CN106785274B - 一种基于三层金属板结构的带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三层金属板结构的带通滤波器，包括三层金属板、第一导体组件和第二导体组件，所述三层金属板分别为第一金属板、第二金属板和第三金属板，所述第一金属板、第二金属板和第三金属板从底部到顶部依次设置，且三层金属板的左端由第四金属板固定，右端由第五金属板固定，三层金属板之间具有间隙，所述第二金属板上开有槽线，并在槽线附近用金属块将三层金属板固定在一起；所述第一导体组件设置在第四金属板上，并与第二金属板的左端连接，所述第二导体组件设置在第五金属板上，并与第二金属板的右端连接。本发明由三层金属板形成的金属结构不封闭，能够满足小型化、高选择性、高Q值、设计和加工简单等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种带通滤波器，尤其是一种基于三层金属板结构的带通滤波器，属于无线通信领域。
背景技术
微波滤波器是现代通信系统中发射端和接收端必不可少的器件，它对信号起分离作用，让有用的信号尽可能无衰减的通过，对无用的信号尽可能大的衰减抑制其通过。随着无线通信技术的发展，信号间的频带越来越窄，这就对滤波器的规格和可靠性提出了更高的要求。矩形腔体滤波器具有高的频率选择性、低插损、功率容量大、性能稳定等优点而具有很高的应用价值。许多学者对腔体滤波器产生多模的通带进行了研究，通过调节谐振器之间的耦合来改变分离多模，产生传输零点，进一步提高带通性能。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
1990年，F.Arnd首次提出了滤波器非谐振模的概念。在后续学者的探索研究中，利用非谐振模的概念，对金属腔体滤波器在传输特性上的多模及传输零点进行了实现。现阶段直列型金属谐振腔的多模及传输零点的主要实现方法，是在源端激励模式TE10，源端的腔体与滤波器谐振腔通过孔径进行耦合，改变孔径的位置及金属谐振腔的大小，来激励谐振模TM120、TM210模和非谐振模TM11，由于非谐振模对能量有传递作用，使得能量传递过程中存在多径，而实现了传输零点。同时，谐振模的存在使得传输通带里有多个传输模式。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种基于三层金属板结构的带通滤波器，该滤波器具有体积小、结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于三层金属板结构的带通滤波器，包括三层金属板、第一导体组件和第二导体组件，所述三层金属板分别为第一金属板、第二金属板和第三金属板，所述第一金属板、第二金属板和第三金属板从底部到顶部依次设置，且三层金属板的左端由第四金属板固定，右端由第五金属板固定，三层金属板之间具有间隙，所述第二金属板上开有槽线，并在槽线附近用金属块将三层金属板固定在一起；所述第一导体组件设置在第四金属板上，并与第二金属板的左端连接，所述第二导体组件设置在第五金属板上，并与第二金属板的右端连接。
作为一种优选方案，所述第二金属板上的槽线为工字形槽线。
作为一种优选方案，所述工字形槽线有三个，三个工字形槽线分别为第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线，所述第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线从左到右依次排列，其中第一工字形槽线和第三工字形槽线左右对称。
作为一种优选方案，所述金属块有六个，其中三个金属块分别位于第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线的上端附近位置上，并将三层金属板的上端固定在一起，另外三个金属块分别位于第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线的下端附近位置上，并将三层金属板的下端固定在一起。
作为一种优选方案，所述第四金属板和所述第五金属板均为U形金属板。
作为一种优选方案，所述第一导体组件与第二导体组件左右对称。
作为一种优选方案，所述第一导体组件由第一同轴外导体和第一同轴内导体组成，所述第一同轴外导体固定在第四金属板的外壁上，作为第一输入/输出端口，所述第一同轴内导体作为第一探针，该第一同轴内导体的一端与第一同轴外导体连接，另一端穿过第四金属板外壁和内壁后与第二金属板的左端连接；所述第二导体组件由第二同轴外导体和第二同轴内导体组成，所述第二同轴外导体固定在第五金属板的外壁上，作为第二输入/输出端口，所述第二同轴内导体作为第二探针，该第二同轴内导体的一端与第二同轴外导体连接，另一端穿过第四金属板外壁和内壁后与第二金属板的右端连接。
作为一种优选方案，所述第一同轴外导体采用第一SMA接头，所述第一同轴内导体采用第一耦合杆，所述第二同轴外导体采用第二SMA接头，所述第二同轴内导体采用第二耦合杆；所述第一SMA接头的末端与第一耦合杆的一端焊接，所述第二SMA接头的末端与第二耦合杆的一端焊接。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的滤波器通过将三层金属板从底部到顶部依次设置，且三层金属板之间具有间隙，并在中间层金属板上开出槽线，并在槽线附近用金属块将三层金属板固定在一起，其左右两端通过其它金属板进行固定，槽线充当耦合结构，槽线隔开的中间层金属板其余部分、底层金属板和顶层金属板充当谐振器，通过调节中间层金属板的尺寸、中间层金属板上工字形槽线的位置及尺寸，可以分别控制滤波器的多模谐振及传输零点；此外，金属块将三层金属板的上端和下端固定，使三层金属板形成的金属结构更稳固，使谐振更稳定；整个滤波器具有体积小、结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。
2、本发明的滤波器在2.85～3.12GHz的频率范围内，|S11|的值都在-10dB以下，并有三个明显的谐振点，可见是带有传输零点的多模金属带通滤波器，与传统的金属谐振腔都是封闭结构相比，由三层金属板形成的金属结构不封闭，能够满足小型化、高选择性、高Q值、设计和加工简单等特点。
附图说明
图1为本发明实施例1的带通滤波器结构示意图。
图2为本发明实施例1的带通滤波器结构正视图。
图3为本发明实施例1的带通滤波器结构左视图。
图4为本发明实施例1的带通滤波器结构俯视图。
图5为本发明实施例1的带通滤波器频率响应的电磁仿真曲线图。
图6为本发明实施例1的带通滤波器的加工示意图。
其中，1-第一金属板，2-第二金属板，3-第三金属板，4-第四金属板，5-第五金属板，6-金属块，7-第一工字形槽线，8-第二工字形槽线，9-第三工字形槽线，10-第一同轴外导体，11-第一同轴内导体，12-第二同轴外导体，13-第二同轴内导体，14-第一小金属块，15-第一螺孔，16-第一U形金属块，17-第二U形金属块，18-第一通孔下半部分，19-第二螺孔，20-第二通孔下半部分，21-第三螺孔，22-第二小金属块，23-第四螺孔，24-第三小金属块，25-第四小金属块，26-第五螺孔，27-第六螺孔，28-第五小金属块，29-第七螺孔，30-第三U形金属块，31-第四U形金属块，32-第八螺孔，33-第九螺孔，34-螺钉。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图4所示，本实施例的带通滤波器包括三层金属板、第一导体组件和第二导体组件。
所述三层金属板分别为第一金属板1、第二金属板2和第三金属板3，所述第一金属板1、第二金属板2和第三金属板3从底部到顶部依次设置，即第一金属板1为底层金属板，第二金属板2为中间层金属板，第三金属板3为底层金属板，且三层金属板的左端由第四金属板4固定，右端由第五金属板5固定，上端和下端由六个金属块6固定，这六个金属块6的尺寸是相同的，其中三个金属块6将三层金属板的上端固定在一起，另外三个金属块6将三层金属板的下端固定在一起，通过这种方式固定，可以使三层金属板之间具有间隙，即三层金属板所形成的金属结构不封闭；所述第二金属板2上开有三个工字形槽线，采用工字形槽线只是为了方便进行尺寸调整，也可以采用其它形状的槽线，三个工字形槽线分别为第一工字形槽线7、第二工字形槽线8和第三工字形槽线9，所述第一工字形槽线7、第二工字形槽线8和第三工字形槽线9从左到右依次排列，其中第一工字形槽线7和第三工字形槽线9左右对称(即这两个工字形槽线的尺寸相同)，将三层金属板上端固定在一起的三个金属块6分别位于第一工字形槽线7、第二工字形槽线8和第三工字形槽线9的上端附近位置上，将三层金属板下端固定在一起的三个金属块6分别位于第一工字形槽线7、第二工字形槽线8和第三工字形槽线9的下端附近位置上，工字形槽线充当耦合结构，工字形槽线隔开的第二金属板2其余部分、第一金属板1和第三金属板3充当谐振器，通过调节第二金属板2的尺寸、第二金属板2上工字形槽线的位置及尺寸，可以实现模式谐振和传输零点的控制；所述第四金属板4和所述第五金属板5均为U形金属板。
所述第一导体组件与第二导体组件左右对称，所述第一导体组件由第一同轴外导体10和第一同轴内导体11组成，所述第一同轴外导体10固定在第四金属板4的外壁上，作为第一输入/输出端口，所述第一同轴内导体11作为第一探针，该第一同轴内导体11的一端与第一同轴外导体10连接，另一端穿过第四金属板4外壁和内壁后与第二金属板2的左端连接；所述第二导体组件由第二同轴外导体12和第二同轴内导体13组成，所述第二同轴外导体12固定在第五金属板5的外壁上，作为第二输入/输出端口，所述第二同轴内导体13作为第二探针，该第二同轴内导体13的一端与第二同轴外导体12连接，另一端穿过第四金属板4外壁和内壁后与第二金属板2的右端连接。
本实施例中，所述第一同轴外导体10采用第一SMA接头，所述第一同轴内导体11采用第一耦合杆，所述第二同轴外导体12采用第二SMA接头，所述第二同轴内导体13采用第二耦合杆；所述第一SMA接头的末端与第一耦合杆的一端焊接，所述第二SMA接头的末端与第二耦合杆的一端焊接。
本实施例的金属谐振腔滤波器频率响应的电磁仿真曲线如图5所示，图中虚线表示|S11|，是输入端口的回波损耗；实线表示|S21|，是输入端口到输出端口的正向传输系数，可以看到在2.85～3.12GHz的频率范围内，|S11|的值都在-10dB以下，并有三个明显的谐振点。
如图6所示，本实施例的带通滤波器加工过程如下：
1)取三层金属板，三层金属板分别为第一金属板1、第二金属板2和第三金属板3；
2)第一金属板1的上端、下端分别具有三个第一小金属块14，在每个第一小金属块14上开出用于固定的第一螺孔15，第一金属板1的左端具有第一U形金属块16，右端具有第二U形金属块17，在第一U形金属块16的两边分别开出用于固定第二金属板2的凹槽，且在第一U形金属块16上开出用于容纳第一SMA接头(第一同轴外导体10)的内导体(即第一耦合杆)的第一通孔下半部分18，并在凹槽上开出用于固定的第二螺孔19；在第二U形金属块17的两边分别开出用于固定第二金属板2的凹槽，且第二U形金属块17上开出用于容纳第二SMA接头(第二同轴外导体12)的内导体(即第二耦合杆)的第二通孔下半部分20，并在凹槽上开出用于固定的第三螺孔21；
3)第二金属板2的上端、下端分别具有三个第二小金属块22，在每个第二小金属块22上开出用于固定的第四螺孔23，第二金属板2的左端具有两个第三小金属块24，右端具有两个第四小金属块25，在每个第三小金属块24上开出用于固定的第五螺孔26，在每个第四小金属块25上开出用于固定的第六螺孔27，在第二金属板2开出第一工字形槽线7、第二工字形槽线8和第三工字形槽线9；
4)第三金属板3的上端、下端分别具有三个第五小金属块28，在每个第五小金属块28上开出用于固定的第七螺孔29，第三金属板3的左端具有第三U形金属块30，右端具有第四U形金属块31，在第三U形金属块30的两边分别开出用于固定第二金属板2的凹槽，且第三U形金属块30上开出于容纳第一SMA接头(第一同轴外导体10)的内导体(即第一耦合杆)的第一通孔上半部分(图中未示出)，并在凹槽上开出用于固定的第八螺孔32；在第四U形金属块31的两边分别开出用于固定第二金属板2的凹槽，且第四U形金属块31上开出用于容纳第二SMA接头(第二同轴外导体12)的内导体(即第二耦合杆)的第二通孔上半部分(图中未示出)，并在凹槽上开出用于固定的第九螺孔33；
5)将第二金属板2嵌入第一金属板1，将第一SMA头的内导体与第二金属板2的左端焊接，以及将第二SMA头的内导体与第二金属板2的右端焊接，盖上第三金属板3，并通过螺钉34与各个螺孔配合，将第一U形金属块16、两个第三小金属块24和第三U形金属块30组合起来，构成第四金属板4，将第二U形金属块17、两个第四小金属块25和第四U形金属块31组合起来，构成第五金属板5，将第一小金属块14、第二小金属块22和第五小金属块28组合起来，构成六个金属块6，此时第一金属板1、第二金属板2、第三金属板3已进行固定，组成了三层金属板的金属滤波器结构，最后进行测试。
上述实施例中，所述第一金属板1、第二金属板2、第三金属板3、第四金属板4、第五金属板5、金属块6、第一导体组件和第二导体组件采用的金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，本发明的滤波器通过将三层金属板从底部到顶部依次设置，且三层金属板之间具有间隙，并在中间层金属板上开出槽线，并在槽线附近用金属块将三层金属板固定在一起，其左右两端通过其它金属板进行固定，槽线充当耦合结构，槽线隔开的中间层金属板其余部分、底层金属板和顶层金属板充当谐振器，通过调节中间层金属板的尺寸、中间层金属板上工字形槽线的位置及尺寸，可以分别控制滤波器的多模谐振及传输零点；此外，金属块将三层金属板的上端和下端固定，使三层金属板形成的金属结构更稳固，使谐振更稳定；整个滤波器具有体积小、结构简单、加工容易、性能好等优点，能够满足通信系统的要求，且应用范围广。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于三层金属板结构的带通滤波器，其特征在于：包括三层金属板、第一导体组件和第二导体组件，所述三层金属板分别为第一金属板、第二金属板和第三金属板，所述第一金属板、第二金属板和第三金属板从底部到顶部依次设置，且三层金属板的左端由第四金属板固定，右端由第五金属板固定，三层金属板之间具有间隙，所述第二金属板上开有工字形槽线，并在工字形槽线附近用金属块将三层金属板固定在一起；所述第一导体组件设置在第四金属板上，并与第二金属板的左端连接，所述第二导体组件设置在第五金属板上，并与第二金属板的右端连接；
第二金属板上的工字形槽线充当耦合结构，工字形槽线隔开的第二金属板其余部分、第一金属板和第三金属板充当谐振器，通过调节第二金属板的尺寸、第二金属板上工字形槽线的位置及尺寸，能够分别控制滤波器的多个模式谐振及传输零点；
所述工字形槽线有三个，三个工字形槽线分别为第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线，所述第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线从左到右依次排列，其中第一工字形槽线和第三工字形槽线左右对称；
所述第一导体组件与第二导体组件左右对称，所述第一导体组件由第一同轴外导体和第一同轴内导体组成，所述第一同轴外导体固定在第四金属板的外壁上，作为第一输入/输出端口，所述第一同轴内导体作为第一探针，该第一同轴内导体的一端与第一同轴外导体连接，另一端穿过第四金属板外壁和内壁后与第二金属板的左端连接；所述第二导体组件由第二同轴外导体和第二同轴内导体组成，所述第二同轴外导体固定在第五金属板的外壁上，作为第二输入/输出端口，所述第二同轴内导体作为第二探针，该第二同轴内导体的一端与第二同轴外导体连接，另一端穿过第四金属板外壁和内壁后与第二金属板的右端连接；
所述第一同轴外导体采用第一SMA接头，所述第一同轴内导体采用第一耦合杆，所述第二同轴外导体采用第二SMA接头，所述第二同轴内导体采用第二耦合杆；所述第一SMA接头的末端与第一耦合杆的一端焊接，所述第二SMA接头的末端与第二耦合杆的一端焊接；
所述带通滤波器加工过程如下：
取三层金属板，三层金属板分别为第一金属板、第二金属板和第三金属板；
第一金属板的上端、下端分别具有三个第一小金属块，在每个第一小金属块上开出用于固定的第一螺孔，第一金属板的左端具有第一U形金属块，右端具有第二U形金属块，在第一U形金属块的两边分别开出用于固定第二金属板的凹槽，且在第一U形金属块上开出用于容纳第一SMA接头的内导体的第一通孔下半部分，并在凹槽上开出用于固定的第二螺孔；在第二U形金属块的两边分别开出用于固定第二金属板的凹槽，且第二U形金属块上开出用于容纳第二SMA接头的内导体的第二通孔下半部分，并在凹槽上开出用于固定的第三螺孔；
第二金属板的上端、下端分别具有三个第二小金属块，在每个第二小金属块上开出用于固定的第四螺孔，第二金属板的左端具有两个第三小金属块，右端具有两个第四小金属块，在每个第三小金属块上开出用于固定的第五螺孔，在每个第四小金属块上开出用于固定的第六螺孔，在第二金属板开出第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线；
第三金属板的上端、下端分别具有三个第五小金属块，在每个第五小金属块上开出用于固定的第七螺孔，第三金属板的左端具有第三U形金属块，右端具有第四U形金属块，在第三U形金属块的两边分别开出用于固定第二金属板的凹槽，且第三U形金属块上开出于容纳第一SMA接头的内导体的第一通孔上半部分，并在凹槽上开出用于固定的第八螺孔；在第四U形金属块的两边分别开出用于固定第二金属板的凹槽，且第四U形金属块上开出用于容纳第二SMA接头的内导体的第二通孔上半部分，并在凹槽上开出用于固定的第九螺孔；
将第二金属板嵌入第一金属板，将第一SMA头的内导体与第二金属板的左端焊接，以及将第二SMA头的内导体与第二金属板的右端焊接，盖上第三金属板，并通过螺钉与各个螺孔配合，将第一U形金属块、两个第三小金属块和第三U形金属块组合起来，构成第四金属板，将第二U形金属块、两个第四小金属块和第四U形金属块组合起来，构成第五金属板，将第一小金属块、第二小金属块和第五小金属块组合起来，构成六个金属块，此时第一金属板、第二金属板、第三金属板已进行固定，组成了三层金属板的金属滤波器结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于三层金属板结构的带通滤波器，其特征在于：所述金属块有六个，其中三个金属块分别位于第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线的上端附近位置上，并将三层金属板的上端固定在一起，另外三个金属块分别位于第一工字形槽线、第二工字形槽线和第三工字形槽线的下端附近位置上，并将三层金属板的下端固定在一起。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种基于三层金属板结构的带通滤波器，其特征在于：所述第四金属板和所述第五金属板均为U形金属板。
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