本發(fā)明涉及射頻通信濾波技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器。

背景技術(shù)：

與單端電路相比，差分電路憑借其高抗噪聲和串?dāng)_的能力在微波電路和通信系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色。適應(yīng)于這一趨勢，很多具有良好性能的差分濾波器已被廣泛地探索和研究。在早期的設(shè)計(jì)中，許多差分濾波器采用了印刷電路板技術(shù)，低溫共燒陶瓷技術(shù)和基片集成波導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的諧振器，但它們的通帶損耗和選擇性在許多實(shí)際應(yīng)用中不能達(dá)到令人滿意的水平。

為了有效地解決上述問題，介質(zhì)諧振器已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，這主要是由于它具有高品質(zhì)因數(shù)(q)，小體積和優(yōu)異溫度穩(wěn)定性的優(yōu)勢。最近，有技術(shù)方案提出分別利用te11δ模矩形介質(zhì)諧振器和te01δ模圓環(huán)形介質(zhì)諧振器設(shè)計(jì)兩種差分濾波器。然而，所設(shè)計(jì)的差分濾波器的體積相對較大，這是因?yàn)椴捎玫慕橘|(zhì)諧振器都是以單模工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的，基于介質(zhì)諧振器的差分濾波器體積較大的問題，提供了一種基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器，能夠有效減小濾波器的體積。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器，包括金屬腔體、固定設(shè)置在金屬腔體內(nèi)的兩組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)和橫截面呈十字形且十字形上表面為金屬面的雙模介質(zhì)諧振器、設(shè)置在金屬腔體外壁上的與兩組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)對應(yīng)連接的兩組微波接頭，所述雙模介質(zhì)諧振器等效于兩個(gè)相同的矩形介質(zhì)諧振器正交后切半且在切面上涂覆一層金屬形成，每一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)互為鏡像且分別與一個(gè)等效的切半矩形介質(zhì)諧振器的兩端部正對設(shè)置，其中，一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)用于信號輸入，另一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)用于信號輸出。

優(yōu)選的，等效的兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器在相交處形成四個(gè)拐角，至少一對互為對角的拐角處設(shè)置有兩個(gè)用于分離正交模式的沿雙模介質(zhì)諧振器的高度方向延伸的微擾件，微擾件和雙模介質(zhì)諧振器具有相同的介電常數(shù)。

優(yōu)選的，所述微擾件在高度上的橫截面呈方形。

優(yōu)選的，等效的兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器的主模均為半te11δ模。

優(yōu)選的，差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)為饋電探針，包括依次連接的第一饋電部、第二饋電部以及第三饋電部，所述第一饋電部以及第三饋電部均與金屬腔體內(nèi)壁垂直設(shè)置，所述第二饋電部豎直向下連接第一饋電部和第三饋電部。

優(yōu)選的，所述微波接頭包括與第一饋電部對接的內(nèi)導(dǎo)體以及嵌套在內(nèi)導(dǎo)體外部的與金屬腔體外壁相連的外導(dǎo)體。

優(yōu)選的，所述濾波器還包括固定設(shè)置在所述金屬腔體底部的用于承載所述雙模介質(zhì)諧振器的底座。

優(yōu)選的，所述金屬腔體包括主體部、金屬蓋板，所述主體部包括四個(gè)第一側(cè)壁以及四個(gè)連接相鄰第一側(cè)壁的第二側(cè)壁，任意相鄰的兩個(gè)第一側(cè)壁垂直設(shè)置，任意相鄰的兩個(gè)第二側(cè)壁垂直設(shè)置，每兩個(gè)相對的第一側(cè)壁安裝一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)。

實(shí)施本發(fā)明的基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器，具有以下有益效果：一方面，根據(jù)單個(gè)矩形介質(zhì)諧振器主模的電磁場分布，當(dāng)矩形諧振器沿著電場對稱面切半且在切面上涂覆金屬面時(shí)，主模的電磁場不會發(fā)生變化，本發(fā)明所采用的諧振器可以看作是兩個(gè)相同的切半矩形介質(zhì)諧振器正交形成，與傳統(tǒng)的雙模介質(zhì)諧振器相比，其尺寸可以減小一半；另一方面，等效的兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器的主模都可以被一對位于其兩側(cè)的差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)激勵(lì)，由于采用雙模諧振器的原因，濾波器僅需要一個(gè)金屬腔體，有效地減小了濾波器的體積；

進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明還可以在兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器相交形成的一對相對拐角處設(shè)置兩個(gè)用于正交模式分離的微擾件。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器的較佳實(shí)施例的俯視圖；

圖2是雙模介質(zhì)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器的較佳實(shí)施例的側(cè)透視圖；

圖4是單個(gè)矩形介質(zhì)諧振器te11δ^z模式的電場示意圖；

圖5是切半矩形介質(zhì)諧振器半te11δ^z模式的電場示意圖；

圖6是微擾件的參數(shù)a和耦合系數(shù)k12^d之間的關(guān)系；

圖7是饋電探針的參數(shù)l1和l3與外部品質(zhì)因數(shù)qe^d之間的關(guān)系；

圖8是差分雙模介質(zhì)濾波器的仿真和實(shí)測結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的差分濾波器所采用的諧振器等效于兩個(gè)相同的矩形介質(zhì)諧振器正交后切半且在切面上涂覆一層金屬形成，根據(jù)單個(gè)矩形介質(zhì)諧振器主模的電磁場分布，當(dāng)矩形諧振器沿著電場對稱面切半且在切面上涂覆金屬面時(shí)，主模的電磁場不會發(fā)生變化，與傳統(tǒng)的雙模介質(zhì)諧振器相比，其尺寸可以減小一半；等效的兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器的主模都可以被一對位于其兩側(cè)的差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)激勵(lì)，由于采用雙模諧振器的原因，濾波器僅需要一個(gè)金屬腔體，有效地減小了濾波器的體積。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施例對上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對本申請技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本申請技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。

參考圖1-2，較佳實(shí)施例中，差分濾波器包括金屬腔體1、固定設(shè)置在金屬腔體1內(nèi)的兩組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21、22和雙模介質(zhì)諧振器3、設(shè)置在金屬腔體1的外壁上的與兩組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21、22對應(yīng)連接的兩組微波接頭，如圖中，端口1-1’為一組微波接頭，端口2-2’為另一組微波接頭。

參考圖2，雙模介質(zhì)諧振器3橫截面呈十字形且十字形上表面為金屬面，其實(shí)質(zhì)上等效于相同的兩個(gè)矩形介質(zhì)諧振器正交后切半且在切面上涂覆一層金屬形成。

參考圖1且結(jié)合圖3，金屬腔體1包括高度為l4的主體部以及封蓋所述主體部的金屬蓋板，所述主體部包括四個(gè)第一側(cè)壁11以及四個(gè)連接相鄰第一側(cè)壁11的第二側(cè)壁12，第一側(cè)壁11的寬度大于第二側(cè)壁12的寬度，任意相鄰的兩個(gè)第一側(cè)壁11垂直設(shè)置，任意相鄰的兩個(gè)第二側(cè)壁12垂直設(shè)置。實(shí)際上，其橫截面等效于一個(gè)邊長為w1的正方形的四個(gè)拐角被切除形成。

其中，每兩個(gè)相對的第一側(cè)壁11安裝一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21或者差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)22。差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21互為鏡像且與一個(gè)等效的切半矩形介質(zhì)諧振器的兩端部正對設(shè)置，同理，差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)22互為鏡像且與一個(gè)等效的切半矩形介質(zhì)諧振器的兩端部正對設(shè)置。一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21/22用于信號輸入，另一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)22/21用于信號輸出，它們具有相同的尺寸。較佳實(shí)施例中，差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21、22為饋電探針，具體包括依次連接的第一饋電部、第二饋電部以及第三饋電部，所述第一饋電部以及第三饋電部均與金屬腔體內(nèi)壁垂直設(shè)置，所述第二饋電部豎直向下連接第一饋電部和第三饋電部，即第一饋電部以及第三饋電部的長度相等。如圖3中，第一饋電部和第三饋電部長度為l1，第二饋電部長度為l2。

繼續(xù)參考圖1和圖3，等效的兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器在相交處形成四個(gè)拐角。優(yōu)選的，至少一對互為對角的拐角處設(shè)置有兩個(gè)用于分離兩個(gè)正交模式的沿雙模介質(zhì)諧振器3的高度方向延伸的微擾件4。微擾件4和雙模介質(zhì)諧振器3具有相同的介電常數(shù)。本實(shí)施例中，雙模介質(zhì)諧振器3的介電常數(shù)和損耗角正切分別38和2.5×10^-4。

如圖1中，較佳實(shí)施例在一對互為對角的拐角處分別設(shè)置了一個(gè)微擾件4。當(dāng)然，還可以將微擾件4設(shè)置在另外一對互為對角的拐角處，或者在4個(gè)拐角處均設(shè)置微擾件4。

較佳實(shí)施例中，所述微擾件4在高度方向上的橫截面呈方形。可以理解的是，具體的形狀并不限于此，橫截面還可以是矩形，或者微擾件4還可以是柱形甚至是不規(guī)則的條形，這些都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

另外，本實(shí)施例中，所述微擾件4與所述雙模介質(zhì)諧振器3一體成型。需要明確的是，一體成型僅僅是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，實(shí)際上微擾件4還可以是與雙模介質(zhì)諧振器3分離的結(jié)構(gòu)，這些都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

繼續(xù)參考圖3，微波接頭的高度為l3，所述微波接頭包括與第一饋電部對接的內(nèi)導(dǎo)體以及嵌套在內(nèi)導(dǎo)體外部的與金屬腔體1外壁相連的外導(dǎo)體。具體實(shí)施例中，第一饋電部和內(nèi)導(dǎo)體直接連接。

參考圖3，所述濾波器還包括固定設(shè)置在所述金屬腔體1的底部上的用于承載所述雙模介質(zhì)諧振器3的底座5。具體的，底座5包括一體成型的方形底板51和與方形底板垂直的柱體結(jié)構(gòu)52，雙模介質(zhì)諧振器3通過粘合方式與柱體結(jié)構(gòu)52固定，方形底板51的四角通過螺釘固定在金屬腔體1的底部上。

本實(shí)施例中，底座5具體為al2o3材質(zhì)。當(dāng)然，具體材料并不限于此，只要底座5具備一定的剛性能用于承重即可。

下面結(jié)合圖4和圖5以及上述實(shí)施例介紹本發(fā)明的工作原理。

如圖4所示，矩形介質(zhì)諧振器te11δ^z模式的電場在諧振器內(nèi)呈現(xiàn)閉環(huán)分布，并且它與對稱面y＝a/2是相互正交的。根據(jù)電磁場邊界條件，在電場對稱面y＝a/2上覆蓋一層金屬面(近似等效為理想電壁)將不會改變te11δ^z模原有的場分布，如圖5所示，該切半矩形介質(zhì)諧振器可以由圖4所示的矩形介質(zhì)諧振器沿著電場對稱面y＝a/2切半并在切面上涂覆一層金屬構(gòu)成。

基于此原理，本發(fā)明所采用的諧振器等效于兩個(gè)相同的矩形介質(zhì)諧振器正交后切半且在切面上涂覆一層金屬形成(如圖2所示，其中，a、b、l分別表示單個(gè)矩形介質(zhì)諧振器的高、長、寬)。與傳統(tǒng)的雙模介質(zhì)諧振器相比，其尺寸減小了一半。

根據(jù)雙模介質(zhì)諧振器3的結(jié)構(gòu)，其存在一對具有相同諧振頻率的正交模式，即半te11δ^x和半te11δ^y模式，這兩個(gè)模式可以由一組饋電探針差分激勵(lì)。其中，差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)21激勵(lì)半te11δ^x模式，差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)22激勵(lì)半te11δ^y模式，每一組差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)饋電探針引入用于激勵(lì)相應(yīng)半te11δ模式的等幅反向電流。根據(jù)互易性原理可知，從工作在半te11δ模式的介質(zhì)諧振器上提取的信號也必然是反向的。

四個(gè)饋電探針用于組成兩對差分輸入/輸出，它們具有相同的尺寸并且其長度和高度決定了輸入/輸出耦合量，即外部品質(zhì)因數(shù)qe^d。一般情況下，正交模之間不存在耦合。如果正交模式需要發(fā)生耦合，那么它們的電磁場分布就應(yīng)該被擾亂。本發(fā)明中的橫截面呈方形的微擾件4即是用于兩個(gè)正交模式的分離，其尺寸為a*a*a/2。兩個(gè)模式間的耦合系數(shù)，即k12^d，由微擾件4的尺寸決定。從圖6可以看出，k12^d的值隨著a增加而增大。根據(jù)圖7可以看出，當(dāng)饋電探針參數(shù)l1或l3增大時(shí)，qe^d的值減小。

基于以上分析，我們設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為1.75ghz，0.04db紋波相對帶寬(fbw)為0.42％的兩階差分切比雪夫帶通濾波器。按照濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)，低通原型濾波器的集總元件值為：g0＝1，g1＝0.6508，g2＝0.5371。差分濾波器設(shè)計(jì)所需要的qe^d和k12^d可由如下公式得到：

最終，根據(jù)提取的qe^d和k12^d，差分濾波器結(jié)構(gòu)的對應(yīng)尺寸經(jīng)過仿真優(yōu)化后可確定如下：l1＝4.65mm，l2＝20mm，l3＝30mm，l4＝35mm，w1＝45mm，a＝1.6mm，a＝31mm，b＝24.5mm，l＝11mm。

圖8給出了提出的差分濾波器的仿真和實(shí)測結(jié)果，具有良好的一致性。圖中，sdd11表示差模信號在端口1-1’的反射系數(shù)；sdd21表示差模信號從端口1-1’到端口2-2’的傳輸系數(shù)；scc21表示共模信號從端口1-1’到端口2-2’的傳輸系數(shù)。從該圖中可以看出，測得的差模通帶中心頻率為1.75ghz，通帶內(nèi)回波損耗優(yōu)于15db，仿真和實(shí)測的最小插入損耗約為0.73db和0.9db，并且差模通帶內(nèi)的共模抑制大于40db。

綜上所述，實(shí)施本發(fā)明的基于小型化雙模介質(zhì)諧振器的差分濾波器，具有以下有益效果：一方面，根據(jù)單個(gè)矩形介質(zhì)諧振器主模的電磁場分布，當(dāng)矩形諧振器沿著電場對稱面切半且在切面上涂覆金屬面時(shí)，主模的電磁場不會發(fā)生變化，本發(fā)明所采用的諧振器可以看作是兩個(gè)相同的切半矩形介質(zhì)諧振器正交形成，與傳統(tǒng)的雙模介質(zhì)諧振器相比，其尺寸可以減小一半；另一方面，等效的兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器的主模都可以被一對位于其兩側(cè)的差分激勵(lì)結(jié)構(gòu)激勵(lì)，由于采用雙模諧振器的原因，濾波器僅需要一個(gè)金屬腔體，有效地減小了濾波器的體積；進(jìn)一步優(yōu)選的，本發(fā)明還可以在兩個(gè)切半矩形介質(zhì)諧振器相交形成的一對相對拐角處設(shè)置兩個(gè)用于正交模式分離的微擾件。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。