CN113555653B - 一种高抑制带通滤波器 - Google Patents

Abstract

一种高抑制带通滤波器，包括滤波器主体，滤波器主体包括：谐振腔；多个YIG基片，间隔设于谐振腔内，YIG基片包括GGG基片以及覆设于YIG基片两面的YIG薄膜；多个隔板，设于谐振腔内，相邻两个YIG基片之间有一个隔板，隔板与相邻两个YIG基片均具有预定间距，隔板中部具有矩形通孔，YIG基片的YIG薄膜正对矩形通孔设置；射频输入端，设于谐振腔一端，与靠近射频输入端的YIG基片的朝向射频输入端一面的YIG薄膜连接；射频输出端，设于谐振腔另一端，与靠近射频输出端的YIG基片的朝向射频输出端一面的YIG薄膜连接。通过谐振腔结构设计，以薄膜谐振子替代小球谐振子，实现一定频段范围中心频率可调，具有高带外抑制、高选择性，结构简单、易装配。

Description

一种高抑制带通滤波器

技术领域

本发明属于射频微波技术领域，具体涉及一种高抑制带通滤波器。

背景技术

与其他滤波器相比，YIG（钇铁石榴石）调谐滤波器主要有以下优点：在外加偏置磁场的作用下，可以在多个倍频程范围内实现中心频率可调，频率与磁场大小有良好的线性关系，带外抑制及选择性高，能够有效抑制输入信号的镜像频率和多重响应。

传统的YTF，一般采用YIG小球作为谐振子，利用铁磁共振原理，通过多个YIG小球级联实现。微波应用中，都要求高度抛光以及形状均匀的小球，增加了加工难度；同时，对多个YIG小球需要进行同调定向，才能与对应的耦合电路和磁场配合得到性能良好的滤波器。

发明内容

针对上述相关现有技术不足，本发明提供一种高抑制带通滤波器，通过谐振腔结构设计，以薄膜谐振子替代小球谐振子，能够实现一定频段范围中心频率可调，同时具有高带外抑制、高选择性的优点以及结构简单和易装配的特点。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种高抑制带通滤波器，包括滤波器主体，滤波器主体包括：

谐振腔；

YIG基片，有多个，间隔设于谐振腔内，沿谐振腔长度方向垂直设置，YIG基片包括GGG基片以及覆设于YIG基片两面的YIG薄膜；

隔板，有多个，设于谐振腔内，且与YIG基片平行设置，相邻两个YIG基片之间具有一个隔板，隔板与相邻两个YIG基片具有预定间距，隔板中部具有矩形通孔，YIG基片的YIG薄膜正对矩形通孔设置；

射频输入端，设于谐振腔长度方向一端，并与靠近射频输入端的YIG基片的朝向射频输入端一面的YIG薄膜连接；

射频输出端，设于谐振腔长度方向另一端，并与靠近射频输出端的YIG基片的朝向射频输出端一面的YIG薄膜连接。

进一步，滤波器主体处于外置磁场中，外置磁场的两个磁极位于滤波器主体的两侧，并平行于YIG基片所在平面。

进一步，谐振腔内设有基片支架，基片支架顶面沿长度方向阵列设有多个基片安装槽，YIG基片下部配合于基片安装槽内。基片支架的两侧沿长度方向阵列设有多个侧卡槽，相邻两个基片安装槽之间具有一个侧卡槽，隔板装配于侧卡槽。

进一步，与射频输入端连接的YIG薄膜以及与射频输出端连接的YIG薄膜上均溅射形成有圆形金属电极，射频输入端和射频输出端均采用射频绝缘子，射频绝缘子的针分别通过导电胶与对应的圆形金属电极连接。

本发明的有益效果在于：

1、利用YIG薄膜作为可调带通滤波器的谐振子，代替了传统的YIG小球，不需要进行谐振子的定向，同时YIG薄膜的制备相对于YIG小球的制备更加容易，降低了对工艺的要求，提升了滤波器的调试效率。

2、本发明中，利用YIG薄膜之间的耦合形成了可调带通滤波器，替代了传统结构中YIG小球利用金属环耦合结构实现滤波器的方法，不需要加工和焊接精细结构及小尺寸的金属环，工艺人员在组装滤波器效率更高，更容易实现滤波器的批量化生产。

3、位于YIG基片之间的隔板主要有两方面作用，一方面利用隔板将每个YIG基片隔离在单独的谐振腔中，输入信号无法通过空间泄露到输出端，增强了输入端与输出端的信号隔离度，从而增强了滤波器的带外抑制；另一方面，通过控制隔板中间挖空的矩形通孔面积大小，可以控制YIG基片之间的耦合带宽从而调整滤波器的工作带宽以及滤波器响应形状。

4、可以实现频率从10GHz到15GHz可调，与普通滤波器不同的是，没有寄生通带，并且带外抑制达到80dBc以上，同时在调谐范围内3dB带宽可以基本保持不变，插入损耗较小，带内驻波较好。

附图说明

图1示出了本申请实施例的滤波器主体立体结构图。

图2示出了本申请实施例的滤波器主体侧视结构图。

图3示出了本申请实施例的基片支架结构图。

图4示出了本申请实施例的隔板结构图。

图5示出了本申请实施例的YIG基片结构图。

图6示出了本申请实施例在不同磁场下的三维电磁仿真结果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例提供一种高抑制带通滤波器，包括滤波器主体以及外置磁场，如图1~图5所示，滤波器主体包括：谐振腔11、YIG（钇铁石榴石）基片15、隔板16等。

谐振腔11长度方向一端设有射频输入端12，另一端设有射频输出端13。

YIG基片15有多个，间隔设于谐振腔11内，并沿谐振腔长度方向垂直设置，YIG基片15包括GGG（钆镓石榴石）基片151以及覆设于YIG基片15两面的YIG薄膜152；隔板16有多个，设于谐振腔11内，且与YIG基片15平行设置，相邻两个YIG基片15之间具有一个隔板16，隔板16与相邻两个YIG基片15具有预定间距，隔板16中部具有矩形通孔160，YIG基片15的YIG薄膜152正对矩形通孔160设置。

具体的，在如图1~图2所示的实例中，共有5个YIG基片15，4个隔板16。

射频输入端12与图中第1个YIG基片15的朝向射频输入端12一面的YIG薄膜152连接；射频输出端13与图中第5个YIG基片15的朝向射频输出端13一面的YIG薄膜152连接。

滤波器主体处于外置磁场中，外置磁场的两个磁极位于滤波器主体的两侧，并平行于YIG基片15所在平面。

具体的，谐振腔11内设有基片支架14，基片支架14采用聚四氟乙烯材料制成。基片支架14顶面沿长度方向阵列设有多个基片安装槽141，YIG基片15下部配合于基片安装槽141内。基片支架14的两侧沿长度方向阵列设有多个侧卡槽142，相邻两个基片安装槽141之间具有一个侧卡槽142，隔板16装配于侧卡槽142。

侧卡槽142竖向贯通基片支架14的顶面和底面，侧卡槽142下部从基片支架14一侧贯通至另一侧，隔板16采用铝合金制成，表面镀金，隔板16包括左隔板和右隔板，分别从两侧的侧卡槽142装配，装配后构成隔板16，隔板16的矩形通孔160以下部分容纳于侧卡槽142下部。

与射频输入端12连接的第1个YIG基片15的一面YIG薄膜152以及与射频输出端13连接的第5个YIG基片15的一面YIG薄膜152上均溅射形成有圆形金属电极153，溅射所使用的材料为金。射频输入端12和射频输出端13均采用射频绝缘子，射频绝缘子的针分别通过导电胶与对应的圆形金属电极153连接。

在外置磁场的作用下，当满足铁磁共振条件，即输入的射频信号频率等于YIG薄膜152的谐振频率时，射频信号通过射频输入端12耦合到第1个YIG薄膜152，各YIG薄膜152之间互相耦合，最终射频信号从最后1个YIG薄膜152耦合到射频输出端13输出。当外置磁场变化时，YIG薄膜152的谐振频率随磁场变化，在输入射频信号频率与YIG薄膜152谐振频率相等时，输入射频信号通过滤波器输出，通过这种方式，实现了带通滤波器的可调谐特性。

进一步地，将5个YIG基片15均切割为大小相同的长方体，通过调整YIG基片15之间的距离可以改变滤波器的工作带宽，YIG基片15之间距离越近，耦合带宽变大，滤波器工作带宽变宽，距离越远，耦合带宽变小，滤波器工作带宽变窄。

进一步地，隔板16厚度可以采用0.2mm，一方面利用隔板16将每个YIG基片15隔离在单独的谐振腔中，输入信号无法通过空间泄露到输出端，增强了输入端与输出端的信号隔离度，从而增强了滤波器的带外抑制；另一方面，通过控制隔板16中间挖空的矩形通孔160面积大小，可以控制YIG基片15之间的耦合带宽从而调整滤波器的工作带宽以及滤波器响应形状。

进一步地，为防止YIG基片15和隔板16脱落影响滤波器性能，它们是通过AB胶固定在基片支架14上对应的槽中。具体操作步骤是，首先在将AB胶按一定比例配置并搅拌均匀，然后将AB胶滴入槽中，最终将YIG基片15和隔板16分别放入对应的槽中固化。

进一步地，将滤波器主体放置于外置磁场两个磁极头中间位置，磁场大小范围为2851Oe到4623Oe，如图6所示，为本实施例的高抑制带通滤波器的三维电磁仿真结果。当外置磁场大小为3555Oe时，对应的滤波器中心频率为12GHz, 3dB带宽为60MHz左右，插入损耗为2.5dB左右，带外抑制大于80dBc；当外置磁场大小为3907Oe时，对应的滤波器中心频率为13GHz, 3dB带宽为60MHz左右，插入损耗为2.6dB左右，带外抑制大于80dBc。根据仿真结果可以看出，随着磁场逐渐增大，滤波器的中心频率逐渐向高频移动，但可以基本保持滤波器的3dB带宽和带外抑制不变。

实施本发明的高抑制带通滤波器，可利用YIG基片作为谐振子组成的滤波器，不需要调节晶向，组装要求简单，同时YIG基片相对于YIG小球制备工艺更加简单，更容易实现批量化生产。同时，本实例的高抑制带通滤波器可以实现频率从10GHz到15GHz可调，与普通滤波器不同，没有寄生通带，并且带外抑制达到80dBc以上，同时在调谐范围内3dB带宽可以基本保持不变，插入损耗较小，带内驻波较好。

以上仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种高抑制带通滤波器，包括滤波器主体，其特征在于，滤波器主体包括：

谐振腔（11）；

YIG基片（15），有多个，间隔设于谐振腔（11）内，沿谐振腔（11）长度方向垂直设置，YIG基片（15）包括GGG基片（151）以及覆设于YIG基片（15）两面的YIG薄膜（152）；

隔板（16），有多个，设于谐振腔（11）内，且与YIG基片（15）平行设置，相邻两个YIG基片（15）之间具有一个隔板（16），隔板（16）与相邻两个YIG基片（15）具有预定间距，隔板（16）中部具有矩形通孔（160），YIG基片（15）的YIG薄膜（152）正对矩形通孔（160）设置；

射频输入端（12），设于谐振腔（11）长度方向一端，并与靠近射频输入端（12）的YIG基片（15）的朝向射频输入端（12）一面的YIG薄膜（152）连接；

射频输出端（13），设于谐振腔（11）长度方向另一端，并与靠近射频输出端（13）的YIG基片（15）的朝向射频输出端（13）一面的YIG薄膜（152）连接；

与射频输入端（12）连接的YIG薄膜（152）以及与射频输出端（13）连接的YIG薄膜（152）上均溅射形成有圆形金属电极（153），射频输入端（12）和射频输出端（13）均采用射频绝缘子，射频绝缘子的针分别通过导电胶与对应的圆形金属电极（153）连接。

2.根据权利要求1所述的高抑制带通滤波器，其特征在于，滤波器主体处于外置磁场中，外置磁场的两个磁极位于滤波器主体的两侧，并平行于YIG基片（15）所在平面。

3.根据权利要求1所述的高抑制带通滤波器，其特征在于，谐振腔（11）内设有基片支架（14），基片支架（14）顶面沿长度方向阵列设有多个基片安装槽（141），YIG基片（15）下部配合于基片安装槽（141）内。

4.根据权利要求3所述的高抑制带通滤波器，其特征在于，基片支架（14）的两侧沿长度方向阵列设有多个侧卡槽（142），相邻两个基片安装槽（141）之间具有一个侧卡槽（142），隔板（16）装配于侧卡槽（142）。

5.根据权利要求4所述的高抑制带通滤波器，其特征在于，侧卡槽（142）竖向贯通基片支架（14）的顶面和底面，侧卡槽（142）下部从基片支架（14）一侧贯通至另一侧，隔板（16）包括左隔板和右隔板，分别从两侧的侧卡槽（142）装配，装配后构成隔板（16），隔板（16）的矩形通孔（160）以下部分容纳于侧卡槽（142）下部。

6.根据权利要求3所述的高抑制带通滤波器，其特征在于，基片支架（14）采用聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求1所述的高抑制带通滤波器，其特征在于，隔板（16）采用铝合金制成，表面镀金。

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