CN102683773B - 一种可调滤波器及包括该滤波器的双工器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信器件领域，提供了一种可调滤波器和包括该滤波器的双工器，该滤波器包括多个谐振腔，每个谐振腔中均设有一谐振管和穿入谐振管围成的空间中的调谐螺杆；还包括设于调谐螺杆和谐振管之间的调谐件，调谐件与谐振管构成第一电容，与调谐螺杆构成第二电容；还包括用于转动调谐件的调节结构，以改变调谐件与谐振管和调谐螺杆之间的相对面积，使第一电容和第二电容联动变化。本发明在调谐螺杆和谐振管之间设置了调谐件，使调谐件与谐振管和调谐螺杆形成双电容结构，通过转动调谐件可实现双电容联动变化，使该滤波器的可调范围较传统的调频范围更大，实现了滤波器的宽带可调，从而实现了双工器的平台化，大幅度的节省了管理和制造成本。

Description

一种可调滤波器及包括该滤波器的双工器

技术领域

本发明属于通信器件领域，尤其涉及一种可调滤波器及包括该滤波器的双工器。

背景技术

基站收发信机模块的双工器由RF(射频)腔体滤波器构成，一般位于收发信机单板背面的结构件上，用于单路大功率的信号传输，双工器中的RF腔体滤波器包括TX filter(发射通道滤波器)和RX filter(接收通道滤波器)。随着移动通信多载波和多制式的发展，平台化的需求愈演愈烈。例如，DCS(分散控制***)、PCS(个人通讯服务)、TD-SCDMA(时分同步码分多址)、UMTS(通用移动通信***)的频段范围为1710-2170MHz，这就需要大量不同子频段的双工器。若能实现滤波器的宽带可调，采用一台双工器调试出多种频率的产品，对提升双工器的平台化，降低管理和制造成本具有很大的意义。

图1为现有技术中一种腔体滤波器的单腔模型，台阶101上固定有谐振杆102，谐振杆102等效于电感L，谐振杆102的上表面和调谐螺杆103顶部连接的盖板等效于电容C，该单腔谐振频率Fr的计算公式为

若要实现滤波器的宽带可调，就要保证每个单腔的谐振频率可调，即使等效电感L或等效电容C可调或二者同时可调。为了实现该目的，现有技术出现了多种方案，现举例如下：

如图2，美国专利US20090058563公开了一种可调滤波器，在介质TE(横电波)模滤波器中，在腔体201和盖板202之间增加了介质调谐块203和滑槽板204，通过固定介质调谐块203的螺钉205在滑槽中移动，实现介质调谐块203和介质谐振器206之间的腔体微扰，从而改变谐振频点。但是介质滤波器的可调范围比较小，介质块的调谐范围更加有限，这种滤波器的可调范围仍然不能满足要求。

如图3，申请号为201110251164.8的中国专利申请公开了一种可调滤波器，采用在调谐螺杆301上绕制电感线圈302，通过给电感线圈302提供不同方向和大小的电流来改变电感量，实现腔体微扰，进而实现可调。这种技术方案虽然可以达到不需人工调试即可实现多频段滤波的功能，但其中的调谐螺杆和盖板相连的位置处于接地状态零电位，加电对电感线圈的电感量影响甚微。并且，腔体滤波器为典型的分布参数电路滤波器，而电感线圈属于低频下的集总参数元件，在高频下改变集总参数电感的感值和电流方向难以实现腔体谐振频率的可调性。因此其可调范围仍然很小，难以满足宽带可调的要求，无法实现平台化。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种可调滤波器，旨在解决传统可调滤波器的调谐范围小，难以实现平台化的问题。

本发明实施例是这样实现的，包括多个谐振腔，每个所述谐振腔中均设有一谐振管和穿入所述谐振管围成的空间中的调谐螺杆；

还包括设于所述调谐螺杆和谐振管之间的调谐件，所述调谐件与所述谐振管构成第一电容，同时与所述调谐螺杆构成第二电容；

还包括用于转动所述调谐件的调节结构，以改变所述调谐件与谐振管之间以及所述调谐件与调谐螺杆之间的相对面积，使所述第一电容和第二电容联动变化。

本发明实施例的另一目的在于提供一种双工器，包括发射通道滤波器和接收通道滤波器，所述发射通道滤波器和接收通道滤波器均通过一可调滤波器进行滤波，该可调滤波器包括多个谐振腔，每个所述谐振腔中均设有一谐振管和穿入所述谐振管围成的空间中的调谐螺杆；

还包括设于所述调谐螺杆和谐振管之间的调谐件，所述调谐件与所述谐振管构成第一电容，同时与所述调谐螺杆构成第二电容；

还包括用于转动所述调谐件的调节结构，以改变所述调谐件与谐振管之间以及所述调谐件与调谐螺杆之间的相对面积，使所述第一电容和第二电容联动变化。

本发明实施例在调谐螺杆和谐振管之间设置了调谐件，使调谐件与谐振管和调谐螺杆之间形成了双电容结构，通过调节结构转动调谐件，可实现双电容联动变化，进而改变谐振频率。双电容联动变化使该滤波器的可调范围较传统的调频范围更大，真正实现了滤波器、双工器的宽带可调。采用这种滤波器的双工器可根据实际需要调试出不同频率的产品，不必再采用大量不同子频段的双工器，从而实现了双工器的平台化，并大幅度的节省了管理和制造成本。

附图说明

图1是现有技术中滤波器的单腔模型；

图2是现有技术中的一种可调滤波器的结构示意图；

图3是现有技术中的另一种可调滤波器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的可调滤波器的单腔结构示意图；

图5是本发明实施例提供的可调滤波器的单腔工作原理图；

图6是本发明实施例提供的可调滤波器的测试数据示意图；

图7是本发明实施例提供的可调滤波器中调谐件的转动方向示意图(一)；

图8是本发明实施例提供的可调滤波器中调谐件的转动方向示意图(二)；

图9是本发明实施例提供的可调滤波器中调谐件的转动方向示意图(三)；

图10是本发明实施例提供的可调滤波器的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的可调滤波器中调谐件的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的可调滤波器中调谐件的改进结构示意图；

图13是本发明实施例提供的采用改进调谐件的可调滤波器的单腔结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图4示出了本发明实施例提供的可调滤波器的单腔结构示意图，图5示出了本发明实施例提供的可调滤波器的单腔工作状态示意图，图6示出了本发明实施例提供的可调滤波器的测试数据示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

如图4，该可调滤波器包括多个谐振腔1，每个谐振腔1中均设有一谐振管2和一调谐螺杆3，该调谐螺杆3穿入谐振管2围成空间中。在调谐螺杆3和谐振管2之间还设有一调谐件4。其中，谐振管2等效于电感L，调谐件4的外壁与谐振管2的内壁等效于电容(第一电容)C₁，调谐件4的内壁与调谐螺杆3的外表面等效于另一电容(第二电容)C₂。调谐件4与谐振管2和调谐螺杆3构成了并联双电容结构。谐振管2、调谐螺杆3和调谐件4三者配合构成一个具有滤波功能的谐振单元。该可调滤波器还包括一调节结构5，用于转动调谐件4，进而改变调谐件4与谐振管2和调谐螺杆3的相对面积。可以理解，调谐件4的转动方向可有多种，只要其中心轴相对调谐螺杆3和谐振管2的中心轴发生转动即可改变上述相对面积。

根据电容量的计算公式

其中，

为常数，S为电容两极的相对面积，d为两极之间的距离，当相对面积S和距离d发生变化时，电容C便会随之改变，进而使谐振频率

发生改变。

参考附图5，本发明实施例中的调谐件4在调节结构5的带动下相对调谐螺杆3和谐振管2向任一方向转动，当调谐件4转动某角度α时，调谐件4与调谐螺杆3和谐振管2之间的相对面积和距离均发生变化，使第一电容C₁和第二电容C₂同时改变，以达到改变谐振频率Fr的目的。将调谐件4转动不同的角度即可获得不同的谐振频率Fr。

以下提供一组本实施例所述滤波器的相关测试数据，参考表1和附图6，

转动角度(度)	0	15	25
				谐振频率(GHz)	1.703	1.98	2.23

表1.调谐件的转动角度和单腔谐振频率的对照数据

上述数据中的摆动角度是这样定义的，以调谐件4同调谐螺杆3和谐振管2共轴时的位置为初始位置，调谐件4转动一定角度后，其中心轴相对于在初始位置时的偏转角度为转动角度。可以理解，调谐件4的转动可以是往复运动，不必限制于仅朝同方向摆动，因此可定义向某方向转动时，其转动角度为正值，向相反方向转动时，其转动角度为负值。上述数据仅记载了调谐件朝向同方向转动的数据，朝相反方向转动同样可以实现宽带可调，其详细数据本实施例中未一一示出。

由上述数据和图6可见，当调谐件4的转动角度在0～25°之间变化时，其谐振频率不断增大，可从1.703GHz增大至2.23GHz，调频范围较宽，可满足DCS、PCS、TD-SCDMA、UMTS等业务的频段需求。

可以理解，上述数据仅为本发明一种具体实施例的测试数据，本发明实施例的重点在于其调谐的可变范围，而对于其具体的谐振频率值，可以根据实际的需要适当调节。例如实际需要谐振频率为1.5～2.0GHz，可通过对谐振管2、调谐螺杆3和调谐件4的结构和相对位置等进行适当的初始设置，然后在实际操作时通过调节调谐件4来获得不同的谐振频率。

本发明实施例通过在调谐螺杆3和谐振管2之间设置调谐件，形成了双电容结构，通过调节结构5带动调谐件4转动即可实现双电容联动变化，进而改变谐振频率，由于是双电容同时改变，使其频率的可调范围较传统滤波器的调频范围更大，真正实现了滤波器、双工器的宽带可调。在实际使用过程中，仅采用一台双工器即可调试出不同频段的产品，使之适用于多种场合，从而实现了双工器的平台化，并大幅度的节省了管理和制造成本。并且，这种滤波器的结构简单，不需增加较复杂的器件和控制机构，有效的控制了生产成本的增加。另外，调谐件向各方向转动都可以实现双电容联动变化，其转动支点也不需要严格限制，因此其转动的自由度较高，设计的灵活性更强，便于加工制造。且由于其结构简单，使其更容易操作和维护，更有利于双工器的平台化。

进一步的，谐振管2、调谐件4与调谐螺杆3的具体形状可有多种。

具体的，谐振管2的形状可以但不限于采用圆筒形或立方筒形。调谐件4的形状也可以采用上述形状，亦或是具有一纵向开口的筒形。同理，调谐螺杆3的形状也不必严格限制。三者的形状只要能够形成双电容结构即可，具体的形状可以根据实际的需求结合制造的难易程度合理设计。

优选的，调谐件4、谐振管2和调谐螺杆3三者的形状相适应，这样可保证第一电容和第二电容的两极平行，使电容量最大化，进而使电容的可变范围更大，同时也便于加工制造。

优选的，调谐螺杆3为圆柱形，调谐件4和谐振管2均为圆筒形，当然，三者优选共轴设置。这样，无论调谐件4向何方向转动，只要转动角度相同，其相对面积和距离的改变量便相同，因此谐振频率的改变也是相同的。当三者不采用上述形状时，例如均为立方柱形，或者三者形状不同，当调谐件4朝向不同方向转动时，其相对面积和距离的改变量可能不同，即针对不同的转动方向，转动角度和谐振频率的对应关系不同，但并不影响滤波器的宽带可调。本实施例优选将调谐螺杆3设计为圆柱形，将调谐件4和谐振管2均设计为圆筒形，且三者共轴，一方面便于制造，提高设计的灵活性；另一方面，在后续使用时，即使调谐件4的转动方向发生了改变，其调谐效果仍然保持不变，利于保持其稳定的工作性能，且便于使用和维护。

进一步的，调谐件4的转动方向可以有多种。具体的，以图7、8、9中的三维坐标系为参照，其中的Z轴对应于调谐件4在初始位置时的中心轴。

调谐件4可在X、Z轴所在的面内转动，如图7；

或者，调谐件4可在Y、Z轴所在的面内转动，如图8；

或者，调谐件4可在与Y、Z轴所在的面和X、Z轴所在的面呈45°角的平面内转动，如图9。

当然，还可以在其他面内转动，都可改变调谐件4与调谐螺杆3和谐振管2之间的相对面积和距离，进而改变第一电容和第二电容。

在本实施例中，谐振腔1的数量和排布方式可根据实际需要确定，不必严格限制。

优选的，多个谐振腔1可采用直腔排列的方式呈一字排布，即直腔排布，如图10，这种排布方式便于制造，并且便于设置调谐件4并控制其摆动。

进一步的，参考图11，调节结构5具体可以包括一连杆51，该结构较适合上述直腔排布的滤波器，多个调谐件4外露于谐振管2的一端可通过连杆51依次连接形成一体结构。并且，该连杆51可以绕其自身的中心轴转动，进而带动调谐件4转动。

优选的，连杆51的中心轴可与调谐件4的中心轴正交，即二者相交且相互垂直，当然，调谐件4与调谐螺杆3通常共轴设置，连杆51的中心轴同样与调谐螺杆3的中心轴正交。连杆51的中心轴与调谐件4的中心轴正交，使调谐件4的重心恰好位于连杆51的正上方，有利于保持调谐件4的稳定并便于调节其转动，且便于在制造阶段建立转动角度与调谐频率的对应关系。

进一步的，该调节结构5还可以包括连接于连杆51一端的驱动机构52，以驱动连杆51轴向转动，进而带动多个调谐件4同时转动，这种控制机构结构简单、易操作。

具体的，该驱动机构52可以采用步进电机或齿轮传动控制机构，一切可驱动连杆51绕其中心轴转动的机构均可。

可以理解，本发明实施例中的调节装置5不限于上述结构，还可以根据实际需要进行其他合理设计，只要能够使调谐件4相对谐振管2和调谐螺杆3摆动的调节结构即可。

在本实施例中，调谐件4的摆动角度范围可以根据实际需要合理确定，当转动角度过大时，会碰触调谐螺杆3或谐振管2，导致短路；当转动角度过小时，调谐频率的范围较小，不足以满足宽带可调的要求。

优选的，可以在保证调谐件4与调谐螺杆3和谐振管2不接触的前提下，将调谐件4的转动角度限定为-45～45°。根据上述表1记录的数据可知，在0～25°的转动范围内，谐振频率已能够满足DCS、PCS、TD-SCDMA、UMTS的频段需求，现转动角度增大至45°，其谐振范围还可进一步增加，使滤波器的可调范围更宽，以适应更多应用场合。可以理解，调谐件4在向正反两个方向转动的过程中，其调节效果是对称的。即从0°向45°调节和从0°向-45°调节的效果是相同的，当然，从45°和-45°向0°调节的效果也是相同的。

进一步参考图12、13，作为本发明实施例的一种改进，为了避免调谐螺杆3和调谐件4接触，还可以在调谐件4隐藏于谐振管2之内的一端开设两个相对的缺口41，并且使这两个缺口41的轴线与调谐件4的可转动方向一致。当调谐件4转动角度过大致使其端部即将碰触调谐螺杆3时，该缺口41可以为调谐螺杆3提供一定的安全空间，避免调谐螺杆3与调谐件4接触，进而提高了滤波器的稳定性和安全性。

具体的，该缺口41的宽度可略大于调谐螺杆3的直径，高度可根据预设的转动角度确定，保证调谐螺杆3不会接触缺口41的底部。

在本实施例中，调谐件4和调谐螺杆3可采用金属材质，调谐范围更宽。

在本实施例中，该滤波器还可包括相对设置的第一盖板6和第二盖板7，如图4，谐振管2和调谐螺杆3分别固定于第一盖板6和第二盖板7上，其中，第二盖板7可沿调谐螺杆3的中心轴方向移动，以改变调谐螺杆3穿入谐振管2中的深度，进而改变第二电容以改变谐振频率。

具体的，谐振管2和调谐螺杆3可以通过螺钉等零件固定在相应的盖板上。第二盖板7可以在相应控制装置的控制下移动，具体可采用现有的控制方式，此处不再赘述。

当然，该滤波器具有一壳体8，如图10。该壳体8中可采用任意构件将壳体围成的空间隔设为多个谐振腔1，每个谐振腔1中具有一个由谐振管2、调谐件4和调谐螺杆3构成的谐振单元，具体的腔体设计方式不需具体限制。另外，上述的第一盖板6和第二盖板7可以是壳体8的两个相对面，也可以是在壳体8中另设的两个盖板，但不以此为限。

本发明实施例提供的滤波器在谐振管2和调谐螺杆3之间增设了调谐件4，形成了双电容结构，通过调节结构5带动调谐件4相对谐振管2和调谐螺杆3转动，可达到双电容联动变化以改变谐振频率的目的。与传统的介质可调和电感可调的滤波器相比，该双电容联动变化的滤波器具有更宽的调谐范围；与传统未设有调谐件的电容可调滤波器相比，其调谐范围亦可增大50％左右；采用该滤波器的双工器可满足较宽频带的调谐要求，对于实现双工器的平台化、降低管理和制造成本具有非常重要的意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可调滤波器，包括多个谐振腔，每个所述谐振腔中均设有一谐振管和穿入所述谐振管围成的空间中的调谐螺杆；

其特征在于，还包括设于所述调谐螺杆和谐振管之间的调谐件，所述调谐件与所述谐振管构成第一电容，同时与所述调谐螺杆构成第二电容；

还包括用于转动所述调谐件的调节结构，以改变所述调谐件与谐振管之间以及所述调谐件与调谐螺杆之间的相对面积，使所述第一电容和第二电容联动变化；

所述调谐件位于所述谐振管之内的一端设有两个相对的缺口，所述两个相对的缺口的轴线与所述调谐件的转动方向一致。

2.如权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述调谐件的形状与所述谐振管的形状相适配。

3.如权利要求2所述的可调滤波器，其特征在于，所述谐振管和调谐件均为圆筒形，所述调谐螺杆为圆柱形。

4.如权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述调节结构包括连杆；所述多个谐振腔呈一字排布，多个所述调谐件通过所述连杆依次连接形成一体结构，所述连杆可轴向转动以带动所述调谐件转动。

5.如权利要求4所述的可调滤波器，其特征在于，所述调节结构还包括连接于所述连杆的一端、用于驱动所述连杆轴向转动的驱动机构。

6.如权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述调谐件的转动角度为-45°～45°。

7.如权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，所述调谐件和调谐螺杆均采用金属材质。

8.如权利要求1所述的可调滤波器，其特征在于，还包括相对设置的第一盖板和第二盖板，所述谐振管和调谐螺杆分别固定于所述第一盖板和第二盖板上，所述第二盖板可沿所述调谐螺杆的中心轴方向移动以改变所述第二电容。

9.一种双工器，包括发射通道滤波器和接收通道滤波器，所述发射通道滤波器和接收通道滤波器均通过一可调滤波器进行滤波，其特征在于，

所述可调滤波器包括多个谐振腔，每个所述谐振腔中均设有一谐振管和穿入所述谐振管围成的空间中的调谐螺杆；

还包括设于所述调谐螺杆和谐振管之间的调谐件，所述调谐件与所述谐振管构成第一电容，同时与所述调谐螺杆构成第二电容；

还包括用于转动所述调谐件的调节结构，以改变所述调谐件与谐振管之间以及所述调谐件与调谐螺杆之间的相对面积，使所述第一电容和第二电容联动变化；

所述调谐件位于所述谐振管之内的一端设有两个相对的缺口，所述两个相对的缺口的轴线与所述调谐件的转动方向一致。

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