CN101499549A - 滤波器 - Google Patents

Abstract

一种腔体滤波器，其包括：一屏蔽盒；至少一隔离墙设置于该屏蔽盒内，且该隔离墙上开有一槽孔位于隔离墙顶部；至少两个谐振腔按照预定的顺序设置于该屏蔽盒内，相邻的谐振腔之间通过一隔离墙隔离，每个谐振腔内设置一个谐振子，该谐振子一端固定于屏蔽盒内壁上，另一端延伸至谐振腔内；以及一输入装置和一输出装置，该输入装置和输出装置分别设置于第一级谐振腔与最后一级谐振腔内，且该输入装置和输出装置的一端与屏蔽盒内壁电连接，另一端延伸至谐振腔内；其中，所述谐振子包括一支撑体以及一碳纳米管结构设置于该支撑体表面。

Description

滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器，尤其涉及一基于碳纳米管的滤波器。

背景技术

滤波器是无线电技术中的主要器件之一，它被广泛应用于通讯、雷达、导航、电子对抗、卫星、测试仪表等电子设备中(请参见，Design and analysisof planar printed microwave and PBG filter using an FDTD method，Microelectronics Journal，V35，P777-781(2004))。

请参阅图1，现有技术提供一种腔体滤波器10，其包括：一屏蔽盒102，一隔离墙114设置于该屏蔽盒102内，且该隔离墙114将屏蔽盒102内部空间分割为两个谐振腔104，两个谐振子106分别设置于两个谐振腔104内，以及一输入装置108和一输出装置110。该谐振子106一端固定于屏蔽盒102底部的内壁上，另一端延伸至谐振腔104内。该输入装置108一端通过一谐振腔104的侧壁与谐振腔104外的输入连接器(图中未显示)相连，且另一端延伸至该谐振腔104内。该输出装置110一端通过另一谐振腔104的侧壁与谐振腔104外的输出连接器(图中未显示)相连，该另一端延伸至该谐振腔104内。在两个谐振腔104的隔离墙114上开有一槽孔116，该槽孔116用来实现相邻两个谐振腔104之间的电容耦合。在该槽孔116内还可以进一步设置一电容耦合组件(图中未显示)。进一步，每个谐振腔104内还可以设置至少一个调频器112，用来调节腔体滤波器10的谐振频率。该腔体滤波器10中的屏蔽盒102又称外导体，谐振子106又称内导体，所以该腔体滤波器10可以构成两个电抗元件。所述两个电抗元件与外电路连接可以形成一个等效谐振电路。当该腔体滤波器10工作时，微波信号由装置108输入，经过等效谐振电路时，电抗元件会对电流的大小与方向的改变起到阻碍。所以通过控制腔体滤波器10构成的电抗元件的性能，就可以选择不同频率的微波信号。

传统的腔体滤波器10中，谐振子106通常为一中空圆柱形结构，该中空圆柱谐振子106的底部通过螺钉固定于屏蔽盒102底部的内壁上。该谐振子106通常采用陶瓷或金属制作。然而，采用陶瓷制作的谐振子106，由于电阻率较大，所以欧姆损耗较大。采用金属制作谐振子106，重量较沉，使用不便。

有鉴于此，确有必要提供一种欧姆损耗低，且重量轻，使用方便的腔体滤波器。

发明内容

一种腔体滤波器，其包括：一屏蔽盒；至少一隔离墙设置于该屏蔽盒内，且该隔离墙上开有一槽孔位于隔离墙顶部；至少两个谐振腔按照预定的顺序设置于该屏蔽盒内，相邻的谐振腔之间通过一隔离墙隔离，每个谐振腔内设置一个谐振子，该谐振子一端固定于屏蔽盒内壁上，另一端延伸至谐振腔内；以及一输入装置和一输出装置，该输入装置和输出装置分别设置于第一级谐振腔与最后一级谐振腔内，且该输入装置和输出装置的一端与屏蔽盒内壁电连接，另一端延伸至谐振腔内；其中，所述谐振子包括一支撑体以及一碳纳米管结构设置于该支撑体表面。

相较于现有技术，该腔体滤波器中的谐振子包括一支撑体以及一碳纳米管结构设置于该支撑体表面。该谐振子具有以下优点：第一，由于碳纳米管电阻率低，所以该腔体滤波器的欧姆损耗低。第二，该碳纳米管结构具有良好的导电性能且本身的比表面积大，制得的腔体滤波器功率容量大。第三，由于碳纳米管密度小，所以该腔体滤波器重量轻，使用方便。

附图说明

图1为现有技术中的腔体滤波器的示意图。

图2为本技术方案实施例的腔体滤波器的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。

请参阅图2，本技术方案实施例提供一种腔体滤波器20，其包括：一屏蔽盒202，一隔离墙214设置于该屏蔽盒202内，且该隔离墙214将屏蔽盒202内部空间分割为两个谐振腔204，两个谐振子206分别设置于两个谐振腔204内，以及一输入装置208和一输出装置210。该谐振子206一端固定于屏蔽盒202底部的内壁上，另一端延伸至谐振腔204内。该谐振子206包括一支撑体218以及一碳纳米管结构220设置于该支撑体218表面。该输入装置208一端通过一谐振腔204的侧壁与谐振腔204外的输入连接器(图中未显示)相连，且另一端延伸至该谐振腔204内。该输出装置210一端通过另一谐振腔204的侧壁与谐振腔204外的输出连接器(图中未显示)相连，该另一端延伸至该谐振腔204内。

所述屏蔽盒202为一密封结构，如：中空的立方体、长方体、棱柱体或圆柱体等。该屏蔽盒202的体积不限，可以根据实际情况设计。本实施例中，屏蔽盒202优选为一长方体，其长度为2厘米～20厘米，宽度为1厘米～10厘米，高度为1厘米～10厘米。该屏蔽盒202的材料为金属或合金，优选为铝。在屏蔽盒202表面进一步包括一金属电镀层，优选为银膜或铜膜，用来抑制互调失真。

所述隔离墙214为一金属板或合金板，优选为铝板。通常，采用铸模的方法将隔离墙214与上述屏蔽盒202铸为一体。该隔离墙214的厚度不限，其与屏蔽盒202的大小以及所要设计的腔体滤波器20的性能有关。该隔离墙214的厚度以及屏蔽盒202的大小决定谐振腔204的大小与谐振频率。可以理解，屏蔽盒202越大，隔离墙214越薄，则谐振腔204越大，反之，则谐振腔204越小。本实施例中，隔离墙214的厚度优选为5毫米～2厘米。进一步，在两个谐振腔204的隔离墙214上开有一槽孔216位于隔离墙214顶部中间位置。该槽孔216用来实现相邻两个谐振腔204之间的电容耦合。可以理解，在该槽孔216内还可以进一步设置一电容耦合组件(图中未显示)，用来调节相邻两个谐振腔204之间的电容耦合频率。可以理解，本实施例的腔体滤波器20可以包括多个隔离墙214，将屏蔽盒202内部空间分割为多个谐振腔204，也可以没有隔离墙214，即整个屏蔽盒202内部空间形成一个谐振腔204。

所述谐振腔204为一密封空间，其形状可以为立方体、长方体、圆柱体、椭圆柱体或多边棱柱体等。该谐振腔204的大小不限，可以根据实际情况设计。本实施例中，谐振腔204优选为一立方体，其边长为1厘米～8厘米。可以理解，腔体滤波器20的谐振腔204数量不限，可以仅有一个谐振腔204，也可以根据实际情况设计至少两个谐振腔204串联或并联设置。当一个腔体滤波器20包括多个谐振腔204时，相邻谐振腔204之间通过槽孔216以及设置于槽孔216内的电容耦合组件实现电容耦合。

所述支撑体218为一实心柱状体或中空柱状体，如：立方体、长方体、圆柱体、椭圆柱体或其他多边棱柱体等。本实施例中，优选地，采用带有底面的中空柱状体作为支撑体218。可以理解，采用带有底面的中空柱状体可以节省材料，减轻重量，且底面可以用来固定。该支撑体218的大小可以根据实际情况设计。该支撑体218的底面可以通过螺钉或其它固定方式固定于屏蔽盒202内壁上，优选地，将支撑体218的底面固定于屏蔽盒202的底部内壁上，且使通过支撑体218上底面与下底面中点的中心轴与通过谐振腔204上底面与下底面中点的中心轴重合。本实施例中，支撑体218优选为一中空且带有底面的圆柱体，其直径为5毫米～5厘米，长度为1厘米～5厘米。该支撑体218采用绝缘低损耗材料制作，如：陶瓷、树脂。本实施例中，支撑体218的材料优选为聚四氟乙烯。该支撑体218用来支撑碳纳米管结构220。

所述碳纳米管结构220设置于上述支撑体218的外表面形成一中空柱状结构，其具体形状取决于支撑体218的形状。可以理解，本实施例中，当该支撑体218为一中空柱状体时，所述碳纳米管结构220还可以进一步通过粘结剂粘结设置于支撑体218内表面。本实施例中，该碳纳米管结构220的长度、宽度以及厚度不限，可以根据实际需要选择。可以理解，本实施例中可以制备一厚度较小、长度较大的碳纳米管结构220多层重叠缠绕设置于支撑体218的外表面，也可以制备一厚度较大、长度较小的碳纳米管结构220单层包裹于支撑体218的外表面。所述碳纳米管结构220的宽度小于或等于支撑体218的的高度。所述设置于支撑体218的外表面的碳纳米管结构220的宽度与厚度越大，其表面电阻就越小，反之则表面电阻越大。而表面电阻大小会影响谐振子206的阻抗，从而影响腔体滤波器20的损耗。可以理解，碳纳米管结构220的电阻越大，腔体滤波器20的损耗也就越大，反之则损耗越小。

所述碳纳米管结构220为任意碳纳米管结构。该碳纳米管结构220可以包括无序排列或各向同性排列的碳纳米管，且碳纳米管相互缠绕。该碳纳米管结构220也可以包括沿一个固定方向择优取向排列或沿不同方向择优取向排列的碳纳米管。该碳纳米管结构220还可以包括至少一碳纳米管长线。该碳纳米管结构220由碳纳米管长线缠绕而成。所述的碳纳米管长线中包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管束，且所述的碳纳米管束之间通过范德华力紧密连接。

本实施例中，优选地，该碳纳米管结构220包括一碳纳米管薄膜或至少两个平行且重叠铺设的碳纳米管薄膜，且相邻两个碳纳米管薄膜之间通过范德华力紧密连接。所述碳纳米管薄膜的厚度为0.01～100微米。所述碳纳米管薄膜包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管束。碳纳米管薄膜中的碳纳米管束的长度基本相同，所述碳纳米管束包括多个具有相同长度且相互平行排列的碳纳米管，碳纳米管束之间通过范德华力紧密连接。所述碳纳米管薄膜中的碳纳米管具有相同的排列方向。可以理解，在由多个碳纳米管薄膜组成的碳纳米管结构220中，相邻两个碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方向有一夹角α，且0°≤α≤90°。相邻两个碳纳米管薄膜中的碳纳米管束之间存在多个微孔结构，该微孔结构均匀且规则分布于碳纳米管结构中，其中微孔直径为1纳米～0.5微米。

本实施例中，当所述夹角α＝0，即碳纳米管结构220中的碳纳米管排列方向相同时，优选地，将碳纳米管结构220缠绕在支撑体218的外表面，且确保碳纳米管沿缠绕方向排列。该结构可以降低碳纳米管结构220形成的环路中的电阻。

该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种。该碳纳米管的长度为200～400微米，且具有较大的比表面积。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管时，该单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为双壁碳纳米管时，该双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为多壁碳纳米管时，该多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。

所述输入装置208与输出装置210为一导电体，如：金属杆。本实施例中，优选为一铜金属杆。该输入装置208与输出装置210的一端固定于屏蔽盒202的内壁上，且与屏蔽盒202电连接，另一端延伸至谐振腔204内。该输入装置208与输出装置210延伸至谐振腔204内的一端，可以与谐振子206表面的碳纳米管结构220接触，也可以与谐振子206保持一间隔设置。当所述腔体滤波器20仅包括一个谐振腔204时，该输入装置208与输出装置210设置于该谐振腔204内，且分别连接到屏蔽盒202的不同内壁上。当所述腔体滤波器20包括至少两个谐振腔204时，该输入装置208与输出装置210分别设置于第一级谐振腔204与最后一级谐振腔204内。所述输入装置208与输出装置210的直径与长度可以根据实际情况选择。本实施例中，输入装置208与输出装置210优选为直径为1毫米～5毫米，长度为5毫米～3厘米的金属杆。本实施例中，输入装置208与输出装置210可以对换使用。

另外，所述腔体滤波器20可以进一步包括至少一个调频器212设置于谐振腔204内，且调频器212与谐振子206以及输入/输出装置间隔设置。本实施例中，优选地，每个谐振腔204内设置相同数量个调频器212。所述调频器212一段固定于屏蔽盒202的内壁上，另一端延伸至谐振腔204内。该调频器212通常为一装有调频螺母的金属管，用来调节腔体滤波器20的谐振频率。

该腔体滤波器20工作时，微波信号由输入装置208输入谐振腔内204内，经过腔体滤波器20的等效谐振电路的过滤后，所选用的微波信号由输出装置210输出。本技术方案实施例提供的腔体滤波器20，谐振子206包括一支撑体218以及一碳纳米管结构220设置于该支撑体表面，由于碳纳米管电阻率低，所以该腔体滤波器20的欧姆损耗低。而且，该碳纳米管结构220具有良好的导电性能且本身的比表面积大，制得的腔体滤波器20的功率容量大。另外，由于碳纳米管密度小，所以该腔体滤波器20的重量轻，使用方便。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种腔体滤波器，其包括：

一屏蔽盒；

至少一隔离墙设置于该屏蔽盒内，且该隔离墙上开有一槽孔位于隔离墙顶部；

至少两个谐振腔按照预定的顺序设置于该屏蔽盒内，相邻的谐振腔之间通过一隔离墙隔离，每个谐振腔内设置一个谐振子，该谐振子一端固定于屏蔽盒内壁上，另一端延伸至谐振腔内；以及

一输入装置和一输出装置，该输入装置和输出装置分别设置于第一级谐振腔与最后一级谐振腔内，且该输入装置和输出装置的一端与屏蔽盒内壁电连接，另一端延伸至谐振腔内；

其特征在于，所述谐振子包括一支撑体以及一碳纳米管结构设置于该支撑体表面。

2.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管结构中的碳纳米管为无序排列或各向同性排列。

3.如权利要求2所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管结构中的碳纳米管相互缠绕。

4.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管结构中的碳纳米管沿一个固定方向择优取向排列或沿不同方向择优取向排列。

5.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管结构中包括至少一碳纳米管长线。

6.如权利要求5所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管长线中包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管束，且所述的碳纳米管束之间通过范德华力紧密连接。

7.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述碳纳米管结构包括一碳纳米管薄膜或至少两个重叠设置的碳纳米管薄膜，相邻两个碳纳米管薄膜之间通过范德华力紧密连接，且相邻两个碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，0°≤α≤90°。

8.如权利要求7所述的腔体滤波器，其特征在于，所述碳纳米管薄膜的厚度为0.01～100微米。

9.如权利要求7所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管束，且所述的碳纳米管束之间通过范德华力紧密连接。

10.如权利要求9所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管束包括多个具有相同长度且相互平行排列的碳纳米管。

11.如权利要求10所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种。

12.如权利要求10所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的碳纳米管的长度为200～400微米，直径小于50纳米。

13.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的支撑体材料为陶瓷或聚四氟乙烯。

14.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的屏蔽盒表面进一步包括一金属电镀层。

15.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的滤波器进一步包括一电容耦合组件设置于所述隔离墙的槽孔内。

16.如权利要求1所述的腔体滤波器，其特征在于，所述的滤波器进一步包括至少一个调频器设置于谐振腔内，该调频器与输入/输出装置以及谐振子间隔设置，且每个谐振腔内设置相同数量个调频器。

17.一种腔体滤波器，其包括：

一屏蔽盒；

一谐振腔设置于该屏蔽盒的内部，一谐振子设置于该谐振腔内，且该谐振子一端固定于所述屏蔽盒的内壁上，另一端延伸至谐振腔内；以及一输入装置和一输出装置设置于该谐振腔内，且该输入装置和输出装置的一端与屏蔽盒内壁电连接，另一端延伸至谐振腔内；

其特征在于，所述谐振子包括一支撑体以及一碳纳米管结构设置于该支撑体表面。

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