一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，包括腔體、第一端口、第二端口以及微擾金屬體；所述微擾金屬體設(shè)置在腔體內(nèi)的底部，微擾金屬體的中心偏離腔體的中心；所述第一端口和第二端口設(shè)置在腔體上，并貫穿腔體外壁和內(nèi)壁；所述第一端口處設(shè)有第一導(dǎo)體組件，所述第二端口處設(shè)有第二導(dǎo)體組件，所述第一導(dǎo)體組件的軸線和第二導(dǎo)體組件的軸線相垂直，并分別垂直于腔體的縱向中心線。本實用新型采用偏移諧振器的方法來分離簡并模，具有高選擇性、高Q值、設(shè)計簡單的特點，而且具有比較寬的分?jǐn)?shù)帶寬，能夠滿足小型化通信的要求，不用加工任何切角或者開槽，加工容易，解決了現(xiàn)有腔體濾波器帶寬窄加工復(fù)雜的問題，且結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣。
【專利說明】一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種濾波器，尤其是一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，屬于無線通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微波濾波器是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中發(fā)射端和接收端必不可少的器件，它對信號起分離作用，讓有用的信號盡可能無衰減的通過，對無用的信號盡可能大的衰減抑制其通過。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，信號間的頻帶越來越窄，這就對濾波器的規(guī)格和可靠性提出了更高的要求。腔體濾波器具有高Q值、功率容量大、易于實現(xiàn)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而具有很高的應(yīng)用價值。腔體濾波器通過在各腔諧振器之間開孔或加探針，實現(xiàn)電感或電容耦合，通過改變孔的位置、大小或者探針的粗細(xì)長短等來控制耦合電感或耦合電容的強(qiáng)弱以實現(xiàn)各種濾波器；而且很容易實現(xiàn)諧振器之間的交叉耦合，通過控制交叉耦合的數(shù)量和強(qiáng)弱得以實現(xiàn)傳輸零點的位置和數(shù)目。由于以上特點，研究腔體濾波器多模結(jié)構(gòu)、腔體濾波器的小型化得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
[0003]據(jù)調(diào)查與了解，已經(jīng)公開的現(xiàn)有技術(shù)如下:
[0004]I)諧振器的 分離簡并模一般有四種方法:a、如圖1a和Ib所示，通過耦合螺釘來實現(xiàn)簡并模耦合時，為了避免相互作用，其位置應(yīng)位于兩個諧振(要耦合)的電場強(qiáng)度最大值附近，且其余簡并模電場為零的區(qū)域，通常耦合螺釘與兩個極化的電場成450，但這種耦合方式可調(diào)諧范圍比較??；b、如圖2a和2b所示，在諧振器45°角上方伸進(jìn)耦合螺釘，同樣可以分離簡并模；c、如圖3a和3b所示，剖出個矩形切角，但這種耦合方式不易加工；d、如圖4a和4b所示，在諧振器中心開槽，同樣這種耦合方式不易加工。
[0005]2) 1951年林為干院士基于波導(dǎo)腔體內(nèi)模式的諧振頻率基本公式提出圓柱形諧振腔中存在著多個簡并模式，并設(shè)計了顯著減小波導(dǎo)濾波器體積的一腔五模濾波器，為一腔多模濾波器的研究奠定基礎(chǔ)。
[0006]3) 1998 年 10 月，G.Lastoria 等人在 ffiEE MICROWAVE AND ⑶IDED WAVE LETTERS 發(fā)表題為 “CAD of Triple-Mode Cavities in Rectangular Waveguide” 的文章中。作者提出了一種采用金屬腔體切角的三模結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖5a所示，通過控制切角的大小將若干個諧振模式平移到我們所需的通帶內(nèi)，它的仿真結(jié)果如圖5b所示；這種耦合方式的結(jié)構(gòu)不易加工。
[0007]4) 2004年 I 月，L.H.Chua等人發(fā)表題為“Analysis of dielectric loaded cubicalcavity for triplemode filter design”文章中，提出利用同軸線作為饋電,如圖6a所示,采用調(diào)諧螺釘?shù)慕橘|(zhì)腔體濾波器結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果如圖6b所示；這種采用耦合螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)可調(diào)諧的范圍比較少，存在一定的不足。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、性能好的優(yōu)點，而且具有比較寬的分?jǐn)?shù)帶寬，能夠滿足通信系統(tǒng)要求的采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器。
[0009]本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0010]一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:包括腔體、第一端口、第二端口以及微擾金屬體；所述微擾金屬體設(shè)置在腔體內(nèi)的底部，微擾金屬體的中心偏離腔體的中心；所述第一端口和第二端口設(shè)置在腔體上，并貫穿腔體外壁和內(nèi)壁；所述第一端口處設(shè)有第一導(dǎo)體組件，所述第二端口處設(shè)有第二導(dǎo)體組件，所述第一導(dǎo)體組件的軸線和第二導(dǎo)體組件的軸線相垂直，并分別垂直于腔體的縱向中心線。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)體組件由第一同軸內(nèi)導(dǎo)體和第一同軸外導(dǎo)體焊接組成，所述第二導(dǎo)體組件由第二同軸內(nèi)導(dǎo)體和第二同軸外導(dǎo)體焊接組成；所述第一同軸內(nèi)導(dǎo)體從第一端口伸進(jìn)腔體內(nèi)，所述第一同軸外導(dǎo)體固定在第一端口處的腔體外壁上；所述第二同軸內(nèi)導(dǎo)體從第二端口伸進(jìn)腔體內(nèi)，所述第二同軸外導(dǎo)體固定在第二端口處的腔體外壁上。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，所述第一同軸內(nèi)導(dǎo)體和第二同軸內(nèi)導(dǎo)體均米用I禹合桿，所述第一同軸外導(dǎo)體和第二同軸外導(dǎo)體均采用SMA接頭，所述SMA接頭的末端與耦合桿焊接。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述每個SMA接頭上設(shè)有四個通孔，所述腔體在第一端口和第二端口附近的位置分別開有四個與SMA接頭的通孔相對應(yīng)的螺紋孔，所述每個SMA接頭通過四根螺釘穿過四個通孔后與四個螺紋孔配合固定在腔體外壁上。
[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述微擾金屬體的底面上設(shè)有與微擾金屬體構(gòu)成一整體的固定/調(diào)諧螺釘，所述微擾金屬體通過固定/調(diào)諧螺釘安裝在腔體內(nèi)的底部。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，所述固定/調(diào)諧螺釘設(shè)置在微擾金屬體的底面中心處。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，所述腔體為矩形腔或圓柱腔；所述腔體為矩形腔時，所述第一端口和第二端口分別設(shè)置在腔體除頂面和底面外的任意兩個相互垂直的面上。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，所述微擾金屬體的形狀為圓柱體或矩形體。
[0018]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0019]1、本實用新型的濾波器中，微擾金屬體的中心偏離腔體的中心，使微擾金屬體在腔體內(nèi)形成偏移的三模諧振器，從而實現(xiàn)分離簡并模，具有高選擇性、高Q值、設(shè)計和加工簡單的特點，而且具有比較寬的分?jǐn)?shù)帶寬，能夠滿足小型化通信的要求。
[0020]2、本實用新型的濾波器是采用了單腔三模諧振器的寬帶濾波器，克服了現(xiàn)有濾波器采用單腔單模諧振器所存在的零點產(chǎn)生困難問題。
[0021]3、本實用新型的濾波器不用加工任何切角或者開槽，加工容易，解決了腔體濾波器帶寬窄加工復(fù)雜的問題，且結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1a為采用現(xiàn)有技術(shù)第一種分離簡并模方法的諧振器(諧振器為矩形體)結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖1b為采用現(xiàn)有技術(shù)第一種分離簡并模方法的諧振器(諧振器為圓柱體)結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2a為采用現(xiàn)有技術(shù)第二種分離簡并模方法的諧振器立體圖。[0025]圖2b為采用現(xiàn)有技術(shù)第二種分離簡并模方法的諧振器俯視圖。
[0026]圖3a為采用現(xiàn)有技術(shù)第三種分離簡并模方法的諧振器立體圖。
[0027]圖3b為采用現(xiàn)有技術(shù)第三種分離簡并模方法的諧振器俯視圖。
[0028]圖4a為采用現(xiàn)有技術(shù)第四種分離簡并模方法的諧振器立體圖。
[0029]圖4b為采用現(xiàn)有技術(shù)第四種分離簡并模方法的諧振器俯視圖。
[0030]圖5a為現(xiàn)有技術(shù)中采用金屬腔體切角的三模濾波器結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖5b為現(xiàn)有技術(shù)中采用金屬腔體切角的三模濾波器仿真結(jié)果圖。
[0032]圖6a為現(xiàn)有技術(shù)中采用調(diào)諧螺釘?shù)慕橘|(zhì)腔體濾波器結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖6b為現(xiàn)有技術(shù)中采用調(diào)諧螺釘?shù)慕橘|(zhì)腔體濾波器仿真結(jié)果圖。
[0034]圖7為本實用新型實施例1的濾波器正視圖。
[0035]圖8為本實用新型實施例1的濾波器俯視圖。
[0036]圖9為本實用新型實施例1的濾波器不安裝導(dǎo)體組件的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖10為本實用新型實施例1的濾波器不安裝導(dǎo)體組件的右側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖11為本實用新型實施例1的濾波器中SMA接頭正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖12為本實用新型實施例1的濾波器中SMA接頭側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖13為本實用新型實施例1的濾波器頻率響應(yīng)的電磁仿真曲線圖。
[0041]圖14為加工本實用新型實施例1的濾波器時的上腔體示意圖。
[0042]圖15為加工本實用新型實施例1的濾波器時的封閉式底板示意圖。
[0043]圖16為本實用新型實施例2的濾波器俯視圖。
[0044]圖17為加工本實用新型實施例2的濾波器時的上腔體示意圖。
[0045]圖18為本實用新型實施例3的濾波器俯視圖。
[0046]圖19為本實用新型實施例4的濾波器俯視圖。
[0047]其中，1-腔體，2-第一端口，3-第二端口，4-微擾金屬體，5-固定/調(diào)諧螺釘，
6-第一同軸內(nèi)導(dǎo)體，7-第一同軸外導(dǎo)體，8-第二同軸內(nèi)導(dǎo)體，9-第二同軸外導(dǎo)體，10-通孔，
11-螺紋孔，12-螺釘，13-末端，14-定位孔，15-固定/調(diào)諧螺紋孔。
【具體實施方式】
[0048]實施例1:
[0049]如圖7?圖10所示，本實施例的濾波器包括腔體1、第一端口 2、第二端口 3以及微擾金屬體4，所述腔體I為矩形腔，所述微擾金屬體4的形狀為圓柱體，所述第一端口 2和第二端口 3既可以作為輸入端口，又可以作為輸出端口 ；
[0050]所述微擾金屬體4的底面中心處設(shè)有與微擾金屬體4構(gòu)成一整體的固定/調(diào)諧螺釘5，所述微擾金屬體4通過固定/調(diào)諧螺釘5與腔體I內(nèi)的底部連接，微擾金屬體4的中心偏離腔體I的中心；所述第一端口 2和第二端口 3分別設(shè)置在腔體I除頂面和底面外的任意兩個相互垂直的面上(在本實施例中，第一端口 2設(shè)置在腔體I的正面，第二端口 3設(shè)置在腔體I的右側(cè)面，且第一端口 2和第二端口 3都距腔體I的頂面和底面有一段距離)，第一端口 2和第二端口 3均貫穿腔體I外壁和內(nèi)壁；所述第一端口 2處設(shè)有第一導(dǎo)體組件，所述第二端口 3處設(shè)有第二導(dǎo)體組件，所述第一導(dǎo)體組件和第二導(dǎo)體組件都用來傳輸信號，所述第一導(dǎo)體組件由第一同軸內(nèi)導(dǎo)體6和第一同軸外導(dǎo)體7焊接組成，所述第二導(dǎo)體組件由第二同軸內(nèi)導(dǎo)體8和第二同軸外導(dǎo)體9焊接組成；所述第一同軸內(nèi)導(dǎo)體6從第一端口 2伸進(jìn)腔體I內(nèi)，所述第一同軸外導(dǎo)體7固定在第一端口 2處的腔體I外壁上；所述第二同軸內(nèi)導(dǎo)體8從第二端口 3伸進(jìn)腔體I內(nèi)，所述第二同軸外導(dǎo)體9固定在第二端口 3處的腔體I外壁上；所述第一導(dǎo)體組件的軸線(設(shè)所在坐標(biāo)軸為X軸)和第二導(dǎo)體組件的軸線(設(shè)所在坐標(biāo)軸為z軸)相垂直，并分別垂直于腔體I的縱向中心線(設(shè)所在坐標(biāo)軸為y軸)，從圖8的俯視圖中可以看到，微擾金屬體4頂面的圓心相對于腔體I頂面的中心點，沿X軸方向偏移了 dx，沿z軸方向偏移了 dz。
[0051]所述第一同軸內(nèi)導(dǎo)體6和第二同軸內(nèi)導(dǎo)體8均采用耦合桿，所述第一同軸外導(dǎo)體7和第二同軸外導(dǎo)體9均采用SMA接頭，每個SMA接頭的結(jié)構(gòu)如圖11和12所示，每個SMA接頭上設(shè)有四個通孔10，所述腔體I在第一端口 2和第二端口 3附近的位置分別開有四個與SMA接頭的通孔10相對應(yīng)的螺紋孔11，每個SMA接頭通過四根螺釘12穿過四個通孔10后與四個螺紋孔11配合固定在腔體I的外壁上，SMA接頭的末端13與耦合桿焊接。
[0052]本實施例的濾波器頻率響應(yīng)的電磁仿真曲線如圖13所示，圖中虛線表示IS11I，是輸入端口的回波損耗；實線表示IS211，是輸入端口到輸出端口的正向傳輸系數(shù)，可以看到在2.8GHz?3.5GHz的范圍內(nèi)，| S111的值都在-1OdB以下，并有三個明顯的諧振點(即微擾金屬體4構(gòu)成了三模諧振器)。
[0053]本實施例的濾波器加工過程如下:
[0054]取一個矩形體，將最底部切開，切開的最底部為封閉式底板，在剩下未切開的部分挖出一個矩形腔，使這部分形成上腔體，上腔體和封閉式底板分別如圖14和15所示，再結(jié)合圖7?圖10進(jìn)行加工，在上腔體前部和右部各自開出一個口，分別作為第一端口 2和第二端口 3，在第一端口 2和第二端口 3附近的位置上分別開出四個與SMA接頭的通孔10相對應(yīng)的螺紋孔11，在上腔體底部未挖的位置上開出四個與銷釘對應(yīng)的定位孔14，在封閉式底板上開出四個定位孔14和一個固定/調(diào)諧螺紋孔15，封閉式底板上的定位孔14的直徑大小與上腔體底部的定位孔14的直徑大小相同，微擾金屬體4底面的固定/調(diào)諧螺釘5與固定/調(diào)諧螺紋孔15相配合，使微擾金屬體4安裝在封閉式底板上，將兩個SMA接頭與兩條耦合桿焊接后，分別固定在第一端口 2和第二端口 3處，再通過銷釘將上腔體和封閉式底板進(jìn)行固定。
[0055]實施例2:
[0056]本實施例的主要特點是:如圖16所示，所述腔體I為圓柱腔，所述微擾金屬體4的形狀為圓柱體；加工時同樣取一個矩形體，將最底部切開，切開的最底部則為封閉式底板，在剩下未切開的部分挖出一個圓柱腔，使這部分形成上腔體，如圖17所示。其余同實施例1o
[0057]實施例3:
[0058]本實施例的主要特點是:如圖18所示，所述腔體I為圓柱腔，所述微擾金屬體4的形狀為矩形體。其余同實施例1或2。
[0059]實施例4:
[0060]本實施例的主要特點是:如圖19所示，所述腔體I為矩形腔，所述微擾金屬體4的形狀為矩形體。其余同實施例1或2。
[0061]上述實施例1?4中，所述腔體1、微擾金屬體4、第一導(dǎo)體組件和第二導(dǎo)體組件采用的金屬材料可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉬的任意一種，或可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉬任意一種的合金。
[0062]以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型專利的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實用新型專利的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:包括腔體、第一端口、第二端口以及微擾金屬體；所述微擾金屬體設(shè)置在腔體內(nèi)的底部，微擾金屬體的中心偏離腔體的中心；所述第一端口和第二端口設(shè)置在腔體上，并貫穿腔體外壁和內(nèi)壁；所述第一端口處設(shè)有第一導(dǎo)體組件，所述第二端口處設(shè)有第二導(dǎo)體組件，所述第一導(dǎo)體組件的軸線和第二導(dǎo)體組件的軸線相垂直，并分別垂直于腔體的縱向中心線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述第一導(dǎo)體組件由第一同軸內(nèi)導(dǎo)體和第一同軸外導(dǎo)體焊接組成，所述第二導(dǎo)體組件由第二同軸內(nèi)導(dǎo)體和第二同軸外導(dǎo)體焊接組成；所述第一同軸內(nèi)導(dǎo)體從第一端口伸進(jìn)腔體內(nèi)，所述第一同軸外導(dǎo)體固定在第一端口處的腔體外壁上；所述第二同軸內(nèi)導(dǎo)體從第二端口伸進(jìn)腔體內(nèi)，所述第二同軸外導(dǎo)體固定在第二端口處的腔體外壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述第一同軸內(nèi)導(dǎo)體和第二同軸內(nèi)導(dǎo)體均采用耦合桿，所述第一同軸外導(dǎo)體和第二同軸外導(dǎo)體均采用SMA接頭，所述SMA接頭的末端與耦合桿焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述每個SMA接頭上設(shè)有四個通孔，所述腔體在第一端口和第二端口附近的位置分別開有四個與SMA接頭的通孔相對應(yīng)的螺紋孔，所述每個SMA接頭通過四根螺釘穿過四個通孔后與四個螺紋孔配合固定在腔體外壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述微擾金屬體的底面上設(shè)有與微擾金屬體構(gòu)成一整體的固定/調(diào)諧螺釘，所述微擾金屬體通過固定/調(diào)諧螺釘安裝在腔體內(nèi)的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述固定/調(diào)諧螺釘設(shè)置在微擾金屬體的底面中心處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述腔體為矩形腔或圓柱腔；所述腔體為矩形腔時，所述第一端口和第二端口分別設(shè)置在腔體除頂面和底面外的任意兩個相互垂直的面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單腔三模腔體諧振器的寬帶濾波器，其特征在于:所述微擾金屬體的形狀為圓柱體或矩形體。
【文檔編號】H01P1/203GK203826524SQ201420208031
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】王世偉, 馮世芬, 林景裕, 褚慶昕 申請人:華南理工大學(xué)