CN109888442A - 一种四模介质带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四模介质带通滤波器，以单一的介质单元作为介质谐振器，配合上基板使其稳定加载于金属腔体中，从而形成混合谐振；同时，利用四条微带线和两条带状线产生混合馈电来激励上述混合谐振，形成滤波器的通带，由于各微带线和带状线的负载效应不同，因此在激励下不会产生较大的频率偏移，从而可实现具有四模特性的带通滤波器；同时，还设置了第一SMA连接器和第二SMA连接器，可及时收发信号，以便使对应的微带线产生激励。因此，本发明结构简单，设计合理，基于单个介质谐振器加载金属腔体，采用微带馈电的方式获得具有四模特性的滤波器，同时该滤波器还具有高品质因数、稳定性良好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是一种四模介质带通滤波器。
背景技术
微波滤波器在无线通信***中起着不可替代的重要作用，其性能的好坏往往对整个无线通信***的性能有着直接的影响，其通常由基本介质谐振器构成单模带通滤波器，但只能提供有限的工作带宽和令人不满意的频率选择性，相应地，出现了耦合多个谐振器的解决方法，但是这一方法的缺点是会带来较大的整体尺寸和复杂的设计过程，且能实现的最大模数是3，导致微波滤波器的工作带宽有限。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种四模介质带通滤波器，基于单个介质谐振器加载金属腔体，采用微带馈电的方式使得滤波器具有四模特性。
为了弥补现有技术的不足，本发明实施例采用的技术方案是：
一种四模介质带通滤波器，包括基板、金属盖板、金属腔体、介质单元以及用于信号输入或输出的第一SMA连接器和第二SMA连接器，所述基板的顶层上设置有第一微带线和第二微带线，所述介质单元的侧面上设置有第一带状线和第二带状线，所述介质单元的底面上设置有第三微带线和第四微带线，所述第一微带线、第三微带线的一端均与第一带状线的一端连接，所述第二微带线、第四微带线的一端均与第二带状线的一端连接；所述介质单元和基板均安装于金属腔体内，所述金属盖板安装在金属腔体顶部上，所述介质单元设置于基板之上，所述基板与金属腔体的一面无缝贴合，所述第一SMA连接器和第二SMA连接器均设置于金属腔体上，所述第一微带线连接到第一SMA连接器，所述第二微带线连接到第二SMA连接器。
进一步地，所述介质单元和基板一体连接。
进一步地，所述第一带状线和第二带状线均为银制带状线。
进一步地，所述第一微带线和第二微带线均为铜制微带线。
进一步地，所述第三微带线和第四微带线均为银制微带线。
进一步地，所述基板的底层上覆有铜层。
进一步地，所述铜制微带线为铜制50欧姆阻抗匹配微带线。
进一步地，所述介质单元由陶瓷介质材料制备而成。
进一步地，所述基板为铁氟龙基板。
进一步地，所述金属盖板通过螺钉或者以扣合的方式安装在金属腔体顶部上。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：以单一的介质单元作为单一的介质谐振器，配合上基板使其稳定加载于金属腔体中，从而形成混合谐振；同时，利用四条微带线和两条带状线产生混合馈电来激励上述混合谐振，形成滤波器的通带，由于各微带线和带状线的负载效应不同，因此在激励下不会产生较大的频率偏移，从而可实现具有四模特性的带通滤波器；同时，还设置了与第一微带线及第二微带线分别匹配连接的第一SMA连接器和第二SMA连接器，可及时收发信号，以便使对应的微带线产生激励。因此，本发明结构简单，设计合理，易于集成，基于单个介质谐振器加载金属腔体，采用微带馈电的方式获得具有四模特性的滤波器，同时该滤波器还具有高品质因数、稳定性良好等优点。
附图说明
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。
图1是本发明实施例的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的侧视结构示意图；
图3是本发明实施例的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例的仿真及测试结果示意图；
具体实施方式
微波滤波器在无线通信***中起着不可替代的重要作用，其性能的好坏往往对整个无线通信***的性能有着直接的影响。新兴的无线通信技术对无线***提出了更严格的要求，不仅要求微波滤波器的***损耗小、滤波带宽大、带外抑制高以及功率容量大，还希望滤波器具有更小的尺寸、更轻的重量和更低的成本，以便实现微波滤波器在无线通信***中的集成和整个无线***的小型化；相应地，目前的高介电常数的介质谐振器和以多模技术设计的多模滤波器就被广泛应用于无线通信等领域，比如，通常由基本介质谐振器构成单模带通滤波器，但只能提供有限的工作带宽和令人不满意的频率选择性，相应地，出现了耦合多个谐振器的解决方法，在过去的几年里，人们对通过单个谐振器来设计多模滤波器这一领域也进行了大量的研究，在现有的研究成果中，可以通过螺钉调谐、切角等方法来实现双模特性的滤波器，也有少量文献提出了实现具有三模特性滤波器的方法，但是这一方法的缺点是会带来较大的整体尺寸和复杂的设计过程，且能实现的最大模数是3，导致微波滤波器的工作带宽有限。
基于此，参照图1-图4，本发明的实施例提供了一种四模介质带通滤波器，包括基板4、金属盖板1、金属腔体2、介质单元3以及用于信号输入或输出的第一SMA连接器11和第二SMA连接器12，所述基板4的顶层上设置有第一微带线5和第二微带线9，所述介质单元3的侧面上设置有第一带状线6和第二带状线8，所述介质单元3的底面上设置有第三微带线7和第四微带线10，所述第一微带线5、第三微带线7的一端均与第一带状线6的一端连接，所述第二微带线9、第四微带线10的一端均与第二带状线8的一端连接；所述介质单元3和基板4均安装于金属腔体2内，所述金属盖板1安装在金属腔体2顶部上，所述介质单元3设置于基板4之上，所述基板4与金属腔体2的一面无缝贴合，所述第一SMA连接器11和第二SMA连接器12均设置于金属腔体2上，所述第一微带线5连接到第一SMA连接器11，所述第二微带线9连接到第二SMA连接器12。
在本实施例中，介质单元3可通过胶水粘合在基板4上，第一SMA连接器11和第二SMA连接器12均可通过螺钉安装在金属腔体2的侧面上；第一微带线5和第三微带线7均与第一带状线6的一端连接，从各线相对安装位置上可以知道，第一带状线6是垂直于第一微带线5和第三微带线7的，这样制造起来较为方便，并且占用空间不大，也更利于使三者的一端连接于一起，第二微带线9、第四微带线10和第二带状线8也是如此连接的，其作用效果相同，不作赘述，另外，使所述金属盖板1安装在金属腔体2顶部上，可以隔除部分通信干扰，提升通信稳定性，同时减少内部能量向外辐射消耗；
以单一的介质单元3作为单一的介质谐振器，配合上基板4使其稳定加载于金属腔体2中，从而形成混合谐振，即选取介质谐振器的基模TE1δ1模和金属腔体2的基模TM110模作为混合谐振工作模式，然后将介质谐振器加载到金属腔体2中，干扰金属腔体2的内电场，使得金属腔体2基模TM110模的谐振频率发生频移，直至与介质谐振器基模TE1δ1模的谐振频率接近；之后，利用第一微带线5、第二微带线9、第三微带线7和第四微带线10以及第一带状线6和第二带状线8来产生混合馈电来激励上述混合谐振，形成滤波器的通带，由于微带线和带状线的负载效应不同，因此在激励相同模式下不会产生较大的频率偏移，从而可实现具有四模特性的带通滤波器，当输入信号的频率偏离混合谐振模式的谐振频率时，输入信号无法激励混合谐振模式的任何一个工作模式，因此其被截止，从而形成滤波器的阻带；第一SMA连接器11和第二SMA连接器12可及时收发信号，以便使各微带线产生对应激励，而使所述基板4与金属腔体2的一面无缝贴合，可以提升介质单元3的安装稳定性，同时保证内电场的稳定。因此，本发明结构简单，设计合理，易于集成，基于单个介质谐振器加载金属腔体2，采用微带馈电的方式获得具有四模特性的滤波器，同时该滤波器还具有高品质因数、稳定性良好等优点。另外，优选地，使第一微带线5和第二微带线9的规格相同，第三微带线7和第四微带线10的规格相同，第一带状线6和第二带状线8的规格相同，这样设计便于匹配制造，同时能够提升滤波器整体的稳定性。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述介质单元3和基板4一体连接，具体地，可通过螺钉将介质单元3和基板4整体固定到金属腔体2上。在本实施例中，这样设置可使介质单元3和基板4的制作更加简便，有利于节约制造成本，同时也可以提高两者之间的连接稳定性。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述第一带状线6和第二带状线8均为银制带状线。在本实施例中，采用银制带状线，具有结构稳定、通信性能优异等优点。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述第一微带线5和第二微带线9均为铜制微带线。在本实施例中，采用铜制微带线，具有收发信号稳定、物理性能优异等优点。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述第三微带线7和第四微带线10均为银制微带线。在本实施例中，采用银制微带线，具有收发信号稳定、物理性能优异等优点。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述基板4的底层上覆有铜层。在本实施例中，覆铜的目的是提升基板4的导电性能，使其在内电场中具有良好的传导性能。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述铜制微带线为铜制50欧姆阻抗匹配微带线；在本实施例中，这是根据发明人经验所得到的，在这一阻抗匹配下的微带线的性能较佳，实际上不同欧姆的阻抗匹配效果会略有不同，但总体还是要根据介质单元3、基板4以及金属腔体2的规格来进行确定，这是本领域技术人员所了解熟知的，在此不作赘述，并且优选地，铜制50欧姆阻抗匹配微带线长为5.7mm，宽为1.8mm，第三微带线7和第四微带线10长度均为5mm，宽为0.2mm，第一带状线6和第二带状线8的长度均为8.3mm，宽度为0.2mm。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述介质单元3由陶瓷介质材料制备而成；在本实施例中，优选地，该材料的介电常数为16，介质单元3的长为34.2mm，宽为20mm，高为8.3mm。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述基板4为铁氟龙基板。在本实施例中，铁氟龙即聚四氟乙烯材料，是一种常见材料，具有较好的物理稳定性和拓展性，优选地，其介质材料采用厚度为0.813mm的Rogers RT/Duroid 4003c材料，介电常数为3.38，基板4的长为44.6mm，宽为27.6mm，高为0.813mm。
进一步地，本发明的另一实施例提供了一种四模介质带通滤波器，其中，所述金属盖板1通过螺钉或是以扣合方式安装在金属腔体2的顶部上，两者都选用金属铝来进行制备，优选地，金属盖板1的长为52.6mm，宽为35.6mm，高为3mm，因此金属盖板1的规格可以对应匹配设置，以保持两者之间的安装稳定。
参照图1-图4，本发明的另一实施例还提供了一种四模介质带通滤波器，包括基板4、金属盖板1、金属腔体2、介质单元3以及用于信号输入或输出的第一SMA连接器11和第二SMA连接器12，所述基板4的顶层上设置有第一微带线5和第二微带线9，所述介质单元3的侧面上设置有第一带状线6和第二带状线8，所述介质单元3的底面上设置有第三微带线7和第四微带线10，所述第一微带线5、第三微带线7的一端均与第一带状线6的一端连接，所述第二微带线9、第四微带线10的一端均与第二带状线8的一端连接；所述介质单元3和基板4均安装于金属腔体2内，所述介质单元3设置于基板4之上，所述基板4与金属腔体2的一面无缝贴合，所述第一SMA连接器11和第二SMA连接器12均设置于金属腔体2上，所述第一微带线5连接到第一SMA连接器11，所述第二微带线9连接到第二SMA连接器12；所述介质单元3和基板4一体连接，所述第一带状线6和第二带状线8均为银制带状线，所述第一微带线5和第二微带线9均为铜制微带线，所述第三微带线7和第四微带线10均为银制微带线，所述基板4的底层上覆有铜层，所述铜制微带线为铜制50欧姆阻抗匹配微带线，所述介质单元3由陶瓷介质材料制备而成，所述基板4为铁氟龙基板，所述金属盖板1通过螺钉或是以扣合方式安装在金属腔体2的顶部上。
在本实施例中，参照图4，其中，Simulated S11表示S11参数的仿真结果曲线，Simulated S12表示S12参数的仿真结果曲线，Measured S11表示S11参数的实测结果曲线，Simulated S12表示S12参数的实测结果曲线；可见，实测与仿真的结果趋势是相同的，说明此次设计时成功可行的，该设计在真实环境下通过矢量网分仪实测的结果为：中心频率为3.58GHz，相对带宽为9.7％，在通带范围内***损耗为-2.4±0.2dB，回波损耗小于-9dB，上下阻带有三个传输零点，其频率分别为3.24GHz，3.77GHz和3.98GHz，电路的选择性较好，带外抑制能实现高于-20dB的抑制，上述数据也证实了前述的本发明所具备的优点。
以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (10)
1.一种四模介质带通滤波器，其特征在于：包括基板、金属盖板、金属腔体、介质单元以及用于信号输入或输出的第一SMA连接器和第二SMA连接器，所述基板的顶层上设置有第一微带线和第二微带线，所述介质单元的侧面上设置有第一带状线和第二带状线，所述介质单元的底面上设置有第三微带线和第四微带线，所述第一微带线、第三微带线的一端均与第一带状线的一端连接，所述第二微带线、第四微带线的一端均与第二带状线的一端连接；所述介质单元和基板均安装于金属腔体内，所述金属盖板安装在金属腔体顶部上，所述介质单元设置于基板之上，所述基板与金属腔体的一面无缝贴合，所述第一SMA连接器和第二SMA连接器均设置于金属腔体上，所述第一微带线连接到第一SMA连接器，所述第二微带线连接到第二SMA连接器。
2.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述介质单元和基板一体连接。
3.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述第一带状线和第二带状线均为银制带状线。
4.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述第一微带线和第二微带线均为铜制微带线。
5.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述第三微带线和第四微带线均为银制微带线。
6.根据权利要求1所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述基板的底层上覆有铜层。
7.根据权利要求4所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述铜制微带线为铜制50欧姆阻抗匹配微带线。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述介质单元由陶瓷介质材料制备而成。
9.根据权利要求1-7任一所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述基板为铁氟龙基板。
10.根据权利要求1-7任一所述的一种四模介质带通滤波器，其特征在于：所述金属盖板通过螺钉或者以扣合的方式安装在金属腔体顶部上。
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