可控電磁耦合介質諧振器濾波器的製作方法

2023-04-24 09:54:56

專利名稱：可控電磁耦合介質諧振器濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及微波濾波器，尤其涉及一種具有可控電磁耦合結構的介質諧振器濾波器。
背景技術：
隨著無線通信用戶容量的不斷增大，有限的微波頻段變得越來越擁擠，頻譜資源變得越來越稀缺並且被越來越嚴格、密集地劃分為多個子頻段。因此日益增長的市場需求和無線通信標準的提高迫切地要求微波濾波器具有更高的選擇性和更低的損耗從而能更
高效地切割、劃分和利用有限的頻譜資源。介質諧振器由於具有極高的Q值、介電常數、溫
度穩定性而被應用製造具有高選擇性、高穩定性、低損耗的介質諧振器濾波器。自上世紀80
年代起介質諧振器濾波器被廣泛應用於無線通信和衛星通信系統。在微波介質諧振器濾波
器領域眾所周知，一個帶通濾波器的通帶傳輸特性和阻帶衰減特性是由濾波器中所有諧振
器的諧振頻率和這些諧振器之間的耦合決定的。因此如何控制介質諧振器濾波器中介質諧
振器的諧振特性和諧振器間的耦合特性對於提高濾波器的性能至關重要。 準橢圓函數濾波響應具有有限頻率的傳輸零點。傳輸零點就是陷波點，可以認為
是響應曲線S21上的零點。傳輸零點可以出現在通帶的一側或兩側，以提高帶外抑制並產
生對稱或非對稱的濾波器響應。利用傳輸零點可以使低階準橢圓函數濾波器獲得的特性等
同於甚至優於高階切比雪夫濾波器的特性。目前，實現傳輸零點最常用的方法是採用交叉
耦合技術。交叉耦合技術是指電磁信號從濾波器的輸入端到輸出端不僅通過了主耦合路
徑，還通過了交叉耦合路徑。主耦合是指濾波器中輸入端到輸出端之間的諧振單元按順序
依次耦合，每個諧振單元只與按順序與之相鄰的諧振單元具有耦合關係；交叉耦合是指非
相鄰的諧振單元之間具有的耦合關係，具有交叉耦合設置的濾波器稱為交叉耦合濾波器。
在現有技術條件下的濾波器綜合設計中，只具有主耦合路徑的介質諧振器濾波器只能實現
普通的切比雪夫函數濾波器響應而無法實現具有傳輸零點的準橢圓函數濾波器響應。目前
大部分準橢圓函數濾波特性都是由交叉耦合濾波器實現的，但傳統的交叉耦合濾波器存在
階數仍然較高，尺寸仍然較大，傳輸零點位置對各諧振器間的耦合十分敏感，且設計難度高
的缺點。 TE01 S模介質諧振器濾波器是一種應用最為廣泛的介質諧振器濾波器類型。這是由於TE01S模是介質諧振器的基本諧振模式而且這種模式沒有其他簡併模。因此TE01S
模介質諧振器濾波器具有設計簡單成本低廉調諧容易的優點，適合大規模生產和調試。以下簡稱TE01S模介質諧振器濾波器為介質諧振器濾波器。在介質諧振器濾波器中，諧振器的電場大部分被束縛在諧振器的內部，而諧振器的磁場在遠離諧振器的一段距離範圍內仍然具有較強的場強。因此如果沒有任何附加結構存在，相鄰諧振器之間的耦合極性為磁耦合。為了實現橢圓函數交叉耦合濾波器，在非相鄰的諧振器間不僅需要磁耦合，也需要電耦合，電耦合一般由設置在兩個諧振單元之間的耦合探針實現。 在現有的介質諧振器濾波器中，所有相鄰或非相鄰的諧振單元之間都只存在單一的可控電耦合或磁耦合，而不存在可控的電磁耦合。專利號為US006094113A的實用型專利 是一個典型的交叉耦合介質諧振腔濾波器，相鄰諧振單元之間的主耦合全都是磁耦合，非 相鄰諧振單元之間的交叉耦合可以是磁耦合也可以是電耦合。該發明不具備可調的電耦合 裝置，因此無法實現可控的電磁耦合。此外由於該發明最多只能實現比濾波器階數少2的 可控傳輸零點，濾波器效率較低，而且所有傳輸零點對交叉耦合的變化非常敏感，不能獨立 控制。

發明內容
本發明的目的是克服現有主耦合濾波器無法實現橢圓函數濾波特性的問題，克服 現有交叉耦合濾波器體積仍然較大的問題，提供一種具有可控電磁耦合結構的介質諧振器 濾波器以及由所述可控電磁耦合介質諧振器濾波器構成的雙工器、多工器，用只具有主耦 合設置的濾波器實現橢圓函數濾波特性。 為實現本發明的目的採用如下的技術方案一種可控電磁耦合介質諧振器濾波 器，其特徵是，包括由導體蓋板密封的導體殼，導體殼內設有兩個或兩個以上的介質諧振 器，介質諧振器底部固定在導體殼內底部，任意兩個相鄰的介質諧振器組成一個可控電磁 耦合單元；輸入/輸出同軸電纜分別穿過導體殼的兩個對立面，與固定在導體殼內壁上的 兩個能量轉換裝置分別連接；在任意一個可控電磁耦合單元中，兩個相鄰的介質諧振器之 間設有從導體殼外穿入導體殼內的金屬螺釘，還設有固定在導體殼內底部用於阻擋耦合磁 場的金屬共壁，在所述金屬螺釘對面的導體殼內壁與所述兩個相鄰的介質諧振器之間還設 有與所述兩個相鄰的介質諧振器排列方向平行的金屬導帶，所述金屬導帶與所述兩個相鄰 的介質諧振器之間的距離可調。 為了更好地實現本發明，所述可控電磁耦合諧振器濾波器還包括從所述導體蓋板 上穿入所述導體殼內的金屬或介質調諧螺釘，所述調諧螺釘穿入導體殼內位於任意一個介 質諧振器頂部的正上方，其底部固定連接一個金屬或介質調諧盤。在導體蓋板上設置調諧 螺釘及調諧盤，通過調節調諧盤與介質諧振器的距離，就可對每個諧振腔的諧振頻率進行 微調，使濾波器克服加工誤差的影響更精確地工作於設定頻率。 所述能量轉換裝置是指一端與輸入/輸出同軸電纜的內芯相接，另一端與導體殼 相接的短路金屬環，或者是一端與輸入/輸出同軸電纜的內芯相接，另一端不與導體殼相 接的開路金屬探針。 所述介質諧振器通過位於其底部的介質基座固定在導體殼內底部，所述介質基座 的底部與導體殼的內底部由螺釘固定相接。 所述任一條金屬導帶的兩端分別固定在從導體殼外穿入導體殼內的兩個介質螺
釘的頂端。所述介質螺釘的頂端設有呈"工"字型的固定裝置，所述金屬導帶套接在"工"字
型固定裝置的凹陷處，這個"工"字型的固定裝置可以由兩個固定在介質螺釘頂端的介質螺
帽實現，這是優選方案。因為這種連接方式不僅保證了介質螺釘和金屬導帶連接的靈活性，
還使得金屬導帶不會因為介質螺釘的旋轉而產生變形。 所述導體蓋板由均勻分布在其四周的金屬螺釘密封在導體殼上。 本發明的工作原理是通過電磁耦合相互耦合併且被電磁耦合控制裝置——金屬
導帶、金屬螺釘、介質螺釘——控制耦合量的兩個相鄰的介質諧振器及其相應的電磁耦合控制組建構成一個單獨的可控電磁耦合濾波單元。電、磁耦合的控制方法如下金屬螺釘從 導體殼外穿入導體殼內並伸入至兩個相鄰的諧振器之間。調整金屬螺釘伸入諧振器之間的 長度可以改變相鄰兩個諧振器之間磁耦合的強度；介質螺釘從導體殼外穿入導體殼內，介 質螺釘的頂端與金屬導帶相連，調整介質螺釘伸入導體殼的長度可以改變金屬導帶與諧振 器之間的距離從而改變電耦合的強度。電磁信號通過任意一個可控的電磁量的大小可以控 制該傳輸零點的位置。每個可控電磁耦合濾波單元可以獨立工作構成一個具有單個傳輸零 點的二階橢圓函數濾波器，也可以與其它可控電磁混合耦合濾波單元或諧振單元相互耦合 並且協同工作，構成具有多個傳輸零點的高階橢圓函數濾波器。
與現有的技術相比，本發明具有如下優點及有益效果 1、傳統的主耦合介質諧振器濾波器只能實現普通的切比雪夫濾波器響應，而本發
明通過對相鄰介質腔之間主耦合中電、磁耦合的控制可以實現性能更好的準橢圓函數濾波
器，減少了所需諧振單元的數目，從而減小了濾波器的尺寸，降低了生產成本。 2、與現有交叉耦合濾波器相比，本發明具有更低的階數、更小的體積以及更靈活
的傳輸零點設置。傳統的交叉耦合濾波器需要至少三個諧振單元才能產生一個傳輸零點； 而本發明只需要一個包含兩個諧振單元的電磁耦合濾波單元就可以產生一個傳輸零點，即 本發明可以實現比濾波器階數少1的可控傳輸零點。交叉耦合濾波器的傳輸零點需要整體 設計，其中每個傳輸零點位置的變化都會導致其他傳輸零點的變化，並且傳輸零點的位置 對交叉耦合大小的變化十分敏感；而在本發明中，每個傳輸零點都是由單個的可控電磁耦 合單元獨立創造的，因此濾波效率更高，在高階的電磁耦合濾波器中，由於每個傳輸零點的 位置可以獨立控制且單個傳輸零點的變化不會引起其他傳輸零點的變化，很容易實現非對 稱的濾波器響應。 3、在本發明中，由於諧振器沿直線排列，因此本發明比交叉耦合濾波器更適於雙 工、多工器應用。 4、在本發明中，由於電磁耦合的抵消效應，諧振器之間的間距比傳統的介質腔諧 振器間距更小，因此濾波器尺寸更小。 5、本發明可以與現有的交叉耦合技術相結合，創造出體積更小，性能高優越的準 橢圓函數濾波器。


圖1是一個2階1零點可控電磁耦合介質諧振器濾波器的立體視圖； 圖2是圖1的俯視圖； 圖3是圖1的主視圖； 圖4是圖1中介質螺釘與金屬導帶的連接示意圖； 圖5是一個4階3零點可控電磁耦合介質諧振器濾波器的結構圖； 圖6是圖5中濾波器的頻率響應曲線。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。
實施例
圖1 圖3是2階1零點的可控電磁耦合介質諧振器濾波器的結構示意圖，導體 殼1內有兩個介質諧振器2，組成一個可控電磁耦合單元。導體殼1的頂部被導體蓋板12 封閉，導體蓋板12的四周與導體殼1接觸的地方由均勻分布的金屬螺釘進行固定，導體蓋 板12可以拆卸以便設置金屬導體殼1內部各部件。輸入/出同軸電纜3穿過導體殼1並通 過能量轉換裝置4將電磁能量饋入/出濾波器。能量轉換裝軸4可以是一端與饋電同軸電 纜3的內芯相連接，另一端與導體外殼相接的短路金屬環；也可以是一端與饋電同軸電纜3
的內芯相接，另一端不與導體外殼相接的開路金屬探針。可控電磁耦合介質諧振器濾波器 工作時介質諧振器2及附近的電磁場分布模式為TE01S模式。與介質諧振器2頂部正對
的導體蓋板12上設有從導體殼1外穿入導體殼1內的調諧螺釘10 ;調諧螺釘10底部固定 連接一個調諧盤ll。調諧螺釘10和調諧盤11的材料可以為金屬或介質。旋入旋出調諧螺 釘10可以改變調諧盤11與介質諧振器2的距離就可對每個諧振腔的諧振頻率進行微調， 使濾波器克服加工誤差的影響更精確地工作於設定頻率。相鄰兩個介質諧振器2之間分布 的耦合磁場構成了二者之間的磁耦合。金屬共壁5的底部固定在導體殼1的內底部，相鄰 兩個介質諧振器2之間的金屬共壁5可以阻擋耦合磁場從而減小磁耦合強度。在導體殼1 內，兩個相鄰的介質諧振器2之間設有從導體殼1外穿入導體殼1內的金屬螺釘7，在金屬 螺釘7對面的導體殼1內壁與所述兩個相鄰的介質諧振器2之間還設有與所述兩個相鄰的 介質諧振器2排列方向平行的金屬導帶6，兩個諧振器2之間的金屬導帶6實現二者之間的 電耦合。 位於介質諧振器2底部的介質基座9用於支撐諧振器2。介質基座9的底部與導 體殼1的內底部相接，其連接方式可以由螺釘固定。 金屬導帶6與介質螺釘8的連接方式如圖4所示。介質螺釘8從導體殼1外穿入 導體殼l內，其頂端設有呈"工"字型的固定裝置用於卡住金屬導帶6。這個"工"字型的固 定裝置可以由兩個固定在介質螺釘8頂端的介質螺帽實現。這種連接方式保證了介質螺釘 8和金屬導帶6連接的靈活性，從而使金屬導帶6不會因為介質螺釘8的旋轉而產生變形。
本發明的工作原理是通過電磁耦合相互耦合併且被電磁耦合控制裝置——金屬 導帶6、金屬螺釘7、介質螺釘8——控制耦合量的兩個相鄰的諧振器2及其相應的電磁耦合 控制組建構成一個單獨的可控電磁耦合濾波單元。電、磁耦合的控制方法如下金屬螺釘7 從導體殼1的側壁傳穿過並伸入導體殼1內至兩個介質諧振器2之間。調整金屬螺釘7伸 入相鄰兩個介質諧振器2之間的長度可以改變相鄰兩個諧振器2之間磁耦合的強度；介質 螺釘8穿過導體殼1的另一側壁並深入導體殼1內。介質螺釘8的頂端與金屬導帶6相連。 調整介質螺釘8伸入導體殼1的長度可以改變金屬導帶6與介質諧振器2之間的距離從而 改變電耦合的強度。電磁信號通過任意一個可控的電磁耦合濾波單元都會產生一個傳輸零 點。通過分別控制電耦合能量和磁耦合能量的大小可以控制該傳輸零點的位置。每個可控 電磁耦合濾波單元可以獨立工作構成一個具有單個傳輸零點的二階橢圓函數濾波器，如圖 l所示，也可以與其它可控電磁混合耦合濾波單元或諧振單元相互耦合併且協同工作，構成 具有多個傳輸零點的高階橢圓函數濾波器，如圖5所示。 圖5所示為一個4階電磁耦合介質諧振器濾波器。導體殼1內設有4個介質諧振 器2，任意兩個介質諧振器2組成一個可控電磁耦合濾波單元，任意兩個介質諧振器2之間 均設有金屬共壁5、金屬螺釘7、兩端分別固定在介質螺釘8頂端的金屬導帶6(結構與圖1 圖3的結構類似)。每兩個諧振器之間都具有可控的電磁耦合裝置從而可以實現3個 位於通帶附近的傳輸零點。該4階電磁耦合介質諧振器濾波器還可以在每個介質諧振器2 的頂部正對的導體蓋板12上設置調諧螺釘10和調諧盤11，方便精確控制工作的頻率。該4 階電磁耦合介質諧振器濾波器具有優越的準橢圓函數濾波特性，其頻率響應曲線如圖6所 示。 本發明並不僅限於上述給出的實施方案，任何未背離本發明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，都包含在本發明的保護範圍 之內。
權利要求
一種可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，包括由導體蓋板密封的導體殼，導體殼內設有兩個或兩個以上的介質諧振器，介質諧振器底部固定在導體殼內底部，任意兩個相鄰的介質諧振器組成一個可控電磁耦合單元；輸入/輸出同軸電纜分別穿過導體殼的兩個對立面，與固定在導體殼內壁上的兩個能量轉換裝置分別連接；在任意一個可控電磁耦合單元中，兩個相鄰的介質諧振器之間設有從導體殼外穿入導體殼內的金屬螺釘，還設有固定在導體殼內底部用於阻擋耦合磁場的金屬共壁，在所述金屬螺釘對面的導體殼內壁與所述兩個相鄰的介質諧振器之間還設有與所述兩個相鄰的介質諧振器排列方向平行的金屬導帶，所述金屬導帶與所述兩個相鄰的介質諧振器之間的距離可調。
2. 根據權利要求1所述的可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，所述可控電磁 耦合介質諧振器濾波器還包括從所述導體蓋板上穿入所述導體殼內的金屬或介質調諧螺 釘，所述調諧螺釘穿入導體殼內位於任意一個介質諧振器頂部的正上方，其底部固定連接 一個金屬或介質調諧盤。
3. 根據權利要求1或2所述的可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，所述能量轉 換裝置是指一端與輸入/輸出同軸電纜的內芯相接，另一端與導體殼相接的短路金屬環； 或者是一端與輸入/輸出同軸電纜的內芯相接，另一端不與導體殼相接的開路金屬探針。
4. 根據權利要求1或2所述的可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，所述介質諧 振器通過位於其底部的介質基座固定在導體殼內底部，所述介質基座的底部與導體殼的內 底部由螺釘固定相接。
5. 根據權利要求1或2所述的可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，所述任一條 金屬導帶的兩端分別固定在從導體殼外穿入導體殼內的兩個介質螺釘的頂端。
6. 根據權利要求5所述的可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，所述介質螺釘 的頂端設有呈"工"字型的固定裝置，所述金屬導帶套接在"工"字型固定裝置的凹陷處。
7. 根據權利要求1或2所述的可控電磁耦合介質諧振器濾波器，其特徵是，所述導體蓋 板由均勻分布在其四周的金屬螺釘密封在導體殼上。
全文摘要
本發明公開了一種可控電磁耦合介質諧振器濾波器，包括導體殼，導體殼內有兩個或兩個以上的工作於TE01δ模式的介質諧振器，導體殼的頂部被導體蓋板封閉，輸入/出裝置穿過導體外殼將電磁能量饋入/出濾波器；與介質諧振器頂部正對的導體蓋板上有調諧螺釘，調諧螺釘底部固定連接一個調諧盤，在需要可控電磁耦合的相鄰的兩個導體諧振器之間設有電磁耦合控制組件。本發明用只具有主耦合路徑的同軸腔濾波器實現了橢圓函數濾波特性，具有體積小，成本低，插入損耗小，響應非對稱的優點。
文檔編號H01P1/20GK101699648SQ200910193409
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者王歡, 褚慶昕 申請人:華南理工大學