一种四模介质波导滤波器

摘要

本发明公开了一种四模介质波导滤波器，包括一个表面具有导电镀层的介质本体，介质本体能够分隔成若干个谐振腔，至少一个谐振腔的顶部设置四模结构，四模结构包括四个调谐盲孔及一个耦合通孔，其中两个调谐盲孔分布在谐振腔腔体的横向中心线附近，另外两个调谐盲孔分布在谐振腔腔体的纵向中心线附近，耦合通孔设置在谐振腔腔体中间位置或接近谐振腔腔体中心。四模结构使TE101、TE201、TE102和TE202模成为了腔体内频率最低的四个模式，使四模滤波器得以实现。在一个谐振腔内运用四个模式，可以减少滤波器所需谐振腔的数量，进而缩小滤波器的体积，实现器件小型化。

权利要求

1.一种四模介质波导滤波器，包括一个表面具有导电镀层的介质本体，所述介质本体能够分隔成若干个谐振腔，其特征在于：至少一个谐振腔的顶部设置四模结构，用于调节四模的谐振频率及其耦合，所述四模结构包括四个调谐盲孔及一个耦合通孔，其中两个调谐盲孔分布在谐振腔腔体的横向中心线附近，另外两个调谐盲孔分布在谐振腔腔体的纵向中心线附近，耦合通孔设置在谐振腔腔体中间位置或接近谐振腔腔体中心；通过所述四模结构使TE101、TE201、TE102和TE202模成为了谐振腔腔体内频率最低的四个模式，使四模滤波器得以实现；在一个谐振腔内运用四个模式，能够减少滤波器所需谐振腔的数量，进而缩小滤波器的体积，实现器件小型化。

2.根据权利要求1所述的一种四模介质波导滤波器，其特征在于：作为主模的TE101模的强电场主要分布于谐振腔腔体中间区域，受四个调谐盲孔深度影响小；而TE102模的电场最强处正好位于横向两个调谐盲孔顶部，TE201模的电场最强处则位于纵向两个调谐盲孔的顶部，因此TE102模和TE201模的频率分别由横向和纵向两个盲孔来控制；四个调谐盲孔共同扰动TE202模，使其电场分布旋转了45°；调谐盲孔具有电容效应，随着盲孔深度的增加，电容效应增强，四个模式的谐振频率降低；模式之间的耦合主要由耦合通孔负责，耦合通孔所在位置是TE101模的强电场分布区，而其它模式的电场在此处很弱，甚至为零；耦合通孔减小了TE101模强电场的谐振空间，使得TE101模的谐振频率显著上升，而其它模式受到的影响小，从而缩小了TE101模与其它模式的耦合系数；此外，耦合通孔的横向或纵向偏移，能够改变TE102模或TE201模与其它模式之间的耦合系数。

3.根据权利要求1所述的一种四模介质波导滤波器，其特征在于：相邻谐振腔之间设置耦合通孔，以引入磁耦合，电耦合则通过设置耦合盲孔来引入。

4.根据权利要求1所述的一种四模介质波导滤波器，其特征在于：不含四模结构的谐振腔能够在其腔体顶部或底部设置单个调谐盲孔来调节单模的频率，或不设置调谐盲孔，通过改变其腔体的长宽高来改变谐振频率。

5.根据权利要求1所述的一种四模介质波导滤波器，其特征在于：所述介质本体的底部接有同轴连接器，所述同轴连接器作为输入输出端口对滤波器进行馈电，且其同轴内导体内嵌深度决定输入输出端口的外部品质因素及进入滤波器的电磁场能量大小。

6.根据权利要求1或5所述的一种四模介质波导滤波器，其特征在于：所述介质本体呈矩形状，介质材料的相对介电常数小于1000。

说明书

一种四模介质波导滤波器

技术领域

[0001] 本发明涉及射频和微波滤波器的技术领域，尤其是指一种四模介质波导滤波器。

背景技术

[0002] 近几年，我国的5G通信基站建设稳步推进，5G基站滤波器成为了研究热点。我国5G主流频段有64个通道，所需的滤波器是4G的8到16倍。而且，滤波器已经和大规模多入多出
天线集成到天线有源单元中，这对滤波器的体积提出了更高的要求。因此，利用多模技术对
介质波导滤波器进行小型化具有极高的应用价值。

[0003] 现有的多模技术主要有以下缺点：第一、有的多模滤波器只利用波导腔最基本的三个模式，通过切角进行耦合，这种滤波器的尺寸比较固定，介质块的厚度过大，不利于基
站高度的减小。第二、有的多模介质波导滤波器运用的是高次模，会在低频段产生寄生通
带。有的虽然用的不是高次模，但是没有采用极化简并，浪费了一个模式。第三、有的多模腔
的体积与多个单模腔级联的体积相当，没有起到小型化的作用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种可应用于5G频段、带外选择性强、带内插入损耗小的四模介质波导滤波器，与单模介质波导滤波器相比，体积缩
小了26.2％，实现了小型化。

[0005] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种四模介质波导滤波器，包括一个表面具有导电镀层的介质本体，所述介质本体能够分隔成若干个谐振腔，至少一个谐振
腔的顶部设置四模结构，用于调节四模的谐振频率及其耦合，所述四模结构包括四个调谐
盲孔及一个耦合通孔，其中两个调谐盲孔分布在谐振腔腔体的横向中心线附近，另外两个
调谐盲孔分布在谐振腔腔体的纵向中心线附近，耦合通孔设置在谐振腔腔体中间位置或接
近谐振腔腔体中心。

[0006] 进一步，通过所述四模结构使TE101、TE201、TE102和TE202模成为了谐振腔腔体内频率最低的四个模式，使四模滤波器得以实现；在一个谐振腔内运用四个模式，能够减少滤波器
所需谐振腔的数量，进而缩小滤波器的体积，实现器件小型化。

[0007] 进一步，作为主模的TE101模的强电场主要分布于谐振腔腔体中间区域，受四个调谐盲孔深度影响小；而TE102模的电场最强处正好位于横向两个调谐盲孔顶部，TE201模的电
场最强处则位于纵向两个调谐盲孔的顶部，因此TE102模和TE201模的频率分别由横向和纵向
两个盲孔来控制；四个调谐盲孔共同扰动TE202模，使其电场分布旋转了45°；调谐盲孔具有
电容效应，随着盲孔深度的增加，电容效应增强，四个模式的谐振频率降低；模式之间的耦
合主要由耦合通孔负责，耦合通孔所在位置是TE101模的强电场分布区，而其它模式的电场
在此处很弱，甚至为零；耦合通孔减小了TE101模强电场的谐振空间，使得TE101模的谐振频率
显著上升，而其它模式受到的影响小，从而缩小了TE101模与其它模式的耦合系数；此外，耦
合通孔的横向或纵向偏移，能够改变TE102模或TE201模与其它模式之间的耦合系数。

[0008] 进一步，相邻谐振腔之间设置耦合通孔，以引入磁耦合，电耦合则通过设置耦合盲孔来引入。

[0009] 进一步，不含四模结构的谐振腔能够在其腔体顶部或底部设置单个调谐盲孔来调节单模的频率，或不设置调谐盲孔，通过改变其腔体的长宽高来改变谐振频率。

[0010] 进一步，所述介质本体的底部接有同轴连接器，所述同轴连接器作为输入输出端口对滤波器进行馈电，且其同轴内导体内嵌深度决定输入输出端口的外部品质因素及进入
滤波器的电磁场能量大小。

[0011] 进一步，所述介质本体呈矩形状，介质材料的相对介电常数小于1000。

[0012] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

[0013] 1、本发明通过在介质本体上的谐振腔内设置四模结构，使TE101、TE201、TE102和TE202模成为频率最低的四个模式，不用担心在低频产生寄生通带。

[0014] 2、本发明所提出的四模结构能够实现器件小型化，四模结构能减少所需的腔体数量，利用四模结构设计出的单腔四模滤波器的体积比单模滤波器的体积小26.2％。

附图说明

[0015] 图1为实施例1提供的单腔的四模介质波导滤波器的结构示意图之一。

[0016] 图2为实施例1提供的单腔的四模介质波导滤波器的结构示意图之二。

[0017] 图3为实施例1中仅设置四个调谐盲孔的介质波导腔内的四模电场分布图。

[0018] 图4为实施例1提供的单腔的四模介质波导滤波器的窄带S参数曲线。

[0019] 图5为实施例1提供的单腔的四模介质波导滤波器的宽带S参数曲线。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。

[0021] 实施例1

[0022] 参见图1和图2所示，本实施例提供了一种单腔的四模介质波导滤波器，包括一个表面镀银的陶瓷介质本体1(为矩形状)，介质本体1底部连接同轴连接器4，同轴连接器4作
为输入输出端口对滤波器进行馈电，其同轴内导体内嵌深度决定输入输出端口的外部品质
因素，决定进入滤波器的电磁场能量大小。整个介质本体1只形成有一个谐振腔，谐振腔顶
部设置四模结构，该四模结构包含四个调谐盲孔2和一个用于调节耦合的耦合通孔3，其中
两个调谐盲孔2位于腔体的横向中心线附近，另外两个调谐盲孔2位于纵向中心线附近，耦
合通孔3设置在腔体中间位置，当然也可以略为偏离腔体中心。

[0023] 图3所示的是仅设置四个调谐盲孔2时，矩形腔体内的TE101、TE201、TE102和TE202模的场分布图，其中TE101是腔体的主模，其电场在腔体中心附近较强，受四个调谐盲孔2的影响
较小；而TE102模的电场最强处正好位于横向两个调谐盲孔顶部，TE201模的电场最强处则位
于纵向两个调谐盲孔的顶部，因此TE102模和TE201模的频率分别由横向和纵向两个调谐盲孔
来控制；四个调谐盲孔2共同扰动TE202模，使其电场分布旋转了45°。四个调谐盲孔2具有电
容效应，随着四个调谐盲孔2深度的增加，电容效应增强，四个模式的谐振频率降低。模式之
间的耦合主要由耦合通孔3负责，耦合通孔3所在位置是TE101模的强电场分布区，它减小了
TE101模强电场的谐振空间，使得TE101模的谐振频率显著上升，缩小了TE101模与其它模式的
耦合系数。此外，耦合通孔3的横向或纵向偏移，可改变TE102模或TE201模与其它模式之间的
耦合系数。通过在一个谐振腔当中运用四个模式，本实施例节省了三个谐振腔的体积，体积
比同阶数的单模介质波导滤波器体积小26.2％，实现了小型化。

[0024] 图4和图5为本实例上述四模介质波导滤波器的S参数曲线，从图中可以看到，本滤波器的通带为3.4‑3.6GHz，带内回损大于20dB，带内纹波小于0.2dB，3GHz和4GHz处的带外
抑制能力分别为30.9和25.0dB，且低频段没有出现寄生通带。综上，利用四模结构设计出的
滤波器选择性好，损耗低，性能十分优越。

[0025] 此外，介质本体可以是陶瓷，也可以是任何相对介电常数大于一、小于1000的任意非金属介质制成。所有棱边均作了倒角处理，一方面抑制了高频寄生通带，另一方面防止损
伤加工设备。

[0026] 实施例2

[0027] 与实施例1不同的是本实施例提供的是多腔的四模介质波导滤波器(图中未画出)，该滤波器的相邻谐振腔之间设置耦合通孔，以引入磁耦合，电耦合则通过设置耦合盲
孔来引入；其中，不含四模结构的谐振腔可在其腔体顶部或底部设置单个调谐盲孔来调节
单模的频率，或不设置调谐盲孔，通过改变其腔体的长宽高来改变谐振频率。

[0028] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，
均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。