双金属膜片结构的介质加载可调滤波器
技术领域
本发明涉及微波技术领域,特别是设计一种双金属膜片结构的介质加载可调滤波器。
背景技术
在通信领域,滤波器作为一种频率选择装置被广泛应用。随着无线通信的发展,为满足不同应用环境,出现了不同的滤波器结构。在5G毫米波回传频段,细分子频段较多,如果能设计一个性能良好的可调滤波器,覆盖所需频段所有子频段,实现滤波器的一定频率范围内可调,对提升滤波器的平台化,有利于众多通带不同型号滤波器的统型,降低制造成本和人工更换成本,有很大意义。
目前,可调滤波器的设计,主要采用在波导滤波器的基础上,加调谐机制实现。
传统的E-plane滤波器,大多使用中间夹金属膜片的单膜片结构,独立制作金属膜片,第一金属腔,第二金属腔,再将其拧紧在一起,通过对膜片的加工精度控制,取消了调谐螺钉,可作为实现毫米波频段的滤波器可调结构的基础。
但是传统的单金属膜片结构的E-plane滤波器仍然存在不足之处,即当其调谐的范围越宽,或者调谐到某些特殊频点时,带内的回波损耗会急剧发生恶化,导致滤波器功能失效。同时之前报道的很多E-plane可调滤波器其介质片的移动都是沿着金属腔的长度方向上进行移动,这种方式容易导致介质片出现断裂和破碎,严重影响该类滤波器的工程实用性
发明内容
本发明的目的是提出一种双金属膜片结构的介质加载可调滤波器,可以解决上述技术问题的绝大部分。本发明的技术方案如下:
双金属膜片结构的介质加载可调滤波器,其包括第一波导体、第二波导体、第一金属膜片、第二金属膜片、中间腔体块、介质膜片和驱动装置,第一波导体与第二波导体相对设置,中间腔体块位于第一波导体和第二波导体之间,第一金属膜片设于第一波导体和中间腔体块之间,第二金属膜片设于第二波导体和中间腔体块之间,第一波导体朝向第一金属膜片的一侧上设有第一腔体,第二波导体朝向第二金属膜片的一侧上设有第二腔体,介质膜片位于第二腔体内,介质膜片与驱动装置相连接,驱动装置驱动介质膜片在第二腔体内移动。
本发明的双金属膜片结构滤波器,可以使得在调谐过程中保持绝对带宽基本不变,可确保可调滤波器在调谐过程中保持较好的带内回波损耗表现,本发明通过驱动装置带动介质膜片的移动,使介质膜片对波导内电磁场产生微扰,从而改变谐振频率。本发明创新采用双膜片结构设置,相比单膜片结构,在介质膜片移动调频过程中,耦合系数变化小,从而使在调谐过程中保持绝对带宽几乎不变,保证带内外指标不会发生明显恶化,调谐过程中带内驻波恶化较小,最终保持良好的带内带外电性能表现。
本发明的可调滤波器,可用于可调双工器,主要针对传统微波回传的6-42GHz频段,同时可以考虑应用于E-band等5G热门频段。在一些实施方式中,第一腔体沿着第一波导体的长度方向延伸,第二腔体沿着第二波导体的长度方向延伸。
在一些实施方式中,驱动装置驱动介质膜片在第二腔体的深度方向上移动,驱动装置包括电机、转换机构和支撑杆,电机与转换机构动力连接,转换机构与支撑杆动力连接,支撑杆穿过第二波导体并从第二腔体内穿出,支撑杆与介质膜片相连接,转换机构将电机的转动转化成支撑杆的顶升运动。其有益效果是,通过电机和转换机构的配合,实现支撑杆的顶升运动,从而驱动介质膜片在第二腔体的深度方向上移动。通常电机可以选用步进电机,滤波器中心频率移动和介质膜片伸入第二腔体内的距离几乎是线性关系,因此调节时很容易控制所需的中心频率,保证频率准确性。
并且,通过优化设计介质膜片的尺寸和缺口位置,还可以使得在调谐频率的同时,保持滤波器耦合系数基本不变,从而实现保证调谐过程中绝对带宽几乎不变,回波较好,带外抑制较好。
本发明由于采用了电机、转换机构和支撑杆的传动结构,以及介质膜片的合理设计,电机可以非常精确的驱动介质膜片的运动,能够保证采用介质膜片不易发生折断、弯曲等情况。从而可以不用金属膜片替换,具有更好的电性能,满足工程实际应用需求。
在一些实施方式中,支撑杆为绝缘材质。其有益效果是,支撑杆需要采用高强度材料,不可采用金属柱。通过工装定位,将支撑杆和介质膜片粘接在一起。支撑杆为低介电常数绝缘材料相比金属材质不会对波导内电磁波造成较大影响。
在一些实施方式中,在第二腔体的底部设有多个贯穿第二波导体的导向孔,支撑杆从导向孔中穿过,支撑杆设有至少两根。其有益效果是,通过支撑杆与导向孔的配合,从而可以实现介质膜片的稳定顶升,从而介质膜片不易断裂和破损。
在一些实施方式中,转换机构为齿轮组结构或蜗轮蜗杆结构或丝杆螺母结构。其有益效果是,通过齿轮组机构或蜗轮蜗杆结构或丝杆螺母结构,从而可以实现电机的减速,同时可以将电机的旋转运作,转化为支撑杆的顶升运动,从而实现对介质膜片的驱动。
在一些实施方式中,中间腔体块上设有第三腔体,第一腔体、第二腔体和第三腔体在同一直线上。其有益效果是,保证电磁波的正常通行,且便于实现调谐。
在一些实施方式中,第一波导体、第一金属膜片、第二波导体、第二金属膜片和中间腔体块上穿设有定位销。其有益效果是,通过定位销的设置,从而可以实现第一波导体、第一金属膜片、第二波导体、第二金属膜片和中间腔体块的相对位置不会产生位移,且容易实现中心对位。
在一些实施方式中,第一波导体、第一金属膜片、第二波导体、第二金属膜片和中间腔体块上穿设有紧固螺钉。其有益效果是,通过紧固螺钉的设置,从而可以实现第一波导体、第一金属膜片、第二波导体、第二金属膜片和中间腔体块的紧固,从而实现双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的组装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式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,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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为本发明的一种实施方式的双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的组装结构示意图;
图2为本发明的一种实施方式的双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的爆炸结构示意图;
图3为本发明的一种实施方式的双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的部分剖视示意图;
图4为本发明的一种实施方式的介质膜片的组装结构示意图;
图5为本发明的一种实施方式的双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的仿真S参数图。
具体实施方式
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是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“两端”、“两侧”、“底部”、“顶部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“上级”、“下级”、“主要”、“次级”等仅用于描述目的,可以简单地用于更清楚地区分不同的组件,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,也可以是一体地连接,可以是机械连接,也可以是电连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图4所示为本发明公开的双金属膜片结构的介质加载可调滤波器,其包括第一波导体1、第二波导体2、第一金属膜片3、第二金属膜片4、中间腔体块5、介质膜片6和驱动装置7,第一波导体1与第二波导体2相对设置,中间腔体块5位于第一波导体1和第二波导体2之间,第一金属膜片3设于第一波导体1和中间腔体块5之间,第二金属膜片4设于第二波导体2和中间腔体块5之间,第一波导体1朝向第一金属膜片3的一侧上设有第一腔体8,第二波导体2朝向第二金属膜片4的一侧上设有第二腔体9,介质膜片6位于第二腔体9内,介质膜片6与驱动装置7相连接,驱动装置7驱动介质膜片6在第二腔体9内移动。
如图5所示,是本发明的一种实施方式的双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的仿真S参数示意图。
本发明的双金属膜片结构滤波器,可以使得在调谐过程中保持绝对带宽基本不变,可确保可调滤波器在调谐过程中保持较好的带内回波损耗表现,本发明通过驱动装置7带动介质膜片6的移动,使介质膜片6对波导内电磁场产生微扰,从而改变谐振频率。本发明创新采用双膜片结构设置,相比单膜片结构,在介质膜片6移动调频过程中,耦合系数变化小,从而使在调谐过程中保持绝对带宽几乎不变,保证带内外指标不会发生明显恶化,调谐过程中带内驻波恶化较小,最终保持良好的带内带外电性能表现。
本发明的可调滤波器,可用于可调双工器,主要针对6~42Ghz频段,也可扩展至E-band等5G回传热门频段。
其中,第一腔体8沿着第一波导体1的长度方向延伸,第二腔体9沿着第二波导体2的长度方向延伸。
本发明当中的驱动装置7只要能够驱动介质膜片6在第二腔体9的深度方向上移动即可,可以有多种设置形式。本实施例当中驱动装置7包括电机10、转换机构11和支撑杆12,电机10与转换机构11动力连接,转换机构11与支撑杆12动力连接,支撑杆12穿过第二波导体2并从第二腔体9内穿出,支撑杆12与介质膜片6相连接,转换机构11将电机10的转动转化成支撑杆12的顶升运动。通过电机10和转换机构11的配合,实现支撑杆12的顶升运动,从而驱动介质膜片6在第二腔体9的深度方向上移动。通常电机10可以选用步进电机10,滤波器中心频率移动和介质膜片6伸入第二腔体9内的距离几乎是线性关系,因此调节时很容易控制所需的中心频率,保证频率准确性。
并且,通过优化设计介质膜片6的尺寸和缺口位置,还可以使得在调谐频率的同时,保持滤波器耦合系数基本不变,从而实现保证调谐过程中带宽不变,回波较好,带外抑制较好的水平。
本发明由于采用了电机10、转换机构11和支撑杆12的传动结构,以及介质膜片6的合理设计,电机10可以非常精确的驱动介质膜片6的运动,能够保证采用介质膜片6不易发生折断、弯曲等情况。从而可以不用金属膜片替换,具有更好的电性能,满足工程实际应用需求。
其中,支撑杆12为绝缘材质。支撑杆12需要采用高强度材料,不可采用金属柱。通过工装定位,将支撑杆12和介质膜片6粘接在一起。支撑杆12为绝缘材质即不会导电,也不会对电磁波造成任何影响。
其中,在第二腔体9的底部设有多个贯穿第二波导体2的导向孔13,支撑杆12从导向孔13中穿过,支撑杆12设有至少两根。通过支撑杆12与导向孔13的配合,从而可以实现介质膜片6的稳定顶升,从而介质膜片6不易断裂和破损。
本发明的转换机构11为齿轮组结构或蜗轮蜗杆结构或丝杆螺母结构均可。其有益效果是,通过齿轮组机构或蜗轮蜗杆结构或丝杆螺母结构,从而可以实现电机10的减速,同时可以将电机10的旋转运作,转化为支撑杆12的顶升运动,从而实现对介质膜片6的驱动。
在本发明当中,中间腔体块5上设有第三腔体14,第一腔体8、第二腔体9和第三腔体14在同一直线上。从而保证电磁波的正常通行,且便于实现调谐。
其中,第一波导体1、第一金属膜片3、第二波导体2、第二金属膜片4和中间腔体块5上穿设有定位销15。通过定位销15的设置,从而可以实现第一波导体1、第一金属膜片3、第二波导体2、第二金属膜片4和中间腔体块5的相对位置不会产生位移,且容易实现中心对位。
其中,第一波导体1、第一金属膜片3、第二波导体2、第二金属膜片4和中间腔体块5上穿设有紧固螺钉16。通过紧固螺钉16的设置,从而可以实现第一波导体1、第一金属膜片3、第二波导体2、第二金属膜片4和中间腔体块5的紧固,从而双金属膜片结构的介质加载可调滤波器的组装。
以上的仅是本发明的一些实施方式,仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,应当理解的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以根据上述说明加以改进或替换,而所有这些改进和替换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。在这种情况下,所有细节都可以用等效元素代替,材料、形状和尺寸也可以是任意的。