CN107069159A - 一种新型腔体滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现体积小型化的新型腔体滤波器，同时实现较高的带外抑制。该腔体滤波器的结构包括腔体、调谐螺钉、谐振柱、输入输出结构以及盖板。该腔体滤波器材料选择铝并且表面镀银。本发明设计了一种新型滤波器结构，采用了一种交指和梳状结构相结合的方式，既满足了在高频处的高抑制，同时缩小了滤波器的体积，而且保证了在现有的机械加工难度上保证了加工精度，最终实现了腔体滤波器的高抑制小型化。

Description

一种新型腔体滤波器

技术领域

本发明涉及微波器件设计领域，主要应用于谐波探测器、雷达等通讯设备微波传输时的频率选择。

背景技术

滤波器是微波通信领域不可或缺的电子设备，其性能直接影响着通信系统的质量。随着通信技术日益更新，对滤波器的性能提出了更加苛刻的要求，例如：小尺寸、低插损、高选择性、远寄生通带等等。在各种类型的滤波器中，腔体滤波器具有低插损、耐高功率的特点而被广泛使用，但它也受到体积庞大的限制而不能运用与某些特殊的通信系统，特别是在低频下显得更加明显。当系统要求实现滤波器带外高抑制时，目前主要的做法是增加滤波器的阶数，但这样会大大增加滤波器的体积。

腔体滤波器是纯机械结构的微波无源器件，其性能与稳定性完全取决于腔体的内部结构特征。腔体滤波器主要分为两大类，一是交指腔体滤波器，二是梳状腔体滤波器。二者都是利用直接耦合的设计方法进行设计，选取的逼近函数都是切比雪夫型，但二者的曲线不是完全一样的，各自有着各自的特点和优势，交指耦合结构适用于宽带滤波器的设计，梳状耦合结构的滤波器适用于窄带滤波器的设计。

目前腔体滤波器小型化技术主要有：

1.电容加载技术，如电容加载技术、集总元件加载技术、瘠波导加载技术、高介电常数材料或其他新型材料加载技术；

2.使用新型谐振器技术。如双模或多模谐振器技术、阶跃阻抗变换谐振器技术、螺旋谐振器技术；

3.采用不同的滤波器结构技术，如交叉耦合结构技术、慢波结构技术、短路枝节结构技术等。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提供了一种新型的滤波器结构，该结构适用于窄带宽滤波器，可实现高带外抑制小型化的腔体滤波器。

本发明的技术方案如下：

一种新型腔体滤波器，所述腔体滤波器为切比雪夫带通滤波器，主要结构包括腔体、谐振柱、调谐螺钉、输入输出、盖板五大部分；所述的腔体滤波器的第一腔体和第二腔体谐振柱的耦合结构采用的是交指结构，由于腔体滤波器的对称结构，第八腔体和第九腔体谐振柱的耦合结构采用的也是交指结构；同时，所述腔体滤波器的其他谐振柱的耦合结构采用梳状结构。

进一步地，所述的腔体滤波器第一腔体的谐振柱开路端和第二腔体的谐振柱开路端呈中心对称，第二腔体至第八腔体谐振柱开路端在同一条直线上，间距较小，使得腔体体积减小，达到腔体小型化的目的。

进一步地，所述腔体滤波器是采取的是表面镀银的工艺，输入输出结构是有SMA与谐振第一腔体之间的50欧姆匹配，采用直接耦合的方式。

本发明中，腔体、谐振柱、调谐螺钉形成最基本的谐振单元。通过调谐螺钉来控制具体的谐振工作频率，此时，谐振柱与腔体尺寸以及调谐螺钉与谐振柱之间的距离，将共同决定单个谐振单元的谐振频率。

本发明的有益效果为：

1、本发明旨在实现窄带高频频率下工作的腔体滤波器体积小型化的问题，因此谐振柱之间耦合结构采用了交指梳状混合结构。滤波器阶数较多，带宽较窄时，第一腔体与第二体腔谐振柱之间耦合度过大，若采用梳状结构，两谐振柱之间距离会过近，导致调谐螺钉无法安装，因此第一腔体和第二腔体谐振柱采用交指结构，增加耦合间距，便于加工。

2、为缩小滤波器体积，其他第二腔体至第八腔体耦合度较小的谐振柱采用梳状结构，不仅实现了滤波器的小体积也实现了高抑制。

附图说明

图1为腔体滤波器整体结构示意图；

图2为腔体滤波器的双腔交指耦合结构示意图；

图3为腔体滤波器的双腔梳状耦合结构示意图；

图4为腔体滤波器的输入输出耦合结构示意图；

图5为腔体滤波器测试图。

其中，1.腔体 2.调谐螺钉，3.谐振柱，4.输入输出

具体实施方式

本发明提供了一种如图1所示的腔体滤波器，主要结构包括：腔体1、调谐螺钉2、金属材质的谐振柱3、输入输出4以及盖板。本实施例将详细介绍一款工作在4.77-5.1GHz，带外具有高抑制并且体积小型化腔体滤波器设计。

步骤1:首先设计腔体滤波器的单个谐振单元，腔体大小、谐振柱的长度、调谐螺钉长度，将共同决定腔体滤波器的工作频率。首先调整以上参数，实现所需要的谐振频率。

步骤2：如图2所示为腔体滤波器的第一腔体与第二腔体双腔交指耦合结构示意图，根据工作频率带宽，将步骤1中所得到的谐振腔进行耦合设计。调整间距，得到恰当的耦合系数，保证带通滤波器在合适的带宽内工作。仿真时发现，相同耦合系数下，交指耦合结构的两谐振柱3之间的间距要大于梳状结构。由于第一腔体与第二腔体谐振柱3之间的耦合系数过大，在调整间距的过程中，若采用梳状结构的双腔耦合结构，耦合间距过小，两个谐振柱3对应的调谐螺钉2会距离较近，后期无法进行安装和调试，不易加工，当采用交指结构时，两谐振柱3之间间距增加，便于加工。同时，其余谐振柱3之间耦合系数较小，可采用梳状结构来缩小谐振柱3之间的间距，如图3所示。虽然为达到高带外抑制采用了9阶，但通过交指梳状混合结构缩小了滤波器的体积。

步骤3：将步骤1所得到的谐振腔进行阻抗匹配，如图4所示为腔体滤波器的输入输出4耦合结构的示意图，图中只包括了第一级谐振单元，以及与绝缘子模型的连接，省略了后端SMA的结构，调节第一级谐振单元谐振柱3的高度，以及相连接的位置，减少回波损耗，使得腔体1的输入输出4良好匹配到50欧姆。

步骤4：将以上所有步骤所得到的参数模型进行总体仿真，设计的滤波器阶数为9阶模型，除第一腔体与第二腔体以及第八腔体与第九腔体为交指耦合结构，剩下第二至第八腔体为梳状结构，谐振柱3都在同一条直线上，然后在微调谐振柱3之间的间距，调谐螺钉2的长度以及绝缘子模型的位置，最终设计出具有高带外抑制的小型化腔体滤波器。

步骤5：将仿真好的带通滤波器进行机械加工。腔体的机械加工加工精度为±0.1mm的精度。选择铝作为滤波器的腔体材料，且采用表面镀银的工艺。首先，根据确定的滤波器整体尺寸大小来加工盖板，在盖板的四周围上M2沉头孔，用于安装固定调谐螺钉2。将谐振柱3按照仿真出来的尺寸和间距进行整体加工，在谐振柱3上方对应腔体开M2螺纹孔，用于加入M2的调谐螺钉2；输入输出端加入过孔，保证50欧姆匹配，插入玻璃绝缘子，涂抹导电银浆，放入烘箱烘烤一段时间，使得SMA和腔体1良好连接。盖上盖板，确保盖板固定好。

步骤6：对装配好的腔体滤波器利用调谐螺钉2进行反复调节，使其达到最终我们理想的指标。

本实施例中，上述腔体滤波器经过仿真优化后主要参数为：输入输出SMA高度为2.22mm；谐振柱3的大小为1.5mm*1.5mm*13.95mm；从第一根谐振柱开始谐振柱3之间的间距分别是6.39mm、3.91mm、4.02mm、4.05mm、4.05mm、4.02mm、3.91mm、6.39mm。

利用矢量网络分析仪，得到最终的测试结果如图5所示。从测试曲线中我们可以看出所得到的滤波器的最终的中心频率为4.9GHz，带宽为0.22GHz，插损小于2.58dB，带内平坦度好，回波损耗小于18dB。在史密斯原图上可以看出，在频率点7.455GHz处处于最外圈，与匹配点偏离很远，说明在该点处的抑制很好。总体来说，通过采用交指梳状混合结构，既保证了带外高抑制，又能有效的减小滤波器的体积，最后实现了体积为49mm*24mm*8mm的滤波器的设计。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种新型腔体滤波器，包括腔体、谐振柱、调谐螺钉、输入输出及盖板，其特征在于，所述腔体包括第一腔体至第九腔体，所述谐振柱分别置于所述第一腔体至第九腔体内，且所述第一腔体至第九腔体的谐振柱为交指梳状混合结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型腔体滤波器，其特征在于，所述第一腔体的谐振柱与第二腔体的谐振柱为交指结构，所述第八腔体的谐振柱与第九腔体的谐振柱为交指结构。

3.根据权利要求2所述的一种新型腔体滤波器，其特征在于，所述第二腔体至第八腔体的谐振柱为梳状结构。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种新型腔体滤波器，其特征在于，所述腔体滤波器为多阶切比雪夫同轴滤波器。