本實用新型涉及介質(zhì)濾波器的技術(shù)領域，具體涉及一種采用調(diào)諧螺釘和介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)控制諧振頻率以及采用由兩根短接金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)控制耦合的新型三模介質(zhì)濾帶通波器。

背景技術(shù)：

隨著無線通信系統(tǒng)的高速發(fā)展，信息的高速傳播隨處可見，無線通信在社會生活的各個領域都有著廣泛的應用，比如移動通信、雷達導航和電子對抗等。微波濾波器作為無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，在無線通信系統(tǒng)有著不可替代的重要作用，其主要作用是在無線通信的過程中對進行通信的頻率起著選擇作用，抑制通信過程中不需要的頻率，使其不能通過，同時讓需要的頻率通過，其性能的好壞往往對整個無線通信系統(tǒng)的性能有直接的影響。

近幾十年來，信息產(chǎn)業(yè)和無線通信系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，分配到各類通信系統(tǒng)中的頻率間隔越來越密，這就對微波濾波器的設計提出了更高的要求，不僅要求微波濾波器的插入損耗小、功率容量大和帶外抑制高等，還希望濾波器的體積小和重量輕，以便于微波濾波器在無線通信系統(tǒng)進行集成和小型化，而采用高介電常數(shù)的介質(zhì)材料和多模技術(shù)設計的多模介質(zhì)濾波器正好滿足無線通信系統(tǒng)發(fā)展的需求，發(fā)展突飛猛進，被廣泛應用于無線基站和航天航空等領域。

1999年，Ian C.Hunter和J.David Rhodes等人在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques上發(fā)表題為“Dual-mode filters with conductor-loaded dielectric resonators”的文章。作者利用四個加載金屬腔的圓柱介質(zhì)諧振器實現(xiàn)了八階雙模介質(zhì)濾波器，該濾波器腔內(nèi)耦合是通過對放置在圓柱介質(zhì)諧振器上表面的金屬圓盤進行開槽實現(xiàn)的，通過控制開槽的深度和寬度實現(xiàn)對腔內(nèi)耦合強度的控制。

2012年，S.Yakuno和T.Ishizaki在Microwaves Conference Proceedings上發(fā)表題為“Novel Cavity-Type Multi-Mode Filter using TEM-mode and TE-mode”的文章。濾波器模型包括一個圓柱型的金屬外腔、兩個一端短路一端開路的圓柱形介質(zhì)諧振器和若干調(diào)諧機構(gòu)。外部的金屬圓柱腔工作在半波長諧振器狀態(tài)，存在兩個電場相互垂直的簡并模式TE11模，而兩個圓柱型介質(zhì)諧振器相當于準同軸諧振器，工作在四分之一波長奇偶模狀態(tài)，諧振在TEM模式，TE11模式和TEM模式的耦合控制是通過調(diào)諧螺釘實現(xiàn)，此外，TE11模式和TEM模式的頻率控制也是通過螺釘實現(xiàn)。

2009年，M.Memarian和R.R.Mansour在IEEE Trans.Microwave.Theory Tech上發(fā)表題為“Quad-Mode and Dual-Mode Dielectric Resonator Filters”的文章。作者通過圓柱介質(zhì)諧振器的HEE₁₁簡并模式和HEH₁₁簡并模式實現(xiàn)了四模介質(zhì)濾波器。作者首先通過調(diào)節(jié)介質(zhì)諧振器的尺寸比將HEE₁₁簡并模式和HEH₁₁簡并模式的諧振頻率調(diào)在一起，然后通過調(diào)節(jié)螺釘來實現(xiàn)對腔內(nèi)耦合耦合強度和頻率的控制，垂直的螺釘主要調(diào)節(jié)HEE₁₁簡并模式的頻率和耦合，水平的螺釘主要調(diào)節(jié)HEH₁₁簡并模式的頻率和耦合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種采用調(diào)諧螺釘和對位于介質(zhì)諧振器上表面的介質(zhì)基板進行開槽控制頻率的三模介質(zhì)帶通濾波器，同時通過采用由兩根短接金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對三模介質(zhì)帶通濾波器諧振模式耦合的控制，性能良好，加工制造便利。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種新型三模介質(zhì)帶通濾波器，所述三模介質(zhì)帶通濾波器包括外部腔體1、第一輸入輸出端口2和第二輸入輸出端口3，所述第一輸入輸出端口2和第二輸入輸出端口3均開設在所述外部腔體1上；

所述外部腔體1內(nèi)設置有第一金屬柱9，第二金屬柱10和第三金屬柱11，所述第一金屬柱9、所述第二金屬柱10和所述第三金屬柱11均與所述外部腔體1上下表面短接；

所述第一金屬柱9、所述第二金屬柱10和所述外部腔體1構(gòu)成第一環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述第二金屬柱10、所述第三金屬柱11和所述外部腔體1構(gòu)成第二環(huán)形結(jié)構(gòu)；

所述外部腔體1上表面設置有調(diào)諧螺釘6；

所述外部腔體1內(nèi)設置有介質(zhì)諧振器4，所述介質(zhì)諧振器4的上表面設置有介質(zhì)基板5；

所述介質(zhì)基板5上開設有第一開槽結(jié)構(gòu)7和第二開槽結(jié)構(gòu)8。

進一步地，所述調(diào)諧螺釘6、所述第一開槽結(jié)構(gòu)7以及所述第二開槽結(jié)構(gòu)8用于控制所述三模介質(zhì)帶通濾波器的諧振頻率。

進一步地，所述三模介質(zhì)帶通濾波器的諧振頻率可通過改變所述調(diào)諧螺釘6、所述第一開槽結(jié)構(gòu)7以及所述第二開槽結(jié)構(gòu)8的尺寸進行控制。進一步地，所述第一環(huán)形結(jié)構(gòu)和所述第二環(huán)形結(jié)構(gòu)用于控制所述三模介質(zhì)帶通濾波器的腔內(nèi)耦合強度。

進一步地，其特征在于所述三模介質(zhì)帶通濾波器的腔內(nèi)耦合強度控制通過改變所述第一環(huán)形結(jié)構(gòu)和所述第二環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置實現(xiàn)。

進一步地，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3采用接地的同軸端口實現(xiàn)的。

進一步地，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3的端口耦合強度控制通過改變端口到所述介質(zhì)諧振器4的距離實現(xiàn)的。

進一步地，所述介質(zhì)諧振器4為圓柱形。

進一步地，所述三模介質(zhì)帶通濾波器的三個模式諧振頻率的調(diào)整可以通過控制所述外部腔體1和位于所述介質(zhì)諧振器4上表面的介質(zhì)基板5的尺寸實現(xiàn)的。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：

1、通過調(diào)諧螺釘和對位于介質(zhì)諧振器上表面的介質(zhì)基板進行開槽實現(xiàn)對三模介質(zhì)帶通濾波器諧振頻率的控制，便于加工制造。

2、通過采用由兩根接地金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對耦合強度的控制，同樣便于加工制造。

3、采用介質(zhì)諧振器的三個模式進行設計具有體積小，Q值高等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本實用新型公開的一種新型三模介質(zhì)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型公開的一種新型三模介質(zhì)帶通濾波器的仿真示意圖；

圖3是實施例中諧振腔的側(cè)視圖；

圖4是本實用新型中諧振頻率隨外部腔體高度的變化曲線；

圖5是實施例中諧振腔的俯視圖；

圖6是本實用新型中諧振頻率隨介質(zhì)基板半徑的變化曲線；

圖7是實施例中設置有調(diào)諧螺釘?shù)闹C振腔的側(cè)視圖；

圖8是本實用新型中諧振頻率隨調(diào)諧螺釘嵌入深度的變化曲線；

圖9是實施例中設置有頻率控制開槽結(jié)構(gòu)的諧振腔的俯視圖；

圖10是本實用新型中諧振頻率隨開槽結(jié)構(gòu)深度的變化曲線；

圖11是實施例中設置有耦合結(jié)構(gòu)的諧振腔俯視圖；

圖12是本實用新型中耦合系數(shù)隨金屬柱到諧振腔中心的距離的變化曲線；

其中，1——外部腔體，2——第一輸入輸出端口，3——第二輸入輸出端口，4——介質(zhì)諧振器，5——介質(zhì)基板，7——第一開槽結(jié)構(gòu)，8——第二開槽結(jié)構(gòu)，9——第一金屬柱，10——第二金屬柱，11——第三金屬柱。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例一

本實施例公開了一種采用調(diào)諧螺釘和介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)控制諧振頻率以及采用由兩根短接金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)控制耦合的三模介質(zhì)帶通濾波器，性能良好，容易加工制造。

三模介質(zhì)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，2和3為三模介質(zhì)帶通濾波器的第一輸入輸出端口和第二輸入輸出端口，當?shù)谝惠斎胼敵龆丝?作為三模介質(zhì)帶通濾波器的輸入端口時，第二輸入輸出端口3作為三模介質(zhì)帶通濾波器的輸出端口，反之，當?shù)诙斎胼敵龆丝?作為三模介質(zhì)帶通濾波器的輸入端口時，第一輸入輸出端口2作為雙模介質(zhì)濾波器的輸出端口。1是濾波器的外部腔體。4是外部腔體1中的介質(zhì)諧振器。5是位于介質(zhì)諧振器上表面的介質(zhì)基板。6是位于外部腔體上表面控制頻率的調(diào)諧螺釘。7和8分別為介質(zhì)基板5上控制頻率的第一開槽結(jié)構(gòu)和第二開槽結(jié)構(gòu)。9、10和11分別是三模介質(zhì)帶通濾波器中的第一金屬柱、第二金屬柱和第三金屬柱。由第一金屬柱9、第二金屬柱10和外部腔體1構(gòu)成的第一環(huán)形結(jié)構(gòu)以及由第二金屬柱10、第三金屬柱11和外部腔體1構(gòu)成的第二環(huán)形結(jié)構(gòu)用于控制三模介質(zhì)帶通濾波器的腔內(nèi)耦合強度。

一種新型三模介質(zhì)帶通濾波器，包括外部腔體1、第一輸入輸出端口2、第二輸入輸出端口3。所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3均開設在所述外部腔體1上。

所述外部腔體1內(nèi)設置有介質(zhì)諧振器4，所述介質(zhì)諧振器4的上表面設置有介質(zhì)基板5。

所述外部腔體1的上表面設置有調(diào)諧螺釘6。所述調(diào)諧螺釘6用于控制所述三模介質(zhì)帶通濾波器的諧振頻率。

所述介質(zhì)基板5上開設有第一開槽結(jié)構(gòu)7和第二開槽結(jié)構(gòu)8。所述第一開槽結(jié)構(gòu)7和所述第二開槽結(jié)構(gòu)8用于控制所述三模介質(zhì)帶通濾波器的諧振頻率。

所述外部腔體1設置有第一金屬柱9，第二金屬柱10和第三金屬柱11，所述第一金屬柱9，所述第二金屬柱10和所述第三金屬柱11均與外部腔體1短接；所述第一金屬柱9，所述第二金屬柱10和所述外部腔體1構(gòu)成第一環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述第二金屬柱10，所述第三金屬柱11和所述外部腔體1構(gòu)成第二環(huán)形結(jié)構(gòu)。

所述第一環(huán)形結(jié)構(gòu)和所述第二環(huán)形結(jié)構(gòu)用于控制所述三模介質(zhì)帶通濾波器的腔內(nèi)耦合。

具體應用中，三個模式諧振頻率的靠近是通過控制所述外部腔體1的高度以及所述介質(zhì)基板5的尺寸實現(xiàn)的。

具體應用中，對三模介質(zhì)帶通濾波器諧振頻率的控制是通過改變調(diào)諧螺釘6和位于介質(zhì)諧振器上表面的介質(zhì)基板的第一開槽結(jié)構(gòu)7和第二開槽結(jié)構(gòu)8的尺寸實現(xiàn)的。

具體應用中，對三模介質(zhì)帶通濾波器腔內(nèi)耦合強度的控制則是通過改變第一環(huán)形結(jié)構(gòu)和第二環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置實現(xiàn)的。

本實施例中，所述介質(zhì)諧振器4為圓柱形。

具體應用中，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3則是采用接地的同軸端口實現(xiàn)的，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3的端口耦合強度的控制則是通過改變端口到介質(zhì)諧振器的距離實現(xiàn)的。

具體應用中，所述外部腔體1采用鋁、銅、鐵、金或者銀中的任意一種金屬或任意幾種金屬的合金制作。

為了驗證控制外部腔體高度H和介質(zhì)基板的半徑R可以使三個模式的諧振頻率靠近，保持其它參數(shù)不變，分別對外部腔體的高度H和介質(zhì)基板的半徑R取不同值進行仿真，圖3是諧振腔側(cè)視圖，圖5是諧振腔俯視圖，圖4和圖6是仿真結(jié)果。

由圖4的仿真結(jié)果可以看到，保持其它參數(shù)不變，隨著外部腔體的高度H的不斷增大，諧振腔中第一個模式的頻率呈上升的趨勢，第二個模式和第三個模式的諧振頻率基本保持不變；由圖6的仿真結(jié)果可以看到，保持其它參數(shù)不變，隨著介質(zhì)基板的半徑R的不斷增大，諧振腔中第一個模式的諧振頻率只有輕微的變化，而第二個模式和第三個模式的諧振頻率呈下降的趨勢，因此可以通過控制外部腔體的高度H和介質(zhì)基板的半徑R實現(xiàn)三模介質(zhì)帶通濾波器三個模式的諧振頻率靠近。

為了驗證調(diào)諧螺釘?shù)那度肷疃萒和介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)的深度L1、L2對濾波器諧振頻率的調(diào)諧作用，保持其它參數(shù)不變，分別對諧螺釘?shù)那度肷疃萒和介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)的深度L2(L1保持不變)取不同值進行仿真，圖7是設置有調(diào)諧螺釘?shù)闹C振腔結(jié)構(gòu)圖，圖9是設置有介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)的諧振腔結(jié)構(gòu)圖，圖8和圖10是仿真結(jié)果。

由圖8的仿真結(jié)果可以看到，隨著調(diào)諧螺釘?shù)那度肷疃萒不斷增大，諧振腔第一個模式的諧振頻率呈下降的趨勢，而第二個模式和第三個模式的諧振頻率基本保持不變，因此調(diào)諧螺釘用于控制第一個模式的諧振頻率；由圖10的仿真結(jié)果可以看到，隨著介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)的深度L2不斷增大，諧振腔中的第一個模式的諧振頻率呈輕微上升的趨勢，第二模式基本保持不變，第三個模式呈下降趨勢，因此介質(zhì)基板的開槽結(jié)構(gòu)深度L2用于控制第三個模式的諧振頻率。同理，可以得到介質(zhì)基板的開槽結(jié)構(gòu)深度L1用于控制濾波器第二個模式的諧振頻率。因此，可以通過控制調(diào)諧螺釘?shù)那度肷疃菻和介質(zhì)基板的開槽結(jié)構(gòu)深度L1和L2實現(xiàn)對濾波器三個模式諧振頻率的控制。

濾波器的腔內(nèi)耦合強度是由兩根短接的金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)所控制，為了驗證腔內(nèi)耦合環(huán)形結(jié)構(gòu)對腔內(nèi)耦合強度的影響，保持其它參數(shù)不變，對金屬柱到諧振腔的中心距離取不同值進行仿真，圖11是設置有腔內(nèi)耦合結(jié)構(gòu)的諧振腔結(jié)構(gòu)圖，圖12是仿真結(jié)果。

由圖12的仿真結(jié)果可以看到，保持其它參數(shù)不變，隨著金屬柱到諧振腔中心的距離不斷增大，即環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置不斷改變，腔體耦合強度k12呈下降的趨勢，因此通過控制環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置可以實現(xiàn)對腔內(nèi)耦合強度的控制。

實施例二

如圖1所示，在本實施例的設計中，先根據(jù)諧振腔的場分布確定位于介質(zhì)諧振器上表面介質(zhì)基板的開槽位置、輸入輸出端口耦合結(jié)構(gòu)的位置和金屬柱的位置。三模介質(zhì)帶通濾波器的諧振頻率不僅由介質(zhì)諧振器和外部腔體的尺寸所決定，同時還會受到調(diào)諧螺釘和介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)尺寸的影響，通過控制調(diào)諧螺釘?shù)那度肷疃群徒橘|(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)的深度可以實現(xiàn)對三模介質(zhì)帶通濾波器諧振頻率的控制。同時，通過控制由兩根短接的金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置實現(xiàn)對腔內(nèi)耦合強度的控制。在本次實施例中，給定的濾波器中心頻率為1450MHz，所用圓柱介質(zhì)諧振器的半徑為16mm，高度為11.4mm，外部腔體的高度為13.1mm，介質(zhì)基板上開槽結(jié)構(gòu)的深度為7.5mm(圖1中第一開槽結(jié)構(gòu)7和第二開槽結(jié)構(gòu)8的深度)，金屬柱到諧振腔中心的距離分別為21.45mm(圖1中第一金屬柱9和第三金屬柱11到諧振腔中心的距離)和20mm(圖1中第二金屬柱10到諧振腔中心的距離)，該濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2為該三模介質(zhì)帶通濾波器的頻率響應的仿真曲線。從圖2的仿真結(jié)果中可以看到，該雙模介質(zhì)濾波器的回波損耗約為15dB，插入損耗小于0.5dB，工作頻率為1425MHz～1475MHz，帶寬為50MHz。

綜上所述，本實用新型提出了一種控制三模介質(zhì)帶通濾波器的頻率和耦合的設計方案。在此方案下，可以設計出便于加工的三模介質(zhì)帶通濾波器。由于三模介質(zhì)帶通濾波器具有插入損耗小、功率容量大、帶外抑制高、體積小和重量輕等優(yōu)點，在通信系統(tǒng)中有著廣泛的應用。本實用新型不僅具有良好的工作特性，同時可以避免對介質(zhì)諧振器開孔，還易于加工制造，有利于實際的工業(yè)生產(chǎn)。該濾波器的創(chuàng)新之處在于通過調(diào)諧螺釘和對位于介質(zhì)諧振器上表面的介質(zhì)基板進行開槽實現(xiàn)了對三模介質(zhì)帶通濾波器諧振頻率的控制，同時通過控制由兩根短接金屬柱和外部腔體構(gòu)成的環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置實現(xiàn)對腔內(nèi)耦合強度的控制。

本實用新型包括并不僅限于上述給出的實施方案，本領域技術(shù)人員在本實用新型的構(gòu)思下，在不脫離本實用新型原理的前提下，可對濾波器的結(jié)構(gòu)做出不同的變化和替換，例如改變位于介質(zhì)諧振器上表面介質(zhì)基板的形狀和尺寸，介質(zhì)基板開槽結(jié)構(gòu)的位置、形狀和尺寸，外部腔體的尺寸和形狀以及介質(zhì)諧振器的尺寸和形狀等，這些變形和替換也屬于本專利保護范圍。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。