CN111584984A - 零点可控的小型化脊波导5g双频带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器。本发明包括设置在金属腔体内三组不接触的脊形波导、用于零点控制的横向脊形波导；在输入通路中外接一个用于零点控制的横向脊形波导，其通过第一纵向脊形波导与控制高频的第一组脊形波导连接；第一纵向脊形波导高度与第一组脊形波导相同，当其处于特定位置时，不会对低频产生影响，并且增强了耦合，使其在高频段的特定频点处幅值为零。采用波脊结构完成信号的传输以及耦合，实现了双频滤波器的小型化，又因为脊波导有一个相当宽的无杂散工作频率窗，允许实现宽带滤波，因此该滤波器完成了2.515GHz‑2.675GHz和3.6GHz‑3.8GHz的低插入损耗双通带滤波。
Description
技术领域
本发明属于微波器件的技术领域，尤其涉及利用脊波导以及零点控制槽设计的双频滤波器。
背景技术
随着无线通信技术向着高速、宽带以及大容量的趋势迅速发展，比如正在兴起的5G技术，双频乃至多频滤波器的需求也在不断增长。目前的交叉耦合滤波器使用交叉耦合引入有限传输零点，性能也能满足要求，但是难以实现独立的控制每个通带的谐振频率，且该零点受到整体滤波器结构的影响，无法进行模块化设计和调试，给工程带来不便。基片集成波导滤波器虽然体积小，成本低，频段也能满足要求，但是插入损耗较高。并且目前在单频滤波器可以采用CT、CQ拓扑结构的交叉耦合、抑制谐振器、非谐振节点等方法实现零点，但是双频滤波器中并没有相关技术来提高带外抑制性能。
发明内容
本发明的目的在于现有双频滤波器无法实现零点可控的缺陷，且没有2.515GHz-2.675GHz和3.6GHz-3.8GHz的双通带滤波器，设计一种新型小型化脊波导5G双频带通滤波器。该滤波器的插入损耗小，两个通带带宽较宽，对杂散波抑制强，且零点可控，易于调试。
本发明采用的技术方案如下：
一种零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，所述滤波器包括金属腔体(1)、输入结构(13)、输出结构(14)以及设置在金属腔体(1)内三组不接触的脊形波导、用于零点控制的横向脊形波导(5)；
第一组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第一横向脊形波导(2)、以及设置在两个第一横向脊形波导(2)间，且不与第一横向脊形波导(2)接触的第二横向脊形波导(10)；其中一个第一横向脊形波导(2)通过第一纵向脊形波导(7)与用于零点控制的横向脊形波导(5)连接；第二横向脊形波导(10)的一端与金属腔体(1)内壁接触；第二横向脊形波导(10)与金属腔体(1)的高度相同；
为了引入零点，在输入通路中外接一个用于零点控制的横向脊形波导(5)，其通过第一纵向脊形波导(7)与控制高频的第一组脊形波导连接；第一纵向脊形波导(7)高度与第一组脊形波导相同，当其处于特定位置时，不会对低频产生影响，并且增强了耦合，使其在高频段的特定频点处幅值为零，从而形成零点控制槽。
第二组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第三横向脊形波导(3)、以及用于连接两第三横向脊形波导(3)的第二纵向脊形波导(6)；
第三组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第四横向脊形波导(4)、以及用于连接两第四横向脊形波导(4)的第三纵向脊形波导(8)；
第一组脊形波导和第二组脊形波导高度主要由高频频段决定，第三组脊形波导高度主要由低频频段决定；
三组脊形波导均呈对称状分布，形成两条通路：一条通路完成低频滤波，一条通路完成高频滤波，减小滤波器的尺寸。
第三组脊形波导的两侧分别设有与其不接触的第四纵向脊形波导(9)、第五纵向脊形波导(11)，且它们的中心位于三组脊形波导的对称轴上；其中第四纵向脊形波导(9)贴于金属腔体(1)内壁，第五纵向脊形波导(11)位于第二组脊形波导与第三组脊形波导之间；第四纵向脊形波导(9)的高度低于第三组脊形波导；第五纵向脊形波导(11)与腔体(1)高度相同。
第五纵向脊形波导(11)的高度与插入损耗有关，第四纵向脊形波导(9)与频率有关。
输入输出接口由SMA接口完成,输入接口(13)以及输出接口(14)的内芯分别与两个第一横向脊形波导(2)相连，外芯与金属腔体(1)相连，减少能量损失。
第二横向脊形波导(10)用于加强耦合；第二纵向脊形波导(6)用于加强耦合，连接处采用倒角处理；第三纵向脊形波导(8)用于加强耦合，连接处采用倒角处理。
第一纵向脊形波导(7)与零点控制槽(5)的连接处采用倒角处理。
第一横向脊形波导(2)与第三横向脊形波导(3)通过缝隙耦合。
第四纵向脊形波导(9)与第三组脊形波导通过缝隙耦合，有效的改善带宽性能。
其中一个第一横向脊形波导(2)、其中一个第三横向脊形波导(3)、其中一个第四横向脊形波导(4)上方设有调谐螺钉；上述调谐螺钉调节谐振频率以及耦合系数。
在实现零点控制槽的横向脊形波导上方设有调谐螺钉，用于调节零点控制槽的位置或者尺寸，控制零点的移动，改善了带外抑制性能。在第二组横向脊形波导与第三组横向脊形波导之间加入调谐螺钉；在第三组横向脊形波导与腔体壁之间加入一个调谐螺钉，调整谐振频率和耦合系数。
第五纵向脊形波导(11)通过一定波长长度的缝隙与第三组脊形波导形成耦合，从而构成第一通带。第三组脊形波导通过一定波长长度的缝隙与第四纵向脊形波导(9)形成耦合，从而构成第二通带。
本发明的有益效果为：1、采用波脊结构完成信号的传输以及耦合，实现了双频滤波器的小型化，又因为脊波导有一个相当宽的无杂散工作频率窗，允许实现宽带滤波，因此该滤波器完成了2.515GHz-2.675GHz和3.6GHz-3.8GHz的低插入损耗双通带滤波。2、加入零点控制槽设计，通过改变与脊形波导相连的零点控制槽的位置或者尺寸，可以控制零点的移动，改善了带外抑制性能。3、在金属腔体内建立若干对称分布的脊波导，将整个腔体分为两条通路，一条通路完成低频滤波，一条通路完成高频滤波，减小滤波器的尺寸。4、该双频滤波器的双通带隔离度较高，同时可以通过调节相关结构分别对两个通带进行相应改变。5、本发明的体积小、重量轻，便于批量制造。
附图说明
图1为滤波器结构示意图；
图2为滤波器各组成部分位置示意图；
图3为对应图1所示滤波器S11参数测试结果；
图4为对应图1所示滤波器S12参数测试结果；
图5为对应图1所示滤波器零点移动测试结果；
图中金属腔体1、第一组横向脊形波导2、横向脊形波导10、第二组横向脊形波导3、纵向脊形波导6、纵向脊形波导11、第三组横向脊形波导4、纵向脊形波导8、纵向脊形波导9、零点控制槽5、纵向脊形波导7、调谐螺钉12、输入结构13、输出结构14。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等。均应在本发明的保护范围之内。
如图1、2所示，零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其金属腔体1采用铝材料，根据综合出来的耦合系数优化其尺寸，在腔体内部对称分布着脊形波导。
第一组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第一横向脊形波导2、以及设置在两个第一横向脊形波导2间，且不与第一横向脊形波导2接触的第二横向脊形波导10；其中一个第一横向脊形波导2通过第一纵向脊形波导7与用于零点控制的横向脊形波导5连接；第二横向脊形波导10的一端与金属腔体1内壁接触，以此增强耦合。第二横向脊形波导10与金属腔体1的高度相同；
第一横向脊形波导2与第二横向脊形波导10相距一定波长长度。
为了引入零点，在输入通路中外接一个用于零点控制的横向脊形波导5，其通过第一纵向脊形波导7与控制高频的第一组脊形波导连接；第一纵向脊形波导7高度与第一组脊形波导相同，当其处于特定位置时，不会对低频产生影响，并且增强了耦合，使其在高频段的特定频点处幅值为零，从而形成零点控制槽。通过改变横向脊形波导5尺寸或者位置进而改变零点的位置。
第二组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第三横向脊形波导3、以及用于连接两第三横向脊形波导3的第二纵向脊形波导6；
第三组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第四横向脊形波导4、以及用于连接两第四横向脊形波导4的第三纵向脊形波导8；
第一组脊形波导和第二组脊形波导高度主要由高频频段决定，第三组脊形波导高度主要由低频频段决定；
三组脊形波导均呈对称状分布，形成两条通路：一条通路完成低频滤波，一条通路完成高频滤波，减小滤波器的尺寸。
第三组脊形波导的两侧分别设有与其不接触的第四纵向脊形波导9、第五纵向脊形波导11，且它们的中心位于三组脊形波导的对称轴上；其中第四纵向脊形波导9贴于金属腔体1内壁，第五纵向脊形波导11位于第二组脊形波导与第三组脊形波导之间；第四纵向脊形波导9的高度低于第三组脊形波导；第五纵向脊形波导11的高度和金属腔体(1)一样。
第五纵向脊形波导11的高度与插入损耗有关，第四纵向脊形波导9与频率有关。
输入输出接口由SMA接口完成,输入接口13以及输出接口14的内芯分别与两个第一横向脊形波导2相连，外芯与金属腔体1相连，减少能量损失。
所述的零点控制槽5由一个可调节高度的横向脊形波导实现。
第二横向脊形波导10用于加强耦合；第二纵向脊形波导6高度比第三横向脊形波导3低，用于加强耦合，连接处采用倒角处理；第三纵向脊形波导8用于加强耦合，连接处采用倒角处理。
第一纵向脊形波导7与零点控制槽5的连接处采用倒角处理。
第一横向脊形波导2与第三横向脊形波导3通过缝隙耦合。
第四纵向脊形波导9与第三组脊形波导通过缝隙耦合，有效的改善带宽性能。
其中一个第一横向脊形波导2、其中一个第三横向脊形波导3、其中一个第四横向脊形波导4上方设有调谐螺钉；上述调谐螺钉调节谐振频率以及耦合系数。
在实现零点控制槽的横向脊形波导上方设有调谐螺钉，用于调节零点控制槽的位置或者尺寸，控制零点的移动，改善了带外抑制性能。在第二组横向脊形波导与第三组横向脊形波导之间加入调谐螺钉；在第三组横向脊形波导与腔体壁之间加入一个调谐螺钉，调整谐振频率和耦合系数。
第五纵向脊形波导11通过一定波长长度的缝隙与第三组脊形波导形成耦合，从而构成第一通带。第三组脊形波导通过一定波长长度的缝隙与第四纵向脊形波导9形成耦合，从而构成第二通带。
如图3所示，本实施方式滤波器的实测S11参数在频段2.515-2.675GHz和3.6-3.8GHz范围内可达到-17dB左右。说明本发明具有较宽的双频带，且性能较好。
如图4所示，本实施方式滤波器的实测S12参数在频段内插入损耗小于1dB，带外抑制性能较好。
如图5所示，每一条曲线对应不同的脊形波导的高度，从左到右依次为其高度从低到高。随着高度的变化，该滤波器在不改变谐振频率和不影响滤波器性能的情况下，零点随之右移，具有控制零点移动的特点。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于包括金属腔体(1)、输入结构(13)、输出结构(14)以及设置在金属腔体(1)内三组不接触的脊形波导、用于零点控制的横向脊形波导(5)；
第一组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第一横向脊形波导(2)、以及设置在两个第一横向脊形波导(2)间，且不与第一横向脊形波导(2)接触的第二横向脊形波导(10)；其中一个第一横向脊形波导(2)通过第一纵向脊形波导(7)与用于零点控制的横向脊形波导(5)连接；第二横向脊形波导(10)的一端与金属腔体(1)内壁接触；
上述用于零点控制的横向脊形波导(5)通过第一纵向脊形波导(7)与控制高频的第一组脊形波导连接构成零点控制槽，通过控制横向脊形波导(5)的尺寸或位置，实现零点移动；
第二组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第三横向脊形波导(3)、以及用于连接两第三横向脊形波导(3)的第二纵向脊形波导(6)；
第三组脊形波导包括两个平行设置且不接触的第四横向脊形波导(4)、以及用于连接两第四横向脊形波导(4)的第三纵向脊形波导(8)；
第三组脊形波导的两侧分别设有与其不接触的第四纵向脊形波导(9)、第五纵向脊形波导(11)，且它们的中心位于三组脊形波导的对称轴上；其中第四纵向脊形波导(9)贴于金属腔体(1)内壁，第五纵向脊形波导(11)位于第二组脊形波导与第三组脊形波导之间；
两个第一横向脊形波导(2)分别接输入结构(13)、输出结构(14)。
2.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于第五纵向脊形波导(11)通过一定波长长度的缝隙与第三组脊形波导形成耦合，从而构成第一通带；第三组脊形波导通过一定波长长度的缝隙与第四纵向脊形波导(9)形成耦合，从而构成第二通带。
3.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于第二横向脊形波导(10)与金属腔体(1)的高度相同。
4.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于第一纵向脊形波导(7)高度与第一组脊形波导相同，第一组脊形波导和第二组脊形波导高度主要由高频频段决定，第三组脊形波导高度主要由低频频段决定。
5.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于三组脊形波导均呈对称状分布，形成两条通路：一条通路完成低频滤波，一条通路完成高频滤波，减小滤波器的尺寸。
6.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于第四纵向脊形波导(9)的高度低于第三组脊形波导；第五纵向脊形波导(11)的高度与金属腔体(1)相同；
第五纵向脊形波导(11)的高度与插入损耗有关，第四纵向脊形波导(9)与频率有关。
7.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于第一横向脊形波导(2)与第三横向脊形波导(3)通过缝隙耦合。
8.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于第四纵向脊形波导(9)与第三组脊形波导通过缝隙耦合，有效的改善带宽性能。
9.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于其中一个第一横向脊形波导(2)、其中一个第三横向脊形波导(3)、其中一个第四横向脊形波导(4)上方设有调谐螺钉；上述调谐螺钉调节谐振频率以及耦合系数。
10.根据权利要求1所述的零点可控的小型化脊波导5G双频带通滤波器，其特征在于在第二组横向脊形波导与第三组横向脊形波导之间加入调谐螺钉；在第三组横向脊形波导与腔体壁之间加入一个调谐螺钉，调整谐振频率和耦合系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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