一種新型四模介質帶通濾波器的制作方法

本實用新型涉及介質濾波器的技術領域，具體涉及一種采用調諧螺釘、短接金屬柱結構控制諧振頻率以及采用金屬耦合環結構控制耦合的新型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，時刻可見信息在我們的身邊進行傳遞，無線通信已經被廣泛應用于社會生活的各個領域，比如移動通信、雷達導航和電子對抗。微波濾波器在無線通信系統有著不可替代的重要作用，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，使其不能通過，同時讓有用的頻率通過，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，分配到各類通信系統中的頻率間隔越來越密，這就對微波濾波器的設計提出了更高的要求，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，以便于微波濾波器在無線通信系統進行集成和小型化，而采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，發展突飛猛進，被廣泛應用于無線基站和航天航空等領域。

2011年,Luca Pelliccia和Fabrizio Cacciamani等人在Microwave Conference Proceedings(APMC)上發表題為“Ultra-compact pseudoelliptic waveguide filters using TM dual-mode dielectric resonators”的文章。作者利用使用了TM模的介質諧振器，實現了雙腔四階雙模介質濾波器。該濾波器的腔內耦合是通過對外部金屬腔進行切角實現的，通過控制金屬腔切角的大小，可以實現對腔內耦合強度的控制，該濾波器的腔間耦合是通過在兩個腔體磁場強度最強的位置開槽實現的。

2012年S.Yakuno和T.Ishizaki在Microwaves Conference Proceedings上發表題為“Novel Cavity-Type Multi-Mode Filter using TEM-mode and TE-mode”的文章。濾波器模型包括一個圓柱型的金屬外腔、兩個一端短路一端開路的圓柱形介質諧振器和若干調諧機構。外部的金屬圓柱腔工作在半波長諧振器狀態，存在兩個電場相互垂直的簡并模式TE11模，而兩個圓柱型介質諧振器相當于準同軸諧振器，工作在四分之一波長奇偶模狀態，諧振在TEM模式，TE11模式和TEM模式的耦合控制是通過調諧螺釘實現，此外，TE11模式和TEM模式的頻率控制也是通過螺釘實現。

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簡并模式和HEH₁₁簡并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簡并模式和HEH₁₁簡并模式的諧振頻率調在一起，然后通過調節螺釘來實現對腔內耦合耦合強度和頻率的控制，垂直的螺釘主要調節HEE₁₁簡并模式的頻率和耦合，水平的螺釘主要調節HEH₁₁簡并模式的頻率和耦合。

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，提供一種采用調諧螺釘和短接金屬柱結構控制頻率的四模介質帶通濾波器，同時采用金屬耦合環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，便于加工。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種新型四模介質帶通濾波器，所述四模介質帶通濾波器包括外部腔體1、用于信號輸入或者輸出的第一輸入輸出端口2和第二輸入輸出端口3，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3均開設在所述外部腔體1上；

所述外部腔體1內的中心處設置有金屬柱8，所述外部腔體1內還設置有第一介質塊4、第二介質塊5、第三介質塊6和第四介質塊7，各個介質塊分別位于所述金屬柱8的四周，所述金屬柱8以及各個介質塊均與所述外部腔體1上、下表面短接；

所述第一介質塊4、所述第二介質塊5、所述第三介質塊6和所述第四介質塊7的中心處均開設有圓形通孔；

所述外部腔體1上表面設置有第一調諧螺釘9、第二調諧螺釘10、第三調諧螺釘11以及第四調諧螺釘12，并且分別位于所述第一介質塊4、所述第二介質塊5、所述第三介質塊6和所述第四介質塊7中心處的圓形通孔內；

所述外部腔體1內還設置有U型的第一金屬耦合環13和第二金屬耦合環14，分別位于所述金屬柱8的兩側，所述第一金屬耦合環13和所述第二金屬耦合環14的開口方向朝向所述外部腔體1的上表面。

進一步地，所述第一調諧螺釘9、所述第二調諧螺釘10，所述第三調諧螺釘11以及所述第四調諧螺釘12用于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通過改變所述第一調諧螺釘9、所述第二調諧螺釘10、所述第三調諧螺釘11以及所述第四調諧螺釘12的尺寸實現的。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率通過改變控制所述第一介質塊4、所述第二介質塊5、所述第三介質塊6和所述第四介質塊7到所述金屬柱8的距離實現的。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率通過改變所述金屬柱8的尺寸實現的。

進一步地，所述四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度通過改變所述第一金屬耦合環13和所述第二金屬耦合環14的尺寸實現。

進一步地，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3采用接地的同軸端口實現的。

進一步地，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3的端口耦合強度可通過控制端口到介質塊的距離實現的。

進一步地，所述第一介質塊4、所述第二介質塊5、所述第三介質塊6和所述第四介質塊7均為圓柱形。

本實用新型相對于現有技術具有如下的優點及效果：

1、通過調諧螺釘和短接金屬柱結構實現對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制，便于加工制造。

2、通過金屬耦合環實現對耦合強度的控制，同樣便于加工制造。

3、采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新型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新型四模介質帶通濾波器的仿真示意圖；

圖3是實施例中諧振腔的俯視圖；

圖4是本實用新型中諧振頻率隨介質塊到諧振腔中心處距離的變化曲線；

圖5是本實用新型中諧振頻率隨短接金屬柱半徑的變換曲線；

圖6是實施例中設置有腔內耦合結構的諧振腔的結構圖；

圖7是實施例中腔內耦合結構的側視圖；

圖8是本實用新型中腔內耦合強度隨金屬耦合環高度的變化曲線；

其中，1——外部腔體，2——第一輸入輸出端口，3——第二輸入輸出端口，4——第一介質塊，5——第二介質塊，6——第三介質塊，7——第四介質塊，8——金屬柱，9——第一調諧螺釘，10——第二調諧螺釘，11——第三調諧螺釘，12——第四調諧螺釘，13——第一金屬耦合環，14——第二金屬耦合環。

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。基于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，都屬于本實用新型保護的范圍。

實施例一

本實施例公開了一種采用調諧螺釘和金屬柱結構控制諧振頻率以及采用金屬耦合環控制耦合的四模介質帶通濾波器，性能良好，容易加工制造。

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端口和第二輸入輸出端口，當第一輸入輸出端口2作為四模介質帶通濾波器的輸入端口時，第二輸入輸出端口3作為四模介質帶通濾波器的輸出端口，反之，當第二輸入輸出端口3作為四模介質帶通濾波器的輸入端口時，第一輸入輸出端口2作為雙模介質濾波器的輸出端口。1是濾波器的外部腔體。4、5、6和7分別是外部腔體1中的第一介質塊、第二介質塊、第三介質塊和第四介質塊。8是外部腔體1中的金屬柱。9、10、11和12是位于外部腔體上表面控制頻率的第一調諧螺釘、第二調諧螺釘、第三調諧螺釘以及第四調諧螺釘。13和14分別為位于外部腔體1中用于控制腔內耦合強度的第一金屬耦合環和第二金屬耦合環。

一種新型四模介質帶通濾波器，包括外部腔體1、第一輸入輸出端口2、第二輸入輸出端口3。所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3均開設在所述外部腔體1上。

所述外部腔體1內設置有第一介質塊4，第二介質塊5，第三介質塊6和第四介質塊7。

所述外部腔體1內設置有金屬柱8。所述金屬柱8與外部腔體1上下表面短接。

所述金屬柱8用于控制所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率。

所述外部腔體1的上表面設置有第一調諧螺釘9、第二調諧螺釘10、第三調諧螺釘11以及第四調諧螺釘12。

所述第一調諧螺釘9、第二調諧螺釘10、第三調諧螺釘11以及第四調諧螺釘12用于控制所述四模介質帶通濾波器的諧振頻率。

所述外部腔體1設置有第一金屬耦合環13和第二金屬耦合環14。

所述第一金屬耦合環13和第二金屬耦合環14用于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，對四模介質帶通濾波器的諧振頻率的控制是通過改變第一調諧螺釘9、第二調諧螺釘10、第三調諧螺釘11以及第四調諧螺釘12的尺寸實現的。

具體應用中，對四模介質帶通濾波器的諧振頻率的控制是通過改變第一介質塊4，第二介質塊5，第三介質塊6和第四介質塊7到諧振腔中心處的距離實現的。

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金屬耦合環13和第二金屬耦合環14的尺寸實現的。

本實施例中，所述第一介質塊4、第二介質塊5、第三介質塊6和第四介質塊7為圓柱形。

本實施例中，所述第一介質塊4、第二介質塊5、第三介質塊6和第四介質塊7中心處開設有圓形通孔。

具體應用中，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3則是采用接地的同軸端口實現的，所述第一輸入輸出端口2和所述第二輸入輸出端口3的端口耦合強度的控制則是通過控制端口到介質塊的距離實現的。

具體應用中，所述腔體1采用鋁、銅、鐵、金或者銀中的任意一種金屬或任意幾種金屬的合金制作。

為了驗證控制四個介質塊到諧振腔中心的距離d和短接金屬柱的半徑r對四模介質帶通濾波器的諧振頻率的調諧作用，保持四模介質帶通濾波器的其它參數不變，分別對其取不同值進行仿真，其中圖3是諧振腔的俯視圖，圖4和圖5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，隨著介質塊到諧振腔中心處的距離d不斷增大，諧振腔中四個模式的諧振頻率呈上升的趨勢；由圖5的仿真結果可以看到，保持其它參數不變，隨著短接金屬柱的半徑r不斷給增大，諧振腔中第一個模式、第二個模式和第三個模式的諧振頻率呈上升的趨勢，第四個模式的諧振頻率基本保持不變。因此可以通過控制介質塊到諧振腔中心的距離d和短接金屬柱的半徑r實現四模介質帶通濾波器的諧振頻率控制。

四模介質帶通濾波器的腔內耦合強度是由金屬耦合環所控制的，為了驗證金屬耦合環對腔內耦合強度的影響，保持其它參數不變，對金屬耦合環的高度H取不同值進行仿真，圖6是設置有腔內耦合結構的諧振腔結構圖，圖7是設置有腔內耦合結構的諧振腔側視圖，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，隨著金屬耦合環的高度H不斷增大，腔內耦合強度k呈下上升的趨勢，因此通過控制金屬耦合環的高度H可以實現對腔內耦合強度的控制。

實施例二

如圖1所示，在本實施例的設計中，先根據諧振腔的場分布確定短接金屬柱的位置、輸入輸出端口耦合結構的位置和金屬耦合環的位置。四模介質帶通濾波器的諧振頻率不僅由介質塊和外部腔體的尺寸所決定，同時還會受到調諧螺釘和短接金屬柱的影響，通過控制調諧螺釘的嵌入深度和短接金屬柱的半徑可以實現對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制。同時，通過控制金屬耦合環的高度可以實現對腔內耦合強度的控制。在本次實施例中，所用圓柱形介質塊的外徑為15.2mm，內徑為4mm，高度為7mm(圖1中第一介質塊、第二介質塊、第三介質塊和第四介質塊的尺寸)，介質塊到諧振腔的中心距離為26.2mm(圖1中第一介質塊、第二介質塊、第三介質塊和第四介質塊到諧振腔中心處的金屬柱的距離)，短接金屬柱的半徑為4mm(圖1中金屬柱的半徑)，金屬耦合環的高度為5mm(圖1中第一金屬耦合環和第二金屬耦合環的高度)，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于12dB，插入損耗小于0.5dB，工作頻率為1.871GHz～2.042GHz，帶寬為171MHz。

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。由于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，還易于加工制造，有利于實際的工業生產。該濾波器的創新之處在于通過調諧螺釘和短接金屬柱結構實現了對四模介質帶通濾波器諧振頻率的控制，同時通過控制金屬耦合環的高度實現對腔內耦合強度的控制。

本實用新型包括并不僅限于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于本專利保護范圍。

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并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范圍之內。