CN106025465A - 一种腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腔体滤波器，由金属腔体以及位于其上的金属盖板构成，金属腔体内包括顺序耦合的至少8个谐振腔，且每个所述谐振腔内都有一根谐振杆，所述的首末两个谐振腔内的谐振杆分别与输入和输出信号连接器连接。本发明相邻的谐振腔之间的耦合均为磁耦合，并在通带左右两侧相应的谐振腔之间设置耦合窗口和耦合杆，引入四处交叉耦合，使通带左右两侧各产生二个传输零点，可获得更好的带外抑制。本发明不改变整个滤波器腔体的外形尺寸，不增加滤波器的阶数和体积，易于加工和调试、成本低、可大批量生产。

Description

一种腔体滤波器

技术领域

本发明涉及通信与微波技术领域，特别涉及一种腔体滤波器。

背景技术

带通滤波器在通信与微波技术领域有非常重要的应用。带通滤波器具有选频特性，可以滤除非线性器件产生的谐波信号和信号互调产生的干扰信号。衡量带通滤波器性能指标的主要参数有通带频率和相对带宽、带外抑制范围、通带插入损耗、通带驻波等。

目前，存在多种实现形式的带通滤波器，如电容与电感组成的LC带通滤波器、微带线带通滤波器、介质带通滤波器、Fbar带通滤波器、MEMS带通滤波器、LTCC带通滤波器和腔体滤波器等。其中，LC带通滤波器由于其存在电感的自谐振常用于c波段以下的工作频率；微带线带通滤波器的带外抑制度低，其基板介质损耗使其Q值较低，且一次加工而成，难以调试；介质带通滤波器带外抑制度较低，易产生寄生通带，应用时需多级级联；Fbar带通滤波器和MEMS带通滤波器的工作频率范围窄，且成本高；LTCC带通滤波器工作频率较低，批次性差，且只有通过多级级联才能提高带外抑制度。相比较下，腔体滤波器有加工成本低、带外抑制度高、Q值高等优点，且可以通过调试来补偿机械加工引入的误差，但是腔体滤波器的体积较大，不适合应用于体积要求严格的场合。

对于腔体滤波器，带外传输零点可以有效的增强带外抑制，改善滤波效果。其中四传输零点带通滤波器比单传输零点、双传输零点或者三传输零点带通滤波器有更好的带外抑制，但是为获得更好的带外抑制，现有的带通滤波器通常是采用增加滤波器的体积和阶数的方法改善滤波效果。

发明内容

鉴于现有技术只能通过增加体积和阶数的方法来获得更好带外抑制的问题，提出了本发明的一种腔体滤波器。在不增加滤波器的体积和阶数的前提下，引入四个传输零点，获得更好的带外抑制，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

本发明提供的一种腔体滤波器，所述的腔体滤波器由金属腔体以及位于其上的金属盖板构成，金属腔体内包括顺序耦合的至少8个谐振腔，相邻的谐振腔之间的耦合均为磁耦合，并且左侧相邻的四个谐振腔之间产生两个交叉耦合，其中一个交叉耦合为磁耦合，另一个交叉耦合为电耦合；右侧相邻的四个谐振腔之间产生两个交叉耦合，该两个交叉耦合均为磁耦合；

每个谐振腔内设置有一根谐振杆，且第一个谐振腔的谐振杆与输入信号连接器的同轴输入端相连，最后一个谐振腔的谐振杆与输出信号连接器的同轴输出端相连。

其中，所述腔体滤波器相邻的谐振腔之间通过空气通道形成耦合窗口，顺序耦合的每个谐振腔构成一阶滤波器，所述腔体滤波器的阶数大于等于8阶。

可选地，所述腔体滤波器的阶数大于8阶，其中，

第四谐振腔和第五谐振腔之间插入有一个或多个谐振腔，插入的谐振腔与所述第四谐振腔和第五谐振腔顺序耦合，如图6所示；

和/或，第一谐振腔之前插入有一个或多个谐振腔，插入的谐振腔与输入端连接器及所述第一谐振腔顺序耦合，如图7所示；

和/或，第八谐振腔之后插入有一个或多个谐振腔，插入的谐振腔与输出端连接器及所述第八谐振腔顺序耦合，如图8所示。

优选地，所述腔体滤波器的阶数等于8阶，其中，第一谐振腔和第四谐振腔之间设置有耦合窗口，第二谐振腔和第四谐振腔之间设置有耦合杆，第五谐振腔和第八谐振腔之间设置有耦合窗口，第六谐振腔和第八谐振腔之间设置有耦合窗口。

其中，所述耦合杆通过绝缘材料固定在第二谐振腔与第四谐振腔之间，且与所述金属腔体电绝缘。

其中，所述谐振杆通过螺钉固定在谐振腔内，或者通过导电胶烧结后粘接在谐振腔内，或者通过焊锡焊接在谐振腔内。

可选地，所述金属盖板留有螺纹孔，用于插入调谐螺杆或者调耦螺杆对所述腔体滤波器的幅频特性进行微调。

其中，所述磁耦合通过谐振腔之间的耦合窗口和调耦螺杆实现；所述电耦合通过谐振腔之间的耦合窗口和耦合杆实现。

其中，所述每个谐振腔的长度、宽度和高度以及每个谐振杆的高度可调整，用于改变所述腔体滤波器的工作频率。

其中，所述每个耦合窗口的宽度和高度可调整，用于调节各谐振腔之间的磁耦合强度；所述耦合杆的长度及位置可调整，用于调节交叉耦合的电耦合强度，通过调节耦合强度改变所述腔体滤波器的工作带宽。

综上所述，本发明的技术方案通过在相应的谐振腔之间设置耦合窗口和耦合杆的方式引入四处交叉耦合，在通带左右两侧各产生的二个传输零点的方法，获得更好的带外抑制。本发明不改变整个滤波器腔体的外形尺寸，不增加腔体滤波器的加工和制造难度、不增加滤波器的阶数，且所述的腔体滤波器适合大批量的生产。

附图说明

图1为本发明在所述腔体滤波器通带左侧产生两个传输零点原理图；

图2为本发明在所述腔体滤波器通带右侧产生两个传输零点原理图；

图3为本发明在所述腔体滤波器通带两侧各产生两个传输零点原理图；

图4为本发明在所述腔体滤波器通带两侧各产生两个传输零点等效电路图；

图5为本发明实施例提供的腔体滤波器的俯视结构图；

图6为本发明一种可在腔体滤波器通带两侧各产生两个传输零点原理图；

图7为本发明另一种可在腔体滤波器通带两侧各产生两个传输零点原理图；

图8为本发明再一种可在腔体滤波器通带两侧各产生两个传输零点原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，在通带左侧产生两个传输零点，连续的四个腔体产生两个交叉耦合，其中一个为磁耦合，另一个为电耦合，其余的耦合均为磁耦合。

其中EC指的是电耦合，MC指的是磁耦合，S为输入端，L为输出端。

如图2所示，在通带右侧产生两个传输零点，连续的四个腔体产生两个交叉耦合，均为磁耦，其余耦合也为磁耦合。

如图3所示，在通带两侧各产生两个传输零点，所述滤波器的阶数必须大于等于8个，每相邻的四个腔体间都产生两个交叉耦合。所述的耦合方式可等效为电感、电容和电阻的电路，如果忽略谐振腔的电阻，所述的每个谐振腔可等效为电感和电容的并联，其中谐振腔之间的耦合窗口形成的磁耦合等效为电感，耦合杆形成的电耦合等效为电容。如图4所示，所述谐振腔等效电路包括输入端耦合电感L10，输出端耦合电感L20，第一腔体等效电感L1和等效电容C1，第二腔体等效电感L2和等效电容C2，第三腔体等效电感L3和等效电容C3，第四腔体等效电感L4和等效电容C4，第五腔体等效电感L5和等效电容C5，第六腔体等效电感L6和等效电容C6，第七腔体等效电感L7和等效电容C7，第八腔体等效电感L8和等效电容C8，各腔体之间的顺序等效耦合电感L11、L12、L13、L15、L16、L17、L18，第一腔体与第四腔体之间的等效耦合电感L14，第二腔体和第四腔体之间的等效耦合电容C9，第五腔体与第八腔体之间的等效耦合电感L21，第六腔体与第八腔体之间的等效耦合电感L19。

如图5所示，以八阶腔体滤波器为例，所述的腔体滤波器包含金属腔体106、金属腔体盖板132、盖板螺孔131、第一谐振腔102及谐振杆103、第二谐振腔108及谐振杆107、第三谐振腔110及谐振杆111、第四谐振腔122及谐振杆121、第五谐振腔125及谐振杆126、第六谐振腔113及谐振杆114、第七谐振腔117及谐振杆118、第八谐振腔128及谐振杆130、输入信号连接器100及同轴输入端101、输出信号连接器200及同轴输出端129。所述同轴输入端101可与第一谐振杆103直接相连，也可不相连，所述同轴输出端129可与第八谐振杆130直接相连，也可不相连。所述腔体滤波器通过第一、二级耦合窗口104，第二、三级耦合窗口109，第三、四级耦合窗口123，第一、四级耦合窗口120，第二、四级耦合杆105，第四、五级耦合窗口124，第五、六级耦合窗口127，第六、七级耦合窗口119，第七、八级耦合窗口116，第五、八级耦合窗口112，第六、八级耦合窗口115来实现电耦合和磁耦合。所述金属腔体106材料为铝、铜、银等金属，所述耦合杆105为金属杆，材料可为铝、铜、银等金属，所述耦合杆105通过绝缘材料固定在第二谐振腔108与第四谐振腔122之间，所述金属腔体106与耦合杆105电绝缘。通过调整所述窗口的宽度和高度可以调节耦合强弱，调整所述耦合杆105的长度及位置可以调节第二、四级谐振腔交叉耦合的强弱，通过改变耦合强度来改变滤波器的工作带宽。通过调整所述各谐振腔的长度、宽度和高度及所述谐振杆的高度来改变滤波器的工作频率。所述谐振腔形状可以是长方体、圆柱体、内圆角或内倒角多棱柱体等形状，所述谐振杆可以是圆柱体、长方体、多棱柱体，也可以是台阶圆盘、台阶多棱柱体等形状。

为更具体地描述本发明的实施方法，以设计中心频率9.5GHz，通带相对带宽1％的腔体滤波器为例，详细介绍所述腔体滤波器的设计方法。所述腔体106材料为铝，腔体厚度为3～5毫米，内表面镀银，镀银厚度为4～6微米，所述盖板132材料为铝，厚度为2～4毫米，所述螺孔131直径为2毫米。所述谐振腔108、110、122、125、113、117尺寸均为10毫米(长度)×10毫米(宽度)×5毫米(宽度)，内圆角半径均为2毫米，所述谐振腔122、128尺寸均为9毫米(长度)×10毫米(宽度)×5毫米(宽度)。所述连接器100、200均为SMA-KFD21型射频连接器，距腔体内底面1.5毫米处安装。所述谐振杆107、111、121、126、114、118均安装在相应谐振腔中心，所述谐振杆为圆柱形，直径为3毫米，所述谐振杆107、111、121、126、114、118高度分别为4毫米、4.3毫米、3.9毫米、3.9毫米、4.3毫米、4毫米。所述谐振杆103、130直径为3毫米，偏离中心0.4毫米并与同轴连接杆101、129在同一直线上安装。所述耦合窗口104、109、123、120、124、112、116、119、127宽度分别为4.7毫米、3.5毫米、3.2毫米、3毫米、3.2毫米、3.2毫米、3.5毫米、4.7毫米、3毫米，开口高度均为5毫米。所述耦合杆105长度为8毫米，金属导体直径为2毫米，材料为铝，安装高度为3毫米，通过从顶部开窗口安装。

本发明的优点在于通过在相应的谐振腔之间设置耦合窗口和耦合杆的方式引入四处交叉耦合，在通带左右两侧各产生二个传输零点的方法，获得更好的带外抑制。本发明不改变整个滤波器腔体的外形尺寸，不增加腔体滤波器的加工和制造难度、不增加滤波器的阶数和体积，且所述的腔体滤波器适合大批量的生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器由金属腔体以及位于其上的金属盖板构成，金属腔体内包括顺序耦合的至少8个谐振腔，相邻的谐振腔之间的耦合均为磁耦合，并且左侧相邻的四个谐振腔之间产生两个交叉耦合，其中一个交叉耦合为磁耦合，另一个交叉耦合为电耦合；右侧相邻的四个谐振腔之间产生两个交叉耦合，该两个交叉耦合均为磁耦合；

每个谐振腔内设置有一根谐振杆，且第一个谐振腔的谐振杆与输入信号连接器的同轴输入端相连，最后一个谐振腔的谐振杆与输出信号连接器的同轴输出端相连。

2.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，相邻的谐振腔之间通过空气通道形成耦合窗口，顺序耦合的每个谐振腔构成一阶滤波器，所述腔体滤波器的阶数大于等于8阶。

3.如权利要求2所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器的阶数大于8阶，其中，

第四谐振腔和第五谐振腔之间插入有一个或多个谐振腔，插入的谐振腔与所述第四谐振腔和第五谐振腔顺序耦合；

和/或，第一谐振腔之前插入有一个或多个谐振腔，插入的谐振腔与输入端连接器及所述第一谐振腔顺序耦合；

和/或，第八谐振腔之后插入有一个或多个谐振腔，插入的谐振腔与输出端连接器及所述第八谐振腔顺序耦合。

4.如权利要求2所述的腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器的阶数等于8阶，其中，第一谐振腔和第四谐振腔之间设置有耦合窗口，第二谐振腔和第四谐振腔之间设置有耦合杆，第五谐振腔和第八谐振腔之间设置有耦合窗口，第六谐振腔和第八谐振腔之间设置有耦合窗口。

5.如权利要求4所述的腔体滤波器，其特征在于，所述耦合杆通过绝缘材料固定在第二谐振腔与第四谐振腔之间，且与所述金属腔体电绝缘。

6.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述谐振杆通过螺钉固定在谐振腔内，或者通过导电胶烧结后粘接在谐振腔内，或者通过焊锡焊接在谐振腔内。

7.如权利要求2所述的腔体滤波器，其特征在于，所述金属盖板留有螺纹孔，用于插入调耦螺杆对所述腔体滤波器的幅频特性进行微调。

8.如权利要求7所述的腔体滤波器，其特征在于，所述磁耦合通过谐振腔之间的耦合窗口和调耦螺杆实现；所述电耦合通过谐振腔之间的耦合窗口和耦合杆实现。

9.如权利要求8所述的腔体滤波器，其特征在于，每个谐振腔的长度、宽度和高度以及每个谐振杆的高度可调整，用于改变所述腔体滤波器的工作频率。

10.如权利要求8所述的腔体滤波器，其特征在于，每个耦合窗口的宽度和高度可调整，用于调节各谐振腔之间的磁耦合强度；所述耦合杆的长度及位置可调整，用于调节交叉耦合的电耦合强度，通过调节耦合强度改变所述腔体滤波器的工作带宽。