新型与安装孔对应的腔体盖板上开设同轴安装孔，同轴安装孔开设在同一侧盖板上或分设在上下两块盖板上。根据使用场景的不同，同轴安装孔设置在不同的位置，拓展了使用场景。

进一步的，本实用新型同轴安装孔的尺寸根据使用需求的特性阻抗进行设置。具体尺寸利用同轴线特性阻抗计算工具给出，结构简单，使用操作方便。

进一步的，本实用新型谐振杆的开路端所对应的腔体壁上开设有用于安装调谐螺杆的螺纹孔，所述调谐螺杆在滤波器外侧设有螺母，通过调整螺杆与谐振杆开路端面的距离来实现滤波器性能的调试。便于与其它电路板或者设备进行直接装配。

本实用新型的交指型腔体滤波器不仅可以用于空气腔体滤波器，还可以用于介质填充或部分介质填充的交指滤波器。应用范围更为广泛，具有更强的实用性。

采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

交指型腔体滤波器在使用过程中，其输入输出端通常设置在腔体的长度方向或宽度方向上，由于这两个维度的尺寸远大于其高度方向的尺寸，故使用过程中，滤波器需要较大的安装空间，或者需要专门的转接结构才能实现紧凑安装。本实用新型将输入输出端设置在腔体的高度维度上，可以显著降低滤波器的安装尺寸，使得滤波器可以紧贴控制电路板、天线或者其他设备安装，而无需转接装置，有效降低设备的剖面高度，尤其适用于滤波器安装尺寸受限的场合。

附图说明

图1是现有滤波器的一种结构示意图。

图2是现有滤波器的另一种结构示意图。

图3是本实用新型交指型腔体滤波器的第一种结构示意图。

图4是图3的爆炸图。

图5是本实用新型交指型腔体滤波器的第二种结构示意图。

图6是图5的爆炸图。

图7是本实用新型交指型腔体滤波器的第三种结构示意图。

图8是本实用新型交指型腔体滤波器的S参数频率响应特性曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

一种交指型腔体滤波器，包括长方体腔体，沿腔体宽度方向上设置若干组交错放置的谐振杆，谐振杆的数量至少为3根，谐振杆一端和腔体内侧短接构成短路端，谐振杆的另一端和腔体断开构成开路端；在处于最外侧的两根谐振杆上分别开设安装孔，输入和输出端同轴线内导体分别通过安装孔与谐振杆焊接安装。

本实用新型交指型腔体滤波器的安装孔开设在腔体的高度方向，即垂直于滤波器的上下盖板。安装孔开设位置距离所在谐振杆短路端一侧，距离腔体内壁0.03~0.1λ，λ为滤波器工作频带中心频点对应的中心波长。

本实用新型交指型腔体滤波器的输入和输出端同轴线内导体和谐振杆垂直安装，即同轴内导体垂直于上下盖板方向放置。

本实用新型的交指型腔体滤波器在与安装孔对应的腔体盖板上开设同轴安装孔，同轴安装孔开设在同一侧盖板上或分设在上下两块盖板上。

本实用新型交指型腔体滤波器的同轴安装孔的尺寸根据使用需求的特性阻抗进行设置。

本实用新型交指型腔体滤波器的谐振杆的开路端所对应的腔体壁上开设有用于安装调谐螺杆的螺纹孔，所述调谐螺杆在滤波器外侧设有螺母，通过调整螺杆与谐振杆开路端面的距离来实现滤波器性能的调试。

一种交指型腔体滤波器的应用，用于空气腔体滤波器，用于介质填充或部分介质填充的交指滤波器。

如图1、图2所示，现有的交指型腔体滤波器结构的输入端和输出端往往设置于滤波器腔体的长度方向或宽度方向上，这样由于长方体型的腔体其长度、宽度的尺寸远大于高度方向的尺寸，对于安装尺寸特别受限的场合，这种安装方式不再适用。

实施例1：

如图3、图4所示，本实用新型的交指型腔体滤波器由上盖板、腔体框和下盖板三部分构成，三者通过螺钉紧固安装围成滤波器的腔体，在腔体框的宽度方向上设置一系列交错放置的谐振杆，谐振杆的数量不少于3个。在两侧的谐振杆上设置小孔，小孔设置在谐振杆的短路端，距离滤波器腔体内壁0.03~0.1λ，λ为滤波器工作频带中心频点对应的中心波长。在上盖板的对应位置开设安装孔，输入、输出端的同轴线内导体通过上盖板的安装孔垂直插入谐振杆上的小孔。在小孔处焊接实现可靠的电连接。当输入输出端采用标准同轴接头时，同轴头外导体通过螺钉和滤波器的腔体框紧固，若输入输出端为印制板，则印制板的接地板和上盖板紧固，通过插针实现谐振杆和印制板传输线的信号线的电连接。

实施例2：

除图3、图4所示的交指型腔体滤波器，图5、图6示出了另一种结构示意图，所示的输入输出端可以设置于滤波器腔体高度方向同一侧，本实用新型也可根据实际需要将输入端和输出端设置在滤波器腔体高度方向上的两侧。和图3、图4不同的是，此时在上下盖板分别开设安装孔，同轴的上下端口的内导体分别通过安装孔垂直插入谐振杆上的小孔，通过焊接和谐振杆保持可靠电连接。

实施例3：

实施例1、实施例2给出的输入、输出端均设置在高度方向上，图7示出了第三种结构示意图，将一个端口设置在高度方向、另外一个端口设置在长度方向，或者一个端口设置在高度方向、另外一个端口设置在宽度方向上。

交指型腔体滤波器的本质是由两组平行耦合带线谐振器阵交叉组成的结构，在近几十年的发展过程中，分别开发了终端开路式、终端短路式、电容加载式等不同类型，但是无论哪种类型滤波器的输入、输出端均选在谐振杆所在平面，即长度方向或者宽度方向。输入、输出端为何不选在和谐振杆所在平面垂直的方向，即高度方向上，原因主要有以下两个：

1、电设计上的困难：当端口和谐振杆在同一平面时，端口激励起的电场方向和谐振腔内部的慢波电场方向一致，且馈电端口一般插入两端的谐振杆，不会对谐振腔内部的场型造成干扰，这样阻抗匹配容易做，即便是早期采用解析计算的办法也可以进行设计；一旦输入、输出端口垂直于谐振杆，激励电场方向和内部慢波电场方向正交，且破坏了腔体内的场型，又因为端口的引入带来的探针加载效应，端口位置的选择成了关键参数，阻抗匹配比前者难度更大，一般的解析算法或者查表方法都不再适用，即便采用现有的商业仿真软件也需要大量的尝试，本实用新型正是基于此进行了新的结构设计。

2、结构实现上的困难：从以往所有已公开的文献可以看出，交指型滤波器的结构实现都是采用上、下盖板加中框形成的腔体结构，通过螺钉将上下盖板和中框进行紧固，所有的螺钉安装孔均设置在边框上，因为这样不会影响腔体内部的场型。对于输入、输出端，其安装孔位也设置在边框的宽边或者长边上，用螺钉予以固定。但是如果输入、输出端选在上下盖板上，由于盖板的厚度较薄，无法开设用于固定的螺孔，如何固定输入输入输出端成为一个结构实现的难题。本实用新型选定的馈电端口靠近边缘谐振杆的短路端，固定螺钉是借用边框的孔位完成的，这个结果已经得到了实验的验证，其电性能的优越性和结构的可靠性均得到了保证。

图8给出了基于本实用新型的交指型腔体滤波器的S参数频率响应特性曲线，给出了采用5谐振杆的交指型腔体滤波器的工作特性，可见在所要求的工作频段范围内，该滤波器的插入回波损耗＜-23dB，矩形系数好。其中S11是电压反射系数，反映的是回波损耗特性，S11越小说明阻抗匹配性能越好；S21是电压传输系数，反映的是插入损耗特性，S21越接近1（0dB）则插入损耗越小。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种交指型腔体滤波器，其特征在于包括长方体腔体，沿腔体宽度方向上设置若干组交错放置的谐振杆，谐振杆的数量至少为3根，谐振杆一端和腔体内侧短接构成短路端，谐振杆的另一端和腔体断开构成开路端；在处于最外侧的两根谐振杆上分别开设安装孔，输入和输出端同轴线内导体分别通过安装孔与谐振杆焊接安装。

2.根据权利要求1所述的交指型腔体滤波器，其特征在于安装孔开设在腔体的高度方向，即垂直于滤波器的上下盖板。

3.根据权利要求1所述的交指型腔体滤波器，其特征在于安装孔开设位置距离所在谐振杆短路端一侧，距离腔体内壁0.03~0.1λ，λ为滤波器工作频带中心频点对应的中心波长。

4.根据权利要求1所述的交指型腔体滤波器，其特征在于输入和输出端同轴线内导体和谐振杆垂直安装，即同轴内导体垂直于上下盖板方向放置。

5.根据权利要求1所述的交指型腔体滤波器，其特征在于与安装孔对应的腔体盖板上开设同轴安装孔，同轴安装孔开设在同一侧盖板上或分设在上下两块盖板上。

6.根据权利要求5所述的交指型腔体滤波器，其特征在于同轴安装孔的尺寸根据使用需求的特性阻抗进行设置。

7.根据权利要求1所述的交指型腔体滤波器，其特征在于谐振杆的开路端所对应的腔体壁上开设有用于安装调谐螺杆的螺纹孔，所述调谐螺杆在滤波器外侧设有螺母，通过调整螺杆与谐振杆开路端面的距离来实现滤波器性能的调试。

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