一种基于液体介质的可调螺旋腔体滤波器

1.本发明属于通信领域，尤其是涉及一种基于液体介质的可调螺旋腔体滤波器。


背景技术：

2.随着无线通信技术的高速发展，射频微波电路系统的应用越来越广泛，而滤波器作为射频微波电路系统中的重要电子元件，具有重大的研究价值。传统的滤波器谐振频率固定，只能在一定的电路系统中使用，有很大的使用局限性。而可调滤波器在不更换电路系统的条件下即可实现频率的调节，不仅可以有效利用已经拥挤的频谱，还可以替代多个单独滤波器，大大节省安装成本和空间。目前，可调滤波器大多采用变容二极管来实现[1]，它具有调谐速度快和成本低的优点，但是变容二极管的电阻损耗使得这种滤波器具有较大的插损，不能很好的适用于高频应用。机械调节[2]同样也运用于可调腔体滤波器的设计，但是该方式具有调谐精度差，控制复杂，响应慢，尺寸大的缺点。


技术实现要素：

[0003]
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型的基于液体介质的可调螺旋腔体滤波器，以解决微波腔体滤波器的可调谐问题。本发明在螺旋腔体滤波器中加载高介电常数介质液体柱，通过改变液体介质柱的高度，改变螺旋结构的等效电长度，实现了腔体滤波器工作频率的可调。通过运用液体介质来实现腔体滤波器频率的可调，具有调谐速度快，精度高，控制简单，成本低的特点，并且通过采用螺旋结构谐振腔使得在相同的频率下腔体滤波器的尺寸大大减小。
[0004]
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]
一种基于液体介质的可调螺旋腔体滤波器，包括金属盖板，金属腔体，sma接头，特氟龙管，螺旋结构谐振子和耦合窗口；
[0006]
所述金属盖板和金属腔体固定连接，所述金属腔体内形成有若干谐振腔，相邻两个谐振腔之间通过耦合窗口连通；所述谐振腔内安装有底部与金属腔体底板相连接的特氟龙管，在每个特氟龙管的底部分别设有注水口；所述螺旋结构谐振子紧贴环绕在特氟龙管上并与谐振腔的底部相连，构成一个螺旋谐振器，多个螺旋谐振器通过耦合窗口耦合级联构成所述滤波器；
[0007]
所述金属腔体的侧壁设有sma接头，通过sma接头的内导体与螺旋结构谐振子直接相连来实现滤波器输入输出的馈电，通过改变sma接头内导体与螺旋结构谐振子相连的位置就能够改变输入输出耦合值的大小；
[0008]
所述特氟龙管内装有高介电常数的液体介质，通过改变特氟龙管内高介电常数液体介质的高度来改变腔体内螺旋结构谐振子的等效电长度，从而改变腔体滤波器的中心频率。
[0009]
进一步的，所述液体介质包括蒸馏水或丙酮。
[0010]
进一步的，所述特氟龙管管壁的厚度为0.8mm，内径为16mm。
[0011]
进一步的，在特氟龙管的底部设有的注水口内径为4mm。
[0012]
进一步的，所述螺旋结构谐振子是由导线绕制而成的上下直径相同的螺旋线圈。
[0013]
进一步的，所述螺旋线圈的匝数为2.9圈，螺距为6.8mm。
[0014]
进一步的，所述腔体内谐振腔的数量不少于两个。
[0015]
进一步的，单个谐振腔的尺寸为26mm
×
32mm
×
25mm。
[0016]
进一步的，所述耦合窗口布置在金属腔体底板上并且不连接到滤波器金属盖板上。
[0017]
工作原理：
[0018]
本发明微波可调腔体滤波器通过运用液体介质加载螺旋谐振腔的方式实现了腔体滤波器的可调谐性能。由于螺旋结构的谐振子紧贴的环绕在特氟龙管上，改变特氟龙管中液体介质的高度就可以改变螺旋结构谐振子周围介质的等效介电常数，从而改变螺旋结构谐振器的等效电长度，实现滤波器中心频率的可调。其次通过采用螺旋结构也可以使得在相同的频率下腔体滤波器的尺寸大大减小。
[0019]
有益效果
[0020]
1.本发明在螺旋腔体滤波器中加载高介电常数的液体介质，通过改变液体介质柱的高度，实现了螺旋腔体滤波器的工作频率可调，优化高频条件下滤波器的可调谐性能。
[0021]
2.本发明采用液体介质来代替传统的变容二极管和机械的调谐方式，显著的提高了腔体滤波器的调谐精度和调谐速度，减低了成本；
[0022]
3.本发明可调螺旋腔体滤波器的体积小，有利于实现电路系统的小型化。
[0023]
4.本发明中高介电常数液体在生活中方便获取，成本低，并且容易控制。
附图说明
[0024]
图1示出本发明可调螺旋腔体滤波器的结构示意图；其中1为金属盖板，2为金属腔体，3为sma接头。
[0025]
图2示出本发明可调螺旋腔体滤波器的剖视图；其中1为金属盖板，2为金属腔体，3为sma接头，4为特氟龙管，5为螺旋谐振子，6为耦合窗口，7为注水口。
[0026]
图3示出本发明可调螺旋腔体滤波器去除金属盖板的结构示意图；其中2为金属腔体，3为sma接头，4为特氟龙管，5为螺旋谐振子，6为耦合窗口。
[0027]
图4示出本发明可调螺旋腔体滤波器去除金属盖板的俯视图；其中3为sma接头，6为耦合窗口，7为注水口。
[0028]
图5示出本发明可调螺旋腔体滤波器去除金属盖板的正视图；其中3为sma接头，7为注水口。
[0029]
图6示出实施例1所述的可调螺旋腔体滤波器的s_11参数仿真图。
[0030]
图7示出实施例1所述的可调螺旋腔体滤波器的s_21参数仿真图。
[0031]
图8示出实施例2所述的可调螺旋腔体滤波器的s_11参数仿真图。
[0032]
图9示出实施例2所述的可调螺旋腔体滤波器的s_21参数仿真图。
具体实施方式
[0033]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过
参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0034]
本发明可调螺旋腔体滤波器采用液体介质加载螺旋谐振腔的方式实现了频率可调，在下面的两个实例中分别采用蒸馏水，丙酮液体介质柱作为可调谐元件，分别改变两种液体柱的高度来实现腔体滤波器的中心频率的可调。
[0035]
实施例1：
[0036]
本实例中采用蒸馏水加载螺旋谐振腔的方式实现了频率可调，蒸馏水在所需uhf频段内的介电常数为78，损耗正切为0.015。如图1-5所示，以三阶可调腔体滤波器为例。三阶可调腔体滤波器包括输入端，输出端，谐振腔，螺旋结构谐振子5，特氟龙管4，蒸馏水，上述输入端和输出端均为标准的sma接头3。特氟龙管4管壁的厚度为0.8mm，内径为16mm，在特氟龙管4的底部设有内径为4mm的注水口7。螺旋线圈的匝数为2.9圈，螺距为6.8mm，螺旋结构谐振子5紧贴环绕在特氟龙管4上并与谐振腔的底部相连。单个谐振腔的尺寸为26mm
×
32mm
×
25mm，谐振腔之间是通过耦合窗口6耦合的，通过改变耦合窗口6的大小就可以实现两腔体之间的耦合量。滤波器输入输出的馈电是通过sma接头3的内导体与螺旋结构谐振子5直接相连来实现的，通过改变sma接头3内导体与螺旋结构谐振子5相连的位置就可以改变输入输出耦合值的大小。为了提高滤波器的选择性以及增强带外抑制，在三个谐振器之间加入了交叉耦合。通过改变特氟龙管4内蒸馏水的高度就可以改变螺旋结构振子5的等效电长度，从而改变腔体滤波器的中心频率，实现微波腔体滤波器的可调谐性能。
[0037]
图6、图7分别是实施例1所述微波可调腔体滤波器s_11和s_21的参数仿真结果图；由图6、7可知，当蒸馏水柱高度为0mm时，滤波器的中心频率约为420mhz,随着蒸馏水柱高度不断的增加，滤波器的中心频率也在不断的减低，当蒸馏水柱高度达到最大值20mm时，滤波器的中心频率为315mhz.滤波器中心频率可调率为28％，在整个调节范围内，滤波器的回波损耗小于10db,插入损耗小于1db,在通带的左侧存在一个由交叉耦合引入传输零点，同时也增强了滤波器选择性和带外抑制。
[0038]
实施例2：
[0039]
本实例中采用丙酮液体加载螺旋谐振腔的方式实现频率可调，丙酮液体在所需uhf频段内的介电常数为21，损耗正切为0.0015。以图1所示的三阶可调腔体滤波器为例对滤波器的s参数进行仿真分析。
[0040]
图8、图9分别是实施例2所述微波可调腔体滤波器s_11和s_21的参数仿真结果图；由图8、9可知，当丙酮液体柱高度为0mm时，滤波器的中心频率约为420mhz,随着丙酮液体柱高度不断的增加，滤波器的中心频率也在不断的减低，当丙酮液体柱高度达到最大值20mm时，滤波器的中心频率为345mhz.因为丙酮液体的介电常数小于蒸馏水的介电常数，因此滤波器的频率可调节范围也会减小，滤波器中心频率可调率为21％。在整个调节范围内，滤波器的回波损耗小于10db，插入损耗小于0.3db。在通带的左侧同样存在一个由交叉耦合引入传输零点，同时也增强了滤波器选择性和带外抑制。