一种多模腔体折叠滤波器的制作方法

本发明涉及滤波器，尤其涉及一种多模腔体折叠滤波器。背景计术微波滤波器是现代通信系统中必不可少的部件，它最重要的作用就是让那些无用信号在通过滤波器时能够衰减，让有用信号能够有效传输。腔体滤波器是微波滤波器中的一种，通常使用多个谐振腔作为lc等效回路级联而成，各个谐振腔与输入、输出端口构成电磁波能量流动的路径。当谐振器工作在单模时，该腔体滤波器即为单模滤波器。单模滤波器趋向于被构建为分离物理谐振器的级联，这种级联表现在谐振器之间或者谐振器与输入/输出端口的各种耦合。单模滤波器中每个谐振器具有单个主导谐振频率或模式，通过提供谐振频率或模式而将这些谐振器耦合在一起。这些谐振器通过腔体之间连接的波导而被耦合在一起。通常，谐振器之间的交叉耦合提供传输极点和零点，其可以在特定频率被调谐以提供期望的滤波器频率响应。普通的圆腔多模滤波器采用的是单个谐振腔以及耦合波导分开加工的方法，通过腔体中的耦合膜片，调谐螺钉，以及耦合螺钉来实现滤波特性。在文献“四腔双模椭圆函数波导滤波器”(《电讯技术》,1978(5):44-61)中，关于双模波导滤波器的设计做了详细描述，该滤波器一个圆柱腔中有两个正交h111模式被激励，故一个实际腔体起着两个电气腔的作用，实现了一腔多模的技术。在该技术中，滤波器结构被设计的过于复杂，除了原有圆波导外还包括调谐螺钉，耦合螺钉，这些元件会严重影响加工效率，加工精度。在tang,hongjun和w.hong等人提出的“substrateintegratedwaveguidedualmodefilterwithcircularcavity”文献中，介绍了一种双模圆腔介质集成波导滤波器，该滤波器在介质基底上、下两面覆盖有金属层，在金属层上通过打孔形成类似于谐振腔的结构，一排排的小孔相当于谐振腔的金属壁，电磁能量在小孔形成的金属壁之间传播。这种技术使得滤波器尺寸显著减小，加工难度也大为降低，因为此类双模滤波器具有结构上的优势，但这类滤波器的插入损耗一般都比腔体滤波器大，也会有温度变化带来的频率偏移。在duong,tuanviet提出的“amillimeterwavehigh-isolationdiplexerusingselectivity-improveddual-modefilters”文献中，介绍了一种利用双模滤波器的毫米波双工器，文中的双工器完全由金属空腔构成，没有任何的调谐螺钉。然而为了得到很好的滤波特性，文中采用了腔体级联的方式，这种方法空间利用率很低，尤其应用于低频设计时其尺寸难以接受。申请号为cn201480009875.6的发明公开了一种多模腔体滤波器，包含了至少两个介质谐振器主体，其中每个谐振器都结合了一片电介质材料，该滤波器具有较好的电性能，但介质材料的引入会导致插入损耗增大以及温度变化带来的频率偏移。许多单模滤波器为了用于实现技术指标，不得不通过级联多节谐振器从而达到很好的滤波特性，但同时也会导致滤波器本身的尺寸大幅度增加，使得加工难度也提高很多。普通圆腔多模滤波器不仅加工难度大，加工费用高，产品加工出来以后，装配在一起误差积累也会相对较大，每个谐振腔上不仅有调谐螺钉还有耦合螺钉，螺钉的数量直接影响了滤波器的调谐难度和生产效率，还会导致q值降低，插入损耗增大。加载介质的多模滤波器体积更小，但是介质的引入会带来更大的插入损耗和温度不稳定性。技术实现要素：本发明针对上述普通圆腔多模滤波器的不足，提出一种多模腔体折叠滤波器，其利用腔体滤波器侧边的耦合，以及调节腔体滤波器尺寸来设计滤波器传输特性，去除了传统滤波器中繁琐的螺钉调谐模式，使得滤波器的q值提高，插损减小。同时利用耦合谐振腔级联多模谐振腔主体实现了滤波器的堆叠放置，大大减小了滤波器平面维度的尺寸。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种多模腔体折叠滤波器，其是由至少两个以上的多模谐振腔主体级联而成的，每个多模谐振腔主体的周围被金属或者电镀金属层覆盖。进一步，上述多模谐振腔主体可以具有相同形状的腔体或不同形状的腔体。不同形状的腔体可以是矩形腔、椭圆腔、三角形腔或其他多边形腔。进一步，上述多模谐振腔主体之间的级联是通过耦合谐振腔连接的。耦合谐振腔可以是空气填充，也可以根据需要部分填充或全部填充介质体。多模腔体折叠滤波器包含两个或多个单腔滤波器，通过空气谐振腔耦合连接。单腔滤波器可以层叠在一起减小总的体积，也可以不进行层叠，而是根据通信系统硬件需要做赋形设计。作为优选，上述赋形设计指多模谐振腔主体之间的级联可以呈环形或者呈一定角度分布，但也不限于此，可以是其他形状分布。与现有技术相比，本发明优点为：1.利用腔体侧边耦合的方式实现腔体折叠，大大缩减了滤波器的尺寸和体积，进而可有效缩减整个通信系统的体积。2.通过腔体滤波器相关结构参数的设计来调节滤波器电性能，去除了传统滤波器中繁琐的螺钉调谐模式，简化了生产、装配工艺，可极大提高生产效率、降低成本。3.腔体滤波器未使用任何介质填充材料，可有效提高q值，减小插入损耗，并增加滤波器的温度稳定性。4.腔体折叠滤波器可以进一步与通信系统的几何外型进行贴合赋形设计，不再简单地作为一种级联微波器件，有利于通信系统一体化设计，可进一步缩减其体积。附图说明图1为双模单腔滤波器的三维立体图。图2为该双模圆腔滤波器的俯视图和侧视图。图3为双模单腔滤波器的电磁耦合逻辑图。图4是双模层叠圆腔滤波器三维立体图。图5为该空气耦合谐振腔的三维视图。图6为双模层叠圆腔滤波器的耦合关系图。图7为双模层叠圆腔滤波器插入损耗实测、仿真对比图。图8为双模层叠圆腔滤波器回波损耗实测、仿真对比图。具体实施方式现结合附图对本发明作进一步详细的说明。本发明提供了一种多模腔体折叠滤波器，其中包括两个、三个，或者多个多模谐振器主体。所述的多模谐振器主体中双模圆腔滤波器是所有结构中最简单，最基础的结构，本发明以双模圆腔滤波器作为实例，但并不限于此，多模谐振器主体可以是矩形腔滤波器、椭圆腔滤波器、三角形腔体滤波器，甚或多边形腔体滤波器。作为本发明的一个实例，图1所示为双模单腔滤波器的三维立体图，其中1为圆形双模谐振腔体，3为矩形波导口，用于输入或者输出电磁波能量，2为圆腔滤波器1与矩形波导口3的阻抗变换波导。该腔体可以支持两个谐振模式，整个腔体内部是空气填充，而且整个核心结构没有任何调谐螺钉。图2为该双模圆腔滤波器的俯视图和侧视图，各部分结构的尺寸参数也已标识，其中r为圆腔的半径，x1，x2分别为两段矩形耦合窗的宽度，y1，y2分别为两段矩形耦合窗的长度，w为两段耦合窗外端的矩形波导宽度。双模谐振圆腔两边的阻抗变换波导中心线的交点就是圆腔的圆心，中心线的夹角为α，这个变量是控制单腔耦合系数的关键参数。整个空腔由相同厚度的金属壁完全包围，谐振腔内空气厚度为t。双模圆腔滤波器有两个谐振点，也称之为极点，根据圆腔内电磁波的谐振模式，可通过公式计算得出圆腔的半径r，其中c是真空中的光速，ftm110与p110分别是该圆形腔体的谐振频率和常数，本实例中电磁波谐振模式为为tm110，常数p110＝3.823，ftm110＝3.5ghz。图3所示为该圆腔滤波器的电磁耦合逻辑图，其中圆形黑点s代表了矩形波导的输入端，即电磁能量进入的一端，圆形黑点l代表了矩形波导的输出端，即电磁能量输出的一端，矩形黑点代表了在双模圆腔内的两种模式，电磁耦合逻辑图表示两种谐振模式分别和输入端输出端的耦合以及两种模式自身的耦合。本发明所述的多模腔体折叠滤波器一个简单的实例是：将上述单腔滤波器堆叠在一起，如图4所示，图中dmcc(dual-modecircularcavity，双模圆腔)1为上层双模单腔滤波器，dmcc2为下层双模单腔滤波器。上、下层单腔滤波器通过侧边的空气谐振腔4进行耦合级联，可有效减小滤波器在水平面的维度，图5所示为该空气耦合谐振腔的三维视图。这里需要强调的是，多模腔体折叠滤波器中各个多模谐振器主体可以是不同形状、不同类型的滤波器。本发明所述的多模腔体折叠滤波器中，两个或多个单腔滤波器通过精心设计的空气谐振腔耦合连接，可以层叠在一起减小总的体积，也可以不进行层叠，而是根据通信系统硬件需要做赋形设计。耦合谐振腔4可以是空气填充，也可以根据需要部分填充或全部填充介质体。图4双模层叠圆腔滤波器三维立体图。其中,dmcc1为上层双模单腔滤波器，dmcc2为下层双模单腔滤波器,1为双模圆腔，4为dmcc1与dmcc2的耦合谐振腔。3和5为该滤波器的输入/输出波导端口。本发明所述的多模腔体折叠滤波器实例:层叠腔体滤波器的具体结构参数如表1所示，该滤波器能够实现四个极点和两个传输零点。双模层叠圆腔滤波器的耦合关系可以用图6表示，其中圆形黑点分别表示的是电磁波的输入与输出，也就是层叠腔体滤波器中的输入端与输出端(图4中的3和5)。dmcc1框图中的两个矩形黑点指的是在上层圆形谐振腔中的两种谐振模式，dmcc2框图中的两个矩形黑点指的是下层圆形谐振腔中的两种谐振模式，两个框图中间的三角形则表示上、下层双模单腔滤波器之间的级联关系。表1：双模层叠圆腔滤波器尺寸参数参数含义参数初始值单位第一段阻抗变换波导宽度x147mm第二段阻抗变换波导宽度x248mm第一段阻抗变换波导长度y126mm第二段阻抗变换波导长度y217mm耦合谐振腔宽度w21mm耦合谐振腔高度h3mm耦合谐振腔长度l47mm圆腔半径r44mm整体滤波器厚度t4mm输入/输出端矩形波导宽w53mm波导中线夹角α110deg该多模腔体折叠滤波器电特性的仿真和测试结果如图7和图8所示，从图中可看出，三维电磁仿真结果与加工实测结果吻合很好，其通带内的插损很小，一般小于0.5db，带外抑制好，可以很好地满足第5代移动通信系统的需要。综上所述，本发明利用腔体滤波器侧边的耦合，以及调节腔体滤波器尺寸来设计滤波器传输特性，去除了传统滤波器中繁琐的螺钉调谐模式，使得滤波器的q值提高，插损减小。通过特别设计的耦合谐振腔实现多模谐振腔主体之间的级联，减小了腔体滤波器的总体尺寸。利用耦合谐振腔级联多模谐振腔主体，实现了滤波器的堆叠放置，大大减小了滤波器平面维度的尺寸，更进一步解放了腔体滤波器级联设计的思想，可以进行滤波器的赋形设计。当前第1页12