CN211062835U - 一种5g***双模腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种5G***双模腔体滤波器，包括探针耦合输入端，探针耦合输出端，正方形介质块以及调谐组件，所述的调谐组件包括第一调谐螺钉、第二调谐螺钉以及第三调谐螺钉；其特征在于：探针耦合输入端口和探针耦合输出端口对称设置在正方形介质块的左、右两侧面上；正方形介质块的前、后两侧面上分别设置第二调谐螺钉与第三调谐螺钉且所述的第二调谐螺钉与第三调谐螺钉的轴线重合；正方形介质块的顶部中心位置设置有右第一调谐螺钉。本实用新型结构简单，可以较好的改善接收机对带外干扰信号的抑制能力，提高接收机的解调能力。

Description

一种5G***双模腔体滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种5G***部件，具体为一种5G***双模腔体滤波器。

背景技术

随着无人驾驶***、高清视频会议、物联网、远程医疗领域等应用的飞速发展，4G***速率远远不够，提高无线通信***的速率已箭在弦上，中华人民共和国工业和信息化部已正式发布关于第五代移动通信***使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知(工信部[2017]276号)，第5代移动通信***的研究已得到了政府的支持。作为5G***必须使用的微波器件之一——滤波器在***里面起着关键的作用，它能起到频带和信道选择的作用，使得带内信号几乎无阻碍的通过，并且能滤除谐波，抑制杂散和其它干扰信号，可以说，5G***的正常运行离不开性能优良的滤波器。

目前，滤波器的形式有很多种，如集总LC带通滤波器，微带滤波器，腔体滤波器等，但LC滤波器不适合于高频段的滤波器，微带滤波器功率偏低，因此，急需设计一种高功率、低损耗的5G***带通滤波器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种5G***双模腔体滤波器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的具体方案为：一种5G***双模腔体滤波器，包括探针耦合输入端，探针耦合输出端，正方形介质块以及调谐组件，所述的调谐组件包括第一调谐螺钉、第二调谐螺钉以及第三调谐螺钉；其特征在于：探针耦合输入端口和探针耦合输出端口对称设置在正方形介质块的左、右两侧面上；正方形介质块的前、后两侧面上分别设置第二调谐螺钉与第三调谐螺钉且所述的第二调谐螺钉与第三调谐螺钉的轴线重合；正方形介质块的顶部中心位置设置有右第一调谐螺钉。

有益效果：本实用新型通过正方形介质块的不同侧面上设置不同的调谐螺钉，整体结构采用对称结构，具有带内波动小，带内驻波较低，拥有较低的***损耗和较高的回波损耗，极大的带外抑制能力。本实用新型结构简单，可以较好的改善接收机对带外干扰信号的抑制能力，提高接收机的解调能力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2为xz面模式1的电场分布图。

图3为xz面模式2的电场分布图。

图4为xz面模式1的磁场分布图。

图5为xz面模式2的磁场分布图。

图6为本实用新型输入端回波损耗指标。

图7为本实用新型输入端***损耗指标。

图8为本实用新型输入端驻波比指标。

图9为本实用新型输出端驻波比指标。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，本实用新型5G***双模腔体滤波器主要包括：一个探针耦合输入端1，用于输入原始信号，输入信号功率高达50W；探针耦合输出端2，用于信号输出；一个介质对称正方形介质块3，正方形介质块3外表全部镀铝。正方形介质块3的顶部设置有用于设置第一调谐螺钉4的第一螺孔；该正方形介质块3的前侧面的中心位置设置有用于设置第三调谐螺钉6的第三螺孔且该正方形介质块的后侧面中心位置设置有用于设置第二调谐螺钉5的第二螺孔。在本实用新型加工制作后仍然可由第一调谐螺钉4、第二调谐螺钉5以及第三调谐螺钉6对滤波器的指标进行调谐，可以较好的实现有用信号的传输和干扰信号的隔离。

需要明确的是：本文所述的方向性描述均以图1为准。

设计原理：本实用新型选用低介电常数的材料作为介质填充材料，降低了原材料的成本，采用易于加工的镀铝加工方式，主体由一个对称矩形腔体构成，使用介质填充矩形腔的谐振波数为：

因此，可以推算出TE_mnl和TM_mnl模的谐振频率为：

根据所设计5G***滤波器的频段，选择一种介电常数为9.8的低介电常数材料，使用一种对称的结构，理论计算所得的物理尺寸为30mm*30mm*30mm，通过电磁仿真软件的结果与计算结果误差为0.2％，其Q值可达2100，基频谐振频率分别为3.49GHz、3.58GHz，基本与5G***频段一致，最终确定的矩形腔体的长、宽高分别为28mm、28mm、28mm。确定腔体基本尺寸后，通过加入一些微扰，将各模式谐振频率分开，并产生相互耦合，经过大量的仿真优化，设计出一腔双模滤波器，在性能一样的条件下，尺寸比单模滤波器缩小一半。

需要明确的是：上述的加入一些微扰，在本实用新型中指的是调谐组件。矩形腔体为方形介质块3。

通过理论计算初步设计确定滤波器的带外抑制水平、阶数及整体结构等指标，利用求解切比雪夫多项式，得到低通原型各电路元件参数的gi值，计算出耦合系数如下：

MS,1＝0.09990546444，M1,2＝0.1301462053，M2,L＝0.09990546444；

再通过高级射频仿真软件ADS将其理论值进行仿真，得到初步的仿真结果，将初步仿真结果进行微调、优化，使仿真结果远优于预期指标。然后选择一种易于加工、高无载Q值(具有极低***损耗)，使用电磁仿真软件HFSS综合仿真，经过大量的仿真优化，得到最终优化仿真结果，实际制版测试，修改尺寸后，继续测试验证，得到本实用新型所述的最终滤波器。

如图1，探针耦合输入端1，探针耦合输出端2通过探针与谐振器相连，探针的长短对方形介质块3与谐振器的耦合有直接的影响，经过仿真和优化后，探针长度为9mm；而第一调谐螺钉4的大小为半径1.5mm、长度1.8mm，用于调整两个谐振模式之间的耦合系数；第二调谐螺钉5的大小为半径2.5mm、长度2.8mm，用于调整输入端与模式1之间的耦合；第三调谐螺钉6的大小为半径2mm、长度2.7mm，用于调整输出端与模式2之间的耦合。显然，每个调谐螺钉的调整对整体滤波器的性能都会有影响，通过软件仿真优化，并结合理论分析，可以实现5G***进行滤波。

本实用新型频宽为3300MHz～3600MHz(相对带宽为8.69％)，带内***损耗(简称IL)≤0.12dB，带内回波损耗≧17dB，驻波比≤1.3，5G***为新技术，暂未看到相关滤波器技术指标。

在制作本实用新型的过程中，考虑到加工工艺等影响因素可能会对滤波器的性能有影响，因此采用加工后可适当调谐的方式，制作好的滤波器也能在一定程度上进行调整，使得5G***双模腔体滤波器的性能指标能完全满足设计要求，并在一定程度内可以进行更进一步的优化，大大降低了5G***双模腔体滤波器的生产成本和不良率，提高了项目设计方案的可行性。最终设计的5G***双模腔体滤波器，由一个探针耦合输入端1、探针耦合输出端2、一个介质对称正方形介质块3以及调谐组件构成，整体结构采用对称结构；5G***双模腔体滤波器带内波动小，带内驻波较低，具有较低的***损耗和较高的回波损耗，极大的带外抑制能力，可以较好的改善接收机对带外干扰信号的抑制能力，提高接收机的解调能力。

图2为xz面模式1的电场分布图，从图上可看出，中间电场较强，而两边电场较弱，说明第一调谐螺钉4对模式1的电场分布影响不明显。

图3为xz面模式2的电场分布图，从图上可看出，中间电场较强，而两边电场较弱，说明第一调谐螺钉4对模式2的电场分布影响较大，将原本以正方形中心为最强电场，周围电场渐弱的场强结构，变为了两个场强最强的核心，然后向周围逐渐减弱的场强结构，通过调整第一调谐螺钉4可以看出第一调谐螺钉4的半径和深度对模式2的电场分布影响比较明显。

图4为xz面模式1的磁场分布图，从图上可看出，在调谐螺钉3的左右磁场较强，而在调谐螺钉3的上下磁场较弱，在第三调谐螺钉6往外磁场逐渐减弱。中间电场较强，而两边电场较弱，说明第一调谐螺钉4对模式2的电场分布影响较大，将原本以正方形中心为最强电场，周围电场渐弱的场强结构，变为了两个场强最强的核心，然后向周围逐渐减弱的场强结构，通过调整第一调谐螺钉4可以看出第一调谐螺钉4的半径和深度对模式2的电场分布影响比较明显。

图5为xz面模式2的磁场分布图，从图上可看出，在第三调谐螺钉6的位置磁场仍然是相对较强的，但没有模式1的磁场强。在第三调谐螺钉6的下部磁场比上部较强，第三调谐螺钉6的左右两边延伸，磁场逐渐变弱。

图6为本实用新型输入端回波损耗指标，从图上可看出在通频带3300MHz～3600MHz内，回波损耗>17dB(对应S11<-17dB)，优于同类型滤波器。

图7为本实用新型输入端***损耗指标，从图上可看出在通频带3300MHz～3600MHz内，***损耗<0.15dB(对应S21>-0.15dB)，优于同类型滤波器。

图8为本实用新型输入端驻波比指标，从图上可看出在通频带3300MHz～3600MHz内，驻波比<1.3(对应VSWR1<1.3)，优于同类型滤波器。

图9为本实用新型输出端驻波比指标，从图上可看出在通频带3300MHz～3600MHz内，驻波比<1.3(对应VSWR1<1.3)，优于同类型滤波器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点及有益效果：

现在正是5G***大量研究的时段，该5G***双模滤波器为5G***射频部分提供了良好的信号选择，可以解决5G通信***易受外界干扰、通信速率极不稳定的问题，可以提高5G***用户对无线网络的体验感，能极大地推动5G***网络的推广建设，促进通信事业的发展。

5G通信***的灵敏度和抗干扰能力。滤波器选用高Q谐振器，利用介质填充的矩形腔体，在忽略介质损耗的情况下，介质填充矩形腔的谐振波数为：

TE_mnl和TM_mnl模的谐振频率为：

根据所设计5G***滤波器的频段，选择一种介电常数为9.8的低介电常数材料，使用一种对称的结构，理论计算所得的物理尺寸为30mm*30mm*30mm，通过电磁仿真软件的结果与计算结果误差为0.2％，其Q值可达2100，基频谐振频率分别为3.49GHz(模式1，TE101)、3.58GHz(模式2，TE011)，基本与5G***(3300MHz～3600MHz)频段一致。通过加入一些微扰，将各模式谐振频率分开，并产生相互耦合，设计出一腔多模滤波器，可以大大节省滤波器的体积。精确设计输入端口、输出端口等参数，使得滤波器具有较好的驻波比(SWR)，具有极高的带外抑制能力，极低的带内***损耗(IL)，改善5G***通信易受外界干扰、通信速率可能存在不稳定的问题，可以提高5G用户对无线网络的体验感，能促进5G***网络的推广建设。

3、5G通信***的灵敏度和抗干扰能力。该腔体滤波器频宽为3300MHz～3600MHz(相对带宽为8.69％)，带内***损耗(简称IL)≤0.12dB，带内回波损耗≧17dB，驻波比≤1.3，使用这种低插损、高抑制的滤波器，能滤除5G***外的干扰信号，保证有用信号无衰减的通过，从而能改善5G通信***的灵敏度和抗干扰能力，极大地提高了通信***的容量，极大地改善了通信***的通信质量，可以大幅度改善用户对5G***的体验感。

5G***为新技术，可参考资料匮乏，因此，设计5G***滤波器较难，电磁场仿真比较慢，通过理论计算后，采用一种计算加仿真结合的方式，不再使用传统的参数扫描确定参数的方式，利用耦合系数与各调整螺钉之间的关系，精确确定各个模式之间的耦合，最后利用电磁场仿真软件HFSS综合仿真，优化设计目标，大大节省5G***多模腔体滤波器的设计时间。

4、使用低介电常数的介质实现谐振器，并设计成对称的正方形结构，使用常规镀铝加工方法，谐振器结构稳定，加工成本低，易于加工。

5、采用一种可调谐的结构，在滤波器已经制作好的情况下，仍然可以在一定范围内微调性能指标，解决了加工工艺误差对滤波器性能指标的影响，提高了成品的合格率，大大降低了产品制造的成本，节约了产品制造的时间，加快了项目的整体推进。

总之，本实用新型在5G***研究和建设的今天，可以大大改善5G***接收设备对有用信号的解调能力，抑制5G***发射设备对其它***造成的干扰，大幅度提高接收设备的噪声系数，大幅度提高接收设备的灵敏度，能极大改善5G通信***的***容量和通信速率，将极大地提高了人们对5G无线通信的体验感。

以上实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式不受上述实例的限制，其他的任何未背离本实用新型的实质和范围的改变、修饰、等有效的置换方式，均是本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种5G***双模腔体滤波器，包括探针耦合输入端，探针耦合输出端，正方形介质块以及调谐组件，所述的调谐组件包括第一调谐螺钉、第二调谐螺钉以及第三调谐螺钉；其特征在于：探针耦合输入端口和探针耦合输出端口对称设置在正方形介质块的左、右两侧面上；正方形介质块的前、后两侧面上分别设置第二调谐螺钉与第三调谐螺钉且所述的第二调谐螺钉与第三调谐螺钉的轴线重合；正方形介质块的顶部中心位置设置有右第一调谐螺钉。

2.根据权利要求1所述的一种5G***双模腔体滤波器，其特征在于：正方形介质块的顶部设置有用于设置第一调谐螺钉的第一螺孔；该正方形介质块的前侧面的中心位置设置有用于设置第三调谐螺钉的第三螺孔且该正方形介质块的后侧面中心位置设置有用于设置第二调谐螺钉的第二螺孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种5G***双模腔体滤波器，其特征在于：正方形介质块的外侧设置有铝层。

4.根据权利要求1所述的一种5G***双模腔体滤波器，其特征在于：探针耦合输入端口和探针耦合输出端口中的探针长度为9mm。

5.根据权利要求1或2所述的一种5G***双模腔体滤波器，其特征在于：第一调谐螺钉的半径为1.5mm且长度为1.8mm；第二调谐螺钉的半径为2.5mm且长度为2.8mm；调谐螺钉3的半径为2mm且长度为2.7mm。

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