专利名称：腔体介质滤波器及其调谐方法
腔体介质滤波器及其调谐方法
技术领域：
本发明涉及移动通信设备领域，尤其涉及一种腔体介质滤波器及其调谐 方法。
技术背景
在现代移动通信技术中，微波射频器件已经成为了必不可少的重要组成 部分。滤波器作为一种基本的射频器件，其插入损耗、带外抑制、无源互调 和功率容量等一系列指标对于整机的性能有着重要的影响。传统的金属同轴 腔体滤波器由于自身损耗的原因，在限定腔体尺寸的情况下，无法取得很高
的品质因数(Q值)，导致带外抑制、插入损耗等指标受到了一定的限制，而 且金属表面镀银处理等环节也会对无源互调指标产生一定的影响。
而对于现有的腔体滤波器，由于目前还没有一种准确、方便的调谐方法， 导致器件在制作过程中调试难度大，器件的射频性能指标也很难实现。
公知的腔体滤波器中，主要采用两种方式进行调谐，其一是通过在滤波 器盖板上设置多个深入腔体内部的垂直调谐杆进行调谐，另一则是通过在滤 波器侧壁上橫向插入多个调谐杆进行调谐，这两种方式的调谐作用均非常有 限，而且，基本上是以滤波器为整体单元进行整体性调谐的。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述不足，提供一种以相邻谐振腔为单元进 行调谐、便于准确调整耦合量以便保证高品质因数的腔体介质滤波器。
本发明的另一目的在于提供一种对前一目的的腔体介质滤波器进行调 谐的调谐方法。
为实现该目的，本发明采用如下技术方案
本发明的腔体介质滤波器，包括腔体，腔体上设有若干谐振腔，至少一 对谐振腔间设有耦合窗，至少一耦合窗处设有调谐装置，用于在该耦合窗的至少两处相配合调整所属相邻两个谐振腔间的耦合量。
所述调谐装置包括水平调谐杆和垂直调谐杆，所述水平调谐杆以与所属 两谐振腔的谐振器的轴线所连成的平面相垂直设置，所述垂直调谐杆以与所 属两谐振腔的谐振器的轴线所连成的平面相平行设置。所述调谐装置的水平 调谐杆和垂直调谐杆均以螺杆形式穿过所述腔体外侧壁设置，或者，所述调 谐装置的水平调谐杆和垂直调谐杆至少之一以固设在腔体内部腔壁的形式设 置。所述垂直调谐杆置于水平调谐杆的上方。所述水平调谐杆和垂直调谐杆 至少之一设有基于腔体外突以供调谐的调节部。
本发明的针对上述腔体介质滤波器的调谐方法，包括 在滤波器整体固装后，针对每个与腔体侧壁存在安装关系的调谐装置， 执行如下子步骤
首先，通过其水平调谐杆的调节部对该水平调谐杆深入腔体的长度进行 调节，直至该调谐装置所属的相邻两个谐振腔之间的耦合量达到与预设的理 想数值接近为止；其次，通过其垂直调谐杆的调节部对该垂直调谐杆深入腔 体的长度进行调节，直至该调谐装置所属的相邻两个谐振腔之间的耦合量达 到无限趋近或等于该理想数值为止。
在滤波器整体固装前，在居于非靠近腔体外侧壁的耦合窗中，先行通过 检测确定该处的调谐装置的水平调谐杆的长度并安装固定；在滤波器整体固 装后，针对该调谐装置，调节其垂直调谐杆的调节部以调节该垂直调谐杆深 入腔体的长度，直至该调谐装置所属的相邻两个谐振腔和之间的耦合量达到 无限趋近或等于预设的理想数值为止。
与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明能够更为精准地对腔体 介质滤波器进行调谐，由于水平调谐杆因感应而产生的磁力线的方向与其所 属相邻两个谐振腔的磁力线的方向相切，故而调节该水平调谐杆能对其所属 两个谐振腔之间的耦合量产生较大的影响，调节效果较为明显；而由于垂直 调谐杆因感应所产生的磁力线的方向与其所属相邻两个谐振腔的磁力线的方 向相垂直故而调节该垂直调谐杆能对其所属两个谐振腔之间的耦合量产生微调作用。同一腔体介质滤波器中多个调谐装置，通过其各自的水平调谐杆与 垂直调谐杆相配合，能为每对谐振腔配置一个合适的状态，进而整个滤波器 得到较好的性能指标。
图1为本发明的腔体介质滤波器的一个实施例的电气结构原理图2为与图1相应的腔体介质滤波器的物理结构示意图3为与图2相应的腔体介质滤波器去除顶盖后的物理结构俯视图4为本发明的一种调谐装置的结构示意图5为本发明的另一种调谐装置的结构示意图6为本发明的腔体介质滤波器的另 一 实施例的物理结构俯视图7为本发明的腔体介质滤波器的传输特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明
请参阅图1,本发明的第一实施例的腔体介质滤波器按照图1的电气结 构分布，其中信号的耦合顺序在若干谐振腔11至16间作用，谐振腔11与谐 振腔15作为连接端，射频信号自谐振腔11输入而自谐振腔15输出，或者反 之从谐振腔15输入而自谐振腔11输出。以前者为例，信号自谐振腔11耦合 到谐振腔12继而耦合到谐振腔13后，谐振腔13， 14, 15之间组成交叉耦合 关系，进行交叉耦合后方才输出。此外，谐振腔16作为零腔16，与谐振腔 11进行反射，用于在射频信号的频带(也称通带)左侧或右侧产生传输零点， 谐振腔16并不与谐振腔11之外的其它谐振腔12， 13， 14， 15产生电性上的 直接作用。
请参阅图2,本发明的腔体介质滤波器的物理结构中，整体上由一金属 腔体形成，该腔体包括底部的槽体22和与该槽体22盖合锁固的盖板21，图 2中槽体22两侧各设一接头31, 32,用于连接信号线缆，其内部按图l所示 的电气结构设置有六个基本呈矩阵排列的谐振腔11至16，每个谐振腔中均 设有谐振器(如由160与168、 130与138、 140与148组成，其它谐振腔类
6推，下同)，每个谐振器均包括竖立在槽体22底部的谐振柱(110, 120， 130, 140, 150， 160,下同)和置于该谐振柱上方的调谐盘(如168， 138， 148, 其它未表示，下同)。每个调谐盘顶部设有螺杆部(如1680),所述盖板21 的相应位置处设有供调谐盘螺杆部螺锁的通孔(210， 220， 230， 240, 250， 260,下同)，调谐盘通过与盖板21的通孔相螺锁，使其与盖板21相固定悬 置在相应谐振柱的上方，以及使其螺杆部伸出盖板21外侧面，从而，可在腔 体外部通过旋转调谐盘的螺杆部(如1680)实现对每个谐振腔的调谐。
本实施例的谐振腔，主模为TE(M模，电场环绕圆柱腔的轴向，磁场沿谐 振柱的轴向从介质内部穿出，与电场垂直。
结合图3，谐振腔11与接头31之间通过一连设在接头31内部的弧形银 线41实现信号的耦合，同理，在图2和图3所示的右侧，谐振腔15与接头 32之间通过一连设在接头32上的弧形银线42实现信号的耦合。弧形银线41 与谐振腔11的谐振柱110同心设置，弧形银线42则与谐振柱150同心设置。 弧形银线41和42所占弧度越大，其耦合效果越弱，所占弧度越小，则耦合 效果越强。因而，其弧度的大小应通过实测确定。
如图2和图3所示，腔体介质滤波器的多个谐振腔11…16，是通过在槽 体22内部设置多个竖立的腔壁将槽体22的空腔分成多个子区域形成的，通 过为每个子区域设置所述的谐振器即成为所述谐振腔11…16。由此，相邻两 个谐振腔之间便存在一个腔壁20，若将该腔壁20局部去除，便形成该腔壁 所关联的相邻两个谐振腔之间的耦合窗51, 52， 53, 54， 55，每相邻两个谐 振腔便可通过与其相关的相应耦合窗51...55进行信号的耦合，实现彼此的电 性连接。根据图1的电气原理，图2和图3中，谐振腔11通过耦合窗51与 谐振腔12相耦合，谐振腔12通过耦合窗52与谐振腔13耦合，谐振腔13 通过耦合窗53与谐振腔14相耦合，谐振腔14通过耦合窗54与谐振腔15 相耦合，而谐振腔13则通过交叉耦合装置6与谐振腔15相耦合，从而使谐 振腔13， 14， 15组成交叉耦合关系，可见，谐振腔11至15共同形成射频信 号处理流，至于谐振腔16未参与其中，原因在于谐振腔16仅通过耦合窗55与谐振腔11进行反射，以达到产生信号传输零点的作用。谐振腔16所产生 的传输零点，既可在射频信号频带的左侧产生，也可在射频信号频带的右侧 产生，具体可通过调节其调谐盘实现传输零点居左或居右。
每个谐振腔11…16中，其谐振柱110所产生的磁力线方向是自其轴线一 端穿出，在空中环绕半周后自其轴线另一端进入的，因而，两个相邻谐振腔 的信号耦合实际上是磁力线相互作用的结果。本发明的调谐装置71， 72, 73, 74, 75利用了此一特性。
请结合图2和图3，每个耦合窗51…55中均分别设置了本发明的调谐装 置71…75，每调谐装置71…75包括一水平调谐杆702和一垂直调谐杆704， 调谐装置71... 75的安装在本发明的实施例中揭示了两种方式。
调谐装置71， 73， 74， 75的安装方式之一请进一步结合图4,其适用于 安装在靠近腔体侧壁229的耦合窗51, 53, 54， 55上。为更清楚地进行说明， 以调谐装置75为例推而广之，由图2和图4可见，所述属于腔体的槽体22 的侧壁229上，对应耦合窗55处设有螺孔，所述水平调谐杆702被制作成螺 杆状(主要设置在其一侧局部以供螺锁固定)，自槽体22的外侧旋入螺孔并 深入耦合窗55,在腔体外侧预留出一调节部7020,在腔体内则悬空与腔体的 盖板21形成平行设置，而与其所属(相关)的两个谐振腔11和16的谐振器 的轴线连成的平面则相垂直。水平调谐杆702在耦合窗55处与其所属的两个 谐振器发生感应，产生环绕水平调谐杆702圓周的磁力线，此一感应磁力线 的方向与该两个相邻谐振腔11和16的磁力线的方向是相切的，因而调整该 水平调谐杆702将对其所影响的两个谐振腔11和16间的耦合量产生相对较 大的影响。
但是，单纯依靠水平调谐杆702对耦合量进行调节仍然无法满足本发明 的需要，因而需要进一步设置所述的垂直调谐杆704。
由图2和图4可见，腔体的盖板21上，对应腔体内若干耦合窗51...55 处，设有若干螺孔510， 520, 530， 540， 550，该类螺孔用于安装所述垂直 调谐杆(如704)。同样以调谐装置75为例，所述垂直调谐杆704至少在其一侧局部(顶部)被制作成螺杆状，通过旋入盖板21的相应螺孔550，以与 腔体底壁相垂直的方式深入至相应的耦合窗55中，自然地，垂直调谐杆704 便与其所属(相关)的两个谐振腔11， 16的谐振器的轴线所连成的平面成平 行(可以重合)设置关系。同理，垂直调谐杆704在盖板22外突出一调节部 7040以供调节。垂直调谐杆704由于电磁感应产生环绕其圆周的磁力线，该 -磁力线的方向与其所属的两个"i皆振腔11和16的f兹力线的方向相垂直，因而， 调整垂直调谐杆704的调节部7040以调节伸入至腔体内的长度，可以通过》兹 力线间的相互作用起到微调该两个谐振腔11和16的耦合量的作用。对于耦 合量的调节而言，垂直调谐杆704的调节效果明显比水平调谐杆的调节效果 要弱化，但更精准。因此，以此类推，调谐装置71， 73， 74， 75在需要时， 可以通过其水平调谐杆702和垂直调谐杆704的相互配合进行每对谐振腔间 耦合量的调节。
多对如方式一 (图4)所示的调谐装置被安装在本发明的腔体介质滤波 器中，由于每个调谐装置71, 73, 74， 75的水平调谐杆702与垂直调谐杆 704均外露于腔体外侧壁229而可实现在腔体外部的随时调节，为安装维护 人员提供了极大的便利。
但是，如图2和图3所示，对于谐振腔12与13之间的耦合窗52的调谐 装置72的安装，并不适合采用如方式一所示的结构，转而使用如图5所示的 方式二的结构。图5所示的调谐装置72中，其垂直调谐杆704'的结构及安 装方式与方式一所揭示的垂直调谐杆704—致，而水平调谐杆702'则不同。 其水平调谐杆702'没有腔体的外侧壁229可供固定，而使用其所处的两个 谐振腔12和13间腔壁2(T作为安装基点，在该两个谐振腔12和13的腔壁 20'上设置一螺孔，通过将经事先检测而确定长度的水平调谐杆702'用螺 钉777'螺锁(或铆接、焊接等公知机械连接方式)在该腔壁20'上而实现 固定，因此，除非拆开滤波器替换不同长度的水平调谐杆702',否则在此处 的水平调谐杆702' —经安装是不可调节的，但方式二的提出无疑解决了在 腔体内部腔壁20'设置水平调谐杆702'的难题。通过根据腔体的具体结构，在多个耦合窗51， 52, 53, 54， 55中灵活安 装前述的两种调谐装置71， 72， 73， 74, 75,使得滤波器的每个耦合窗51, 52， 53, 54, 55中的耦合量的调节变为可能，进而完成对滤波器整体的调谐。 因而，本发明的腔体介质滤波器利用其调谐装置进行调谐的方法，遵循如下 步骤
1、 在滤波器整体固装前，在居于非靠近腔体外侧壁229的耦合窗52中， 先行通过检测确定该处的调谐装置72的水平调谐杆702'的长度并安装固定；
2、 在滤波器整体固装后，针对每个与腔体侧壁存在安装关系的调谐装置 71， 73， 74, 75,执行如下子步骤
2.1、 通过其水平调谐杆702的调节部7020对该水平调谐杆702深入腔 体的长度进行调节，直至该调谐装置71, 73， 74， 75所属的相邻两个谐振腔 之间的耦合量达到与预设的理想数值接近为止；
2.2、 通过其垂直调谐杆704的调节部7040对该垂直调谐杆704深入腔 体的长度进行调节，直至该调谐装置71, 73， 74, 75所属的相邻两个谐振腔 之间的耦合量达到无限趋近(相当于取极限值)或等于该理想数值为止；
3、 在滤波器整体固装后，针对步骤2除外的调谐装置即72,调节其垂 直调谐杆704'的调节部以调节该垂直调谐杆704'深入腔体的长度，直至该 调谐装置72所属的相邻两个谐振腔12和13之间的耦合量达到无限趋近(相 当于取极限值)或等于预设的理想数值为止。
通过上述对调谐装置71…75进行调谐的方法，可使本发明的腔体介质滤 波器的各对相邻谐振腔之间的耦合量得到调节，为机修人员提供了 一种更为 灵活的维护手段。
参阅图2，本发明腔体介质滤波器为了达到更为完善的设计效果，除针 对调谐方式进行改进外，还针对通过其中的射频信号的处理进行改进。注意 到前述谐振腔16的设置，只在信号频带的一侧(左侧或右侧)产生一个传输 零点，因而，只能提高频带一侧的带外抑制能力，至于另外一侧的带外抑制 则需要通过本发明的交叉耦合装置6实现。如图3所示，本发明的交叉耦合装置6以飞杆的方式设置在谐振腔13 与谐振腔15之间的腔壁20"上，其具有一杆状部61和于杆状部61两端折 出的弧形部62, 64，杆状部61与两个弧形部62， 64由同一金属材料折弯而 成，杆状部61被固设在该两个谐振腔13， 15之间的腔壁20"上，因而其两 端分别伸入至谐振腔13和15中，弧形部62， 64分别与其所在的谐振腔13， 15的谐振柱130， 150同心(以轴线某点为圆心)设置。交叉耦合装置6在 谐振腔13和15之间的设置，实现交叉耦合关系，并在频带的左侧或右侧产 生频带的传输零点的作用。如图3所示的交叉耦合装置6中，两个弧形部62, 64关于杆状部61的中垂线对称，两弧形部62, 64间彼此同侧外开设置，根 据谐振器在腔体内产生的磁场特性，弧形部62, 64同侧外开的交叉耦合装置 6在相位上为-90° ，可在频带的右侧产生传输零点，提高右侧带外抑制能力， 在图3所示的滤波器中，因交叉耦合装置6在频带的右侧产生零点，故零腔 16需要调节其调谐盘168使其能在频带的左侧产生传输零点。由此，由零腔 16与交叉耦合装置6共同作用，可以在频带的左右两侧产生两个传输零点， 从而提高整体的带外抑制能力。
交叉耦合装置6的弧形部62, 64的设置方式并不受此一实施例的局限， 请参阅图6,在本发明腔体介质滤波器的另一实施例中，具有若干处不同于 前一实施例的设计，具体为
首先，因谐振腔81'， 82', 83'， 84'的个数被约束为4个，因而，谐 振腔82'既与谐振腔83'和84'进行交叉耦合，而且也同时作为零腔82' 使用；
其次，由于不存在不靠近腔体外侧壁的耦合窗，因而，不采用前述方式 二所揭示的调谐装置而采用方式一所解释的调谐装置700',可见，方式二所 揭示的调谐装置是可选项，受腔体的具体结构而灵活选用；
再者，其交叉耦合装置6'的弧形部62'， 64'具有不同于前一实施例的 设置，两个弧形部62', 64'间呈中心对称关系，即两者以杆状部6r中点 为中心彼此异侧内收，此一结构使得交叉耦合装置6'的相位为+90° ,可以
ii在频带左侧产生传输零点以提高频带左侧的带外抑制能力。
本发明中，交叉耦合装置6(6')与零腔16 (82')间需要灵活设置方可 配合实现整体带外抑制，因此，在设计本发明的滤波器时， 一般需遵循如下 步骤设置该交叉耦合装置6(6')和零腔16(82')以便实现其带外抑制方法
首先，提供一根据需要交叉耦合的谐振腔13, 14， 15(82', 83'， 84" 间的耦合量制定长度的杆状金属条；其次，将该杆状金属条区分为三段，两 侧所在的区段长度相等；然后，将其中外侧的两段折弯成弧形部62 (62'), 64 (64'),保留杆状金属条的中间段为杆状部61 (61');之后，将交叉耦合 装置6 (6')的杆状部61 (61')固定在相应两个谐振腔13， 15(82、 84') 之间的腔壁20"顶部以实现信号耦合并在频带一侧产生传输零点；最后，在 滤波器整体固装后，通过旋转零腔16( 82')调谐盘(如168 )的螺杆部(1680 ), 使频带另 一侧产生另 一传输零点，从而完成两个传输零点的设置。
请参阅图7,本发明的腔体介质滤波器，综上所述及结合实测，通过调 谐装置、零腔、交叉耦合装置的应用，获得如下效果
1、 在腔体外侧壁和盖板上分别设置耦合螺杆，增加了调节手段，调谐过 程更加方便灵活，准确可靠；
2、 在腔体介质滤波器中，设置一个零腔，在通带一侧增加一个传输零点， 可实现对通带外频带的抑制；利用特制的弧形金属飞杆，实现滤波器的交叉 耦合，并与零腔相对应在通带另一侧引入一个传输零点。通过交叉耦合装置 与零腔引入的传输零点的共同作用，在保证有效通带插损在-0.8dB以内的条 件下，在通带右侧2MHz外，抑制值可达到-38dB，实现对滤波器低插损、 高抑制的要求；
3、 腔体介质滤波器的同轴介质谐振器由陶瓷介质制成，加入的弧形金属 飞杆和耦合调谐杆对无源互调和温度漂移的影响不大，器件的互调指标可以 达到-160dBc，谐振器在温度变化时，温度特性较好，性能指标不受影响；
4、 谐振器不容易与金属接触面出现打火烧坏现象，器件可以承受大功率 的射频信号通过，承受的平均功率高达100瓦以上。本发明尽管只给出以上实施例，但是，本领域内普通技术人员在通读本 说明书后，结合公知的机械常识，应能联想到更多的具体实施方式
，但是这 样的具体实施方式
并不超脱本发明权利要求的精神，任何形式的等同替换或 简单修饰均应视为被本发明所包括的实施例。
权利要求
1、一种腔体介质滤波器，包括腔体，腔体上设有若干谐振腔，至少一对谐振腔间设有耦合窗，其特征在于至少一耦合窗处设有调谐装置，用于在该耦合窗的至少两处相配合调整所属相邻两个谐振腔间的耦合量。
2、 根据权利要求1所述的腔体介质滤波器，其特征在于所述调谐装 置包括水平调谐杆和垂直调谐杆，所述水平调谐杆以与所属两谐振腔的谐振 器的轴线所连成的平面相垂直设置，所述垂直调谐杆以与所属两谐振腔的谐 振器的轴线所连成的平面相平行设置。
3、 根据权利要求2所述的腔体介质滤波器，其特征在于所述调谐装 置的水平调谐杆和垂直调谐杆均以螺杆形式穿过所述腔体外侧壁设置。
4、 根据权利要求2所述的腔体介质滤波器，其特征在于所述调谐装 置的水平调谐杆和垂直调谐杆至少之一以固设在腔体内部腔壁的形式设置。
5、 根据权利要求2所述的腔体介质滤波器，其特征在于所述垂直调 谐杆置于水平调谐杆的上方。
6、 根据权利要求2至5中任意一项所述的腔体介质滤波器，其特征在 于所述水平调谐杆和垂直调谐杆至少之一设有基于腔体外突以供调谐的调 节部。
7、 一种根据权利要求6所述的腔体介质滤波器的调谐方法，其特征在于 在滤波器整体固装后，针对每个与腔体侧壁存在安装关系的调谐装置，执行 如下子步骤首先，通过其水平调谐杆的调节部对该水平调谐杆深入腔体的长度进行 调节，直至该调谐装置所属的相邻两个谐振腔之间的耦合量达到与预设的理 想数值接近为止；其次，通过其垂直调谐杆的调节部对该垂直调谐杆深入腔 体的长度进行调节，直至该调谐装置所属的相邻两个谐振腔之间的耦合量达 到无限趋近或等于该理想数值为止。
8、 根据权利要求7所述的调谐方法，其特征在于在滤波器整体固装前，在居于非靠近腔体外侧壁的耦合窗中，先行通过检测确定该处的调谐装置的 水平调谐杆的长度并安装固定；在滤波器整体固装后，针对该调谐装置，调 节其垂直调谐杆的调节部以调节该垂直调谐杆深入腔体的长度，直至该调谐 装置所属的相邻两个谐振腔和之间的耦合量达到无限趋近或等于预设的理想 数值为止。
全文摘要
本发明公开一种腔体介质滤波器，包括腔体，腔体上设有若干谐振腔，至少一对谐振腔间设有耦合窗，至少一耦合窗处设有调谐装置，用于在该耦合窗的至少两处相配合调整所属相邻两个谐振腔间的耦合量。所述调谐装置包括水平调谐杆和垂直调谐杆，所述水平调谐杆以与所属两谐振腔的谐振器的轴线所连成的平面相垂直设置，所述垂直调谐杆以与所属两谐振腔的谐振器的轴线所连成的平面相平行设置。结合本发明提供的调谐方法，通过调谐装置的水平调谐杆对耦合量进行粗放地调节，然后通过垂直调谐杆对耦合量进行微调，本发明便能够更为精准地对腔体介质滤波器进行调谐，使滤波器得到较好的性能指标。
文档编号H01P1/208GK101630767SQ20091004175
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者海 丁, 斌 贺, 邸英杰, 黄景民 申请人:京信通信系统(中国)有限公司