CN217134638U - 一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器包括腔体和盖板；在腔体上设有第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔以及第六谐振腔；由第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔构成第一CT结构，由第四谐振腔、第五谐振腔和第六谐振腔构成第二CT结构；在第一谐振腔内设有第一谐振杆，在第二谐振腔内设有第二谐振杆，在第三谐振腔内设有第三谐振杆，在第四谐振腔内设有第四谐振杆，在第五谐振腔内设有第五谐振杆，在第六谐振腔内设有第六谐振杆；在至少一个不相邻的谐振腔之间设有感性交叉耦合结构。本实用新型通过设置感性交叉耦合结构增加零点，在加强带外抑制的同时基本不增加滤波器成本。

Description

一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器

技术领域

本实用新型属于通信设备技术领域，尤其涉及一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的X波段腔体滤波器。

背景技术

随着通讯技术的不断发展，现代微波通讯手段的高速进步，在微波通信、微波导航、卫星通信和军事电子战等方面对滤波器的要求越来越高。在当今世界频谱资源变得更加珍贵而且不断变拥挤的情况下，能够灵活合理利用频带资源就显得异常重要，这对滤波器的适用频率有着一定的要求。在各种电磁信号充斥的今天，如何在通信系统中尽可能使所需信号衰减最小，增强带外抑制使其它无用信号尽可能衰减成为一个有意义的方向。

普通的腔体滤波器结构加工完成后，由于实物结构难以改变，因此带外抑制基本确定，此时需要调节带外抑制只能对调谐螺杆进行调节，通过牺牲带宽或产生中频偏移来达到提高带外抑制的目的，且可以调节的空间十分有限。高频或低频是相对于通带而言，高于通带频率则为高频，低于通带频率则为低频。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器，采用对称设置的两个CT结构，在不相邻的谐振腔之间增加感性交叉耦合结构以增加零点，使带外抑制可以在偏离通带高频的频点大大增加，无需改变腔体滤波器的外形尺寸，且零点位置可以按需调节，在需要增加带外抑制的频点加强带外抑制的同时基本不会增加滤波器的成本。

本实用新型是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器，包括腔体以及设于所述腔体上的盖板；其特征是：

在所述腔体上设有第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔以及第六谐振腔；由所述第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔构成第一CT结构，由所述第四谐振腔、第五谐振腔和第六谐振腔构成第二CT结构；所述第一CT结构与第二CT结构对称设置；所述第一谐振腔与所述第二谐振腔相邻，所述第二谐振腔与所述第三谐振腔相邻，所述第三谐振腔与所述第四谐振腔相邻，所述第四谐振腔与所述第五谐振腔相邻，所述第五谐振腔与所述第六谐振腔相邻；

在所述第一谐振腔内设有第一谐振杆，在所述第二谐振腔内设有第二谐振杆，在所述第三谐振腔内设有第三谐振杆，在所述第四谐振腔内设有第四谐振杆，在所述第五谐振腔内设有第五谐振杆，在所述第六谐振腔内设有第六谐振杆；

在至少一个不相邻的谐振腔之间设有感性交叉耦合结构。

进一步地，在所述第一谐振腔与第三谐振腔之间设有所述感性交叉耦合结构。

进一步地，在所述第四谐振腔与第六谐振腔之间设有所述感性交叉耦合结构。

进一步地，在所述第一谐振腔与第三谐振腔之间、所述第四谐振腔与第六谐振腔之间均设有所述感性交叉耦合结构。

进一步地，所述感性交叉耦合结构包括用于连通两谐振腔的第一耦合窗口、以及安装于所述第一耦合窗口上方的盖板上的第一耦合螺杆，所述第一耦合螺杆靠近或远离所述第一耦合窗口实现耦合强度微调。

进一步地，所述腔体滤波器还包括多个谐振螺杆和多个第二耦合螺杆，每个所述谐振螺杆分别穿过所述盖板并靠近或远离对应的谐振杆以实现调谐；每个所述第二耦合螺杆分别穿过所述盖板并靠近或远离对应的连通相邻谐振腔的第二耦合窗口。

进一步地，所述腔体滤波器还包括第一输入输出组件和第二输入输出组件，所述第一输入输出组件与所述第一谐振腔耦接，所述第二输入输出组件与所述第六谐振腔耦接。

进一步地，所述第一输入输出组件和第二输入输出组件均包括射频连接器和抽头，所述射频连接器与所述抽头对接，所述抽头与谐振腔耦接。

进一步地，所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔以及第六谐振腔均为球形谐振腔。

进一步地，所述腔体滤波器的长宽高为41.5mm×23mm×14mm。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型所提供的一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器，采用对称设置的两个CT结构，在不相邻的谐振腔之间增加感性交叉耦合结构以增加零点，使带外抑制可以在偏离通带高频的频点大大增加，无需改变腔体滤波器的外形尺寸，且零点位置可以按需调节，在需要增加带外抑制的频点加强带外抑制的同时基本不会增加滤波器的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中腔体滤波器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中腔体滤波器的装配图；

图3是本实用新型实施例中CT结构的耦合拓扑结构图；

图4是本实用新型实施例中CT结构的感性耦合拓扑结构的相位特性；

图5是本实用新型实施例中CT结构的容性耦合拓扑结构的相位特性；

图6是本实用新型实施例中中心频率为9.4GHz的波形图。

其中，1-腔体，11-第一谐振腔，111-第一谐振杆，12-第二谐振腔，121-第二谐振杆，13-第三谐振腔，131-第三谐振杆，14-第四谐振腔，141-第四谐振杆，15-第五谐振腔，151-第五谐振杆，16-第六谐振腔，161-第六谐振杆，2-介质块，3-镀银铜丝，4-盖板，5-沉头螺丝，6-调谐螺母，71-谐振螺杆，72-第二耦合螺杆，8-射频连接器，9-抽头，10-盘头螺钉。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例1

如图1和2所示，以在X波段以9.3GHz～9.5GHz频段为通带的200MHz带宽的6腔体滤波器为例，本实施例所提供的一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器包括腔体1、以及设于腔体1上的盖板4；在腔体1上设有第一谐振腔11、第二谐振腔12、第三谐振腔13、第四谐振腔14、第五谐振腔15以及第六谐振腔16；由第一谐振腔11、第二谐振腔12和第三谐振腔13构成第一CT结构，由第四谐振腔14、第五谐振腔15和第六谐振腔16构成第二CT结构；第一CT结构与第二CT结构对称设置；第一谐振腔11与第二谐振腔12相邻，第二谐振腔12与第三谐振腔13相邻，第三谐振腔13与第四谐振腔14相邻，第四谐振腔14与第五谐振腔15相邻，第五谐振腔15与第六谐振腔16相邻；在第一谐振腔11内设有第一谐振杆111，在第二谐振腔12内设有第二谐振杆121，在第三谐振腔13内设有第三谐振杆131，在第四谐振腔14内设有第四谐振杆141，在第五谐振腔15内设有第五谐振杆151，在第六谐振腔16内设有第六谐振杆161；在至少一个不相邻的谐振腔之间设有感性交叉耦合结构或容性交叉耦合结构。

CT结构是以每三个谐振腔为一组级联构成的拓扑结构，如图3所示，例如第一CT结构是由第一谐振腔11(即图2中的数字1)、第二谐振腔12(即图2中的数字2)和第三谐振腔13(即图2中的数字3)级联构成，第二CT结构是由第四谐振腔14(即图2中的数字4)、第五谐振腔15(即图2中的数字5)和第六谐振腔16(即图2中的数字6)级联构成。

相邻的谐振腔有第一谐振腔11与第二谐振腔12、第二谐振腔12与第三谐振腔13、第三谐振腔13与第四谐振腔14、第四谐振腔14与第五谐振腔15、第五谐振腔15与第六谐振腔16，其他均为不相邻的谐振腔。不相邻的谐振腔可以理解为信号不能在这两个谐振腔之间直接传递，例如第一谐振腔11与第三谐振腔13，第四谐振腔14与第六谐振腔16，第三谐振腔13与第五谐振腔15，第二谐振腔12与第六谐振腔16等。在任意一个不相邻的谐振腔之间增加一感性交叉耦合结构或设有容性交叉耦合结构，即增加一个零点，还可以在多个不相邻的谐振腔之间分别增加一感性交叉耦合结构或容性交叉耦合结构，即增加多个零点。通过感性交叉耦合结构增加的零点可以实现高频带外抑制，通过容性交叉耦合结构增加的零点可以实现低频带外抑制。

在本实用新型的一个具体实施方式中，在第一谐振腔11与第三谐振腔13之间设有感性交叉耦合结构，即增加一个零点。如图4所示，基于双CT结构，通过在第一谐振腔11(即图4中的数字1)与第三谐振腔13(即图4中的数字3)之间引入感性交叉耦合，得到不对称的带外传输零点，来增强通带高频的带外抑制。因为当频率高于谐振频率时，谐振腔呈现感性，腔体滤波器的损耗曲线S21产生﹣90°的相位差，由电路基础知识可知：通过电感的腔体滤波器的损耗曲线S21会产生-90°的相位差，通过电容的腔体滤波器的损耗曲线S21会产生+90°的相位差。

在高频，频率高于谐振频率，在图3或4所示的耦合拓扑结构中由1至3的两条路径的相位变化为：路径1→2→3的相位＝﹣90°﹣90°﹣90°＝﹣270°；路径1→3的相位＝﹣90°；两条路径相位变化180°，因此会在高频通带的低端产生传输零点。

在本实用新型的一个具体实施方式中，感性交叉耦合结构包括用于连通第一谐振腔11与第三谐振腔13的第一耦合窗口(连通两不相邻谐振腔)，在与该第一耦合窗口对应的盖板上设有第一耦合螺杆，第一耦合窗口和第一耦合螺杆起到增加感性交叉耦合的作用。

因为第一耦合螺杆相当于一个绕线电感，交叉耦合产生的零点所对应频率与电容电感的关系式为：

其中C、L表示交叉耦合产生的零点的等价电容、电感，F表示交叉耦合产生的零点对应的频率。而L＝(k*μ₀*μ_s*N²*S)/I，其中μ₀是真空磁导率，μ₀＝4π*10^-7；μ_s为绕线电感线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈的μ_s＝1；N为绕线电感线圈圈数；S为绕线电感线圈的横截面积；I为绕线电感线圈的长度；k为系数，取决于绕线电感线圈的半径与长度的比值。由于绕线电感线圈横截面积是个定值，因此只能调节绕线电感线圈长度来改变频率，也就是调节第一耦合螺杆进入第一耦合窗口的伸缩量来改变频率，根据L的计算公式可知：电感值与第一耦合螺杆和第一耦合窗口的相对距离成反比，也就是说可以通过改变第一耦合螺杆进入第一耦合窗口的伸缩量来改变产生零点的位置，在高频需要的地方起到加强增加带外抑制的作用。

在本实用新型的一个具体实施方式中，在第一谐振腔11与第三谐振腔13之间设有容性交叉耦合结构，即增加一个零点。如图5所示，基于双CT结构，通过在第一谐振腔11(即图5中的数字1)与第三谐振腔13(即图5中的数字3)之间引入容性交叉耦合，得到不对称的带外传输零点，来增强通带低频的带外抑制。因为当频率低于谐振频率时，谐振腔呈现容性，腔体滤波器的损耗曲线S21产生+90°的相位差，由电路基础知识可知：通过电感的腔体滤波器的损耗曲线S21会产生-90°的相位差，通过电容的腔体滤波器的损耗曲线S21会产生+90°的相位差。

在低频，频率低于谐振频率，在图3或5所示的耦合拓扑结构中由1至3的两条路径的相位变化为：路径1→2→3的相位＝﹣90°+90°﹣90°＝﹣90°；路径1→3的相位＝+90°；两条路径相位变化180°，因此会在低频通带的低端产生传输零点。

在本实用新型的一个具体实施方式中，容性交叉耦合结构包括用于连通第一谐振腔11与第三谐振腔13的第一耦合窗口(连通两不相邻谐振腔)、介质块2以及镀银铜丝3；介质块2固定于第一耦合窗口内，镀银铜丝3固定于介质块2上且横跨第一谐振腔11和第三谐振腔13。介质块2起到固定支撑镀银铜丝3的作用，镀银铜丝3起到增加容性交叉耦合的作用。

因为横跨第一谐振腔11和第三谐振腔13的镀银铜丝3相当于一个电容，交叉耦合产生的零点所对应频率与电容电感的关系式为：

其中C、L表示交叉耦合产生的零点的等价电容、电感，F表示交叉耦合产生的零点对应的频率。而C＝εS/4πkd，其中ε是空气介电常数，为定值；S为镀银铜丝3与两谐振腔中谐振杆的相对接触面积，为定值；k常实数；d为镀银铜丝3与谐振杆的相对距离，为变量。由于相对接触面积是个定值，因此只能调节相对距离来改变频率，根据C的计算公式可知：电容值与相对距离成反比，也就是说可以通过改变镀银铜丝3的长度来改变产生零点的位置，在低频需要的地方起到加强增加带外抑制的作用。

在本实用新型的一个具体实施方式中，介质块2为聚四氟乙烯块，聚四氟乙烯的介电常数与空气接近。

如图6所示，采用本实施例中的腔体滤波器实现中心频率为9.4GHz的波形图，S21表示腔体滤波器的损耗曲线，S11表示其中一个射频连接器的驻波反射曲线，S22表示另一个射频连接器的驻波反射曲线。通过图6可知，通带外对应高频或低频产生了一个零点，零点加强了带外抑制。

如图2所示，通过沉头螺丝5将盖板4安装在腔体1上，使腔体1完全密闭。本实施例中，盖板4为铜镀银板，腔体1为铝镀银腔体1。

如图2所示，腔体滤波器还包括多个谐振螺杆71和多个第二耦合螺杆72，多个谐振螺杆71安装在盖板4上，通过调节谐振螺杆71与对应的谐振杆之间的距离来实现谐振频率和耦合量的调节；多个第二耦合螺杆72安装在盖板4上，通过调节第二耦合螺杆72与对应的相邻谐振腔的第二耦合窗口之间的距离来实现耦合强度的微调，通过第二耦合螺杆72进入第二耦合窗口的伸缩量来实现耦合强度的调节。示例性的，调节第一谐振腔11和第二谐振腔12之间的第二耦合窗口(连通相邻两谐振腔)与对应的第二耦合螺杆72之间的距离实现耦合强度的微调。

如图2所示，腔体滤波器还包括第一输入输出组件和第二输入输出组件，第一输入输出组件和第二输入输出组件均包括射频连接器8和抽头9，射频连接器8与抽头9对接，抽头9与谐振腔耦接。射频连接器8通过盘头螺钉10固定在腔体1上。

在本实用新型的一个具体实施方式中，第一谐振腔11、第二谐振腔12、第三谐振腔13、第四谐振腔14、第五谐振腔15以及第六谐振腔16均为球形谐振腔。

在本实用新型的一个具体实施方式中，腔体滤波器的长宽高为41.5mm×23mm×14mm。

实施例2

如图1和2所示，以在X波段以9.3GHz～9.5GHz频段为通带的200MHz带宽的6腔体滤波器为例，本实施例所提供的一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器包括腔体1、以及设于腔体1上的盖板4；在腔体1上设有第一谐振腔11、第二谐振腔12、第三谐振腔13、第四谐振腔14、第五谐振腔15以及第六谐振腔16；由第一谐振腔11、第二谐振腔12和第三谐振腔13构成第一CT结构，由第四谐振腔14、第五谐振腔15和第六谐振腔16构成第二CT结构；第一CT结构与第二CT结构对称设置；第一谐振腔11与第二谐振腔12相邻，第二谐振腔12与第三谐振腔13相邻，第三谐振腔13与第四谐振腔14相邻，第四谐振腔14与第五谐振腔15相邻，第五谐振腔15与第六谐振腔16相邻；在第一谐振腔11内设有第一谐振杆111，在第二谐振腔12内设有第二谐振杆121，在第三谐振腔13内设有第三谐振杆131，在第四谐振腔14内设有第四谐振杆141，在第五谐振腔15内设有第五谐振杆151，在第六谐振腔16内设有第六谐振杆161。

在第四谐振腔14与第六谐振腔16之间设有感性交叉耦合结构或容性交叉耦合结构；感性交叉耦合结构包括用于连通第四谐振腔14与第六谐振腔16的第一耦合窗口，在与该第一耦合窗口对应的盖板上设有第一耦合螺杆，第一耦合窗口和第一耦合螺杆起到增加感性交叉耦合的作用。容性交叉耦合结构包括用于连通第四谐振腔14与第六谐振腔16的第一耦合窗口、介质块2以及镀银铜丝3；介质块2固定于第一耦合窗口内，镀银铜丝3固定于介质块2上且横跨第四谐振腔14和第六谐振腔16。

实施例3

如图1和2所示，以在X波段以9.3GHz～9.5GHz频段为通带的200MHz带宽的6腔体滤波器为例，本实施例所提供的一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器包括腔体1、以及设于腔体1上的盖板4；在腔体1上设有第一谐振腔11、第二谐振腔12、第三谐振腔13、第四谐振腔14、第五谐振腔15以及第六谐振腔16；由第一谐振腔11、第二谐振腔12和第三谐振腔13构成第一CT结构，由第四谐振腔14、第五谐振腔15和第六谐振腔16构成第二CT结构；第一CT结构与第二CT结构对称设置；第一谐振腔11与第二谐振腔12相邻，第二谐振腔12与第三谐振腔13相邻，第三谐振腔13与第四谐振腔14相邻，第四谐振腔14与第五谐振腔15相邻，第五谐振腔15与第六谐振腔16相邻；在第一谐振腔11内设有第一谐振杆111，在第二谐振腔12内设有第二谐振杆121，在第三谐振腔13内设有第三谐振杆131，在第四谐振腔14内设有第四谐振杆141，在第五谐振腔15内设有第五谐振杆151，在第六谐振腔16内设有第六谐振杆161。

在第一谐振腔11与第三谐振腔13之间设有第一感性交叉耦合结构或第一容性交叉耦合结构；在第四谐振腔14与第六谐振腔16之间设有第二感性交叉耦合结构或第二容性交叉耦合结构；第一感性交叉耦合结构、第二感性交叉耦合结构均包括用于连通两谐振腔的第一耦合窗口，在与该第一耦合窗口对应的盖板上设有第一耦合螺杆，第一耦合窗口和第一耦合螺杆起到增加感性交叉耦合的作用。第一容性交叉耦合结构、第二容性交叉耦合结构均包括用于连通两谐振腔的第一耦合窗口、介质块2以及镀银铜丝3；介质块2固定于第一耦合窗口内，镀银铜丝3固定于介质块2上且横跨两谐振腔。

以上所揭露的仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于交叉耦合增强高频带外抑制的腔体滤波器，包括腔体以及设于所述腔体上的盖板；其特征在于：

在所述腔体上设有第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔以及第六谐振腔；由所述第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔构成第一CT结构，由所述第四谐振腔、第五谐振腔和第六谐振腔构成第二CT结构；所述第一CT结构与第二CT结构对称设置；所述第一谐振腔与所述第二谐振腔相邻，所述第二谐振腔与所述第三谐振腔相邻，所述第三谐振腔与所述第四谐振腔相邻，所述第四谐振腔与所述第五谐振腔相邻，所述第五谐振腔与所述第六谐振腔相邻；

在所述第一谐振腔内设有第一谐振杆，在所述第二谐振腔内设有第二谐振杆，在所述第三谐振腔内设有第三谐振杆，在所述第四谐振腔内设有第四谐振杆，在所述第五谐振腔内设有第五谐振杆，在所述第六谐振腔内设有第六谐振杆；

在至少一个不相邻的谐振腔之间设有感性交叉耦合结构。

2.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于：在所述第一谐振腔与第三谐振腔之间设有所述感性交叉耦合结构。

3.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于：在所述第四谐振腔与第六谐振腔之间设有所述感性交叉耦合结构。

4.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于：在所述第一谐振腔与第三谐振腔之间、所述第四谐振腔与第六谐振腔之间均设有所述感性交叉耦合结构。

5.如权利要求1～4中任一项所述的腔体滤波器，其特征在于：所述感性交叉耦合结构包括用于连通两谐振腔的第一耦合窗口、以及安装于所述第一耦合窗口上方的盖板上的第一耦合螺杆，所述第一耦合螺杆靠近或远离所述第一耦合窗口实现耦合强度微调。

6.如权利要求1～4中任一项所述的腔体滤波器，其特征在于：还包括多个谐振螺杆和多个第二耦合螺杆，每个所述谐振螺杆分别穿过所述盖板并靠近或远离对应的谐振杆以实现调谐；每个所述第二耦合螺杆分别穿过所述盖板并靠近或远离对应的连通相邻谐振腔的第二耦合窗口。

7.如权利要求1～4中任一项所述的腔体滤波器，其特征在于：还包括第一输入输出组件和第二输入输出组件，所述第一输入输出组件与所述第一谐振腔耦接，所述第二输入输出组件与所述第六谐振腔耦接。

8.如权利要求7所述的腔体滤波器，其特征在于：所述第一输入输出组件和第二输入输出组件均包括射频连接器和抽头，所述射频连接器与所述抽头对接，所述抽头与谐振腔耦接。

9.如权利要求1～4中任一项所述的腔体滤波器，其特征在于：所述第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔、第四谐振腔、第五谐振腔以及第六谐振腔均为球形谐振腔。

10.如权利要求1～4中任一项所述的腔体滤波器，其特征在于：该腔体滤波器的长宽高为41.5mm×23mm×14mm。

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