設置有閉合金屬環(huán)5 ;介質(zhì)諧振器2的前側面和右側面相交處和介質(zhì)諧振器2的后側面和左側面相交處都是兩個諧振模式的磁場分布交加處，由于本實施例的第一金屬螺釘3位于介質(zhì)諧振器2的后側面，第二金屬螺釘4位于介質(zhì)諧振器2的左側面，因此將閉合金屬環(huán)5設置在介質(zhì)諧振器2的前側面和右側面相交處，所述閉合金屬環(huán)5設用于控制介質(zhì)諧振器2兩個諧振模式之間的耦合強度；
[0054]所述腔體1在與第一金屬螺釘3相對的位置上設有第一端口，所述第一端口處設有第一同軸線6，且第一端口與介質(zhì)諧振器2之間設有第一金屬環(huán)7，所述第一金屬環(huán)7的一端接第一同軸線6的內(nèi)導體，另一端接腔體1的底面；所述第一金屬環(huán)7用于控制第一端口與激勵的諧振模式(TM12。模式)之間的耦合強度，即端耦合強度；
[0055]所述腔體1在與第二金屬螺釘4相對的位置上設有第二端口，所述第二端口處設有第二同軸線8，且第二端口與介質(zhì)諧振器2之間設有第二金屬環(huán)9，所述第二金屬環(huán)9的一端接第二同軸線8的內(nèi)導體，另一端接腔體1的底面；所述第二金屬環(huán)9用于控制第二端口與激勵的諧振模式(TM21。模式)之間的耦合強度，即端耦合強度。
[0056]所述第一端口和第二端口可以作為輸入端口，也可以作為輸出端口。
[0057]本實施例的介質(zhì)雙模帶通濾波器設計的分析過程如下:
[0058]1)在腔體1的中心位置放置一個介質(zhì)諧振器2，且介質(zhì)諧振器2的上、下兩端都是和腔體1直接相接的，如圖2所示；采用的兩個簡并模式稱為TM12。模式和TM21。模式，兩個諧振模式的磁場分布如圖3和圖4所示。
[0059]2)通過在介質(zhì)諧振器2的周圍合適的位置插入金屬螺釘，可以實現(xiàn)對諧振模式的諧振頻率控制，本實施例選擇在TM12。諧振模式電場較大的位置插入金屬螺釘實現(xiàn)微擾，即在介質(zhì)諧振器2的后側面插入第一金屬螺釘3，如圖5所示；螺釘?shù)拈L度(TMul)決定了擾動的大小，進而影響該諧振模式，螺釘?shù)拈L度越長，TM12。諧振頻率越小，而TM 21。諧振頻率幾乎不變，如圖6所示；根據(jù)結構的對稱性，若將金屬螺釘在相鄰的平面上插入，本實施例在介質(zhì)諧振器2的左側面插入第二金屬螺釘4，則可以控制TM21。模式的諧振頻率；
[0060]3)通過在兩個諧振模式的磁場分布交加處，設置閉合金屬環(huán)5，如圖7所示，閉合金屬環(huán)5的面積決定耦合磁通量的大小，從而控制介質(zhì)諧振器2兩個諧振模式的耦合強度；閉合金屬環(huán)的高度(inner-ring_h)增加(面積增加)，TM12。模式和TM 21。模式的親合強度(即親合系數(shù)，coupling coefficient)隨之增加，如圖8所示；
[0061]4)為了實現(xiàn)端耦合，激勵出第一個模式，這里采用的方法是金屬環(huán)耦合，即磁耦合；磁耦合的方法，金屬環(huán)必須垂直于想要激勵起的諧振模式的磁場分布，金屬環(huán)可以是圓環(huán)或矩形環(huán)，本實施例以矩形環(huán)進行說明；如圖9所示，在第一端口與介質(zhì)諧振器2之間設置第一金屬環(huán)7，第一金屬環(huán)7的一端接第一同軸線6的內(nèi)導體，另一端接在腔體1的底面，第一金屬環(huán)7激勵出來的模式是TM12。模式，第一金屬環(huán)7的面積控制端耦合強度，這里用外部Q值(品質(zhì)因數(shù))體現(xiàn)，隨著第一金屬環(huán)7面積的增大，這里體現(xiàn)為第一金屬環(huán)7的寬度(port_W)增加，外部Q值隨著減小，如圖10所示(圖中的圖形省略了第一同軸線6的內(nèi)導體和第一金屬環(huán)7的厚度)，這說明了第一金屬環(huán)7的面積越大，端耦合越強，可以實現(xiàn)的通帶帶寬越寬。
[0062]同理，為了激勵出第二個模式，在第一端口與介質(zhì)諧振器2之間設置第二金屬環(huán)9，第二金屬環(huán)9的一端接第二同軸線8的內(nèi)導體，另一端接在腔體1的底面，第二金屬環(huán)9激勵出來的模式是TM21。模式，端耦合強度的控制同第一金屬環(huán)7。
[0063]5)在上述1)?4)的分析下，可以通過金屬螺釘控制諧振模式的諧振頻率，閉合金屬環(huán)諧振模式的耦合系數(shù)，同時利用金屬環(huán)耦合控制外部Q值，于是可以設計出本實施例的介質(zhì)雙模帶通濾波器，如圖1所示。
[0064]實施例2:
[0065]本實施例基于兩個上述實施例1的介質(zhì)雙模帶通濾波器，利用如圖11 (圖中S表示源端，L表示負載端，1?4分別表示模式1?4)所示的四階線性拓撲結構，可以設計基于矩形介質(zhì)諧振器的雙腔介質(zhì)雙模帶通濾波器，如圖12所示，其中模式2和模式3的親合方式是通過閉合金屬環(huán)實現(xiàn)模式親合，閉合金屬環(huán)的尺寸(寬度inter-ring_w、高度inter-ring_h)控制親合系數(shù)的大小，如圖13所示；基于矩形介質(zhì)諧振器的雙腔介質(zhì)雙模帶通濾波器的S參數(shù)響應如圖14所示，從圖中可以看到，在帶寬2624MHz-2692MHz，通帶回波損耗在-15.6dB以下。
[0066]實施例3:
[0067]本實施例基于四個上述實施例1的介質(zhì)雙模帶通濾波器，利用如圖15(圖中S表示源端，L表示負載端，1?8分別表示模式1?8)所示的八階線性拓撲結構，可以設計基于矩形介質(zhì)諧振器的四腔介質(zhì)雙模帶通濾波器，如圖16所示，其中模式2和模式3、模式4和模式5、模式6和模式7的親合方式是通過閉合金屬環(huán)實現(xiàn)模式親合，閉合金屬環(huán)的尺寸控制耦合系數(shù)的大小，基于矩形介質(zhì)諧振器的四腔介質(zhì)雙模帶通濾波器的S參數(shù)響應如圖17所示，從圖中可以看到，在帶寬2634MHz-2960MHz，通帶回波損耗在-12.2dB以下。
[0068]實施例4:
[0069]本實施例的主要特點是:所述介質(zhì)諧振器為盤形介質(zhì)諧振器，此時矩形腔體尺寸為50mm*50mm*14.5mm，盤形介質(zhì)諧振器內(nèi)徑3.0mm，外徑14.0mm，高度14.5mm，介質(zhì)相對介電常數(shù)為38，適用于1.5GHz頻段。
[0070]實施例5:
[0071]本實施例基于兩個上述實施例4的介質(zhì)雙模帶通濾波器，利用如圖18(圖中S表示源端，L表示負載端，1?4分別表示模式1?4)所示的四階線性拓撲結構，可以設計基于盤形介質(zhì)諧振器的雙腔介質(zhì)雙模帶通濾波器的水平模型，如圖19和圖20所示，其中模式2和模式3的耦合方式是通過閉合金屬環(huán)實現(xiàn)模式耦合，閉合金屬環(huán)的尺寸控制耦合系數(shù)的大??；基于盤形介質(zhì)諧振器的雙腔介質(zhì)雙模帶通濾波器的水平模型的S參數(shù)響應如圖21所示，從圖中可以看到，在帶寬1426MHz-1485MHz，通帶回波損耗在-10.0dB以下。
[0072]實施例6:
[0073]由于水平模型占用了較大的橫向空間，為了節(jié)省空間，本實施例基于兩個上述實施例4的介質(zhì)雙模帶通濾波器，利用與實施例5同樣的四階線性拓撲結構，可以設計基于盤形介質(zhì)諧振器的雙腔介質(zhì)雙模帶通濾波器的垂直模型，如圖22和圖23所示，其中模式2和模式3的耦合是通過開窗以及一根貫穿腔體的金屬柱構成，貫穿的金屬柱與腔體同樣構成了一個閉合金屬環(huán)，閉合金屬環(huán)的大小(寬度ring_w)控制了親合的強度，如圖24所示；基于盤形介質(zhì)諧振器的雙腔介質(zhì)雙模帶通濾波器的垂直模型的S參數(shù)響應如圖25所示，從圖中可以看到，在帶寬1424MHz-1485MHz，通帶回波損耗在-16.6dB以下。
[0074]實施例7:
[0075]本實施例的主要特點是:所述介質(zhì)諧振器還可以為柱形介質(zhì)諧振器或除矩形外的多邊形介質(zhì)諧振器；所述腔體還可以為圓柱腔體或除矩形外的多邊形腔體。
[0076]綜上所述，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出利用金屬螺釘實現(xiàn)頻率控制、閉合金屬環(huán)實現(xiàn)模式耦合控制的原理，該技術填補了目前介質(zhì)多模濾波器技術研究的部分空白，極大程度減小了介質(zhì)諧振器的加工難度和加工成本；利用該技術設計與平面拓撲結構技術相結合，設計出多款具備高性能的介質(zhì)雙模濾波器，上述實施例2、3、5和6給出了矩形介質(zhì)諧振器和盤形介質(zhì)諧振器的設計應用，分別設計應用了雙腔、四腔、水平模型、垂直模型等帶通濾波器，很好地滿足現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)的應用。
[0077]以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。
【主權項】
1.一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，包括腔體，其特征在于:所述腔體的中心位置放置一個介質(zhì)諧振器，所述介質(zhì)諧振器的上、下兩端與腔體相接； 在所述介質(zhì)諧振器的周圍插入第一金屬螺釘和第二金屬螺釘，所述第一金屬螺釘?shù)臋M向中心線與第二金屬螺釘?shù)臋M向中心線垂直，所述第一金屬螺釘和第二金屬螺釘用于控制介質(zhì)諧振器兩個諧振模式的諧振頻率； 在所述介質(zhì)諧振器兩個諧振模式的磁場分布交加處設置有閉合金屬環(huán)，所述閉合金屬環(huán)用于控制介質(zhì)諧振器兩個諧振模式之間的耦合強度。2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，其特征在于: 所述腔體在與第一金屬螺釘相對的位置上設有第一端口，所述第一端口處設有第一同軸線，且第一端口與介質(zhì)諧振器之間設有第一金屬環(huán)，所述第一金屬環(huán)的一端接第一同軸線的內(nèi)導體，另一端接腔體的底面；所述第一金屬環(huán)用于控制第一端口與激勵的諧振模式之間的耦合強度； 所述腔體在與第二金屬螺釘相對的位置上設有第二端口，所述第二端口處設有第二同軸線，且第二端口與介質(zhì)諧振器之間設有第二金屬環(huán)，所述第二金屬環(huán)的一端接第二同軸線的內(nèi)導體，另一端接腔體的底面；所述第二金屬環(huán)用于控制第二端口與激勵的諧振模式之間的耦合強度。3.根據(jù)權利要求2所述的一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，其特征在于:所述第一金屬環(huán)和第二金屬環(huán)為圓環(huán)或矩形環(huán)。4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，其特征在于:所述腔體為圓柱腔體或多邊形腔體。5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，其特征在于:所述介質(zhì)諧振器為盤形介質(zhì)諧振器、柱形介質(zhì)諧振器或多邊形介質(zhì)諧振器。6.根據(jù)權利要求5所述的一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，其特征在于:所述多邊形介質(zhì)諧振器為矩形介質(zhì)諧振器；所述介質(zhì)諧振器為矩形介質(zhì)諧振器時，所述第一金屬螺釘和第二金屬螺釘分別插在矩形介質(zhì)諧振器相鄰的兩個外側面上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型介質(zhì)雙模帶通濾波器，所述腔體的中心位置放置一個介質(zhì)諧振器，所述介質(zhì)諧振器的上、下兩端與腔體相接；在所述介質(zhì)諧振器的周圍插入第一金屬螺釘和第二金屬螺釘，所述第一金屬螺釘?shù)臋M向中心線與第二金屬螺釘?shù)臋M向中心線垂直，所述第一金屬螺釘和第二金屬螺釘用于控制介質(zhì)諧振器兩個諧振模式的諧振頻率；在所述介質(zhì)諧振器兩個諧振模式的磁場分布交加處設置有閉合金屬環(huán)，所述閉合金屬環(huán)用于控制介質(zhì)諧振器兩個諧振模式之間的耦合強度。本發(fā)明的介質(zhì)雙模帶通濾波器結構簡單、實現(xiàn)方便，在一個介質(zhì)諧振器周圍插入金屬螺釘和設置閉合金屬環(huán)，可以利用金屬螺釘和閉合金屬環(huán)來實現(xiàn)頻率和耦合控制。
【IPC分類】H01P1/203
【公開號】CN105390780
【申請?zhí)枴緾N201510932359
【發(fā)明人】褚慶昕, 黃慶濤
【申請人】華南理工大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月14日