CN102694220B - 滤波装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种滤波装置，涉及移动通信技术领域，解决了现有的滤波器插入损耗大，远端抑制性能不佳的问题。本发明实施例提供的滤波装置中，由于由至少三个同轴滤波器构成的第一级单元的通带覆盖由至少三个介质滤波器构成的第二级单元的通带，且第一级单元的带宽为第二单元带宽的两倍，使得将同轴滤波器耦合至介质滤波器时，同轴滤波器的插入损耗降低，从而降低了滤波装置整体的插入损耗。由于通过使第一级单元传输零点位于第二级单元的二次谐波频点，可以使滤波装置对该二次谐波有很高的抑制度，因此获得了较好的远端抑制性能。本发明实施例提供的滤波装置主要用作基站的收发信机模块的双工器。

Description

滤波装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及滤波装置。

背景技术

滤波器在移动通信系统中有着广泛的应用，例如，基站的收发信机模块的双工器由RF(Radio Frequency，简称为：射频)腔体滤波器构成，位于收发信机单板的背面结构件上，用于单路大功率射频信号的传输。其中，腔体滤波器通常采用具有同轴腔体的同轴滤波器。

随着移动通信技术向着多频段方向发展，同轴滤波器越来越不能满足移动通信系统的低插入损耗的要求，而具有介质腔体的TE(横电波)01模介质滤波器的出现解决了这一问题。TE01模介质滤波器由工作于TE01模式的TE01模介质谐振器构成，由于TE01模介质谐振器采用高Q(功率因数)微波介质陶瓷制作，使得TE01模介质滤波器具有较低的插入损耗，满足了移动通信系统的低插入损耗的要求，走向了商用化。

然而在使用TE01模介质滤波器的过程中发现：TE01模介质滤波器高次谐波与通带的距离为200～400MHz左右，造成TE01模介质滤波器远端的高次谐波的抑制度小于70dB，远端抑制的性能较差。其中，对于介质滤波器来说，远端指超过通带的高频端100MHz以上的频率。

为了克服TE01模介质滤波器的上述缺陷，现有技术提出了两种解决方案：一种是在TE01模介质滤波器的端口处增设金属谐振器，该方案能使高次谐波频率与通带的距离变远，但高次谐波的抑制度仍达不到要求，且插入损耗较大；另一种是在TE01模介质滤波器的前级增设低通滤波器，该方案能提高较高频的高次谐波的抑制度，但由于低通滤波器的阻带平缓不陡峭，对于距离通带200～400MHz左右的高次谐波，无法获得较高的抑制度，且插入损耗较大。

发明内容

本发明的实施例提供一种滤波装置，能降低插入损耗，且能获得较好的远端抑制性能。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种滤波装置，包括：第一级单元及第二级单元；所述第一级单元由至少三个同轴滤波器构成，各所述同轴滤波器顺序排列，并沿排列方向与相邻的同轴滤波器耦合；所述至少三个同轴滤波器中沿排列方向的两个不相邻的同轴滤波器感性耦合，以在所述第一级单元通带的高频端产生传输零点；所述第二级单元由至少三个介质滤波器构成，各所述介质滤波器顺序排列，并沿排列方向与相邻的介质滤波器耦合；位于所述第一级单元中排列尾部的同轴滤波器，与位于所述第二级单元中排列头部的介质滤波器耦合；所述第一级单元的通带覆盖所述第二级单元的通带，且所述第一级单元的带宽为所述第二级单元带宽的两倍；所述第一级单元的传输零点位于所述第二级单元的二次谐波频点。

本发明实施例提供的滤波装置中，由于由至少三个同轴滤波器构成的第一级单元的通带覆盖由至少三个介质滤波器构成的第二级单元的通带，且第一级单元的带宽为第二单元带宽的两倍，使得将同轴滤波器耦合至介质滤波器时，同轴滤波器的插入损耗降低，从而降低了滤波装置整体的插入损耗。由于通过使第一级单元传输零点位于第二级单元的二次谐波频点，可以使滤波装置对该二次谐波有很高的抑制度，因此获得了较好的远端抑制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种滤波装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的两个同轴滤波器通过耦合窗耦合的立体图；

图3为本发明实施例提供的两个介质滤波器通过耦合窗耦合的立体图；

图4为本发明实施例提供的滤波装置中使用的一种介质滤波器的剖面图；

图5为本发明实施例提供的滤波装置中使用的一种同轴滤波器的剖面图；

图6为本发明实施例提供的滤波装置中第一级单元排列尾部的同轴滤波器与第二级单元排列头部的介质滤波器连接后，形成耦合环耦合的剖视图；

图7为本发明实施例提供的一种滤波装置的实物照片；

图8为本发明实施例提供的另一种滤波装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种滤波装置，如图1所示，该装置包括：第一级单元及A1第二级单元B1。

所述第一级单元A1由至少三个同轴滤波器(11，12，13，14)构成，各所述同轴滤波器顺序排列，例如按着11-＞12-＞13-＞14的顺序排列，以形成排列方向C1。各所述同轴滤波器沿排列方向C1与相邻的同轴滤波器耦合，即同轴滤波器11与同轴滤波器12耦合，同轴滤波器12与同轴滤波器13耦合，同轴滤波器13与同轴滤波器14耦合。

同轴滤波器间耦合的方式可以为图1所示的通过耦合窗耦合，耦合窗开设于同轴滤波器的金属腔体的侧壁上。也可以通过其他的方式耦合，如耦合环耦合。图2示出了两个同轴滤波器通过耦合窗耦合的情形。

所述至少三个同轴滤波器(11，12，13，14)中沿排列方向C1的两个不相邻的同轴滤波器感性耦合，例如，同轴滤波器11与同轴滤波器13为沿排列方向C1的两个不相邻的同轴滤波器，同轴滤波器12与同轴滤波器14也为沿排列方向C1的两个不相邻的同轴滤波器。根据滤波器的传输相位特性，通过上述的同轴滤波器之间的感性耦合，在第一级单元的通带右侧，即通带的高频端会产生传输零点。

因此，通过使同轴滤波器11与同轴滤波器13感性耦合，或者使同轴滤波器12与同轴滤波器14感性耦合，可以在所述第一级单元A1通带的高频端产生传输零点。传输零点即抑制度最高的频点，具有该频点的电磁波将无法通过第一级单元A1。

用于在第一级单元A1通带的高频端产生所述传输零点的、沿排列方向的两个不相邻的同轴滤波器，可通过耦合窗耦合，也可以通过其他的方式耦合，如耦合环耦合。如图1所示，同轴滤波器11与同轴滤波器13之间开设有耦合窗。耦合窗口的大小决定了传输零点的位置。

所述第二级单元B1由至少三个介质滤波器(15、16、17)构成，以使第二级单元B1形成为具有一定带宽的带通滤波器，各所述介质滤波器顺序排列，例如按着15-＞16-＞17的顺序排列，以形成排列方向D1。各所述介质滤波器沿排列方向D1与相邻的介质滤波器耦合。

介质滤波器间耦合的方式可以为图1所示的通过耦合窗耦合，耦合窗开设于介质滤波器的金属腔体的侧壁上。也可以通过其他的方式耦合，如耦合环耦合。图3示出了两个介质滤波器通过耦合窗耦合的情形。

位于所述第一级单元A1中排列尾部的同轴滤波器14，与位于所述第二级单元B1中排列头部的介质滤波器15耦合。

同轴滤波器14与介质滤波器15的耦合方式可以为图1所示的通过耦合环耦合，也可以通过其他的方式耦合，如耦合窗耦合。其中，耦合环耦合方式的耦合强度最大。

所述第一级单元A1的通带覆盖所述第二级单元B1的通带，且所述第一级单元A1的带宽为所述第二级单元B1带宽的两倍。

由至少三个同轴滤波器或者至少三个介质滤波器构成的单元为带通滤波器，也就是说，所述第一级单元A1及所述第二级单元B1都为带通滤波器。假设第二级单元B1的通带为1610MHz～1630MHz，则带宽为20MHz，则第一级单元A1的通带可以设计为1600MHz～1640MHz，带宽为40MHz，即为第二级单元B1带宽的两倍。

如此设计第一级单元，可以在将第一级单元耦合至第二级单元时，即在将同轴滤波器耦合至介质滤波器时，使同轴滤波器的插入损耗降低，从而降低了滤波装置整体的插入损耗。

图1所示的第一级单元A1的传输零点位于所述第二级单元B1的二次谐波频点。如上所述，传输零点是由于在排列方向C1的两个不相邻的同轴滤波器感性耦合而产生的，且传输零点就是抑制度最高的频点。如果该传输零点位于第二级单元B1的二次谐波频点，则具有该二次谐波频点的电磁波就无法通过该滤波装置，即具有该二次谐波频点的电磁波被该滤波装置滤除。例如：第二级单元B1的二次谐波频点为2740MHz，则设计第一级单元A1，使其传输零点位于2740MHz。

由于对于由多个介质滤波器构成的第二级单元B1来说，对二次谐波的抑制属于远端抑制，实验表明，通过使第一级单元A1的传输零点位于第二级单元B1的二次谐波频点，可以使滤波装置对该二次谐波的抑制度达到80dB以上，因此获得了较好的远端抑制性能。

上述滤波装置还包括容纳所述第一级单元及所述第二级单元的外壳18，该外壳18上设置有两个同轴连接器，其中，同轴连接器in为信号输入端，连接位于第一级单元A1排列头部的同轴滤波器11。同轴连接器out为信号输出端，连接位于第二级单元B1排列尾部的介质滤波器17。

图4示出了典型结构的介质滤波器的剖视图，该介质滤波器包括：金属腔体41；固定于所述金属腔体41底部的介质谐振器42；固定于所述金属腔体41顶部的介质调谐盘43，所述介质调谐盘43与所述介质谐振器42相对，当所述介质调谐盘43向所述金属腔体41底部或顶部移动时，减少或增加与所述介质谐振器42之间的距离，以调节所述介质谐振器42的谐振频率；所述金属腔体41的侧壁开设有耦合窗(图4中未示出)。图4所示的介质滤波器为第二级单元中位于排列头部的介质滤波器，因此，在其金属腔体41的未设置耦合窗的侧壁上还设置有耦合环44，该耦合环44连接至金属腔体41外壁的同轴连接器45。

图5示出了典型结构的同轴滤波器的剖视图，该同轴滤波器包括：金属腔体51；固定于所述金属腔体51底部的、与所述金属腔体51同轴的导体52；固定于所述金属腔体51顶部的调谐螺钉53，所述调谐螺钉53与所述导体52相对，当所述调谐螺钉53向所述金属腔体51底部或顶部移动时，减少或增加与所述导体52之间的距离，以调节所述同轴滤波器的反射时延；所述金属腔体的侧壁开设有耦合窗(图5中未示出)。图5所示的同轴滤波器为第一级单元中位于排列尾部的同轴滤波器，因此，在其金属腔体51的未设置耦合窗的侧壁上还设置有耦合抽头54，该耦合抽头54连接至金属腔体51外壁的同轴连接器55。

图6为图4所示的介质滤波器与图5所示的同轴滤波器通过各自的同轴连接器连接后，形成耦合环耦合的示意图。

需要说明的是：本发明实施例提供的滤波装置中使用的介质滤波器和同轴滤波器并不限于图4和图5所示的结构。

下面举例说明滤波装置的设计过程。

1、单腔介质滤波器的设计

选择介质谐振器所使用的介质材料，根据指定的谐振频率2.62GHz，调整介质的厚度和直径；然后将介质谐振器安装与金属腔体中，形成单腔介质滤波器；调谐介质调谐盘的深度，使单腔介质滤波器的谐振点位于2.62GHz左右；将单腔介质滤波器在网络分析仪下测试，发现其二次谐波点位于2.76GHz。

2、根据上述单腔介质滤波器及指定的第二级单元的通带2600-2620MHz，设计介质滤波器的个数为7个。

3、第一级单元的设计

根据第二级单元的通带2600～2620MHz及滤波装置的远端抑制要求(大于80dB)，仿真出中心频段为2610MHz，带宽为40MHz的满足二次谐波频段所需要的同轴滤波器的个数为4个；根据耦合矩阵，可以计算出各同轴滤波器之间耦合窗的大小；同时在2.76G频点产生传输零点。

电磁波沿着各同轴滤波器的排列方向，在各同轴滤波器的金属腔体之间通过横电磁波耦合传播，排列尾部的同轴滤波器的金属腔体通过抽头和同轴连接器在腔壁上耦合到第二级单元中排列头部的介质滤波器。

通过调整排列尾部的同轴滤波器的抽头高度，使该同轴滤波器的反射时延τs11＝11.3ns。该反射时延可以通过公式：反射时延＝636.6/耦合带宽，计算获得。

4、将第一级单元排列尾部的同轴滤波器和第二级单元排列头部的介质滤波器通过耦合环进行耦合。

5、根据滤波装置腔体整体体积进行第一、二级单元的排列设计，排列出整体的布局。

6、根据腔体的排列布局，耦合窗大小，进行结构设计绘图，下发图纸，上机床加工整台腔体。

由于各滤波器都包含金属腔体，因此该腔体可以一体成型，以简化制作工艺。

7、将加工好的金属腔体、同轴连接器、导体、谐振器及盖板装配。

8、调试，先通过调谐螺钉调试好同轴滤波器，然后通过介质调谐盘调试好介质滤波器，最后将滤波装置连接到网络分析仪，人工调试调谐螺钉及介质调谐盘，将S参数调整到需要的曲线。

从而设计出：通带超过40MHz，即2倍于第二级单元的带宽，以及对2.76G频点的高抑制度(80dB)的滤波装置。图7为根据上述步骤制作出的滤波装置的实物剖视图。

上述的滤波装置中，各同轴滤波器及各介质滤波器可以以各种方式排列，可以采用图1所示的排列方式，也可以采用图8所示的排列方式。图8中的同轴滤波器的金属腔体截面形状为圆形，不同于图1所示的方形，也可以为异性腔，具体的截面形状可根据滤波装置整体结构进行设计。图8中与图1相同的附图标记表示的含义与图1相同。

本发明实施例提供的滤波装置中，由于第一级单元的通带覆盖第二级单元的通带，且第一级单元的带宽为第二单元带宽的两倍，使得将同轴滤波器耦合至介质滤波器时，同轴滤波器的插入损耗降低，从而降低了滤波装置整体的插入损耗。由于通过使第一级单元传输零点位于第二级单元的二次谐波频点，可以使滤波装置对该二次谐波有很高的抑制度，因此获得了较好的远端抑制性能。

上述滤波装置中，将二次谐波作为高次谐波的代表，通过对二次谐波的高抑制，获得了较好的远端抑制性能。然而，也可以进一步对三次以上的谐波进行高抑制，可在上述滤波装置的第二级单元后增加第三级单元，该第三级单元由同轴滤波器构成，并与所述第二级单元中排列尾部的介质滤波器耦合。该耦合可以为耦合环耦合。

第三级单元的设计制作方法可参照第一级单元的设计制作方法，使得第三级单元的传输零点位于二次谐波以外的其它高次谐波，以对指定的高次谐波进行高抑制。

第三级单元也可以采用现有的糖葫芦低通滤波器，利用它的阻带实现对二次谐波以外的其它高次谐波的高抑制。

本发明实施例提供的滤波装置主要用作基站的收发信机模块的双工器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种滤波装置，其特征在于，包括：第一级单元及第二级单元；

所述第一级单元由至少三个同轴滤波器构成，各所述同轴滤波器顺序排列，并沿排列方向与相邻的同轴滤波器耦合；所述至少三个同轴滤波器中沿排列方向的两个不相邻的同轴滤波器感性耦合，以在所述第一级单元通带的高频端产生传输零点；

所述第二级单元由至少三个介质滤波器构成，各所述介质滤波器顺序排列，并沿排列方向与相邻的介质滤波器耦合；

位于所述第一级单元中排列尾部的同轴滤波器，与位于所述第二级单元中排列头部的介质滤波器耦合；

所述第一级单元的通带覆盖所述第二级单元的通带，且所述第一级单元的带宽为所述第二级单元带宽的两倍；

所述第一级单元的传输零点位于所述第二级单元的二次谐波频点。

2.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，位于所述第一级单元中排列尾部的同轴滤波器，与位于所述第二级单元中排列头部的介质滤波器通过耦合环耦合。

3.根据权利要求2所述的滤波装置，其特征在于，所述耦合环为金属镀银件。

4.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，各所述同轴滤波器沿排列方向与相邻的同轴滤波器通过耦合窗耦合。

5.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，各所述介质滤波器沿排列方向与相邻的介质滤波器通过耦合窗耦合。

6.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，用于在所述第一级单元通带的高频端产生所述传输零点的、沿排列方向的所述两个不相邻的同轴滤波器，通过耦合窗耦合。

7.根据权利要求1～6任一项所述的滤波装置，其特征在于，所述至少三个介质滤波器中的任意一个包括：第一金属腔体；固定于所述第一金属腔体底部的介质谐振器；固定于所述第一金属腔体顶部的介质调谐盘，所述介质调谐盘与所述介质谐振器相对，当所述介质调谐盘向所述第一金属腔体底部或顶部移动时，减少或增加与所述介质谐振器之间的距离，以调节所述介质谐振器的谐振频率；所述第一金属腔体的侧壁开设有耦合窗。

8.根据权利要求1～6任一项所述的滤波装置，其特征在于，所述至少三个同轴滤波器中的任意一个包括：第二金属腔体；固定于所述第二金属腔体底部的、与所述第二金属腔体同轴的导体；固定于所述第二金属腔体顶部的调谐螺钉，所述调谐螺钉与所述导体相对，当所述调谐螺钉向所述第二金属腔体底部或顶部移动时，减少或增加与所述导体之间的距离，以调节所述同轴滤波器的反射时延；所述第二金属腔体的侧壁开设有耦合窗。

9.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，还包括第三级单元，所述第三级单元由同轴滤波器构成，并与所述第二级单元中排列尾部的介质滤波器耦合。

10.根据权利要求9所述的滤波装置，其特征在于，所述第三级单元为糖葫芦低通滤波器。