CN115313002B - 一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器 - Google Patents

一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器 Download PDF

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Abstract

一种3GHz‑26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，包括：金属腔；带状线，悬置设于金属腔内，并沿金属腔长度方向布置，带状线的线宽从两端向中间逐级变窄，且带状线以其长度方向中心点呈两段对称结构；第二YIG单元，有若干个，设于金属腔内并位于带状线中间线宽最窄部段上方；第一YIG单元，有两组，设于金属腔内并对称布局在第二YIG单元两侧，每组有多个，分别位于每段带状线上方；第一YIG单元和第二YIG单元均包括设于金属腔内顶壁的GGG基板和设于GGG基板表面的YIG薄膜，YIG薄膜与带状线间具有距离；YIG单元所覆盖的带状线为线宽最细的部段。在紧凑的结构内实现在3GHz‑26.5GHz内调谐，在全频带内40dB带宽≤80MHz，通带插损≤2.5dB，最大阻带深度达≤‑136dB，且易于制造与装配。

Description

一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器
技术领域
本申请涉及微波射频器件领域，尤其涉及一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器。
背景技术
现如今，不论是现代电子战争还是国际通讯，由于电磁信号的密集性和复杂性，电磁环境变得十分恶劣，比如在电子战争中常常受到敌方的恶意干扰信息，需要带阻滤波器将这些无用的信息滤除掉，同时使其他频段需要的信息顺利通过。这使得带阻滤波器得以发展了起来，且在宽频带电子设备具有了越来越广阔的应用前景。但是传统的带阻滤波器频点单一、不可调谐，想要在宽频带内达到在任意一频点或频段都能及时滤除干扰信号，则需要组建体积庞大的滤波器组件，这使得整体设备如接收机和发射机小型化发展受到了很大的阻碍。
如图1所示的一种现有技术的微带线电路模型。对于该模型，可以说它是一条通过各种阻抗匹配的微带线，比如可以是一条通过各种阻抗匹配后达到整体特征阻抗为50欧姆的微带线；同时，其也可以作为一种全通滤波器。虽然，近年来YIG可调谐带阻滤波器受到了青睐，因为其具有小体积、高Q值、频带可调谐、线性度高等优点，但尚未发现有YIG滤波器采用如图1所示的模型作为微带线原型进行实现的方案，同时，目前的YIG谐振器的实现方案多采用YIG小球，制作困难，且晶向需要调节，而且调节是非常繁琐的过程，还也会导致装配不便，体积不可控，甚至磁化区域变大，最终导致功耗变大等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本申请提供一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，采用悬置设于空气腔内的改进的带状线结构，并在指定位置配置以GGG基板和YIG薄膜形成的YIG单元，在紧凑的结构内实现在3GHz-26.5GHz内调谐，在全频带内40dB带宽≤80MHz，通带插损≤2.5dB，最大阻带深度达≤-136dB，且易于制造与装配，更加利于工业化和规模化生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术：
一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，包括：
金属腔，其内填充空气形成空气腔；
带状线，悬置设于金属腔内，并沿金属腔长度方向布置，带状线的线宽从两端向中间逐级变窄，且带状线以其长度方向中心点呈两段对称结构；
第二YIG单元，有若干个，设于金属腔内并位于带状线中间线宽最窄部段上方；
第一YIG单元，有两组，设于金属腔内并对称布局在第二YIG单元两侧，每组有多个，分别位于每段带状线上方；
第一YIG单元和第二YIG单元均包括设于金属腔内顶壁的GGG基板和设于GGG基板表面的YIG薄膜，YIG薄膜朝向带状线且与带状线之间具有预定距离；
第一YIG单元的投影所覆盖的带状线部段，其线宽与整个带状线中间线宽最窄部段的线宽一致。
本发明有益效果在于：
1、在较小的体积条件下，实现了3-26.5GHz的超宽带可调谐范围；
2、在较小的体积条件下，实现了阻带矩形度高，阻带带宽宽，40dB带宽≥70MHz，通带插损小于等于2.5dB，最大阻带深度达≤-136dB以下；
3、相比于现有技术的微带线结构，采用带状线结构通过悬置方式设于空气腔并且对其结构进行改进优化，不仅激励起来的射频磁场更均匀，并且在指定位置进行的线宽设置，可利于与YIG薄膜的耦合，提高激励效果；此种渐变式的结构，相比于现有的一些最大线宽与最小线宽比例较大的带状线，或只有两种线宽且这两种线宽的比例也较大的，比如大于10:1的，本申请的这种微带线结构为渐变线宽，更加便于加工；同时，本申请克服了现有技术采用线宽固定一致的结构引起的阻带深度不理想，且抑制性有局限等缺陷；
4、通过改变外加偏置均匀磁场的大小，就可以改变YIG的铁磁共振频率，进一步地近似线性地改变带阻滤波器的中心频率，克服了传统滤波器中心频率不可调谐的缺点；
5、相比于传统YIG单晶小球实现谐振器的方式，不需要调节晶向，只需要生长薄膜，易于加工和简化滤波器结构，缩小体积，利于工业化和规模化生产。
附图说明
图1是现有技术的一种微带线电路模型。
图2是本申请实施例的整体结构侧视透视图。
图3是图2中的A部放大视图。
图4是本申请实施例的整体结构剖视图。
图5是本申请实施例的带状线及YIG单元立体结构图。
图6是本申请实施例的带状线及YIG单元俯视透视图。
图7是本申请实施例的带状线结构图。
图8是本申请实施例的滤波器在强度为7090奥斯特的外加偏置磁场的情况下的结果。
图9是本申请实施例的滤波器在强度为4050奥斯特的外加偏置磁场的情况下的结果。
图10是本申请实施例的滤波器在强度为8100奥斯特的外加偏置磁场的情况下的结果。
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3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，如图2~图7所示，包括：金属腔1、带状线3、YIG单元等，带状线3、YIG单元设置在金属腔1内。
其中，金属腔1呈长条形，腔内填充空气形成空气腔10。整个滤波器关于金属腔1其长度方向中心点呈对称结构，并处于外加偏置磁场中。
如图6~图7所示，带状线3的线宽从两端向中间逐级变窄，且带状线3以其长度方向中心点呈两段对称结构；并且从图6中可以看出，在每段带状线3上均设有一些间隔的细窄段，这些细窄段线宽与整个带状线3中间的最细窄的部段线宽一致，且这些细窄段与需要设置的YIG单元位置匹配。
如图2、图4所示，带状线3的两端分别连接RF输入端21和RF输出端22。具体RF输入端21和RF输出端22分别设在金属腔1长度方向的两端壁上。
实际加工中，金属腔1一般由两半构成，带状线3两端通过绝缘子焊接固定在金属腔1两端，以实现在金属腔1内的悬置设置。在实际加工中，可借助支撑件和夹具，辅助完成对带状线3的焊接固定。
在本实例中，为了区分设置位置及便于描述方案，将YIG单元分为第一YIG单元41和第二YIG单元42两类，如图2~图6所示：
其中，第二YIG单元42有若干个，设于整个带状线3中间线宽最窄部段上方；第一YIG单元41有两组，对称布局在第二YIG单元42两侧，每组有多个，分别设于每段带状线3上方；且第一YIG单元41的投影所覆盖的带状线3部段，其线宽与整个带状线3中间线宽最窄部段的线宽一致。
如图3~图5所示，第一YIG单元41和第二YIG单元42均包括设于金属腔1内顶壁的GGG基板51和设于GGG基板51表面的YIG薄膜52，YIG薄膜52朝向带状线3且与带状线3之间具有预定距离。
将本实例的滤波器设于偏置磁场中，当输入信号从RF输入端21进入，经过带状线3，从RF输出端22输出时，输入信号的频率与YIG薄膜52在外加偏置磁场的条件下产生磁矩进动的频率相同时，激发YIG薄膜52产生铁磁共振现象，此时将不断受输入信号产生的射频磁场的作用而无衰减地进动下去，此时铁氧体材料吸收大量能量，实现具有一定带宽和阻带深度的阻带，随着外加偏置磁场强度的改变，铁氧体材料铁磁共振的中心频率也随之改变，进而达到了阻带中心频率在低通滤波器通带内可调的目的。
作为进一步更加详细的实施例，本实例以九阶谐振器作为示例进行说明，该滤波器在小型化的基础上采用九阶谐振器，可在很大程度上增大最大阻带深度，并提高矩形度，可以更高效地滤除干扰信号。具体的，详细说明如下：
如图2~图7所示，带状线3以其长度方向中心点呈两段对称结构，且从外端向中间，每段带状线3依次包括第一线段31、第二线段32、第三线段33、第四线段34、第五线段35、第六线段36、第七线段37、第八线段38、第九线段39、第十线段310、中间线段30。
其中，如图6~图7所示，第二线段32的线宽与第四线段34的线宽一致，第四线段34的线宽大于第五线段35的线宽，第五线段35的线宽与第七线段37的线宽一致，第七线段37的线宽大于第八线段38的线宽，第八线段38的线宽与第十线段310的线宽一致，第十线段310的线宽大于中间线段30的线宽。中间线段30的线宽最窄，且第三线段33、第六线段36、第九线段39也设置为与中间线段30一致的线宽。
如图5~图6所示，第一YIG单元41分别设于第三线段33、第六线段36、第九线段39上方，且第一YIG单元41的投影完全覆盖第三线段33、第六线段36、第九线段39；第二YIG单元42有3个，分别设于中间线段30上方，且等间距布置，其中第1个第二YIG单元42位于整个带状线3的长度方向中心点处，另外2个对称布局在第1个的两侧。通过将YIG薄膜52对应到细窄微带电路部段，利于耦合。
本示例中，将第三线段33、第六线段36、第九线段39的线宽也对应挖掉部分宽度，以呈现与中间线段30一致的较细的线宽，其目的在于：1、YIG单元耦合时能激励起更强的射频磁场；2、同时，也使得最中间的三个第二YIG单元42与带状线3耦合起来的射频磁场，尽量与另外的六个第一YIG单元41耦合起来的射频磁场保持均匀；3、通过9个YIG单元的配置，可以提高阻带矩形度；综上3点，实现了更大的阻带深度，并提高了抑制性。
如图5所示，对称的两段带状线中，其中一段带状线3的第一线段31连接滤波器的RF输入端21，另一段带状线的第一线31连接滤波器的RF输出端22。
对于该具体示例，当外加均匀偏置磁场7090奥斯特时，得到的结果如图8所示，该偏置磁场所对应的中心频率处产生了较大的阻带带宽，40dB带宽≤70MHz，最大阻带深度≤-96dB。
当外加均匀偏置磁场4050奥斯特时，得到的结果如图9所示，该偏置磁场所对应的中心频率处产生了的阻带，40dB带宽≤50MHz，最大阻带深度≤-95dB。
当外加均匀偏置磁场8100奥斯特时，得到的结果如图10所示，该偏置磁场所对应的中心频率处产生了的阻带，40dB带宽≤80MHz，最大阻带深度≤-136Db。
当改变外加偏置磁场的强度1000奥斯特—9500奥斯特时，该滤波器可调谐范围为3GHz—26.5GHz。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，包括：
金属腔（1），其内填充空气形成空气腔（11）；
带状线（3），悬置设于金属腔（1）内，并沿金属腔（1）长度方向布置，带状线（3）两端通过绝缘子焊接固定在金属腔（1）两端，且带状线（3）以其长度方向中心点呈两段对称结构；从外端向中间，每段带状线（3）依次包括第一线段（31）、第二线段（32）、第三线段（33）、第四线段（34）、第五线段（35）、第六线段（36）、第七线段（37）、第八线段（38）、第九线段（39）、第十线段（310）、中间线段（30）；其中，中间线段（30）的线宽最窄，且第三线段（33）、第六线段（36）、第九线段（39）也设置为与中间线段（30）一致的线宽；第二线段（32）的线宽与第四线段（34）的线宽一致，第四线段（34）的线宽大于第五线段（35）的线宽，第五线段（35）的线宽与第七线段（37）的线宽一致，第七线段（37）的线宽大于第八线段（38）的线宽，第八线段（38）的线宽与第十线段（310）的线宽一致，第十线段（310）的线宽大于中间线段（30）的线宽；
第二YIG单元（42），有3个，设于金属腔（1）内并位于中间线段（30）上方，等间距布置，其中第1个位于整个带状线（3）的长度方向中心点处，另外2个对称布局在第1个的两侧；
第一YIG单元（41），有两组，设于金属腔（1）内并对称布局在第二YIG单元（42）两侧，每组有多个，分别设于第三线段（33）、第六线段（36）、第九线段（39）上方，且投影完全覆盖第三线段（33）、第六线段（36）、第九线段（39）；
第一YIG单元（41）和第二YIG单元（42）均包括设于金属腔（1）内顶壁的GGG基板（51）和设于GGG基板（51）表面的YIG薄膜（52），YIG薄膜（52）朝向带状线（3）且与带状线（3）之间具有预定距离；
第一YIG单元（41）的投影所覆盖的带状线（3）部段，其线宽与整个带状线（3）中间线宽最窄部段的线宽一致。
2.根据权利要求1所述的3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，其中一段带状线（3）的第一线段（31）连接滤波器的RF输入端（21），另一段带状线（3）的第一线段（31）连接滤波器的RF输出端（22）。
3.根据权利要求2所述的3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，RF输入端（21）和RF输出端（22）分别设于金属腔（1）长度方向的两端。
4.根据权利要求1所述的3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，整个滤波器关于金属腔（1）长度方向中心点呈对称结构。
5.根据权利要求1所述的3GHz-26.5GHz超宽带YIG可调谐带阻滤波器，其特征在于，金属腔（1）处于外加偏置磁场中。
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