一种介质腔体双通带滤波器的制作方法

本发明涉及介质腔体双通带滤波器领域。

背景技术：

随着各种通信标准的不断涌现，多频多模的射频前端成为一个发展趋势，而为了构建这些射频前端，需要使用双通带或者多通带滤波器。

当前已发表的双通带滤波器设计方案大概有以下几种：第一种方案是使用两个单通带滤波器并联，每个滤波器产生一个通带，从而获得两个通带；第二种方案是使用宽带带通滤波器和带阻滤波器串联，利用带阻滤波器的阻带割裂带通滤波器的通带，一分为二，获得两个通带；第三种方案是使用在带通滤波器中嵌入带阻谐振器单元，使得通带分裂成两个；第四种方案是双模谐振器方案，利用高介电常数的两个谐振模式分别实现一个通带。几种方案中，基于双模谐振器的方案具有更高的电路效率，但是常常不能够自由控制各个通带的带宽。

从实现形式来说，目前双通带滤波器很多方案是平面电路形式，比如微带形式或基片集成波导形式，但是谐振器q值较低，导致滤波器损耗较大。虽有少数同轴腔体双通带滤波器方案，但谐振器q在移动通信频段往往限制在三、四千以下；而波导双通带滤波器由于体积原因，不适用于移动通信频段(l波段和s波段)。

为了更进一步提高谐振器q值，降低双通带滤波器的损耗，本发明使用加载高介电常数柱形介质的腔体谐振器的三个模式(te01δ模式和两个简并的heh11模式)实现了双通带滤波器，每个谐振模式的q值能达到一万以上。一腔三模、体积复用的方案获得了较小的滤波器体积。

技术实现要素：

本发明利用介质腔体谐振器实现双通带滤波器。其中介质腔体谐振器为加载了高介电常数圆柱形介质的腔体谐振器。使用其te01δ单模谐振模式和heh11简并双模谐振模式分别实现一个通带，这些谐振模式具有较高的q值，可以获得较低的通带损耗。

为此，在输入/输出同轴端口通过树杈形金属探针结构实现与第一个和最后一个介质谐振腔的耦合，其中树杈形金属探针结构包括直导体部分和圆弧导体部分，同时实现端口与相邻谐振器的te01δ模式和一个heh11模式的耦合。

在相邻两腔体之间的导体腔壁的边缘和中间分别开窗口，并施加两个金属探针，实现两腔的te01δ模式之间以及heh11模式之间的耦合。

在每个腔体的对角线上，从盖板上实施金属调螺，实现腔内两个简并heh11模式之间的耦合。

在每个腔内实施金属调螺或金属盘，实现对三个模式的频率调谐。

该介质腔体双通带滤波器每个腔有三个模式用于实现两个通带，体积使用效率高，体积较小，同时具有损耗低、功率容量大等优点。

技术效果：

1.本发明所述的介质腔体双通带介质滤波器利用每个腔体的te01δ谐振模式和两个heh11简并谐振模式来两个通带，体积复用，具有较高的体积使用效率和较小的体积。

2.相比于微带形式、基片集成波导形式的的双通带滤波器，本发明所述的介质腔体双通带滤波器具有损耗低、功率容量大、温度稳定度高的优势，特别适用于基站射频前端。

附图说明：

图1加载了高介电常数圆柱形介质的腔体谐振器(介质腔体谐振器)

图2介质腔体谐振器的te01δ模式和两个简并的heh11模式的电场图

图3具有两个腔的介质腔体双通带滤波器的结构

图4具有两个腔的介质腔体双通带滤波器的模式耦合示意图

图5具有两个腔的介质腔体双通带滤波器的等效电路拓扑结构

图6具有两个腔的介质腔体双通带滤波器的实测s参数曲线

具体实施方式

如图1为加载高介电常数圆柱形介质的介质腔体谐振器。其中，在方形金属空腔中加载高介电常数柱形介质，该介质由一个低介电常数圆柱形介质支撑。

如图2为该介质腔体谐振器的主要的谐振模式的电场分布。图2(a)所示为te01δ模式的电场，其电场围绕中心轴旋转，电场方向为φ方向；图2(b)和图2(c)分别为两个兼并的heh11模式的电场，其电场极化方向都平行于质横截面，一个模式电场极化方向为横向，记为heh11//，另一模式的电场极化方向为纵向，记为heh11⊥。通过合理的介质柱尺寸的设置，可以获得需要te01δ和heh11模式的谐振频率，分别用于实现两个通带。

图3给出了具有两个腔体的介质腔体双通带滤波器的具体结构。图4利用各模式电场极化方向表示个模式，给出主要耦合结构，为该滤波器的模式耦合示意图。下面结合图3和图4对本发明的具体实施作说明。

图3中包含两个介质腔体谐振器，分别加载高介电常数介质柱d1和d2，两个介质柱分别由低介电常数介质柱s1和s2支撑。

输入端p1和输出端p2分别设置树杈形金属探针耦合结构c1和c2。每个树杈形金属探针，直接与端口的同轴连接器的内导体相连接(一体加工，或者焊接为一体)。每个树杈形耦合结构分为直导体部分和弧线导体部分，二者可以通过焊接而成一体。c1和c2中的直导体部分分别与腔体1和腔体2中的heh¹11⊥、heh²11⊥模式电场极化方向一致，分别实现端口1和端口2与heh¹11⊥和heh²11⊥的耦合，直导体部分深入腔体越长，耦合越强。c1和c2中的弧线导体部分与腔体1和腔体2中的te¹01δ、te²01δ模式的电场极化方向相同，主要实现p1、p2与te¹01δ和te²01δ的耦合，弧度越大，耦合越强。

在谐振腔之间的金属腔壁上开两个窗口，分别位于腔壁的中间和边缘。每个窗口处分别通过一个介质支架(比如使用teflon材料)设置一个金属探针，分别为z1和z2。其中z1主要实现两个腔体中的heh¹11⊥和heh²11⊥模式之间的耦合，因为z1与这两个模式的电场极化方向相同。z2主要实现te¹01δ与te²01δ模式之间的耦合，因为z2在腔体侧边处与te¹01δ与te²01δ的电场相切。耦合大小取决于z1和z2的长度，以及二者与介质柱d1、d2的高度差，长度越长，高度越接近d1和d2，则耦合越强。

在两个谐振腔的盖板上设置了若干金属调螺，垂直于介质柱体的圆形表面深入到腔体内。其中t1和t5分别实现对heh¹11⊥和heh²11⊥的频率调谐，t2和t4分别实现对heh¹11⊥、heh²11⊥模式的频率调谐。t3和t8调螺的末端可以设置金属圆盘，实现对te¹01δ和te²01δ模式的频率调谐。两个谐振腔内对角线上分别设置金属调螺t4和t8，分别实现了腔体1和腔体2内heh11简并双模之间的耦合，调螺t4和t8旋入越深，则简并双模之间的耦合系数越大。t9和t10设置于两腔之间的窗口，分别实现对z1、z2探针耦合的微调。

总结以上，可以看到该滤波器存在关于te01δ模式和heh11模式的两个耦合路径，如图5所示，分别获得两个通带。

对于te01δ，耦合路径为：端口1、te¹01δ、te²01δ、端口2。谐振模式之间的耦合强弱用耦合k系数表征。端口与谐振模式之间的耦合强弱用外界q值表征。外界q值/耦合系数依次为该耦合路径实现了一个单模的二阶滤波通带。

对于heh11模式，耦合路径为：端口1、heh¹11⊥、heh¹11//、heh²11//、heh²11⊥、端口2。外界q值/耦合系数依次为实现了双模四阶滤波通带。

本发明给出一个双腔双通带滤波器的设计实例。

其中每个腔体的内部长、宽、高分别为：34mm、34mm、30mm。高介电常数介质柱的介电常数为45，直径为28.3mm，高度为6.45mm，支撑介质柱的介电常数为10，直径为10mm，高度为10mm。端口轴心高度、探针轴心高度距高介电常数介质柱的底面2mm。树杈型耦合结构由直径1.5mm导体焊接而成。两腔之间壁厚4mm，窗口的宽度皆为6mm。中间金属探针z1的直径为1.5mm，长10mm。边缘探针直径1.2mm，长30mm。实际各耦合探针和树杈型金属探针的长度尺寸由调试确定。其中t1、t2、t4、t5、t6、t7、t9和t10金属调螺的直径为4mm。t3和t8调螺的上部直径为4mm调螺，下端焊接金属圆盘直径为10mm，厚度2mm。所有调螺的旋入深度由实际调试确定。

该双通带滤波器，频率较低的通带是基于te01δ模式，中心频率f1＝2.28ghz，带宽bw1＝35mhz。频率较高的通带是基于heh11简并双模谐振模式，中心频率f2＝2.65ghz，带宽bw2＝85mhz。具体测试获得s11和s21曲线如图6所示。

本发明说明书仅给出具有两个腔体的双通带滤波器的结构。实际设计可以根据指标要求设置更多谐振腔，相邻谐振腔之间使用双金属探针结构实现耦合，通过腔体级联获得高阶双通带滤波器。