CN115513626B - 一种大功率环形滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率环形滤波器，包括上盖板、下盖板，所述的上盖板与下盖板固定后形成腔体，在腔体内安装传输组件；所述的传输组件包括环形器、第一板线、第二板线与插针，所述的环形器上设有输入端口、输出端口以及环形端口，所述第二板线的输入端与环形器的环形端口相连接，并在腔体内安装一组压合在第二板线的上、下表面的第一介质板，形成环形滤波器的为带状线结构的环形端；本发明主要设计一种带状滤波器，同时将其与环形器一体化设计形成一种环形滤波器，此环形滤波器有效减小由于接触导致的大功率情况下打火的概率。

Description

一种大功率环形滤波器

技术领域

本发明专利涉及微波通讯领域，尤其涉及一种大功率环形滤波器。

背景技术

随着半导体、微波技术的发展，频率资源的限制， 越来越多的频率资源被利用，从而导致微波设备之间的相互干扰，从而带来一系列的问题。

电磁兼容试验及电磁兼容要求则被提出来，为了解决该类问题，微波放大器一般都设计有滤波器。

滤波器从LC滤波器、介质滤波器、腔体滤波器、微带滤波器、波导滤波器等，LC滤波器只能用于低频段；介质滤波器只能用于小功率，腔体滤波器可运用于大功率情况，但是受其体积限制；微带滤波器具有体积小，耐功率比腔体滤波器小，但是比介质滤波器高；波导滤波器一般不应用于组件内部，因为其体积比腔体滤波器更大。

发明内容

为了解决背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种大功率环形滤波器，此环形滤波器有效减小由于接触导致的大功率情况下打火的概率。

本发明提出的一种大功率环形滤波器，包括上盖板、下盖板，所述的上盖板与下盖板固定后形成腔体，在腔体内安装传输组件；

所述的传输组件包括环形器、第一板线、第二板线与插针，所述的环形器上设有输入端口、输出端口以及环形端口，所述第二板线的输入端与环形器的环形端口相连接，并在腔体内安装一组压合在第二板线的上、下表面的第一介质板，形成环形滤波器的带状线环形端；所述的第一板线的输入端与环形器的输出端口相连接，并在腔体内安装分别压合在第一板线的上、下表面的第二介质板和第三介质板，且第一板线的输出端与插针相连接，构成环形滤波器的带状线输出端。

优选地，所述的第一板线为厚度0.4mm的镀银铜板，且在第一板线的输入口中心位置开设长为4mm、宽为2mm、深为0.2mm的槽口。

优选地，所述的第二板线为厚度0.4mm镀银铜板，且在第二板线的输入口中心位置开设长为4mm、宽为2mm、深为0.2mm的槽口。

优选地，所述的第一介质板的厚度为4mm，介电常数为3.5。

优选地，所述的第一介质板上开设有卡合第一板线的卡槽，其槽深为0.2mm，宽度与第二板线的线宽相等。

优选地，所述的第二介质板与第三介质板的厚度均为4mm，介电常数均为3.5。

优选地，第二介质板与第三介质板上均刻印有与第一板线结构相同的形状。

优选地，所述的第二介质板与第三介质板互为镜像对称结构。

优选地，所述插针为N型铜镀银插针，针粗2.45mm，尾部开设深为0.4mm的槽,尾部上方开有直径为1mm的孔。

本发明的有益效果在于：

本发明主要设计一种带状滤波器，同时将其与环形器一体化设计形成一种环形滤波器，此环形滤波器有效减小由于接触导致的大功率情况下打火的概率；其输出口采用插针设计，不存在由于连接器与PCB板硬连接带来的热胀冷缩，而拉伤微带线问题。

由于环形滤波器采用一体化设计，在滤波器设计时考虑了与环形器连接问题，特意设计一个凹槽，当环形器焊接时，只需将引脚放入凹槽内，将凹槽焊平即可，此时在微波电性能上不存在阻抗变化的问题，也就保证了整个环形滤波器的驻波及插损，从而减小其由于发热而导致器件耐功率下降问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为上盖板的结构示意图；

图3为下盖板的结构示意图；

图4为第一板线的结构示意图；

图5为第二板线的结构示意图；

图6为环形器的结构示意图；

图7为第一介质板的结构示意图；

图8为第二介质板的结构示意图；

图9为第三介质板的结构示意图；

图10为插针的结构示意图；

图11为第一板线、第二板线、插针之间焊接后所形成的结构示意图；

图12为腔体内安装第一介质板、第二介质板的结构示意图；

图13为在图12的基础上安装图11后所形成的结构示意图；

图14为在图13的基础上安装第一介质板、第三介质板的结构示意图；

图15为环形滤波器的俯视图；

图16为环形滤波器插损仿真图；

图17为环形滤波器谐波抑制图；

图18为环形滤波器驻波图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1-15，一种大功率环形滤波器，包括上盖板1、下盖板2，上盖板与下盖板通过螺丝螺母固定后形成腔体，在腔体内安装传输组件；

传输组件包括环形器3、第一板线4、第二板线5与插针9，环形器上设有为带状线结构的输入端口31，输出端口32以及环形端口33，第二板线的输入端与环形器的环形端口相连接，并在腔体内安装一组压合在第二板线的上、下表面的第一介质板6，形成环形滤波器的为带状线结构的环形端；第一板线的输入端与环形器的输出端口相连接，并在腔体内安装分别压合在第一板线的上、下表面的第二介质板7和第三介质板8，且第一板线的输出端与插针相连接，构成环形滤波器的为带状线结构的输出端，使整个滤波器形成带状线结构，用以提高环形滤波器的耐功率情况。

实施例1：

如图4所示，第一板线4为厚度0.4mm的镀银铜板，该镀银铜板由第一低阻线41、第一高阻线42、第二低阻线43、第二高阻线44、第三低阻线45、第三高阻线46、第四低阻线47、第四高阻线48以及第五低阻线49从左到右依次相连而成；

此处需要说明的是：

1） 第一低阻线的线宽为3.72mm，长度为5.2mm，特性阻抗为50欧姆（带状线阻抗）；另外，在第一低阻线上开设长为4mm、宽为2mm、深为0.2mm的槽口，目的是与环形器的输出口搭接后焊接，用以保证焊接后板线的平整；

2）第一高阻线的线宽为0.8mm，长度为12.4mm，特性阻抗为85欧姆（理论值为带状线线宽0.35mm的100欧姆左右的高阻线，但是为了增加该滤波器的耐功率情况，特意将该阻抗减小至85欧姆）；

3）第二低阻线与第四低阻线的线宽均为15.1mm，长度均为6.5mm，特性阻抗为20欧姆（带状线阻抗）；

4）第二高阻线与第三高阻线的线宽均为0.8mm，长度为16.4mm，特性阻抗为85欧姆（理论值为带状线线宽0.35mm的100欧姆左右的高阻线，但是为了增加该滤波器的耐功率情况，特意将该阻抗减小至85欧姆）；

5）第三低阻线的线宽为15.4mm，长度为10mm，特性阻抗为19欧姆（带状线阻抗）；

W5线宽为15.4mm，L5长度为10mm，特性阻抗为19欧姆（带状线阻抗）；

6）第四高阻线的线宽为0.8mm，长度为12.2mm，特性阻抗为85欧姆（理论值为带状线线宽0.35mm的100欧姆左右的高阻线，但是为了增加该滤波器的耐功率情况，特意将该阻抗减小至85欧姆）；

7）第五低阻线的线宽为3.72mm，长度为5.2mm，特性阻抗为50欧姆（带状线阻抗）；另外，第五低阻线的一端为凸起，凸起的线宽为2.45mm，长度2.9mm，特性阻抗为50欧姆（空气板线阻抗）。

如图5所示，第二板线5为厚度0.4mm镀银铜板，且在第二板线的输入端中心位置开设长为4mm、宽为2mm、深为0.2mm的槽口51，目的是与环形器的环形端搭接后焊接，用以保证焊接后板线的平整，输出端为凸起结构52。

如图6所示，环形器3为三端口器件，即输入端口31，输出端口32以及环形端口33；其中输入端为带状线结构。

如图7所示，第一介质板6主要为环形器的环形端通过盖板与腔体形成带状线，第一介质板的厚度为4mm，介电常数为3.5；在设计第一介质板时，由于需要2个第一介质板压合1个第二板线，而第二板线的厚度为0.4mm，则需要在第一介质板对应与第二板线重合处进行开设卡槽61，槽深0.2mm，槽宽为第二板线的线宽，能更好的压合第二板线，保证焊接后板线的平整。

如图8所示，第二介质板7的厚度为4mm,介电常数3.5，主要为环形器的输出端通过盖板与腔体形成带状线；另外，第二介质板的表面需要刻印出与第一板线形状相同的第一型槽71，型槽的槽深0.2mm，能更好的压合第一板线，保证焊接后板线的平整。

如图9所示，第三介质板8的厚度为4mm,介电常数3.5，设计时介第三质板与第二介质板为镜像设计结构；另外，第三介质板的表面需要刻印出与第一板线形状相同的第二型槽81，型槽的槽深0.2mm，能更好的压合第一板线，保证焊接后板线的平整。

如图10所示，插针9为N型铜镀银插针，针粗2.45mm，尾部开槽深0.4mm,尾部上方开孔深1mm。

装配关系：

如图11所示，先将环形器的输出端口与第一板线的输入端焊接在一起，在通过第一板线的输出端与插针焊接在一起；

需要说明的是：环形器的环形端口先卡入第二板线的输入端的槽口内再焊接在一起；此时需要保证焊接点平滑，防止出现大功率情况下，打火现象；

如图12所示，在腔体内左下处安装位于第二板线下表面的第一介质板，在腔体内右侧安装位于第一板线下表面的第二介质板；

此处需要注意的是：所有介质板的覆铜面需和腔体紧密接触；

如图13所示，将图11所示的结构安装到图12所中，并焊接在一起；

此时需要调整图11所示的所有板线，保证第一板线嵌入到第二介质板的型槽内，第二板线嵌入到第一介质板的槽口中；

如图14所示，将另外一块第一介质板安装到图13中对应的第二板线处，第三介质板安装到图13中对应的第一板线处；

同样的，此时需要保证第一介质板和第三介质板对应的槽均能卡住相应的板线；

如图15所示，将上盖板与图14所示部分通过螺钉紧固，形成本发明的环形滤波器；

此时需要保证，各螺钉拧紧，不允许出现一端翘的现象，防止在大功率情况下，出现打火现象；

如图15所示，组装后的环形滤波器，其P1输入口为带状线，P2输出口为N型插针，P3环形端为微带线，在实际使用过程中P1输入口与空气板线合成器侧壁连接，形成板线带状线；P2输出口通过插针与SC-K连接器连接，形成50欧姆标准连接器；P3环形端与负载端焊接即可。

如图16所示，横坐标为频率（GHz）,纵坐标为S21(插损，单位dB)；在频率范围为1.202-1.402 GHz的情况下，从图中仿真数据看出环形滤波器的插损范围为-0.105~-0.149db，最小达到-0.149dB左右。

如图17所示，横坐标为频率（GHz）, 纵坐标为S21（谐波抑制,单位dB）；在频率范围为2.0-3.0 GHz的情况下，从图中仿真数据看出环形滤波器的谐波抑制范围为-21.0~-36.5db，最小达到-36.5db左右。

如图18所示，横坐标为频率（GHz），S11（驻波,无单位）；在频率范围为1.20-1.40GHz的情况下，从图中仿真数据看出其输入驻波范围为1.07-1.17，最大可达到1.17。

从数据中可以看出，该滤波器与环形器仿真结果均比较理想，插损较小，从而保证环形滤波器的发热量较小，减小了由于发热而导致器件失效的概率。

本发明很好的解决了滤波器在大功率情况下的端口连接及设计问题，同时设计后滤波器的带状线结构的输出端尤为突出，解决了大功率情况下硬连接带来的发热及易打火情况，同时为其他产品高功率情况下的连接方式提供了参考。

本发明的环形滤波器已经完成实物测试，并且已经在功放组件内使用，目前该功放组件已经实现批量生产，且全反射4.5kW不损坏；环形滤波器用矢量网络分析仪测量数据如下：

序号

频率

F1

F2

F3

F4

F5

2*F1

2*F2

2*F3

2*F4

2*F5

1

S11

1.15

1.19

1.20

1.18

1.19

2

S21

0.42

0.45

0.43

0.45

0.44

42（谐波抑制）

45（谐波抑制）

47（谐波抑制）

49（谐波抑制）

50（谐波抑制）

从表中可以看出，本发明的环形滤波器的实际测量驻波S11最大1.2；插损S21最大0.45dB；谐波抑制最大50dB；理论上该环形滤波器的插损为滤波器插损和环形器插损的和，而实际上环形滤波器的插损偏大为带状线加工误差及装配导致的。

本发明具体应用途径很多，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，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大功率环形滤波器，其特征在于：包括上盖板、下盖板，所述的上盖板与下盖板固定后形成腔体，在腔体内安装传输组件；

所述的传输组件包括环形器、第一板线、第二板线与插针，所述的环形器上设有输入端口、输出端口以及环形端口，所述第二板线的输入端与环形器的环形端口相连接，并在腔体内安装一组压合在第二板线的上、下表面的第一介质板，形成环形滤波器的为带状线结构的环形端；所述的第一板线的输入端与环形器的输出端口相连接，并在腔体内安装分别压合在第一板线的上、下表面的第二介质板和第三介质板，且第一板线的输出端与插针相连接，构成环形滤波器的为带状线结构的输出端；

所述的第一介质板上开设有卡合第一板线的卡槽；第二介质板与第三介质板上均刻印有与第一板线结构相同的型槽。

2.根据权利要求1所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述的第一板线为厚度0.4mm的镀银铜板，且在第一板线的输入口中心位置开设长为4mm、宽为2mm、深为0.2mm的槽口。

3.根据权利要求1所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述的第二板线为厚度0.4mm镀银铜板，且在第二板线的输入口中心位置开设长为4mm、宽为2mm、深为0.2mm的槽口。

4.根据权利要求1所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述的第一介质板的厚度为4mm，介电常数为3.5。

5.根据权利要求1或4所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述卡槽的槽深为0.2mm，宽度与第二板线的线宽相等。

6.根据权利要求1所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述的第二介质板与第三介质板的厚度均为4mm，介电常数均为3.5。

7.根据权利要求1或6所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述的第二介质板与第三介质板互为镜像对称结构。

8.根据权利要求1所述的大功率环形滤波器，其特征在于：所述插针为N型铜镀银插针，针粗2.45mm，尾部开设深为0.4mm的槽，尾部上方开有直径为1mm的孔。

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