一种腔体四模滤波器的制作方法

本实用新型涉及高频器件的技术领域，尤其是指一种腔体四模滤波器。

背景技术：

近年来，随着社会加速进入信息时代，无线通信产业蓬勃发展，射频前端电路作为整个无线通信系统的基石，在移动通信、雷达监测，导航和远距离遥感等领域中得到广泛应用，因此对射频前端电路的研究显得越来越重要。射频滤波器作为射频前端电路的关键部件，在整个无线通信系统中扮演着十分重要的角色，高选择性，小体积，低损耗滤波器是实现高质量无线通信的关键器件。

以往在提升滤波器的选择性方面，常采取的措施是提高滤波器的阶数。对于单模滤波器而言，提升阶数势必会导致滤波器体积的增加，给设计的小型化带来难度。多模谐振器由于同时含有多个模式，使得一个多模谐振器相当于多个单模谐振器级联，因此能够在提升性能的同时避免体积的增加。此外，相较于微带滤波器，腔体滤波器在提升滤波器功率容量方面也存在显著优势。因此，对于多模腔体滤波器的研制显得尤为迫切。

2015年，Sai-Wai Wong等人在本领域顶级期刊IEEE Transaction On Microwave Theory And Techniques上发表题为“Triple-and Quadruple-Mode Wideband Bandpass Filter Using Simple Perturbation in Single Metal Cavity”的文章，利用圆柱形波导腔分别设计了一款单腔三模与四模超宽带滤波器。作者通过在圆形金属腔内部添加金属圆柱，将高次模TM01与TM11的频率降低到简并TE模附近，分别设计了一款单腔三模与四模超宽带滤波器。

2015年，Xuguang Wang等人在本领域顶级期刊IEEE Transaction On Microwave Theory And Techniques上发表题为“Compact Quad-Mode Bandpass Filter Using Modified Coaxial Cavity Resonator With Improved-Factor”的文章，利用矩形同轴腔设计了一款单腔四模滤波器。作者通过矩形腔内的四个同轴柱之间的磁场相互作用，实现了具有四个高Q值谐振模式的谐振器，并以此设计了一款单腔四模滤波器。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出了一种新型的腔体四模滤波器，该滤波器通过金属柱间的电场相互作用实现了单腔四模谐振特性，具有体积小、选择性高、功率容量大、带宽易于控制的优点，能够满足小型化、低成本、特性好的设计要求。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种腔体四模滤波器，包括具有四个谐振模式的腔体谐振器、第一调谐销钉、第二调谐销钉、第三调谐销钉及对称设置的输入端口和输出端口；所述腔体谐振器是一个矩形的金属盒，该金属盒的每个内侧壁均安装有一个金属柱，每个金属柱等效为一个同轴腔谐振器；所述输入端口由SMA接头连接馈电探针构成，安装在金属盒的上顶面；所述输出端口由SMA接头连接馈电探针构成，安装在金属盒的下底面；所述第一调谐销钉、第二调谐销钉、第三调谐销钉分别安装在金属盒的上顶面。

所述馈电探针为弯折的金属探针。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型利用金属柱之间的电场相互作用，形成不同于传统腔体滤波器的新型腔体四模滤波器。

2、本实用新型所采用的四个谐振模式，具有较高Q值，所设计滤波器具有较高选择性，可以满足实际多种通信要求。

3、本实用新型所采用的滤波器为全封闭金属结构，所以功率容量较高。

4、由于滤波器为金属腔体结构，易于加工，适合批量工业生产，所以滤波器具备结构简单、生产成本低的优点。

附图说明

图1为本实用新型所述腔体四模滤波器的俯视图。

图2为本实用新型所述腔体四模滤波器的正视图。

图3为本实用新型的腔体谐振器带四个金属柱的俯视图。

图4为本实用新型的腔体谐振器带四个金属柱的正视图。

图5a为本实用新型所述腔体四模谐振器中Mode1的电场分布图。

图5b为本实用新型所述腔体四模谐振器中Mode2的电场分布图。

图5c为本实用新型所述腔体四模谐振器中Mode3的电场分布图。

图5d为本实用新型所述腔体四模谐振器中Mode4的电场分布图。

图6a为HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下谐振器的各模式频率曲线随L变化图。

图6b为HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下谐振器的各模式频率曲线随H变化图。

图6c为HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下谐振器的各模式频率曲线随TH变化图。

图6d为HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下谐振器的各模式频率曲线随CR变化图。

图7a为馈电探针高度InputZ变化下滤波器的插入损耗(|S₂₁|)仿真结果图。

图7b为馈电探针长度InputXL变化下滤波器的插入损耗(|S₂₁|)仿真结果图。

图8a为第一调谐销钉长度变化下滤波器的插入损耗(|S₂₁|)仿真结果图。

图8b为第二调谐销钉长度变化下滤波器的插入损耗(|S₂₁|)仿真结果图。

图8c为第三调谐销钉长度变化下滤波器的插入损耗(|S₂₁|)仿真结果图。

图9为本实用新型所述腔体四模滤波器的插入损耗(|S21|)与回波损耗(|S₁₁|)仿真结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型所述新型腔体四模滤波器的核心内容是具有四个谐振模式的腔体谐振器，通过调整该谐振器结构尺寸，可以使谐振器的谐振频率位于任意频段，从而改变滤波器的中心频率。在此谐振器结构的基础上添加端口激励结构、耦合与调谐结构则可进一步得到所需的滤波器。

如图1、图2、图3、图4所示，本实施例所提供的腔体四模滤波器，包括具有四个谐振模式的腔体谐振器1、第一调谐销钉4、第二调谐销钉5、第三调谐销钉6及对称设置的输入端口2和输出端口3；所述腔体谐振器1是一个矩形的金属盒，该金属盒的每个内侧壁均安装有一个金属柱7，每个金属柱7等效为一个同轴腔谐振器，因金属柱相距较近，四个同轴腔之间的电场存在相互作用，由此形成了四个频率相近的谐振模式；所述输入端口由SMA接头连接馈电探针(具体为弯折的金属探针)构成，安装在金属盒的上顶面，用于激励所需方向的电场；所述输出端口由SMA接头连接馈电探针(具体为弯折的金属探针)构成，安装在金属盒的下底面，用于激励所需方向的电场；所述第一调谐销钉4、第二调谐销钉5、第三调谐销钉6分别安装在金属盒的上顶面，用于调节各模式的谐振频率以及之间的耦合。

图5a、5b、5c、5d依次为上述腔体四模滤波器中Mode1、2、3、4的电场分布。其中，图5a、5d所示两模式在谐振器内同时存在水平与竖直方向的电场。图5b、5c所示两模式在谐振器内只存在竖直或水平方向的电场，两模式电场相互正交，为一对简并模。

参见图6a、6b、6c、6d所示，通过HFSS仿真得到谐振器各模式频率曲线变化，从图中可知，通过调整结构参数L、H、TH、CR可以实现对所述谐振器各模式频率的控制。

参见图7a、7b所示，通过仿真得到不同探针高度InputZ以及不同探针长度InputXL下的插入损耗(S₂₁)仿真结果，横轴表示本实用新型中微带滤波器的信号频率，纵轴表示滤波器的插入损耗(S₂₁)。从图中可发现探针高度与探针长度两参数均能有效地控制滤波器内各模式的激励强度。随着探针高度的增加，滤波器通带内各模式逐渐分离，更加明显；随着探针长度的增加，滤波器通带内各模式的激励强度明显增大。

参见图8a、8b、8c所示，显示的是调谐销钉变化下滤波器的插入损耗(|S₂₁|)仿真结果，从图中可发现调谐销钉能够有效地调节各模式的频率以及之间的耦合。

图9展示的是本实施例所述腔体四模滤波器的插入损耗(|S21|)与回波损耗(|S₁₁|)的仿真结果，可以发现，仿真的滤波器中心频率为2595MHz，|S₂₁|3dB带宽范围为2575MHz-2615MHz，在2580MHz-2609MHz(12％)范围内，其回波损耗都超过10dB，性能优良。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。