一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，包括腔体、第一端口、第二端口、第一微扰金属体以及第二微扰金属体；所述第一微扰金属体和第二微扰金属体设置在腔体内的底部，第一微扰金属体和第二微扰金属体的中心均偏离腔体的中心，且第一微扰金属体和第二微扰金属体以腔体的纵向中心线为中心相互对称；所述第一端口和第二端口设置在腔体上，并贯穿腔体外壁和内壁；所述第一端口处设有第一导体组件，所述第二端口处设有第二导体组件，所述第一导体组件的轴线和第二导体组件的轴线相垂直，并分别垂直于腔体的纵向中心线。本实用新型具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，而且具有比较宽的分数带宽，能够很好的满足小型化通信的要求。
【专利说明】
一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种滤波器，尤其是一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，属于无线通信领域。
【背景技术】
[0002]在现代移动通信技术中，微波射频器件已成为了必不可少的重要组成部分。滤波器作为基本的一种射频器件，其插入损耗、带外抑制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。系统小型化便携化的趋势要求滤波单元在更小空间内实现所需性能指标。
[0003]针对上述需求，波导腔体多模滤波器具有很多优点:第一，高Q值；第二，高功率容量；第三，波导腔体多模滤波器在一个腔体内就能实现单模所需的几个腔才能实现的滤波特性，因此，小型化这一优势显露无疑。这三大特点保证了滤波器的小型化和高性能的要求。同时我们也不能忽视介质多模滤波器在产品研制、制造，尤其是规模化生产的实现上存在诸多挑战，主要是以下问题:其一，高次模产品复杂的寄生耦合对于主模式影响很大，大大提高了仿真尤其是调试的复杂性。这要求对待高次模必须借助其固有特性，消减负面影响，加强有效利用；其二，复杂的可调谐耦合结构，通常的腔体多模调谐结构为螺钉，并且在分离简并模的问题上采用切角和与在两个极化的电场成45°加耦合螺钉的方法，这样的话加工难度提高，从而提高了加工成本。
[0004]据调查与了解，已经公开的现有技术如下:
[0005]I)谐振器的分离简并模一般有三种方法:a、如图1a和Ib所示，通过耦合螺钉来实现简并模耦合时，为了避免相互作用，其位置应位于两个谐振(要耦合)的电场强度最大值附近，且其余简并模电场为零的区域，通常耦合螺钉与两个极化的电场成45°，但这种耦合方式可调谐范围比较小；b、如图2a和2b所示，在谐振器45°角上方伸进耦合螺钉，同样可以分离简并模；c、如图3a和3b所示，剖出个矩形切角，但这种耦合方式不易加工。
[0006]2) 1987 年，R.R.Bonetti 等学者在 IEEE MTT-S digest 发表题为“Quadruple-modeFilters”文章中，提出通过耦合螺钉分离简并模，结构图如图4a所示，并实现单腔四模窄带带通滤波器，如图4b是该结构滤波器的仿真结果。从仿真结果可以看出，该滤波器的性能良好，但结构加工相对比较复杂。
[0007]3)2011年10月，张龙学者在“同轴型微波介质滤波器研究”文章中提出一种介质滤波器，如图5a所示，并在HFSS电磁仿真软件建模分析，实现了四模带通滤波器，仿真结果图如图5b所示。但这种结构比较复杂，而且从仿真结果可以看出带外没有传输零点，带外抑制较差。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种具有结构简单、加工容易、性能好的优点，而且具有比较宽的分数带宽，能够满足通信系统要求的采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器。
[0009]本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0010]一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:包括腔体、第一端口、第二端口、第一微扰金属体以及第二微扰金属体；所述第一微扰金属体和第二微扰金属体设置在腔体内的底部，第一微扰金属体和第二微扰金属体的中心均偏离腔体的中心，且第一微扰金属体和第二微扰金属体以腔体的纵向中心线为中心相互对称；所述第一端口和第二端口设置在腔体上，并贯穿腔体外壁和内壁；所述第一端口处设有第一导体组件，所述第二端口处设有第二导体组件，所述第一导体组件的轴线和第二导体组件的轴线相垂直，并分别垂直于腔体的纵向中心线。
[0011]作为一种优选方案，所述第一导体组件由第一同轴内导体和第一同轴外导体焊接组成，所述第二导体组件由第二同轴内导体和第二同轴外导体焊接组成；所述第一同轴内导体从第一端口伸进腔体内，所述第一同轴外导体固定在第一端口处的腔体外壁上；所述第二同轴内导体从第二端口伸进腔体内，所述第二同轴外导体固定在第二端口处的腔体外壁上。
[0012]作为一种优选方案，所述第一同轴内导体和第二同轴内导体均米用I禹合杆，所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接。
[0013]作为一种优选方案，所述每个SMA接头上设有四个通孔，所述腔体在第一端口和第二端口附近的位置上分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，所述每个SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在腔体外壁上。
[0014]作为一种优选方案，所述第一微扰金属体的底面上设有与第一微扰金属体构成一整体的第一固定/调谐螺钉，所述第二微扰金属体的底面上设有与第二微扰金属体构成一整体的第二固定/调谐螺钉；所述第一微扰金属体通过第一固定/调谐螺钉安装在腔体内的底部，所述第二微扰金属体通过第二固定/调谐螺钉安装在腔体内的底部。
[0015]作为一种优选方案，所述第一固定/调谐螺钉设置在第一微扰金属体的底面中心处；所述第二固定/调谐螺钉设置在第二微扰金属体的底面中心处。
[0016]作为一种优选方案，所述腔体为矩形腔或圆柱腔；所述腔体为矩形腔时，所述第一端口和第二端口分别设置在腔体除顶面和底面外的任意两个相互垂直的面上。
[0017]作为一种优选方案，所述第一微扰金属体和第二微扰金属体的形状为圆柱体或矩形体。
[0018]本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0019]1、本实用新型的滤波器采用的是腔体内偏移金属体这种简单的微扰调谐结构，具体是在腔体内设置两个微扰金属体，并令两个微扰金属体的中心均偏离腔体的中心，使两个微扰金属体在腔体内形成偏移的四模谐振器，从而实现分离简并模，具有高选择性、高Q值、设计和加工简单的特点，而且具有比较宽的分数带宽，能够很好的满足小型化通信的要求。
[0020]2、本实用新型的滤波器在2.75GHz?3.78GHz的范围内有四个明显的谐振点，可见是采用单腔四模谐振器的宽带滤波器，克服了现有滤波器采用单腔单模谐振器所存在的零点产生困难问题。
[0021]3、本实用新型的滤波器不用加工任何切角或者开槽，加工容易，解决了腔体滤波器带宽窄加工复杂的问题，且结构简单，应用范围广。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1a为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为矩形体)结构图。
[0023]图1b为采用现有技术第一种分离简并模方法的谐振器(谐振器为圆柱体)结构图。
[0024]图2a为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器立体图。
[0025]图2b为采用现有技术第二种分离简并模方法的谐振器俯视图。
[0026]图3a为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器立体图。
[0027]图3b为采用现有技术第三种分离简并模方法的谐振器俯视图。
[0028]图4a为现有技术中通过耦合螺钉分离简并模的单腔四模窄带带通滤波器结构图。
[0029]图4b为现有技术中通过耦合螺钉分离简并模的单腔四模窄带带通滤波器仿真结果图。
[0030]图5a为现有技术分离简并模的同轴腔体的四模窄带带通滤波器的结构图。
[0031]图5b为现有技术分离简并模的同轴腔体的四模窄带带通滤波器的仿真结果图。
[0032]图6为本实用新型实施例1的滤波器正视图。
[0033]图7为本实用新型实施例1的滤波器俯视图。
[0034]图8为本实用新型实施例1的滤波器未安装导体组件的正面结构示意图。
[0035]图9为本实用新型实施例1的滤波器未安装导体组件的右侧面结构示意图。
[0036]图10为本实用新型实施例1的滤波器中未开出端口的腔体与两个微扰金属体的位置关系立体图。
[0037]图11为本实用新型实施例1的滤波器中SMA接头正面结构示意图。
[0038]图12为本实用新型实施例1的滤波器中SMA接头侧面结构示意图。
[0039]图13为本实用新型实施例1的滤波器频率响应的电磁仿真曲线图。
[0040]图14为加工本实用新型实施例1的滤波器时的上腔体示意图。
[0041]图15为加工本实用新型实施例1的滤波器时的封闭式底板示意图。
[0042]图16为本实用新型实施例2的滤波器俯视图。
[0043]图17为本实用新型实施例3的滤波器俯视图。
[0044]图18为本实用新型实施例4的滤波器俯视图。
[0045]其中，1-腔体，2-第一端口，3-第二端口，4-第一微扰金属体,5-第二微扰金属体，6-第一固定/调谐螺钉，7-第二固定/调谐螺钉，8-第一同轴内导体，9-第一同轴外导体，10-第二同轴内导体，11-第二同轴外导体，12-通孔，13-螺纹孔，14-螺钉，15-末端，16-定位孔，17-第一固定/调谐螺纹孔，18-第二固定/调谐螺纹孔。
【具体实施方式】
[0046]实施例1:
[0047]如图6?图10所示(其中，为体现出图8和图9的区别，将两个微扰金属体未遮挡的部分用实线表示)，本实施例的滤波器包括腔体1、第一端口 2、第二端口 3、第一微扰金属体4以及第二微扰金属体5 ;所述腔体I为圆柱腔，所述第一微扰金属体4以及第二微扰金属体5的形状为圆柱体，所述第一端口 2和第二端口 3既可以作为输入端口，又可以作为输出端口 ；
[0048]所述第一微扰金属体4的底面上设有与第一微扰金属体4构成一整体的第一固定/调谐螺钉6，所述第二微扰金属体5的底面上设有与第二微扰金属体5构成一整体的第二固定/调谐螺钉7 ;所述第一微扰金属体4通过第一固定/调谐螺钉6安装在腔体I内的底部，所述第二微扰金属体5通过第二固定/调谐螺钉7安装在腔体I内的底部，且第一微扰金属体4和第二微扰金属体5均偏离腔体I的中心；所述第一端口 2设置在腔体I的正面，第二端口 3设置在腔体I的右侧面，且第一端口 2和第二端口 3都距腔体I的顶面和底面有一段距离，第一端口 2和第二端口 3均贯穿腔体I外壁和内壁；所述第一端口 2处设有第一导体组件，所述第二端口 3处设有第二导体组件，所述第一导体组件和第二导体组件都用来传输信号，所述第一导体组件由第一同轴内导体8和第一同轴外导体9焊接组成，所述第二导体组件由第二同轴内导体10和第二同轴外导体11焊接组成；所述第一同轴内导体8从第一端口 2伸进腔体I内，所述第一同轴外导体9固定在第一端口 2处的腔体I外壁上；所述第二同轴内导体10从第二端口 3伸进腔体I内，所述第二同轴外导体11固定在第二端口 3处的腔体I外壁上；所述第一导体组件的轴线(设所在坐标轴为z轴)和第二导体组件的轴线(设所在坐标轴为X轴)相垂直，并分别垂直于腔体I的纵向中心线(设所在坐标轴为y轴)，从图7的俯视图中可以看到，第一微扰金属体4顶面的圆心相对于腔体I顶面的中心点，沿X轴方向偏移了 dx，沿-Z轴方向偏移了 dz ;第二微扰金属体5顶面的圆心相对于腔体I顶面的中心点，沿-X轴方向偏移了 dx，沿z轴方向偏移了 dz ;由此可见，第一微扰金属体4和第二微扰金属体5以腔体I的纵向中心线为中心相互对称；
[0049]所述第一同轴内导体8和第二同轴内导体10均采用耦合杆，所述第一同轴外导体9和第二同轴外导体11均采用SMA接头，每个SMA接头的结构如图11和12所示，每个SMA接头上设有四个通孔12，所述腔体I在第一端口 2和第二端口 3附近的位置上分别开有四个与SMA接头的通孔12相对应的螺纹孔13，每个SMA接头通过四根螺钉14穿过四个通孔12后与四个螺纹孔13配合固定在腔体I的外壁上，SMA接头的末端15与耦合杆焊接。
[0050]本实施例的滤波器频率响应的电磁仿真曲线如图13所示，图中虚线表示IS11I，是输入端口的回波损耗；实线表示IS211，是输入端口到输出端口的正向传输系数，可以看到在2.75GHz?3.78GHz的范围内，| S111的值都在_15dB以下，并有四个明显的谐振点(即第一微扰金属体4和第二微扰金属体5在腔体I内构成了四模谐振器)。
[0051]本实施例的滤波器加工过程如下:
[0052]取一个矩形体，将最底部切开，切开的最底部为封闭式底板，在剩下未切开的部分挖出一个圆柱腔，使这部分形成上腔体，上腔体和封闭式底板分别如图14和15所示，再结合图6?图8进行加工，在上腔体前部和右部各自开出一个口，分别作为第一端口 2和第二端口 3，在第一端口 2和第二端口 3附近的位置上分别开出四个与SMA接头的通孔12相对应的螺纹孔13，在上腔体底部未挖的位置上开出四个与销钉对应的定位孔16，在封闭式底板上开出四个定位孔16和两个固定/调谐螺纹孔(分别为第一固定/调谐螺纹孔17和第二固定/调谐螺纹孔18)，封闭式底板上的定位孔16的直径大小与上腔体底部的定位孔16的直径大小相同，第一微扰金属体4底面的第一固定/调谐螺钉6与第一固定/调谐螺纹孔17相配合，第二微扰金属体5底面的第二固定/调谐螺钉7与第二固定/调谐螺纹孔18相配合，使第一微扰金属体4和第二微扰金属体5安装在封闭式底板上,将两个SMA接头与两条耦合杆焊接后，分别固定在第一端口 2和第二端口 3处，再通过销钉将上腔体和封闭式底板进行固定。
[0053]实施例2:
[0054]本实施例的主要特点是:如图16所示，所述腔体I为矩形腔，所述第一微扰金属体4和第二微扰金属体5的形状为圆柱体；所述第一端口 2和第二端口 3可以分别设置在腔体I除顶面和底面外的任意两个相互垂直的面上(本实施例中，第一端口 2设置在腔体I的正面，第二端口 3设置在腔体I的右侧面，且第一端口 2和第二端口 3都距腔体I的顶面和底面有一段距离)；而加工过程同样是取一个矩形体，将最底部切开，切开的最底部为封闭式底板，在剩下未切开的部分挖出一个矩形腔，使这部分形成上腔体。其余同实施例1。
[0055]实施例3:
[0056]本实施例的主要特点是:如图17所示，所述腔体I为圆柱腔，所述第一微扰金属体4和第二微扰金属体5的形状为矩形体。其余同实施例1或2。
[0057]实施例4:
[0058]本实施例的主要特点是:如图18所示，所述腔体I为矩形腔，所述第一微扰金属体4和第二微扰金属体5的形状为矩形体。其余同实施例1或2。
[0059]上述实施例1?4中，所述腔体1、第一微扰金属体4、第二微扰金属体5、第一导体组件和第二导体组件采用的金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和钼的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和钼任意一种的合金。
[0060]以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利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专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。
【权利要求】
1.一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:包括腔体、第一端口、第二端口、第一微扰金属体以及第二微扰金属体；所述第一微扰金属体和第二微扰金属体设置在腔体内的底部，第一微扰金属体和第二微扰金属体的中心均偏离腔体的中心，且第一微扰金属体和第二微扰金属体以腔体的纵向中心线为中心相互对称；所述第一端口和第二端口设置在腔体上，并贯穿腔体外壁和内壁；所述第一端口处设有第一导体组件，所述第二端口处设有第二导体组件，所述第一导体组件的轴线和第二导体组件的轴线相垂直，并分别垂直于腔体的纵向中心线。
2.根据权利要求1所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述第一导体组件由第一同轴内导体和第一同轴外导体焊接组成，所述第二导体组件由第二同轴内导体和第二同轴外导体焊接组成；所述第一同轴内导体从第一端口伸进腔体内，所述第一同轴外导体固定在第一端口处的腔体外壁上；所述第二同轴内导体从第二端口伸进腔体内，所述第二同轴外导体固定在第二端口处的腔体外壁上。
3.根据权利要求2所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述第一同轴内导体和第二同轴内导体均采用耦合杆，所述第一同轴外导体和第二同轴外导体均采用SMA接头，所述SMA接头的末端与耦合杆焊接。
4.根据权利要求3所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述每个SMA接头上设有四个通孔，所述腔体在第一端口和第二端口附近的位置上分别开有四个与SMA接头的通孔相对应的螺纹孔，所述每个SMA接头通过四根螺钉穿过四个通孔后与四个螺纹孔配合固定在腔体外壁上。
5.根据权利要求1所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述第一微扰金属体的底面上设有与第一微扰金属体构成一整体的第一固定/调谐螺钉，所述第二微扰金属体的底面上设有与第二微扰金属体构成一整体的第二固定/调谐螺钉；所述第一微扰金属体通过第一固定/调谐螺钉安装在腔体内的底部，所述第二微扰金属体通过第二固定/调谐螺钉安装在腔体内的底部。
6.根据权利要求5所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述第一固定/调谐螺钉设置在第一微扰金属体的底面中心处；所述第二固定/调谐螺钉设置在第二微扰金属体的底面中心处。
7.根据权利要求1所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述腔体为矩形腔或圆柱腔；所述腔体为矩形腔时，所述第一端口和第二端口分别设置在腔体除顶面和底面外的任意两个相互垂直的面上。
8.根据权利要求1所述的一种采用单腔四模腔体谐振器的宽带滤波器，其特征在于:所述第一微扰金属体和第二微扰金属体的形状为圆柱体或矩形体。
【文档编号】H01P1/207GK203983432SQ201420330375
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】王世伟, 冯世芬, 林景裕, 褚庆昕 申请人:华南理工大学