新型双模介质波导滤波器

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随着5G时代来临，数据流量快速增长，据我国工信部《2020年通信业统计公报》，2020年移动互联网接入流量消费达1656亿GB，同比增长35.7%。同时，5G使用的频段更高，基站覆盖范围更小。在此背景下，大规模多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）天线和更加密集的小基站部署成为5G时代的发展趋势。作为移动通信系统射频前端的核心器件，滤波器必须朝着小型化、轻量化的方向发展，才能更好地与MIMO天线集成。在传统3G/4G通信系统中，基站天线与基站远程射频单元（Remote Radio Unit，RRU）采用分体式设计，天线架设在塔台上，而滤波器位于塔台底部的机房，二者之间用射频电缆连接，因此传统3G/4G通信系统对滤波器的尺寸和重量并无太高要求。而5G通信系统采用有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU），天线与射频前端采用直连方式，取消了电缆连接，因此滤波器需要与天线集成在一起放置于塔台上，这就使得体积小、重量轻、选择性强、带内插入损耗小的滤波器成为当前急需的器件。为满足5G通信的要求，市场上涌现出介质波导滤波器、金属折叠波导滤波器、介质滤波器、集成无源器件（Integrated Passive Devices，IPD）和体声波滤波器等滤波器，其中介质波导滤波器有着独特优势。与金属折叠波导滤波器相比，介质波导滤波器利用介质材料相对介电常数高的优点，大大缩小了滤波器尺寸。而且其表面镀金属薄层取代了金属折叠波导滤波器和介质滤波器的厚重金属壳，重量和成本极大减小。与IPD和体声波滤波器相比，介质波导滤波器又具有大功率容量、低插入损耗及良好选择性等优点。综上所述，介质波导滤波器凭借其选择性强、带内插入损耗小、功率容量大、体积小、重量轻的特性，在一众面向5G的滤波器中脱颖而出。目前常用的介质波导滤波器分两种：多层黏合型和单层一体化型。前者由多个介质块黏合而成，两个腔之间的连接处留有耦合窗口；后者整块单独成型，两腔之间通过耦合槽或者耦合通孔进行耦合。这两类均由金属波导滤波器发展而来，继承了其插入损耗小、选择性高及功率容量大这些特点。波导内填满的介质使得滤波器体积减小、重量减轻，但却增大了调谐难度。袁本贵等学者在腔体顶部添加了调谐盲孔，不但解决了这个问题，而且减小了滤波器厚度。然而，实际应用中，还需要更小的滤波器，这就需要用到多模技术。多模技术可追溯到1948年，Ragan在一个金属腔体里面运用了一对简并模。1951年，林为干分析了单腔三模、四模和五模的可能性，并实现了单腔五模滤波器。然而，多模难以控制，在高阶滤波器设计中单腔多模技术并不实用，多个双模腔级联才是常用的方法。Williams和Atia就分别在1970年和1971年将多模技术应用到双腔和多腔级联当中。多模技术除了应用于金属腔体滤波器外，还用在了介质加载滤波器上，也起到了小型化的作用。2017年，Hendry和Abbosh在陶瓷腔体滤波器中采用了三模技术。2019年，黄万强等在单层介质波导滤波器中采用了双模技术。这两种滤波器均完全填充了介质，但是采用了多模的腔比单模腔大得多，没有实现小型化。在此转载一篇发表于《微波学报》的文章《新型双模介质波导滤波器》，作者麦健业等。本文提出了一种具有双盲孔和通槽结构的新型双模介质填充波导滤波器。双盲孔激励出了一对TE201奇偶模，通槽引入了磁耦合，通过调整盲孔的深度和通槽的大小，可以有效控制这对TE201模。利用此结构设计出的单腔双模滤波器、三腔四阶滤波器和六腔七阶滤波器均有优越的选择性和较低的损耗，仿真和测量结果高度吻合。与同指标下的单模滤波器相比，尺寸显著减小，适用于5G通信系统。内容源自网络，以供学习交流。







转自射频攻城狮

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