一種四模介質帶通濾波器的製作方法

2023-06-05 14:16:56 2

本實用新型涉及介質濾波器的技術領域，具體涉及一種採用調諧螺釘控制諧振頻率以及採用調諧螺釘和切角結構控制耦合的四模介質濾帶通波器。

背景技術：

隨著無線通信系統的高速發展，現代社會已經進入了一個信息高速傳播的時代，人們對無線通信的需求越來越大，追求更快的無線通信，無線通信也因此得到了廣泛的應用，比如移動通信和雷達導航等。微波濾波器作為無線通信系統的重要組成部分，在無線通信系統有著不可替代的重要作用，即在無線通信的過程中對進行通信的頻率起著選擇作用，即抑制不需要的頻率，同時使需要的頻率通過，其性能的好壞往往對整個無線通信系統的性能有直接的影響。

近幾十年來，信息產業和無線通信系統得到了快速的發展，對微波濾波器的要求也越來越高，不僅要求微波濾波器的插入損耗小、功率容量大和帶外抑制高等，還希望濾波器的體積小和重量輕以便於進行集成和小型化，而採用高介電常數的介質材料和多模技術設計的多模介質濾波器正好滿足無線通信系統發展的需求，得到了迅猛的發展。

1999年，Ian C.Hunter和J.David Rhodes等人在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques上發表題為「Dual-mode filters with conductor-loaded dielectric resonators」的文章。作者利用四個加載金屬腔的圓柱介質諧振器實現了八階雙模介質濾波器，該濾波器腔內耦合是通過對放置在圓柱介質諧振器上表面的金屬圓盤進行開槽實現的，通過控制開槽的深度和寬度實現對腔內耦合強度的控制。

2013年，Hai Hu和Ke-Li Wu在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques上發表題為「A TM11 Dual-Mode Dielectric Resonator Filter With Planar Coupling Configuration」的文章，該濾波器的腔內耦合是通過在與簡併模兩個模式都成45°的方向上開一個通孔並嵌入調諧螺釘實現的，通過控制耦合調諧螺釘到介質諧振器的中心以及耦合螺釘嵌入介質諧振器的深度可以控制腔內簡併模的耦合強度。同時，在介質諧振上還開有另外兩個通孔並嵌入調諧螺釘，是為了控制簡併模兩個模式的諧振頻率。腔間耦合是通過在腔體磁場最強的位置附近的腔壁開窗並放置一個金屬導體環實現的，通過控制金屬導體環的高度可以實現對腔體耦合強度的控制。

2009年，M.Memarian和R.R.Mansour在IEEE Trans.Microwave.Theory Tech上發表題為「Quad-Mode and Dual-Mode Dielectric Resonator Filters」的文章。作者通過圓柱介質諧振器的HEE11簡併模式和HEH11簡併模式實現了四模介質帶通濾波器。作者首先通過調節介質諧振器的尺寸比將HEE11簡併模式和HEH11簡併模式的諧振頻率調在一起，然後通過調節螺釘來實現對腔內耦合強度和頻率的控制，垂直的螺釘主要調節HEE11簡併模式的頻率和耦合，水平的螺釘主要調節HEH11簡併模式的頻率和耦合。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種採用調諧螺釘控制頻率的四模介質帶通濾波器，同時採用調諧螺釘和切角結構實現了對四模介質帶通濾波器諧振模式耦合的控制，性能良好，便於加工。

本實用新型的目的可以通過採取如下技術方案達到：

一種四模介質帶通濾波器，所述四模介質帶通濾波器包括矩形的介質塊1、第一輸入輸出埠2和第二輸入輸出埠3，所述第一輸入輸出埠2和所述第二輸入輸出埠3均開設在所述介質塊1上，所述介質塊1內設置有第一調諧螺釘4、第二調諧螺釘5、第三調諧螺釘6，並且所述第一輸入輸出埠2、所述第二輸入輸出埠3、所述第一調諧螺釘4、所述第二調諧螺釘5、所述第三調諧螺釘6分別位於所述介質塊1的不同表面；

所述介質塊1的上表面和相鄰的兩個側表面分別開設有第一切角結構7和第二切角結構8。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的四個模式的諧振頻率的靠近程度可通過改變所述介質塊1的高度實現。

進一步地，所述第一調諧螺釘4和所述第二調諧螺釘5用於控制所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率可通過改變所述第一調諧螺釘4和所述第二調諧螺釘5的尺寸實現的。

進一步地，所述第三調諧螺釘6用於控制所述四模介質帶通濾波器的耦合強度。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度可通過改變所述第三調諧螺釘6的尺寸實現的。

進一步地，所述第一切角結構7和所述第二切角結構8用於控制所述四模介質帶通濾波器的耦合強度。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度可以通過改變所述第一切角結構7和第二切角結構8的尺寸實現的。

進一步地，所述第一輸入輸出埠2和所述第二輸入輸出埠3採用金屬探針結構實現的，所述第一輸入輸出埠2和所述第二輸入輸出埠3的埠耦合強度可通過控制金屬探針結構內導體的長度實現。

進一步地，所述介質塊1為長方體矩形，其表面鍍銀。

本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及效果：

1、通過調諧螺釘實現對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制，便於加工製造。

2、通過調諧螺釘和切角結構實現對耦合強度的控制，同樣便於加工製造。

3、採用四個模式進行濾波器設計，具有體積小，Q值高等優點。

附圖說明

圖1是本實用新型公開的一種四模介質帶通濾波器的結構示意圖；

圖2是本實用新型公開的一種四模介質帶通濾波器的仿真示意圖；

圖3是實施例中介質塊的結構圖；

圖4是本實用新型中諧振頻率隨介質塊高度的變化曲線；

圖5是實施例中控制頻率的調諧螺釘的俯視圖；

圖6是本實用新型中諧振頻率隨調諧螺釘長度的變化曲線；

圖7是實施例中控制耦合的調諧螺釘側視圖；

圖8是本實用新型中耦合強度隨調諧螺釘長度的變化曲線；

圖9是實施例中控制耦合的切角結構側視圖；

圖10是本實用新型中耦合強度隨切角結構深度的變化曲線；

其中，1——介質塊，2——第一輸入輸出埠，3——第二輸入輸出埠，4——第一調諧螺釘，5——第二調諧螺釘，6——第三調諧螺釘，7——第一切角結構，8——第二切角結構。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

實施例一

本實施例公開了一種採用調諧螺釘控制諧振頻率以及採用調諧螺釘和切角結構控制耦合的四模介質帶通濾波器，性能良好，容易加工製造。

四模介質帶通濾波器的結構如圖1所示。其中，2和3為四模介質帶通濾波器的第一輸入輸出埠和第二輸入輸出埠，當第一輸入輸出埠2作為四模介質帶通濾波器的輸入埠時，第二輸入輸出埠3作為四模介質帶通濾波器的輸出埠，反之，當第二輸入輸出埠3作為四模介質帶通濾波器的輸入埠時，第一輸入輸出埠2作為雙模介質濾波器的輸出埠。1是表面鍍銀的長方體矩形介質塊。4和5分別是用於控制諧振頻率的第一調諧螺釘和第二調諧螺釘。6是用於控制耦合強度的第三調諧螺釘。7和8是用於控制耦合強度的第一切角結構和第二切角結構。

一種四模介質帶通濾波器，包括表面鍍銀的長方體矩形介質塊1、第一輸入輸出埠2、第二輸入輸出埠3。所述第一輸入輸出埠2和所述第二輸入輸出埠3均開設在所述介質塊1上。

所述介質塊1內設置有第一調諧螺釘4和第二調諧螺釘5。

所述第一調諧螺釘4和第二調諧螺釘5用於控制所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率。

所述介質塊1內設置有第三調諧螺釘6。

所述第三調諧螺釘6用於控制所述四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度。

所述介質塊1上設置有第一切角結構7和第二切角結構8。

所述第一切角結構7和第二切角結構8用於控制所述四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度。

具體應用中，四模介質帶通濾波器四個諧振模式的諧振頻率的靠近程度通過改所述介質塊1的高度實現的。

具體應用中，對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制是通過改變調第一調諧螺釘4和第二調諧螺釘5的尺寸實現的。

具體應用中，對四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度的控制是通過改變第三調諧螺釘6的尺寸實現的。

具體應用中，對四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度的控制是通過改變第一切角結構7和第二切角結構8的尺寸實現的。

具體應用中，所述第一輸入輸出埠2和所述第二輸入輸出埠3則是採用金屬探針結構實現的，所述第一輸入輸出埠2和所述第二輸入輸出埠3的埠耦合強度的控制則是通過控制金屬探針結構內導體的長度實現的。

具體應用中，所述介質塊1的表面鍍銀。

本實施例中，所述表面鍍銀的介質塊1為長方體矩形。

為了驗證控制介質塊的高度H可以實現四個模式諧振頻率的靠近，保持四模介質帶通濾波器的其它參數不變，對介質塊1的高度H取不同值進行仿真，圖3是介質塊的結構圖，圖4是仿真結果。

由圖4的仿真結果可以看到，保持其它參數不變，隨著介質塊1的高度H不斷增大，濾波器的四個模式的諧振頻率呈靠近的趨勢。因此可以通過控制介質塊的高度H實現四模介質帶通濾波器四個諧振模式諧振頻率的靠近。

四模介質帶通濾波器的諧振頻率是由調諧螺釘控制的，為了驗證第一調諧螺釘和第二調諧螺釘對諧振頻率的調諧作用，保持其它參數不變，對其中一個調諧螺釘的長度L1取不同值進行仿真，圖5是控制頻率的調諧螺釘的俯視圖，圖6是仿真結果。

由圖6的仿真結果可以看到，保持其它參數不變，隨著調諧螺釘長度L1的長度不斷增大，第一個模式的諧振頻率呈下降的趨勢，其它三個模式的諧振頻率基本保持不變，因此通過改變調諧螺釘的長度L1可以控制第一個模式的諧振頻率，同理可得L2可以控制第二個模式的諧振頻率。因此可以通過控制調諧螺釘的長度實現對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制。

為了驗證第三調諧螺釘對耦合強度的影響，保持其它參數不變，對第三調諧螺釘的長度L3取不同值進行仿真，圖7是控制耦合的調諧螺釘的側視圖，圖8是仿真結果。

由圖8的仿真結果可以看到，保持其它參數不變，隨著調諧螺釘的長度L3不斷增大，耦合強度k34呈現增大的趨勢，因此通過控制調諧螺釘的長度L3可以實現對耦合強度的控制。

為了驗證切角結構對腔內耦合強度的影響，保持其它參數不變，對切角結構的深度取不同值進行仿真，圖9是控制耦合強度的切角結構的側視圖，圖10是仿真結果。

由圖10的仿真結果可以看到，保持其它參數不變，隨著切角結構的深度C1不斷增大，耦合強度k23呈現增大的趨勢，因此通過控制切角結構的深度C1可以實現對耦合強度的控制。

實施例二

如圖1所示，在本實施例的設計中，先根據場分布確定短調諧螺釘的位置、輸入輸出埠耦合結構的位置和切角結構的位置。四模介質帶通濾波器的諧振頻率不僅由介質塊尺寸所決定，同時還會受到控制頻率的調諧螺釘的影響，通過控制調諧螺釘的長度可以實現對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制。同時，通過控制調諧螺釘的長度和切角結構的尺寸可以實現對耦合強度的控制。在本次實施例中，所用介質塊的底面邊長為20.8mm，高度為10.2mm，第一調諧螺釘和第二調諧螺釘的長度為2.41mm，第三調諧螺釘的長度為2.42mm，該濾波器的結構如圖1所示，其仿真結果如圖2所示。

圖2為該四模介質帶通濾波器的頻率響應的仿真曲線。從圖2的仿真結果中可以看到，該雙模介質濾波器的回波損耗大於14dB，插入損耗小於0.2dB，工作頻率為3.4GHz～3.6GHz，帶寬為200MHz。

綜上所述，本實用新型提出了一種控制四模介質帶通濾波器的頻率和耦合的設計方案。在此方案下，可以設計出性能良好的四模介質帶通濾波器。由於四模介質帶通濾波器具有插入損耗小、功率容量大、帶外抑制高、體積小和重量輕等優點，在通信系統中有著廣泛的應用。本實用新型不僅具有良好的工作特性，還易於加工製造，有利於實際的工業生產。該濾波器的創新之處在於通過調諧螺釘實現了對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制，同時通過調諧螺釘和切角結構實現對耦合強度的控制。

本實用新型包括並不僅限於上述給出的實施方案，本領域技術人員在本實用新型的構思下，在不脫離本實用新型原理的前提下，可對濾波器的結構做出不同的變化和替換，例如改變介質塊的形狀和尺寸，耦合結構的尺寸和形狀，頻率控制結構的形狀和尺寸以及外部腔體的形狀和尺寸等，這些變形和替換也屬於本專利保護範圍。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。