CN220106857U - 一种vhf i/ii波段数字电视带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，包括6个同轴谐振腔、输入输出耦合结构、腔间耦合结构和交叉耦合结构；每个同轴谐振腔的结构相同，均包括外导体和内导体，外导体由靠近短路端的第一外导体和靠近开路端的第二外导体构成；第一外导体为截面呈正方形的腔体，第二外导体为截面呈圆形的加载腔体；内导体由靠近短路端的第一内导体和靠近开路端的第二内导体构成；第一内导体和第二内导体均为截面呈圆形的圆柱；两两同轴谐振腔之间连接有腔间耦合结构；额外在第一同轴谐振腔和第三同轴谐振腔之间、第四同轴谐振腔和第六同轴谐振腔之间均连接有交叉耦合机构。

Description

一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器

技术领域

本实用新型属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器。

背景技术

带通滤波器作为无线广播电视发射系统和其它射频系统中的选频部件，在整个系统中发挥着非常重要的作用。一方面，带通滤波器可以安装在发射机输出位置，用来规范发射机输出频谱，改善发射机通带外的衰减特性；另一方面，带通滤波器作为多工器(也称为多频道合成器)的核心组成部件，可以实现多个发射机功率信号互不干扰的合成在一起，通过一副宽带天馈线系统共塔发射。

目前在使用的地面电视频道为DS-1至DS-36。由于DS-5的频率范围与调频广播的频率相重叠，这个电视频道实际是未使用的，所以实际使用的地面电视频道为DS-1至DS-4、DS-6至DS-36，共35个。按照电磁波长进行划分，DS-1至DS-12频道属于VHF米波频段，DS-13至DS-36频道属于UHF米波频段。进一步的，又将DS-1至DS-3划分为I波段，将DS-4至DS-5划分为II波段，将DS-6至DS-12划分为III波段，将DS-13至DS-24划分为IV波段，将DS-24至DS-36划分为V波段。

地面电视发射和传输系统的数字化是从UHF频段开始的。相比于VHF频段，UHF频段的频率更高，电磁波波长更短，对应的各种微波器件的尺寸也相应的更小，有利于产品生产和工程应用。但是，随着5G通信的飞速发展，将700MHz以上的地面电视频道腾退，广播电视可以使用的频道数量明显减少，因此需要对各地的VHF电视频道发射系统进行数字化改造，这就要求各厂商开发出符合VHF频段的数字电视产业链中的各类产品，其中自然也包括数字电视滤波器。

如上所述，VHF频段的电磁波长在米波范围内，工作频率更低，电磁波波长更长，对应的各种微波器件的尺寸也更大。同时，随着工作波长的变长，相比于UHF频段，一些微波器件的特性也发生了明显的变化，需要应用新技术、开发新产品，以满足新的产品需求。更进一步的，相比于VHF III波段，VHF I波段和II波段的频率更低(48.5～84MHz，不包含DS-5频道)，在这个频率开发相应的数字电视无线发射系统中的各种构成产品，如数字电视发射机、滤波器、多工器、天线等，都跟之前UHF频段和VHF III波段的同类产品有着明显的差别，需要加以解决。

目前，100W～3000W功率等级范围的数字电视带通滤波器的谐振腔一般采用电容加载的1/4波长同轴谐振腔结构，这种结构的谐振腔Q值较高，对应的插入损耗较小，功率容量较大，也比较利于多个谐振腔的级联。

数字电视带通滤波器所用的同轴腔的长度一般要比工作频率的1/4波长更长一些，工作频率越低，对应的波长越长，同轴谐振腔也越长。例如，UHF数字电视滤波器需要覆盖DS-13～DS-36，最低的DS-13频道中心频率对应的波长为633mm，因此UHF数字电视滤波器谐振腔的长度一般大于180mm。VHF III波段数字电视滤波器需要覆盖DS-6～DS-12，最低的DS-6频道中心频率对应的波长为1754mm，因此UHF数字电视滤波器谐振腔的长度一般大于450mm。而对于VHF I/II波段，比如DS-1频道中心频率对应的波长为5714mm，如果仍然采用UHF和VHF III波段滤波器同样结构的同轴谐振腔，其长度将超过1500mm，这无疑会给滤波器的加工和使用带来极大的不便。

地面电视频道的带宽都是8MHz。随着工作频道中心频率的变化，其相对带宽(带宽/中心频率)也会发生变化。在带宽不变的情况下，工作频率越低，相对带宽越大。根据带通滤波器的设计原理，滤波器的相对带宽越大，滤波器的输入输出耦合系数和腔间耦合系数也就需要更大。例如，DS-36属于UHF频段，工作在这个频道的滤波器的相对带宽＝8/698＝1.15％；而属于VHF I波段的DS-1，滤波器相对带宽＝8/52.5＝15.24％，相对带宽是DS-36滤波器的13.3倍。一般的输入输出耦合和腔间耦合结构都无法实现这么大的耦合系数，需要设计新的结构，满足新的需求。

按照带外频谱模板衰减的大小进行划分，地面数字电视发射机所配的数字电视带通滤波器包含非严格模板和严格模板两种。目前，非严格模板的地面数字电视滤波器一般采用“6个谐振腔+4个有限传输零点”的结构，而严格模板的地面数字电视滤波器需要采用“8个谐振腔+4个有限传输零点”的结构。数字电视滤波器要求带外衰减达到相应频谱模板的要求，滤波器通带低端和高端对称位置的衰减要尽量一致。但是，随着谐振频率的降低，由同轴谐振腔构成的带通滤波器，其通带低端和高端的不对称性会越来越明显。对于UHF频段，滤波器的不对称性不明显；对于VHF III波段，滤波器的不对称性可以观察到，但一般不会影响滤波器的使用，滤波器在结构设计中不需要特殊处理；而对于VHF I波段和II波段，滤波器的不对称性已经明显对滤波器的使用造成影响，如果不加以处理，数字电视滤波器将无法正常工作。

实用新型内容

实用新型目的：为了解决滤波器同轴谐振腔尺寸过大、耦合系数无法达到VHF I/II波段数字滤波器所需要的大小、滤波器低端高端带外衰减的不对称性等问题，本实用新型提出了一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器。

技术方案：一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，包括第一同轴谐振腔、第二同轴谐振腔、第三同轴谐振腔、第四同轴谐振腔、第五同轴谐振腔和第六同轴谐振腔；每个同轴谐振腔的结构相同，均包括外导体和内导体，所述外导体由靠近短路端的第一外导体和靠近开路端的第二外导体构成；所述第一外导体为截面呈正方形的腔体，所述第二外导体为截面呈圆形的加载腔体；所述内导体由靠近短路端的第一内导体和靠近开路端的第二内导体构成；所述第一内导体和第二内导体均为截面呈圆形的圆柱，且第一内导体的直径小于第二内导体的直径；

两两同轴谐振腔之间连接有腔间耦合结构；

在所述第一同轴谐振腔和第六同轴谐振腔上均连接有输入输出耦合结构；

在第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔之间设有正耦合结构，实现第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔的正耦合；

在第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔之间设有负耦合结构，实现第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔的负耦合。

进一步的，所述输入输出耦合结构为电容耦合结构或电感耦合结构。

进一步的，所述输入输出耦合结构包括输入输出耦合端口和输入输出耦合端口内导体，所述输入输出耦合端口内导体与第一同轴谐振腔的内导体直接连接，所述输入输出耦合端口内导体与第六同轴谐振腔的内导体直接连接。

进一步的，所述正耦合结构为耦合窗口结构或耦合环结构；所述负耦合结构为哑铃状探针耦合结构或S型耦合环结构。

进一步的，所述腔间耦合结构为电场耦合结构或磁场耦合结构。

进一步的，所述腔间耦合结构为长度可调的内导体结构，所述长度可调的内导体结构与同轴谐振腔的内导体相连。

进一步的，在所述第一同轴谐振腔和第三同轴谐振腔之间、所述第四同轴谐振腔和第六同轴谐振腔之间均连接有交叉耦合机构。

进一步的，所述交叉耦合机构为环耦合结构，耦合环的方向确定耦合极性。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本实用新型的滤波器采用了新的电容加载结构，该结构可以有效缩短滤波器同轴谐振腔的尺寸，可明显降低滤波器的生产成本，便于滤波器的包装、运输和使用；

(2)本实用新型的滤波器设计了新结构的输入输出耦合结构和腔间耦合结构，使得相应的耦合系数可以达到VHF I/II波段数字滤波器所需要的大小；

(3)本实用新型的滤波器除了包含产生4个有限传输零点的不相邻谐振腔交叉耦合之外(1-6腔交叉耦合和2-5腔交叉耦合)，还增加了1-3腔和4-6腔交叉耦合，有效改善了滤波器低端高端带外衰减的不对称性。

附图说明

图1为现有的电容加载的1/4波长同轴谐振腔示意图；

图2为现有的半球头和球头内导体结构的1/4波长同轴谐振腔示意图；

图3为本实施例的同轴谐振腔示意图；

图4为现有的同轴谐振腔输入输出电场耦合和磁场耦合结构示意图；

图5为本实施例的输入输出耦合结构示意图；

图6为现有的同轴谐振腔腔间电场耦合和磁场耦合结构示意图；

图7为本实施例的腔间耦合结构示意图；

图8为本实施例的滤波器整体结构示意图；

图9为本实施例的滤波器整体结构示意图；

图10为本实施例的滤波器整体结构示意图；

图11为本实施例的滤波器整体结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。

实施例1：

本实施例公开了一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，包括第一同轴谐振腔、第二同轴谐振腔、第三同轴谐振腔、第四同轴谐振腔、第五同轴谐振腔和第六同轴谐振腔；每个同轴谐振腔的结构相同，均包括外导体和内导体，外导体由靠近短路端的第一外导体和靠近开路端的第二外导体构成；第一外导体为截面呈正方形的腔体，第二外导体为截面呈圆形的加载腔体；内导体由靠近短路端的第一内导体和靠近开路端的第二内导体构成；第一内导体和第二内导体均为截面呈圆形的圆柱，且第一内导体的直径小于第二内导体的直径；两两同轴谐振腔之间连接有腔间耦合结构；在第一同轴谐振腔和第六同轴谐振腔上均连接有输入输出耦合结构；在第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔之间设有正耦合结构，实现第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔的正耦合；在第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔之间设有负耦合结构，实现第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔的负耦合。

实施例2：

本实施例公开了一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，包括第一同轴谐振腔、第二同轴谐振腔、第三同轴谐振腔、第四同轴谐振腔、第五同轴谐振腔和第六同轴谐振腔；每个同轴谐振腔的结构相同，均包括外导体和内导体，外导体由靠近短路端的第一外导体和靠近开路端的第二外导体构成；第一外导体为截面呈正方形的腔体，第二外导体为截面呈圆形的加载腔体；内导体由靠近短路端的第一内导体和靠近开路端的第二内导体构成；第一内导体和第二内导体均为截面呈圆形的圆柱，且第一内导体的直径小于第二内导体的直径；两两同轴谐振腔之间连接有腔间耦合结构；在第一同轴谐振腔和第六同轴谐振腔上均连接有输入输出耦合结构；在第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔之间设有正耦合结构，实现第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔的正耦合；在第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔之间设有负耦合结构，实现第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔的负耦合。

其中，本实施例的输入输出耦合结构采用电容耦合结构或电感耦合结构。

其中，本实施例的正耦合结构为耦合窗口结构或耦合环结构；负耦合结构为哑铃状探针耦合结构或S型耦合环结构。

其中，本实施例的腔间耦合结构为电场耦合结构或磁场耦合结构。

实施例3：

本实施例公开了一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其主要结构包括：6个同轴谐振腔、输入输出耦合结构、腔间耦合结构和交叉耦合结构；6个同轴谐振腔记为第一同轴谐振腔、第二同轴谐振腔、第三同轴谐振腔、第四同轴谐振腔、第五同轴谐振腔和第六同轴谐振腔。每个同轴谐振腔的结构相同。

现对本实施例的同轴谐振腔做进一步说明。

现有的电容加载的1/4波长同轴谐振腔的结构如图1所示，为了改善同轴谐振腔的峰值功率容量，有时同轴谐振腔的内导体也会采用半球头或者球头的接头(参见图2)，但这些改变基本不会对同轴谐振腔的尺寸造成显著影响。

为了有效缩短同轴谐振腔的长度，本实施例采用的同轴谐振腔如图3所示，该同轴谐振腔的外导体采用两部分的结构，为方便表述，将外导体的两部分结构记为第一外导体和第二外导体；第一外导体靠近短路端，且该第一外导体为截面呈正方形的腔体；第二外导体靠近开路端，且该第二外导体为截面呈圆形的加载腔体；同轴谐振腔的内导体同样采用两部分的结构，为方便表述，将内导体的两部分结构记为第一内导体和第二内导体，第一内导体靠近短路端，且该第一内导体为截面呈圆形的圆柱；第二内导体靠近开路端，且该第二内导体为截面呈圆形的圆柱，第一内导体的直径小于第二内导体的直径，即靠近短路端的是小直径的圆柱，靠近开路端的是大直径的圆柱。

本实施例通过采用新的同轴谐振腔结构，该同轴谐振腔结构可以有效缩短滤波器同轴谐振腔的尺寸。

现对本实施例的输入输出耦合结构做进一步说明。

输入输出耦合一般分为电场耦合(即探针耦合)和磁场耦合(即环耦合)。对于同轴谐振腔，通常的电容耦合结构和电感耦合结构如图4所示。

VHF I/II波段数字电视滤波器的相对带宽较宽，要求的输入输出耦合量较大，一般的输入输出耦合结构无法实现需要的耦合量。因此，本实施例的输入输出耦合结构包括输入输出耦合端口和输入输出耦合端口内的内导体，输入输出耦合端口内的内导体直接与同轴谐振腔的内导体相连，第1同轴谐振腔为输入，第6同轴谐振腔为输出，因此，输入输出耦合端口内的内导体直接与第1同轴谐振腔的内导体相连，输入输出耦合端口内的内导体直接与第6同轴谐振腔的内导体相连。具体结构可参见图5，通过将输入输出耦合端口内的内导体与同轴谐振腔的内导体直接连接，可以实现较强的磁场耦合，达到VHF I/II波段数字电视滤波器需要的输入输出耦合系数。

现对本实施例的腔间耦合结构做进一步说明。

与输入输出耦合类似，滤波器的腔间耦合结构也可分为电场耦合和磁场耦合。腔间的电场耦合一般为哑铃结构，这种结构的腔间耦合一般应用在滤波器的反相的交叉耦合处。腔间的磁场耦合一般包括耦合窗口结构和耦合环结构，具体可参见图6。

同样的，因为VHF I/II波段数字电视滤波器的相对带宽较宽，要求的腔间耦合量较大，一般的腔间耦合结构无法实现需要的耦合量。因此，本实施例采用相邻同轴谐振腔内导体相连且可调的结构，具体结构为：每个同轴谐振腔内导体固定段的侧面都设计了接触板，相邻谐振腔之间的耦合连接板可以沿接触板上下移动。具体可参见图7，在满足滤波器腔间耦合系数大小要求的同时，又方便调节。

本实施例的滤波器通过采用新结构的输入输出耦合结构和腔间耦合结构，使得相应的耦合系数可以达到VHF I/II波段数字滤波器所需要的大小。

现对本实施例的交叉耦合结构做进一步说明。

为产生数字电视滤波器所需的4个带外有限传输零点，一般的非严格模板数字电视带通滤波器会设计1-6腔和2-5腔之间的交叉耦合。其中，1-6腔间耦合需要是正耦合，一般采用耦合窗口或者耦合环的结构；2-5腔间耦合需要是负耦合，一般采用“哑铃状”探针耦合结构或“S型”耦合环的结构。

但若不采取其它措施，VHF I/II波段数字电视滤波器的带外不对称性会非常明显，将严重影响滤波器的正常使用。因此，本实施例在1-3腔和4-6腔之间又额外设计了两个交叉耦合，用来改善滤波器的带外不对称性。这两个交叉耦合采用环耦合结构，耦合的极性可以通过耦合环的方向进行调节。

图8至图11示出了本实施例的VHF I/II波段数字电视滤波器的整体结构示意图。本实施例的VHF I/II波段数字电视滤波器除了包含产生4个有限传输零点的不相邻谐振腔交叉耦合之外(1-6腔交叉耦合和2-5腔交叉耦合)，还增加了1-3腔和4-6腔交叉耦合，能有效改善了滤波器低端高端带外衰减的不对称性。

Claims (8)

1.一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：包括第一同轴谐振腔、第二同轴谐振腔、第三同轴谐振腔、第四同轴谐振腔、第五同轴谐振腔和第六同轴谐振腔；每个同轴谐振腔的结构相同，均包括外导体和内导体，所述外导体由靠近短路端的第一外导体和靠近开路端的第二外导体构成；所述第一外导体为截面呈正方形的腔体，所述第二外导体为截面呈圆形的加载腔体；所述内导体由靠近短路端的第一内导体和靠近开路端的第二内导体构成；所述第一内导体和第二内导体均为截面呈圆形的圆柱，且第一内导体的直径小于第二内导体的直径；

两两同轴谐振腔之间连接有腔间耦合结构；

在所述第一同轴谐振腔和第六同轴谐振腔上均连接有输入输出耦合结构；

在第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔之间设有正耦合结构，实现第一同轴谐振腔与第六同轴谐振腔的正耦合；

在第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔之间设有负耦合结构，实现第二同轴谐振腔与第五同轴谐振腔的负耦合。

2.根据权利要求1所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：所述输入输出耦合结构为电容耦合结构或电感耦合结构。

3.根据权利要求1所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：所述输入输出耦合结构包括输入输出耦合端口和输入输出耦合端口内导体，所述输入输出耦合端口内导体与第一同轴谐振腔的内导体直接连接，所述输入输出耦合端口内导体与第六同轴谐振腔的内导体直接连接。

4.根据权利要求1所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：所述正耦合结构为耦合窗口结构或耦合环结构；所述负耦合结构为哑铃状探针耦合结构或S型耦合环结构。

5.根据权利要求1所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：所述腔间耦合结构为电场耦合结构或磁场耦合结构。

6.根据权利要求1或3所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：所述腔间耦合结构为长度可调的内导体结构，所述长度可调的内导体结构与同轴谐振腔的内导体相连。

7.根据权利要求6所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：在所述第一同轴谐振腔和第三同轴谐振腔之间、所述第四同轴谐振腔和第六同轴谐振腔之间均连接有交叉耦合机构。

8.根据权利要求7所述的一种VHF I/II波段数字电视带通滤波器，其特征在于：所述交叉耦合机构为环耦合结构，耦合环的方向确定耦合极性。