一种内凹的空腔三模谐振结构及含有该谐振结构的滤波器制造技术

本发明专利技术专利公开了一种内凹的空腔多模谐振结构及含有该谐振结构的滤波器，包括空腔和盖板，空腔内设置有介质谐振块和介质支撑架，空腔和/或介质谐振块的至少一个端面内凹，介质谐振块与介质支撑架构成三模介质谐振杆，类似正方体介质谐振块一端或者任意端分别与介质支撑架连接，介质支撑架与空腔内壁进行连接，介质谐振块与介质支撑架在空腔的X、Y、Z轴三个方向形成三模谐振。使用了本发明专利技术的空腔多模滤波器能够保证谐振杆与腔体的较小间距下获得高Q值，增大了调谐螺杆的调谐范围，同时降低了空腔与介质谐振块间的小间距对谐振频率的敏感度，便于生产调试，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种内凹的空腔三模谐振结构及含有该谐振结构的滤波器
本专利技术涉及无线通信领域中所用的基站滤波器、天馈类滤波器、合路器及抗干扰滤波器等，滤波器的种类可以为带通、带阻、高通、低通，具体涉及一种内凹的空腔三模谐振结构及含有该谐振结构的滤波器。
技术介绍
随着第四代移动通讯向第五代移动通讯的快速发展，对通讯设备的小型化和高性能化的要求越来越高。传统滤波器由于其金属腔体积较大且性能一般，故逐渐被单模介质滤波器取代，单模介质滤波器主要包括TE01模介质滤波器和TM模介质滤波器，TE01模介质滤波器和TM模介质滤波器一般多采用单模介质谐振的方式，该谐振方式虽然能够提升一定Q值，但其存在制作成本高、体积大的缺点。为了解决单模介质滤波器成本高、体积大的技术问题，三模介质滤波器应运而生。现有技术中，三模介质滤波器一般分为TE三模滤波器和TM三模滤波器。TE三模滤波器具有耦合方式复杂、体积大、Q值高的特点；TM三模滤波器具有耦合方式简单、体积小、Q值低的特点。对于相同频段的TE三模滤波器和TM三模滤波器而言，TM三模滤波器的重量、成本和体积比TE三模滤波器的小得多。故现有技术中一般将TE三模滤波器用于设计窄带滤波器，其余类型的滤波器一般采用TM三模滤波器。由于TM三模滤波器的介质谐振块上会焙银，焙银后在银层和介质谐振块的表面之间形成了玻璃态的物质，导致实际导电率大大下降，从而实际Q值较低，进一步限制了TM三模滤波器的使用范围。故如何获得一种小体积、高Q值的TM三模滤波器是滤波器研发的新方向。现有的TM三模滤波器，其一般均是采用立方体/类立方体/球形谐振腔内设置立方体/类立方体/球形介质谐振块的结构，介质谐振块由介质基座支撑，且谐振腔的单边尺寸与介质谐振块的单边尺寸的比值一般大于1.6。当谐振腔的体积保持不变且介质谐振块略微变大时或者谐振腔的体积略微变小且介质谐振块保持不变或者谐振腔的体积略微变小且介质谐振块略微变大时，由表1提供的数据对比可知，随着谐振腔的单边尺寸与介质谐振块的单边尺寸比值的加大，基模的Q值会随比值的增加而加大，高次模的Q值会随比值的增加而减小，介质谐振块尺寸随着比值加大而减小，空腔的尺寸不断加大，在接近空腔3/4波长尺寸时，由于介质谐振块的尺寸不断缩小，基模Q值也随之降低，高次模的频率随着比值的增加，离基模频率时远时近。不同比值对应的谐振腔的空腔体积也不同，可根据实际需求选择。在表1比值范围内的不同尺寸的空腔及对应的类似立方体谐振器，对滤波器性能要求很高时可以选择比值在1.6以上尺寸的单腔。故当谐振腔的单边尺寸与介质谐振块的单边尺寸的比值大于1.6时，Q值的大小与谐振腔和介质谐振块之间的间距的大小呈正比，但是其带来的缺点是滤波器体积过于庞大。申请号为2018101455572的专利中公开了一种小体积、高Q值的空腔三模结构，其通过保证介质谐振块的外表面与空腔内表面平行布置且两个表面间距极小的情况下可以有效地减小滤波器的体积、提高其的Q值。但此种结构存在如下技术问题：1.因为介质谐振块与空腔内壁的间距极小，因此调谐螺杆的调节范围有限，从而不利于介质谐振块的安装调试；2.因为介质谐振块与空腔内壁的间距极小，因此介质谐振块与空腔之间的间距对单个模式谐振频率敏感度较高，从而不利于介质谐振块的批量生产；3.因为介质谐振块与空腔内壁的极小间距对单腔谐振频率敏感度较高，因此介质谐振块与空腔的设计精度要求极高，从而增加了加工制造成本。表1：
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供一种内凹的空腔三模谐振结构及含有该谐振结构的滤波器，其可以降低滤波器整体插入损耗，以满足空腔滤波器对更小插损及更小体积的要求。本专利技术公开了一种内凹的空腔三模谐振结构，其包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架架，所述空腔为类似正方体形状，所述介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质支撑架架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，所述三模介质谐振结构的与其基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模谐振频率等于转换前的与基模相邻的高次模谐振频率，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。在本专利技术的一种优选实施方案中，其包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架架，所述空腔为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质谐振块为类似正方体形状，所述介质支撑架架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，所述三模介质谐振结构的与其基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模谐振频率等于转换前的与基模相邻的高次模谐振频率，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。在本专利技术的一种优选实施方案中，其包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架架，所述空腔为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质支撑架架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，所述三模介质谐振结构的与其基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模谐振频率等于转换前的与基模相邻的高次模谐振频率，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述介质谐振块为实心结构或中空结构；中空结构的介质谐振块的中空部分填充有空气或嵌套介质谐振块，所述嵌套介质谐振块的体积小于或等于所述中空腔室的体积。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述嵌套介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内凹的空腔三模谐振结构，包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架，其特征在于：所述空腔为类似正方体形状，所述介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质支撑架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，其与基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。

【技术特征摘要】
1.一种内凹的空腔三模谐振结构，包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架，其特征在于：所述空腔为类似正方体形状，所述介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质支撑架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，其与基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。2.一种内凹的空腔三模谐振结构，包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架，其特征在于：所述空腔为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质谐振块为类似正方体形状，所述介质支撑架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，其与基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。3.一种内凹的空腔三模谐振结构，包括空腔和盖板，所述空腔内设置有介质谐振块、介质支撑架，其特征在于：所述空腔为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内凹，所述介质支撑架分别与所述介质谐振块和所述空腔内壁连接，所述介质谐振块与所述介质支撑架构成三模介质谐振杆，所述介质支撑架的介电常数小于所述介质谐振块的介电常数；当所述空腔内壁单边的尺寸与其对应的所述介质谐振块单边的尺寸之间的比值K为：转换点1≤K≤转换点2时，其与基模相邻的高次模Q值转换为所述三模介质谐振结构的基模Q值，转换后的基模谐振频率等于转换前的基模谐振频率，转换后的基模Q值＞转换前的基模Q值，转换后的与基模相邻的高次模Q值＜转换前的与基模相邻的高次模Q值；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的耦合结构；所述三模介质谐振结构中设置有用于改变空腔内简并三模谐振频率的频率调谐装置。4.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述介质谐振块为实心结构或中空结构；中空结构的介质谐振块的中空部分填充有空气或嵌套介质谐振块，所述嵌套介质谐振块的体积小于或等于所述中空腔室的体积。5.基于权利要求4中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述嵌套介质谐振块为类似正方体形状且至少一个端面内凹。6.基于权利要求5中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述嵌套介质谐振块的至少一个端面设置有薄膜介质。7.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述空腔至少一个端面或/和所述介质谐振块至少一个端面设置有薄膜介质。8.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述转换点1的值和所述转换点2的值均会随所述介质谐振块的基模谐振频率、所述介质谐振块的介电常数、所述支撑架的介电常数的不同而产生变化。9.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：保持转换后的所述介质谐振块的基模谐振频率不变时，所述三模介质谐振结构的Q值与所述K的取值和所述介质谐振块的介电常数以及和所述介质谐振块的尺寸有关。10.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：当K的取值从1.0增加到最大时，K的取值在变化范围内有三处Q值转换点，每个Q值转换点均使其基模Q值和其与基模相邻的高次模Q值发生转换；当基模Q值低于与基模相邻的高次模Q值时，与基模相邻的高次模Q值转换成基模Q值，基模Q值比未转换前高；当基模Q值高于与基模相邻的高次模Q值时，与基模相邻的高次模Q值转换成基模Q值，基模Q值比未转换前低。11.基于权利要求10中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：在K的取值的起始点、终止点和三处Q值转换点形成的4个区域中，基模Q值和与基模相邻的高次模Q值随着腔体尺寸及介质谐振杆块尺寸变化而逐渐变化，不同区域应用于滤波器的需求各有不同。12.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述空腔与所述介质谐振块在X轴、Y轴、Z轴尺寸相等时，形成简并三模，简并三模与其它单腔耦合组成通带滤波器；所述空腔与所述介质谐振块在X轴、Y轴、Z轴三个方向的尺寸差值略微不相等时，形成类正交的三模谐振，若类正交的三模与其它腔仍能耦合成通带滤波器，则尺寸可以，若类正交的三模与其它腔不能耦合成通带滤波器，则尺寸不行；所述空腔与所述介质谐振块在在X轴、Y轴、Z轴三个方向的尺寸差别较大时，不能形成简并三模或类正交的三模，而是形成不同频率三个模式，从而不能与其它腔耦合成通带滤波器，则尺寸不行。13.基于权利要求12中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述三模介质谐振结构形成X轴、Y轴和Z轴方向的简并三模，所述简并三模在X轴方向的调谐频率通过在空腔所对应的X轴线的一面或者两面场强集中的地方加装调试螺杆或调谐盘改变距离或者改变电容来实现；在Y轴方向的调谐频率通过在空腔所对应的Y轴线一面或者两面场强集中的地方加装调试螺杆或调谐盘来改变距离或者改变电容来实现；在Z轴方向的调谐频率通过在空腔所对应的Z轴线一面或者两面场强集中的地方加装调试螺杆或调谐盘来改变距离或者改变电容来实现。14.基于权利要求12中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述三模介质谐振结构形成X轴、Y轴和Z轴方向的简并三模，所述简并三模通过改变介电常数来调整频率；所述介质谐振块的表面、所述腔体的内壁、所述盖板的内壁、或者所述调谐螺杆的底部贴有不同形状及厚度的介质常数薄膜，薄膜材料为陶瓷介质及铁电材料；所述调谐螺杆或调谐盘的材料为金属，或调谐螺杆或调谐盘的材料为金属且金属表面电镀铜或电镀银，或调谐螺杆或调谐盘的材料为介质，或调谐螺杆或调谐盘的材料为表面金属化的介质；所述调谐螺杆的形状为金属杆、介质杆、金属盘、介质盘、金属杆配金属盘、金属杆配介质盘、介质杆配金属盘、介质杆配介质盘中的任意一种。15.基于权利要求1或2或3中所述的一种内凹的空腔三模谐振结构，其特征在于：所述三模介质谐振结构中至少设置有两个用于改变空腔内简并三模电磁场正交特性的非平行布置的耦合装置，所述耦合装置包括设置于介质谐振块棱边处的切角/倒角/槽；或包括设置于空腔内角处的倒角/切角；或包括设置于介...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆南，
申请(专利权)人：香港凡谷發展有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81