介质波导滤波器的输入输出耦合结构及控制耦合强度的方法与流程

本发明涉及滤波器技术领域，具体地，涉及一种介质波导滤波器的输入输出耦合结构，及应用该结构控制耦合强度的方法。

背景技术：

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。波导滤波器是通信系统中使用的滤波器中的一种，而传统的波导滤波器为金属腔体结构，中间为空气，金属材料为边缘起到电磁屏蔽和结构支撑的作用。采用此种方式的滤波器有较高的q值，但是体积及重量较大，不利于安装和运输。随着通信系统的发展，要求滤波器具有低插损，高抑制，承受功率大，低成本，小型化等特点。故用高介电常数介质材料替代空气部分，起传导电磁波和结构支撑作用，同时在介质块表面被银起电磁屏蔽作用，这样能显著减小滤波器的体积和成本。

现有技术中波导滤波器一般使用带法兰的波导同轴转换器做为射频连接器，但是对于介质波导滤波器而言，高介电常数的介质材料构成的介质波导滤波器的体积是很小的，此时再使用体积很大的波导同轴转换器做射频连接器是不合适的。为了得到适合更小体积的介质波导滤波器产品的输入输出耦合方式，需要对输入输出的耦合结构进行改进。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种介质波导滤波器的输入输出耦合结构，及应用该结构控制耦合强度的方法；该结构大大缩小了滤波器的体积，同时可控制输入输出的耦合强度。

为了实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：介质波导滤波器的输入输出耦合结构，包括插入孔和不电磁屏蔽区域；所述插入孔设于介质单腔上，用于插入射频连接器的内芯；所述不电磁屏蔽区域设于所述介质单腔表面，且以所述插入孔为中心；所述不电磁屏蔽区域的轮廓与所述射频连接器的介质层轮廓相同，且所述介质单腔表面的电磁屏蔽区域与所述射频连接器的外导体相互焊接。

作为一种优选方式，所述插入孔为盲孔，盲孔内壁不电磁屏蔽。

作为另一种优选方式，所述介质单腔上设有耦合台阶；所述插入孔设在耦合台阶上，且为通孔；通孔内壁电磁屏蔽，与内芯焊接。

进一步地，所述介质单腔由硬质陶瓷介质材料制成。

进一步地，所述电磁屏蔽区域为被银层。

应用上述介质波导滤波器的输入输出耦合结构来控制耦合强度的方法，为通过控制介质单腔上的插入孔的尺寸来调节输入输出的耦合强度。

作为优选方式，所述插入孔的尺寸包括深度h、直径d或中心与介质单腔的中心之间的距离l。

作为优选方式，所述内芯的尺寸包括直径d’或长度h’。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

1、尺寸缩小。通过插入孔的设计，替代了传统的法兰连接结构，大大缩小了滤波器的体积；射频连接器的外导体与介质单腔的电磁屏蔽区域焊接在一起，提供良好的接地。

2、耦合强度可控。通过控制介质单腔上的插入孔的尺寸及射频连接器的内芯的尺寸可调节输入输出的耦合强度。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的组装示意图；

图3为实施例1的俯视图；

图4为实施例1的侧视图；

图5为实施例1的插入孔直径d与时延值的关系图；

图6为实施例1的插入孔深度h与时延值的关系图；

图7为实施例1的插入孔中心与介质单腔中心之间的距离l与时延值的关系图；

图8为实施例1的内芯直径d’与时延值的关系图；

图9为实施例1的内芯长度h’与时延值的关系图；

图10为实施例2的结构示意图；

图11为实施例2的组装示意图；

图12为实施例2的俯视图；

图13为实施例2的正向安装侧视图；

图14为实施例2的反向安装侧视图；

图15为实施例2的耦合台阶插入孔深度h与时延值的关系图；

图16为实施例2的耦合台阶插入孔直径d与时延值的关系图；

图17为实施例2的耦合台阶插入孔中心与介质单腔中心之间的距离l与时延值的关系图；

附图中标记对应的部件名称如下：1为介质单腔，其中11为插入孔，12为不电磁屏蔽区域，13为电磁屏蔽区域,14为耦合台阶；2为射频连接器，21为内芯，22为介质层，23为外导体。l为插入孔的中心与介质单腔的中心之间的距离，h为插入孔的深度，d为插入孔的直径；d’为内芯的直径，h’为内芯的长度。图5-9、15-17中坐标系的横轴为相应的尺寸值，单位为mm；横轴为时延值，单位为ns。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1-4所示，本发明可按照如下方式实施，介质波导滤波器的输入输出耦合结构，由射频连接器2与介质单腔1相互配合组成。该输入输出耦合结构包括插入孔11和不电磁屏蔽区域12；所述插入孔11设于介质单腔1上，为盲孔，盲孔内壁不电磁屏蔽，用于插入射频连接器2的内芯21，起耦合作用；所述不电磁屏蔽区域12设于所述介质单腔1表面，且以所述插入孔11为中心；所述不电磁屏蔽区域12的轮廓与所述射频连接器2的介质层22轮廓相同，且所述介质单腔1表面的电磁屏蔽区域13与所述射频连接器2的外导体23相互焊接，做接地作用。射频连接器内芯21伸入插入孔11，内芯21处的电场与介质单腔1的谐振频率的电场直接耦合，输入或者输出能量。

本实施例中所述介质单腔1由硬质陶瓷介质材料制成，该介质材料具有较高的介电常数和较低的介质损耗，同时具有高强度的结构支撑。通过该介质材料设计出的介质滤波器具有小型化，高稳定性，低损耗，重量轻，成本低等多种优点，能很好的满足未来滤波器的小型化、高性能的要求。另一方面，所述电磁屏蔽区域13为被银层，银的导电性良好，氧化速度慢且氧化产物可导电，导热性好，耐介质性能极佳，屏蔽效果极佳。

应用上述的介质波导滤波器的输入输出耦合结构来控制耦合强度的方法，为通过控制介质单腔1上的插入孔11的尺寸及射频连接器2的内芯21的尺寸来调节输入输出的耦合强度。所述插入孔11的尺寸包括深度h、直径d或中心与介质单腔1的中心之间的距离l。所述内芯的尺寸包括直径d’或长度h’。设计出来的介质波导滤波器体积更小，重量更轻，装配更简单。

对于介质波导滤波器输入输出耦合强度，一般采用时延值来判定，时延值越小表示耦合强度越大。从图5-9中可以看出，耦合强度随插入孔11直径d的增加而急剧减弱；耦合强度随插入孔11深度h的增加而减弱；耦合强度随插入孔11中心与介质单腔1的中心之间距离l的增加而减弱；耦合强度随内芯21直径d’的增加而加强；耦合强度随内芯21长度h’的增加而加强。

一般情况下，当选定了射频连接器2，其内芯21直径d’就已经确定，故插入孔11直径d可以确定下来；而插入孔11深度h一般根据内芯长度h’改变而改变。其中内芯21是伸入插入孔11的，故内芯21直径d’小于插入孔11直径d；内芯21长度h’小于插入孔11深度h。所以在设计阶段，可以通过插入孔11直径d、插入孔11深度h、插入孔11距离l及内芯长度h’改变耦合强度；在成品阶段，可以通过插入孔11深度h和内芯21长度h’来改变耦合强度。

实施例2

如图10-14所示，相比于实施例1，本实施例有如下不同设计特征，在介质单腔1上设置耦合台阶14，耦合台阶14与介质单腔1为一体式设计，所述插入孔11设在耦合台阶14上，且为通孔,即耦合台阶14的高度等于所述插入孔11的深度h；通孔内壁电磁屏蔽，与内芯21焊接。内芯21与插入通孔11通过焊接成为一体，通过磁场与介质单腔1的谐振频率的磁场进行耦合，输入或者输出能量。

应用上述的介质波导滤波器的输入输出耦合结构来控制耦合强度的方法，为通过控制介质单腔1上的插入孔11的尺寸来调节输入输出的耦合强度。所述插入孔11的尺寸包括深度h(即耦合台阶14的高度)、直径d或中心与介质单腔1的中心之间的距离l。设计出来的介质波导滤波器体积更小，重量更轻，装配更简单。通孔式设计可使射频连接器有正向安装和反向安装两种方式，且两种方式均不影响耦合量的大小。

从图15-17中可以看出，耦合强度随耦合台插入孔11深度h的增加而减弱；随耦合台阶插入孔11直径d的增加而减弱；随插入孔11中心与介质单腔1的中心之间距离l的增加而增强。

本发明中的介质波导滤波器的输入输出耦合结构，可以应用在多种不同的器件上，包括滤波器，双工器，多路合路器，以及根据此原理推及的其他器件。

上述文字为本发明的较佳实施例，目的在于说明本发明，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。