一种大范围频带可调的腔体滤波器

摘要

本发明公开了一种大范围频带可调的腔体滤波器，包括：输入端口和输出端口，均位于长方体谐振腔的同一侧；两个矩形窗口位于谐振腔的中心位置；两个长方体谐振杆位于矩形窗口的对称两侧；两对谐振圆盘分别位于两个长方体谐振杆上方，位于下方的两个谐振圆盘分别与两个长方体谐振杆连接；两个圆柱体调谐螺杆分别与上方的两个谐振圆盘连接。转动调谐螺杆可以改变两对谐振圆盘的对应面积，用于实现腔体滤波器的频带可调。本发明的大范围频带可调的腔体滤波器结构简单，能在通频带内达到较宽的带宽，较小的插入损耗，较大的回波损耗，达到大范围频带可调的效果，具有良好的推广前景。

权利要求

1.一种大范围频带可调的腔体滤波器，包括：谐振腔(13)，谐振腔盖子(14)及谐振腔中的内导体；

内导体包括第一谐振杆(3)、第二谐振杆(4)，第一窗口(5)、第二窗口(6)；

第一窗口(5)和第二窗口(6)位于谐振腔(13)的中心位置，第一窗口(5)、第二窗口(6)分别与谐振腔(13)的前壁、后壁连接，第一窗口(5)和第二窗口(6)中间设有缝隙；第一谐振杆(3)、第二谐振杆(4)分别位于第一窗口(5)和第二窗口(6)的两侧，且关于第一窗口(5)和第二窗口(6)对称；

第二谐振杆(4)一端连接第一谐振圆盘(7)，另一端连接谐振腔(13)底部，第一调谐螺杆(9)穿过谐振腔盖子(14)固定，一端连接第二谐振圆盘(8)边缘，第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)形成加载电容；

第一谐振杆(3)一端连接第三谐振圆盘(10)，另一端连接谐振腔(13)底部，第二调谐螺杆(12)穿过谐振腔盖子(14)固定，一端连接第四谐振圆盘(11)边缘，第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)形成加载电容；

输入端口(1)、输出端口(2)穿过谐振腔(13)，固定在谐振腔(13)的前壁上，输入端口(1)、输出端口(2)进入谐振腔中；

所述的输入端口(1)和输出端口(2)由同轴线形成，均位于谐振腔(13)的同一侧；

所述的第一调谐螺杆(9)按逆时针方向转动时，第二谐振圆盘(8)随之按逆时针方向转动，进而改变第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)的对应面积，相应的改变加载电容的值；

所述的第二调谐螺杆(12)按顺时针方向转动，第四谐振圆盘(11)随之按顺时针转动，进而改变第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)的对应面积，相应的改变加载电容的值。

2.根据权利要求1所述的一种大范围频带可调的腔体滤波器，所述的谐振腔(13)和谐振腔盖子(14)的材质均为铜。

3.根据权利要求1所述的一种大范围频带可调的腔体滤波器，所述的第一窗口(5)和第二窗口(6)尺寸相同，长度，宽度，高度分别为l2＝3mm，w2＝15mm，h2＝10mm，两窗口的间距d1＝10mm。

4.根据权利要求1所述的一种大范围频带可调的腔体滤波器，所述的第一谐振杆(3)和第二谐振杆(4)尺寸相同，长度，宽度，高度分别为l1＝10mm，w1＝8mm，h1＝14mm。

5.根据权利要求1所述的一种大范围频带可调的腔体滤波器，所述的第一谐振圆盘(7)、第二谐振圆盘(8)、第三谐振圆盘(10)、第四谐振圆盘(11)的半径均为R0＝10mm，厚度均为h3＝1mm，第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)、第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)的间距均为d2＝4mm。

6.根据权利要求1所述的一种大范围频带可调的腔体滤波器，所述的第一调谐螺杆(9)和第二调谐螺杆(12)的半径均为R1＝1mm，高度均为h4＝21mm。

7.根据权利要求1所述的一种大范围频带可调的腔体滤波器，所述的输入端口(1)、输出端口(2)尺寸相同，内径Rin＝0.65mm，长度lin＝33mm，外径Rout＝2.35mm，长度lout＝8mm。

说明书

一种大范围频带可调的腔体滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种大范围频带可调的腔体滤波器，确切的说，涉及一种可应用于需要不同频段滤波器的无线通信系统，属于微波传输器件的技术领域。

背景技术

[0002] 滤波器是一种频率选择性器件，其作用是提取、分离有用的信号，同时抑制不需要的信号，它的性能的好坏影响着整个系统的通信质量。

[0003] 滤波器作为通信收发机中不可缺少的关键器件之一，其尺寸大小在一定程度上决定了射频前端的整体体积，能采用单个滤波器实现多频特性，则必将大大减少收发机整体体积，从而有效的降低设备成本。目前，在射频和微波电路中使用最广泛的滤波器是以微带结构为典型代表的平面结构滤波器，微带滤波器具有工作频率范围广泛、尺寸小、价格低廉、通过光刻技术易于加工、易于其他平面电路工艺兼容、适于大批量生产等优点，但其品质因素较低。为了满足不同的应用环境，出现了不同的滤波器结构，腔体滤波器是众多滤波器中的一种，腔体滤波器具有结构坚固、工作频段高、损耗低，具有较高的功率和品质因数，可以连接在波导天线的馈电设备，容易加工，在雷达、电子战、自动测量设备中被广泛应用。

[0004] 就目前而言，有不同结构的腔体滤波器，例如文献《Tunable VHF Miniaturized Helical Filter》中，提出了一种基于螺旋结构的腔体滤波器，其通频带在257-365MHz之间变化，相对带宽约为6％-7.7％，此螺旋结构结构复杂，制作难度大，且可调范围较小。又如文献《A Constant-Q Tunable Combline Bandpass Filter using Angular Tuning Technique》中，利用可调技术，制作出一个可调范围大，品质因数稳定的腔体滤波器，滤波器的可调中心频率为3.6GHz，可调范围为11.9％，但滤波器的相对带宽只有1％。文献《Novel Dual-Band Microwave Filter Using Dual-Capacitively-Loaded Cavity Resonator》中，提出了一种双频的腔体滤波器，但其频带不可调。

[0005] 因此有必要提供一种结构简单，插入损耗小，隔离效果好，频带可调范围大的腔体滤波器。

发明内容

[0006] 本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种大范围频带可调的腔体滤波器。本发明的大范围频带可调的腔体滤波器具有结构简单，带宽较宽，插入损耗较小，回波损耗较大，频带可调范围较大，隔离效果好等优点。

[0007] 本发明的一种大范围频带可调的腔体滤波器，包括：谐振腔(13)，谐振腔盖子(14)及谐振腔中的内导体。

[0008] 内导体包括第一谐振杆(3)、第二谐振杆(4)，第一窗口(5)、第二窗口(6)；

[0009] 第一窗口(5)和第二窗口(6)位于谐振腔(13)的中心位置，第一窗口(5)、第二窗口(6)分别与谐振腔(13)的前壁和后壁连接，第一窗口(5)和第二窗口(6)中间有一缝隙；第一谐振杆(3)、第二谐振杆(4)分别位于第一窗口(5)和第二窗口(6)的两侧，且关于第一窗口(5)和第二窗口(6)对称；

[0010] 第一谐振圆盘(7)和第二谐振杆(4)连接，第二谐振圆盘(8)和第一调谐螺杆(9)连接，第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)形成加载电容，按逆时针方向转动第一调谐螺杆(9)，第二谐振圆盘(8)随之按逆时针方向转动，进而，改变第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)的对应面积，相应的改变加载电容的值，本发明中通过改变两谐振圆盘的对应面积，相应的改变加载电容的值；

[0011] 第三谐振圆盘(10)和第一谐振杆(3)连接，第四谐振圆盘(11)和第二调谐螺杆(12)连接，第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)形成加载电容，按顺时针方向转动第二调谐螺杆(12)，第四谐振圆盘(11)随之按顺时针转动，进而，改变第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)的对应面积，相应的改变加载电容的值，本发明中通过改变两谐振圆盘的对应面积，相应的改变加载电容的值；

[0012] 第一谐振杆(3)和第二谐振杆(4)均焊接在谐振腔(13)的底部，第三谐振圆盘(10)焊接在第一谐振杆(3)的顶部，第一谐振圆盘(7)焊接在第二谐振杆(4)的顶部。

[0013] 输入端口(1)和输出端口(2)穿过谐振腔(13)的前壁进入谐振腔中。且通过螺丝，分别把输入端口(1)和输出端口(2)固定在谐振腔(13)的前壁上。

[0014] 第一调谐螺杆(9)焊接在第二谐振圆盘(8)的边缘，第二调谐螺杆(12)焊接在第四谐振圆盘(11)的边缘，转动第一调谐螺杆(9)和第二调谐螺杆(12)，第二谐振圆盘(8)和第四谐振圆盘(11)分别随之转动。第一调谐螺杆(9)和第二调谐螺杆(12)均穿过谐振腔盖子(14)，并在第一调谐螺杆(9)和第二调谐螺杆(12)的顶部分别加螺丝帽，根据第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)间的对应距离，及第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)间的对应距离，适当的调整螺丝帽的位置，把第一调谐螺杆(9)和第二调谐螺杆(12)固定在一定的地方。

[0015] 其中，谐振腔(13)及谐振腔盖子(14)的材质均为铜；

[0016] 其中，输入端口(1)和输出端口(2)由同轴线形成；

[0017] 其中，第一窗口(5)和第二窗口(6)的长度，宽度，高度分别为l2＝3mm，w2＝15mm，h2＝10mm，两窗口的间距d1＝10mm；第一谐振杆(3)和第二谐振杆(4)的尺寸相同，且长度，宽度，高度分别为l1＝10mm，w1＝8mm，h1＝14mm；第一谐振圆盘(7)、第二谐振圆盘(8)、第三谐振圆盘(10)、第四谐振圆盘(11)的半径均为R0＝10mm，厚度均为h3＝1mm,第一谐振圆盘(7)和第二谐振圆盘(8)、第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)的间距均为d2＝4mm；第一调谐螺杆(9)和第二调谐螺杆(12)的半径均为R1＝1mm，高度均为h4＝21mm；输入端口(1)、输出端口(2)的内径Rin＝0.65mm，长度lin＝33mm，外径Rout＝2.35mm，长度lout＝8mm；

[0018] 其中，分别按逆时针方向转动第一调谐螺杆(9)，按顺时针方向转动第二调谐螺杆(12)，第一谐振圆盘(7)和第一谐振圆盘(8)、第三谐振圆盘(10)和第四谐振圆盘(11)对应面积分别随之改变，腔体滤波器的频带随之改变。

[0019] 本发明的优点在于：

[0020] 本发明通过两对谐振圆盘形成两个加载电容；通过转动调谐螺杆，改变两对谐振圆盘的对应面积，实现腔体滤波器频带可调；

[0021] 本发明的大范围频带可调的腔体滤波器具有结构简单，带宽较宽，插入损耗较小，回波损耗较大，频带可调范围较大，隔离效果好等优点。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例的大范围频带可调的腔体滤波器的三维结构示意图；

[0023] 图2为不同角度下两对谐振圆盘的对应面积的结构示意图；

[0024] 图3为不同角度对谐振频率的影响；

[0025] 图4为不同角度下，插入损耗S21的仿真S参数图；

[0026] 图5为不同角度下，回波损耗S11的仿真S参数图；

[0027] 图中：

[0028] 1-输入端口       2-输出端口       3-第一谐振杆

[0029] 4-第二谐振杆     5-第一窗口       6-第二窗口

[0030] 7-第一谐振圆盘   8-第二谐振圆盘   9-第一调谐螺杆

[0031] 10-第三谐振圆盘  11-第四谐振圆盘  12-第二调谐螺杆

[0032] 13-谐振腔        14-谐振腔盖子

具体实施方式

[0033] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

[0034] 如图1所示，本发明优选实施例的大范围频带可调的腔体滤波器，包括谐振腔13，谐振腔盖子14及谐振腔中的内导体。

[0035] 谐振腔13和谐振腔盖子14的材质为铜。本发明的一个具体实施例中，谐振腔13的长度，宽度，高度，厚度分别为l0＝101mm,w0＝56mm,h0＝33mm；d0＝8mm，谐振腔盖子14的长度，宽度，高度分别为l0＝101mm,w0＝56mm,d0＝8mm。

[0036] 第一调谐螺杆9和第二调谐螺杆12穿过谐振腔盖子14，可以通过手动按逆时针方向转动第一调谐螺杆9，按顺时针方向转动第二调谐螺杆12，相应的转动第二谐振圆盘8和第四谐振圆盘11，从而，相应的改变第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11的对应面积，间接的改变第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11所形成的加载电容的值，从而实现腔体滤波器频带可调的目的。

[0037] 如图1所示，第一窗口5和第二窗口6位于谐振腔13的中心位置，且第一窗口5和第二窗口6分别和谐振腔13的前壁和后壁连接，两窗口间的间距为d1＝10mm，第一谐振杆3和第二谐振杆4分别位于窗口的两侧，且关于窗口成轴对称，第一谐振杆3和第二谐振杆4到窗口的距离均为e＝8mm。

[0038] 如图1所示，第三谐振圆盘10与第一谐振杆3连接，第四谐振圆盘11与第三谐振圆盘10间隔距离为d2＝4mm，并与第二调谐螺杆12连接，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11形成加载电容，按顺时针方向转动第二调谐螺杆12，第四谐振圆盘11随之按顺时针方向转动，从而改变第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11的对应面积。第一谐振圆盘7与第二谐振杆4连接，第一谐振圆盘7与第二谐振圆盘8间隔距离为d2＝4mm，并与第一调谐螺杆9连接，第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8形成加载电容，按逆时针方向转动第一调谐螺杆9，第二谐振圆盘8随之按逆时针方向转动，从而改变第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8的对应面积。通过手动转动，把第一调谐螺杆9和第二调谐螺杆12转动相同的角度θ，实现腔体滤波器频带可调的目的。

[0039] 如图1所示，输入端口1和输出端口2由同轴线形成，且均位于谐振腔13的同一侧。

[0040] 如图1所示，第一谐振杆3和第二谐振杆4的尺寸相同，且长度，宽度，高度分别为l1,w1,h1；第一窗口5和第二窗口6的长度，宽度，高度分别为l2,w2,h2，两窗口的间距d1；谐振圆盘的半径均为R0，厚度均为h3，第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11的间距均为d2；第一调谐螺杆9和第二调谐螺杆12的半径均为R1，高度均为h4；谐振腔13的长度，宽度，高度，厚度分别为l0,w0,h0,d0；谐振腔盖子14的长度，宽度，高度分别为l0,w0,d0；同轴线的内径为Rin,长度为lin,外径为Rout,长度为lout；

[0041] 本发明的一个优选实施例中，其具体尺寸如下：l0＝101mm,w0＝56mm,h0＝33mm,d0＝8mm,l1＝10mm,w1＝8mm,h1＝14mm,l2＝3mm,w2＝15mm,h2＝10mm,d1＝10mm,R0＝10mm,h3＝1mm,d2＝4mm,R1＝1mm,h4＝21mm,Rin＝0.65mm,lin＝33mm,Rout＝2.35mm,lout＝8mm。

[0042] 图2显示了通过手动调节，按逆时针方向转动第一调谐螺杆9，按顺时针方向转动第二调谐螺杆12时，第二谐振圆盘8和第四谐振圆盘11分别随之转动，当转动角度为θ时，第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11的对应面积图。

[0043] 图3显示了调谐螺杆转动不同的角度对腔体滤波器的谐振频率的影响，如图3所示，随着转动角度θ的增大，腔体滤波器的频带随之向右移动。

[0044] 下面描述本发明的一个具体实施例。

[0045] 在本发明的该具体实施例中，输入端口1和输出端口2的特性阻抗均为Z0＝50Ω，谐振腔13的长度，宽度，高度，厚度分别为l0＝101mm,w0＝56mm,h0＝33mm；d0＝8mm；谐振腔盖子14的长度，宽度，高度分别为l0＝101mm,w0＝56mm,d0＝8mm；第一谐振杆3和第二谐振杆4的尺寸相同，且长度，宽度，高度分别为l1＝10mm,w1＝8mm,h1＝14mm；第一窗口5和第二窗口6的长度，宽度，高度分别为l2＝3mm，w2＝15mm，h2＝10mm，两窗口的间距d1＝10mm；谐振圆盘的半径均为R0＝10mm，厚度均为h3＝1mm，第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘
10和第四谐振圆盘11的间距均为d2＝4mm；第一调谐螺杆9和第二调谐螺杆12的半径均为R1＝1mm，高度均为h4＝21mm；同轴线的内径Rin＝0.65mm，长度lin＝33mm，外径Rout＝2.35mm，长度lout＝8mm。

[0046] 图4显示了本发明实施例的大范围频带可调的腔体滤波器，当同时手动转动第一调谐螺杆9和第二调谐螺杆12时，第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11分别随之转动，当转动角度为θ＝0°,30°,60°,90°,120°时，插入损耗S21的仿真S参数图。

[0047] 图5显示了本发明实施例的大范围频带可调的腔体滤波器，通过手动调节，按逆时针方向转动第一调谐螺杆9，按顺时针方向转动第二调谐螺杆12时，第二谐振圆盘8和第四谐振圆盘11分别随之转动，从而，第一谐振圆盘7和第二谐振圆盘8，第三谐振圆盘10和第四谐振圆盘11的对应面积分别随之改变，当转动角度为θ＝0°,30°,60°,90°,120°时，插入损耗S11的仿真S参数图。

[0048] 测试图中，S参数用于描述各个端口之间的信号传递情况，常用dB值表示。S11是指所有端口连接匹配负载时，向输入端口看去的反射系数，S11小于-10dB表示能量大多可以通过输出端口，只有极少数的能量反射回输入端口，传输度高；S21表示由输入端口到输出端口的传输系数，越低表示器件损耗越低，性能越好。

[0049] 如图4和图5所示，当同时手动转动第一调谐螺杆9和第二调谐螺杆12，转动角度为θ＝0°,30°,60°,90°,120°时，腔体滤波器的频带向右移动。

[0050] 参见图4和图5，可以看出腔体滤波器的可调中心频率为1.76GHz,频带可调范围约为21.6％,相对带宽约为6.4％，插入损耗小于1dB，回波损耗大于10dB。

[0051] 如上所示，本发明的大范围频带可调的腔体滤波器，结构简单、对称、紧凑、实用，通过手动转动调谐螺杆，相应的改变两对谐振圆盘的对应面积，实现腔体滤波器频带可调的性能。

[0052] 应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。