CN114243240B - 一种3d打印与pcb融合的可集成滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印与PCB融合的可集成滤波器，括PCB部分和3D打印部分；3D打印部分采用一体化3D打印的表面金属化阶梯圆柱形馈电探针，易于与PCB部分的微带线形成集成化馈电结构，对PCB部分与3D打印部分复合形成的谐振腔进行馈电，相比于现有的基于3D打印的滤波器，在保持3D打印技术的优势同时提高了系统集成度，避免额外的适配器、电缆等连接部分，并且PCB顶部的剩余空间可以和其他射频电路进一步集成。

Description

一种3D打印与PCB融合的可集成滤波器

技术领域

本发明涉及一种微波器件，具体涉及一种滤波器结构。

背景技术

3D打印技术基于离散-堆积原理，是一种通过立体数据实现三维实体快速成型制造的新技术。早期的3D打印技术主要用于产品开发前的快速测试，近年来随着制造设备和材料的不断进步，已经能够用于射频滤波器的设计和大规模加工。尽管基于3D打印技术实现的滤波器拥有低成本、轻质、紧凑尺寸以及一体成型的优势，但它往往是一个独立的微波器件，当与射频系统结合时需要对应的适配器，不利于整体系统基于PCB进行高效集成。因此有必要提出3D打印与PCB融合的可集成滤波器，在保持3D打印技术优势的同时提高集成性，并有机会与其它射频电路基于PCB电路板集成。然而目前还没有基于3D打印与PCB融合的可集成滤波器，现有设计都是滤波器整体通过3D打印一体成型，例如利用树脂材料镀铜制作的腔体带阻滤波器、利用光敏树脂选择性固化（SLA）打印并镀银制作的带通滤波器等。

这种通过3D打印一体成型的滤波器，当与射频系统集成时需要额外的适配器、传输线等，并占用较大的空间，不利于整体系统基于PCB进行高效集成及降低损耗。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种3D打印与PCB融合的可集成滤波器，能够避免额外的适配器、电缆等连接部分，在保持3D打印技术的优势同时提高系统集成度。

技术方案：一种3D打印与PCB融合的可集成滤波器，包括PCB部分和3D打印部分；

所述PCB部分包括介质基板，所述介质基板的上表面在长度方向的两端分别设有一个金属条带，所述介质基板的下表面设有金属地，所述介质基板上在长度方向的两端分别设有一个垂直的通孔，所述通孔的一端连接所述金属条带的末端，所述金属地以所述通孔的另一端为中心开有一个圆形槽；

所述3D打印部分包括一体成型的打印结构，所述一体成型的打印结构包括并排的若干个顶部敞开的镂空腔体，相邻腔体的公共壁上带有窗口，在两端的镂空腔体内分别通过支架固定有一根阶梯圆柱形馈电探针，所述阶梯圆柱形馈电探针竖直悬空在腔体内，所述阶梯圆柱形馈电探针的下部直径大于上部直径，且下部直径小于所述圆形槽直径；各镂空腔体的内表面以及阶梯圆柱形馈电探针的表面分别金属化；

所述PCB部分盖合在所述3D打印部分顶部，形成谐振腔，所述阶梯圆柱形馈电探针的上部对应穿过通孔并连接金属条带。

进一步的，在各腔体的底部还分别设有阶梯孔，阶梯孔内分别嵌入螺帽，各螺帽分别连接调谐螺钉，所述调谐螺钉的一端伸入所述谐振腔内。

有益效果：1、采用一体化3D打印的表面金属化阶梯圆柱形馈电探针，易于与微带线形成集成化馈电结构，对PCB与3D打印复合形成的谐振腔进行馈电，最终形成兼顾3D打印技术优势与PCB集成优势的可集成滤波器，具有低成本、易加工、轻质、可集成及上表面空间充分利用的特性。

2、3D打印的表面金属化阶梯圆柱形馈电探针分为上下两个圆柱，较细的上层圆柱穿过PCB通孔与微带线连接，较粗的下层圆柱悬置于复合谐振腔内并被非金属结构组成的支架固定，阶梯圆柱形馈电探针、支架及镂空方形腔通过3D打印一体成型，因此在实现可集成滤波器时不需要额外的适配器、电缆等连接结构，提高了系统集成度。

3、复合谐振腔的顶部金属壁由PCB底层金属大地实现，其他金属壁通过将镂空腔体的内表面进行金属化实现，复合谐振腔的底部具有阶梯型嵌孔将调谐螺钉及螺帽锁定，因此具有可调谐、轻质、低成本的特点。

附图说明

图1为PCB部分的结构示意图；

图2为3D打印部分的结构示意图；

图3为3D打印与PCB融合的可集成滤波器的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种3D打印与PCB融合的可集成滤波器，包括PCB部分1和3D打印部分2。

如图1所示，PCB部分1包括介质基板12，介质基板12的上表面在长度方向的两端分别设有一个末端为圆弧形的金属条带11，介质基板12的下表面设有金属地13。介质基板12上在长度方向的两端分别设有一个垂直的通孔14，通孔14的一端连接金属条带11的末端，金属地13以通孔14的另一端为中心开有一个圆形槽15。

如图2所示，3D打印部分2包括一体成型的打印结构28，一体成型的打印结构28包括并排的四个顶部敞开的镂空腔体21~24，相邻腔体的公共壁上带有窗口27。在两端的镂空腔体内分别通过支架25固定有一根阶梯圆柱形馈电探针26，阶梯圆柱形馈电探针26竖直悬空在腔体内，阶梯圆柱形馈电探针26的下部直径大于上部直径，且下部直径小于圆形槽15直径。各镂空腔体的内表面以及阶梯圆柱形馈电探针26的表面分别金属化。支架25表面不镀金属，主要是以一体化方式实现阶梯圆柱形馈电探针26的固定。

上述结构中，镂空腔体21~24的横截面可以是统一的方形、圆形或三角形，窗口27的形状可以是统一的方形、圆形或三角形。中间的两个镂空腔体22、23相比两侧的镂空腔体21、24，尺寸略有不同，即中间的镂空腔体22、23的尺寸略小于两侧的镂空腔体21、24的尺寸。两侧的镂空腔体21、24由于馈电结构带来的加载效应，因此尺寸与不带馈电结构的镂空腔体22、23略有不同。

如图3所示，PCB部分1盖合在3D打印部分2顶部，形成谐振腔，阶梯圆柱形馈电探针26的上部对应穿过通孔14并连接金属条带11。圆形槽15的直径比阶梯圆柱形馈电探针26的下部直径略大，避免阶梯圆柱形馈电探针26与金属大地13接触造成短路。

在各腔体的底部还分别设有阶梯孔，阶梯孔内分别嵌入螺帽4，各螺帽4分别连接调谐螺钉3，调谐螺钉3的一端伸入谐振腔内。

本发明的滤波器结构中，谐振腔的顶部金属壁由PCB部分1的金属地13实现，谐振腔的其他金属壁通过3D打印部分2的镂空腔体内表面进行金属化实现，通过该复用方式，可以有效减少整体尺寸、重量，提高集成度。

PCB部分1的金属条带11、介质基板12以及金属地13组成微带线，作为整个滤波器的信号输入输出馈线。阶梯圆柱形馈电探针26的上部表面金属化细圆柱插入通孔14，与金属条带11进行连接，下部表面金属化粗圆柱位于谐振腔内，实现集成化馈电激励谐振腔中的工作模式，避免额外的适配器与电缆。而介质基板12的上层没有被占用，为放置其他射频电路提供了空间，进一步提高了射频系统的集成度。

在本发明结构中，信号从微带线馈入，通过集成化阶梯圆柱形馈电探针26激励复合谐振腔的工作模式，谐振腔之间通过窗口27实现信号耦合，最后从另一端的微带线输出信号。一体成型的打印结构28的各镂空腔体的底部连接调谐螺钉3，通过调谐螺钉3伸入复合谐振腔的长度调控当前谐振器（TE101模式）的谐振频率，以便生产环节调节滤波器性能。

本发明的3D打印与PCB融合的可集成滤波器，相比于现有的基于3D打印的滤波器，在保持3D打印技术的优势同时提高了系统集成度，避免额外的适配器、电缆等连接部分，并且PCB顶部的剩余空间可以和其他射频电路进一步集成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种3D打印与PCB融合的可集成滤波器，其特征在于，包括PCB部分（1）和3D打印部分（2）；

所述PCB部分（1）包括介质基板（12），所述介质基板（12）的上表面在长度方向的两端分别设有一个金属条带（11），所述介质基板（12）的下表面设有金属地（13），所述介质基板（12）上在长度方向的两端分别设有一个垂直的通孔（14），所述通孔（14）的一端连接所述金属条带（11）的末端，所述金属地（13）以所述通孔（14）的另一端为中心开有一个圆形槽（15）；

所述3D打印部分（2）包括一体成型的打印结构（28），所述一体成型的打印结构（28）包括并排的若干个顶部敞开的镂空腔体，相邻腔体的公共壁上带有窗口（27），在两端的镂空腔体内分别通过支架（25）固定有一根阶梯圆柱形馈电探针（26），所述阶梯圆柱形馈电探针（26）竖直悬空在腔体内，所述阶梯圆柱形馈电探针（26）的下部直径大于上部直径，且下部直径小于所述圆形槽（15）直径；各镂空腔体的内表面以及阶梯圆柱形馈电探针（26）的表面分别金属化；

所述PCB部分（1）盖合在所述3D打印部分（2）顶部，形成谐振腔，所述阶梯圆柱形馈电探针（26）的上部对应穿过通孔（14）并连接金属条带（11）；

在各腔体的底部还分别设有阶梯孔，阶梯孔内分别嵌入螺帽（4），各螺帽（4）分别连接调谐螺钉（3），所述调谐螺钉（3）的一端伸入所述谐振腔内；通过调调谐螺钉（3）伸入复合谐振腔的长度调控当前谐振器的谐振频率，谐振器工作在TE101模式。

Images