本實(shí)用新型涉及高頻器件的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種腔體四模濾波器。

背景技術(shù)：

近年來，隨著社會(huì)加速進(jìn)入信息時(shí)代，無線通信產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，射頻前端電路作為整個(gè)無線通信系統(tǒng)的基石，在移動(dòng)通信、雷達(dá)監(jiān)測，導(dǎo)航和遠(yuǎn)距離遙感等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，因此對射頻前端電路的研究顯得越來越重要。射頻濾波器作為射頻前端電路的關(guān)鍵部件，在整個(gè)無線通信系統(tǒng)中扮演著十分重要的角色，高選擇性，小體積，低損耗濾波器是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量無線通信的關(guān)鍵器件。

以往在提升濾波器的選擇性方面，常采取的措施是提高濾波器的階數(shù)。對于單模濾波器而言，提升階數(shù)勢必會(huì)導(dǎo)致濾波器體積的增加，給設(shè)計(jì)的小型化帶來難度。多模諧振器由于同時(shí)含有多個(gè)模式，使得一個(gè)多模諧振器相當(dāng)于多個(gè)單模諧振器級(jí)聯(lián)，因此能夠在提升性能的同時(shí)避免體積的增加。此外，相較于微帶濾波器，腔體濾波器在提升濾波器功率容量方面也存在顯著優(yōu)勢。因此，對于多模腔體濾波器的研制顯得尤為迫切。

2015年，Sai-Wai Wong等人在本領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Transaction On Microwave Theory And Techniques上發(fā)表題為“Triple-and Quadruple-Mode Wideband Bandpass Filter Using Simple Perturbation in Single Metal Cavity”的文章，利用圓柱形波導(dǎo)腔分別設(shè)計(jì)了一款單腔三模與四模超寬帶濾波器。作者通過在圓形金屬腔內(nèi)部添加金屬圓柱，將高次模TM01與TM11的頻率降低到簡并TE模附近，分別設(shè)計(jì)了一款單腔三模與四模超寬帶濾波器。

2015年，Xuguang Wang等人在本領(lǐng)域頂級(jí)期刊IEEE Transaction On Microwave Theory And Techniques上發(fā)表題為“Compact Quad-Mode Bandpass Filter Using Modified Coaxial Cavity Resonator With Improved-Factor”的文章，利用矩形同軸腔設(shè)計(jì)了一款單腔四模濾波器。作者通過矩形腔內(nèi)的四個(gè)同軸柱之間的磁場相互作用，實(shí)現(xiàn)了具有四個(gè)高Q值諧振模式的諧振器，并以此設(shè)計(jì)了一款單腔四模濾波器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提出了一種新型的腔體四模濾波器，該濾波器通過金屬柱間的電場相互作用實(shí)現(xiàn)了單腔四模諧振特性，具有體積小、選擇性高、功率容量大、帶寬易于控制的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足小型化、低成本、特性好的設(shè)計(jì)要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案為：一種腔體四模濾波器，包括具有四個(gè)諧振模式的腔體諧振器、第一調(diào)諧銷釘、第二調(diào)諧銷釘、第三調(diào)諧銷釘及對稱設(shè)置的輸入端口和輸出端口；所述腔體諧振器是一個(gè)矩形的金屬盒，該金屬盒的每個(gè)內(nèi)側(cè)壁均安裝有一個(gè)金屬柱，每個(gè)金屬柱等效為一個(gè)同軸腔諧振器；所述輸入端口由SMA接頭連接饋電探針構(gòu)成，安裝在金屬盒的上頂面；所述輸出端口由SMA接頭連接饋電探針構(gòu)成，安裝在金屬盒的下底面；所述第一調(diào)諧銷釘、第二調(diào)諧銷釘、第三調(diào)諧銷釘分別安裝在金屬盒的上頂面。

所述饋電探針為彎折的金屬探針。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本實(shí)用新型利用金屬柱之間的電場相互作用，形成不同于傳統(tǒng)腔體濾波器的新型腔體四模濾波器。

2、本實(shí)用新型所采用的四個(gè)諧振模式，具有較高Q值，所設(shè)計(jì)濾波器具有較高選擇性，可以滿足實(shí)際多種通信要求。

3、本實(shí)用新型所采用的濾波器為全封閉金屬結(jié)構(gòu)，所以功率容量較高。

4、由于濾波器為金屬腔體結(jié)構(gòu)，易于加工，適合批量工業(yè)生產(chǎn)，所以濾波器具備結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述腔體四模濾波器的俯視圖。

圖2為本實(shí)用新型所述腔體四模濾波器的正視圖。

圖3為本實(shí)用新型的腔體諧振器帶四個(gè)金屬柱的俯視圖。

圖4為本實(shí)用新型的腔體諧振器帶四個(gè)金屬柱的正視圖。

圖5a為本實(shí)用新型所述腔體四模諧振器中Mode1的電場分布圖。

圖5b為本實(shí)用新型所述腔體四模諧振器中Mode2的電場分布圖。

圖5c為本實(shí)用新型所述腔體四模諧振器中Mode3的電場分布圖。

圖5d為本實(shí)用新型所述腔體四模諧振器中Mode4的電場分布圖。

圖6a為HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下諧振器的各模式頻率曲線隨L變化圖。

圖6b為HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下諧振器的各模式頻率曲線隨H變化圖。

圖6c為HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下諧振器的各模式頻率曲線隨TH變化圖。

圖6d為HFSS(High Frequency Structure Simulator)仿真下諧振器的各模式頻率曲線隨CR變化圖。

圖7a為饋電探針高度InputZ變化下濾波器的插入損耗(|S₂₁|)仿真結(jié)果圖。

圖7b為饋電探針長度InputXL變化下濾波器的插入損耗(|S₂₁|)仿真結(jié)果圖。

圖8a為第一調(diào)諧銷釘長度變化下濾波器的插入損耗(|S₂₁|)仿真結(jié)果圖。

圖8b為第二調(diào)諧銷釘長度變化下濾波器的插入損耗(|S₂₁|)仿真結(jié)果圖。

圖8c為第三調(diào)諧銷釘長度變化下濾波器的插入損耗(|S₂₁|)仿真結(jié)果圖。

圖9為本實(shí)用新型所述腔體四模濾波器的插入損耗(|S21|)與回波損耗(|S₁₁|)仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型所述新型腔體四模濾波器的核心內(nèi)容是具有四個(gè)諧振模式的腔體諧振器，通過調(diào)整該諧振器結(jié)構(gòu)尺寸，可以使諧振器的諧振頻率位于任意頻段，從而改變?yōu)V波器的中心頻率。在此諧振器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加端口激勵(lì)結(jié)構(gòu)、耦合與調(diào)諧結(jié)構(gòu)則可進(jìn)一步得到所需的濾波器。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實(shí)施例所提供的腔體四模濾波器，包括具有四個(gè)諧振模式的腔體諧振器1、第一調(diào)諧銷釘4、第二調(diào)諧銷釘5、第三調(diào)諧銷釘6及對稱設(shè)置的輸入端口2和輸出端口3；所述腔體諧振器1是一個(gè)矩形的金屬盒，該金屬盒的每個(gè)內(nèi)側(cè)壁均安裝有一個(gè)金屬柱7，每個(gè)金屬柱7等效為一個(gè)同軸腔諧振器，因金屬柱相距較近，四個(gè)同軸腔之間的電場存在相互作用，由此形成了四個(gè)頻率相近的諧振模式；所述輸入端口由SMA接頭連接饋電探針(具體為彎折的金屬探針)構(gòu)成，安裝在金屬盒的上頂面，用于激勵(lì)所需方向的電場；所述輸出端口由SMA接頭連接饋電探針(具體為彎折的金屬探針)構(gòu)成，安裝在金屬盒的下底面，用于激勵(lì)所需方向的電場；所述第一調(diào)諧銷釘4、第二調(diào)諧銷釘5、第三調(diào)諧銷釘6分別安裝在金屬盒的上頂面，用于調(diào)節(jié)各模式的諧振頻率以及之間的耦合。

圖5a、5b、5c、5d依次為上述腔體四模濾波器中Mode1、2、3、4的電場分布。其中，圖5a、5d所示兩模式在諧振器內(nèi)同時(shí)存在水平與豎直方向的電場。圖5b、5c所示兩模式在諧振器內(nèi)只存在豎直或水平方向的電場，兩模式電場相互正交，為一對簡并模。

參見圖6a、6b、6c、6d所示，通過HFSS仿真得到諧振器各模式頻率曲線變化，從圖中可知，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)L、H、TH、CR可以實(shí)現(xiàn)對所述諧振器各模式頻率的控制。

參見圖7a、7b所示，通過仿真得到不同探針高度InputZ以及不同探針長度InputXL下的插入損耗(S₂₁)仿真結(jié)果，橫軸表示本實(shí)用新型中微帶濾波器的信號(hào)頻率，縱軸表示濾波器的插入損耗(S₂₁)。從圖中可發(fā)現(xiàn)探針高度與探針長度兩參數(shù)均能有效地控制濾波器內(nèi)各模式的激勵(lì)強(qiáng)度。隨著探針高度的增加，濾波器通帶內(nèi)各模式逐漸分離，更加明顯；隨著探針長度的增加，濾波器通帶內(nèi)各模式的激勵(lì)強(qiáng)度明顯增大。

參見圖8a、8b、8c所示，顯示的是調(diào)諧銷釘變化下濾波器的插入損耗(|S₂₁|)仿真結(jié)果，從圖中可發(fā)現(xiàn)調(diào)諧銷釘能夠有效地調(diào)節(jié)各模式的頻率以及之間的耦合。

圖9展示的是本實(shí)施例所述腔體四模濾波器的插入損耗(|S21|)與回波損耗(|S₁₁|)的仿真結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，仿真的濾波器中心頻率為2595MHz，|S₂₁|3dB帶寬范圍為2575MHz-2615MHz，在2580MHz-2609MHz(12％)范圍內(nèi)，其回波損耗都超過10dB，性能優(yōu)良。

以上所述之實(shí)施例子只為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，并非以此限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，故凡依本實(shí)用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。