CN206922723U - 无源低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无源低通滤波器。所述无源低通滤波器包括金属盒体、PCB和金属挡板，所述金属盒体内容纳PCB和金属挡板，其特征在于，所述PCB上布置有射频电容以及采用漆包线绕制的电感，并且，在各个所述电感之间设置所述金属挡板，其中，所述漆包线的直径大于等于1.8mm且小于等于2.2mm，并且所述射频电容的Q值大于等于8000。

Description

无源低通滤波器

技术领域

本实用新型涉及一种滤波器，具体涉及一种可以实现大功率及高抑制的无源低通滤波器。

背景技术

在射频微波系统中需要把信号频谱进行恰当的分离，完成这一功能的元件就是滤波器。根据工作频率和采用的元件类型，滤波器可分为有源滤波器和无源滤波器。在无源滤波器中，又可进一步分为集总参数滤波器和分布参数滤波器。集总参数滤波器的主要元件是LC元件和晶体谐振器，分布参数滤波器的主要元件是同轴线和微带线，也包括波导和螺旋线谐振器。滤波器有四种基本原型，即低通、带通、带阻、高通。为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学多项式来逼近滤波器特性，分为最平坦型巴特沃士(Butterworth)，等纹波型切比雪夫 (Tchebeshev)，陡峭型椭圆函数型(Elliptic)，等延时高斯多项式 (Gaussian)。

滤波器的指标有：工作频率、插入损耗、带内纹波、带外抑制和承受功率。在工程中常用插损带宽(即，满足插入损耗时所测的带宽)来定义滤波器的通带频率范围(工作频率)。插入损耗是由于滤波器的介入而在系统内引入的损耗。滤波器通带内的最大损耗包括构成滤波器的所有元件的电阻性损耗(如电感、电容、导体、介质的不理想)和滤波器的回波损耗(两端电压驻波比不为1)。插入损耗限定了工作频率，也限定了使用场合的两端阻抗。带内纹波是插入损耗的波动范围。带内纹波越小越好，否则，会增加通过滤波器的不同频率型号的功率起伏。带外抑制是规定滤波器在什么频率上会阻断信号，是滤波器特性的矩形度的一种描述方式，也可用带外滚降(规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝)来描述。滤波器的寄生通带损耗越大越好。关于承受功率，在大功率发射机末端使用的滤波器要按大承受功率设计，元件体积要大，否则会击穿打火，发射功率急剧下降。

普通无源滤波器使用普通贴片电感以及普通贴片电容，由于贴片电感承受功率能力差以及贴片电容Q值过小，所以普通的贴片电感、贴片电容难以满足在大功率高抑制使用条件下的要求。具体而言，电感额定电流是正常工作时允许通过的最大电流值，此指标是影响电感承受功率的直接因素，额定电流越大，相应地承受功率也越大。常用的封装形式为0805或1206的贴片电感承受电流值仅为几百毫安，远不能达到大功率使用条件的要求。普通贴片绕线电感额定电流值在800mA左右，承受功率值在0.5W到3W之间。并且，在电容器通过交流信号时会或多或少产生功率损耗，这个损耗主要消耗在电容器本身的等效串联电阻和两级间的绝缘介质上。通常为了表示该电容器品质好坏用某一频率下电容器损耗功率与电容器存储功率之比来表示，这个比值就是该电容器的Q值。元件Q值越大，用该元件组成的电路的选择性越好。普通贴片电容Q值在700-800左右。

实用新型内容

为解决现有的无源滤波器不能实现大功率及高抑制的问题，提出了本实用新型。本实用新型的目的在于提供一种能够实现大功率及高抑制的无源滤波器。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：无源低通滤波器包括金属盒体、PCB和金属挡板，金属盒体内容纳PCB和金属挡板，其特征在于，所述PCB上布置有射频电容以及采用漆包线绕制的电感，并且，在各个所述电感之间设置所述金属挡板，其中，所述漆包线的直径大于等于1.8mm且小于等于2.2mm，并且所述射频电容的Q值大于等于 8000。在各个电感之间设置金属挡板可以防止电感间互相影响。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的射频电容接地端通过敷铜接地，并且接地面积大于或等于50mm×22mm以保证散热。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的电感引脚经过用砂纸除去表面敷漆的搪锡处理。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的金属挡板除留有用于电感引线穿过的开口外，以无缝隙的方式与金属盒体和上盖连接。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的整张PCB的背面完全敷铜不阻焊，通过焊锡膏烧结在金属盒体上。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的金属盒体采用铝合金 6061-T6。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的金属盒体采用表面镀银处理。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的金属挡板采用铝合金 6061-T6。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的漆包线的直径是2mm。

优选地，根据本实用新型的无源低通滤波器的金属挡板采用本色导电氧化。

本实用新型的无源低通滤波器结构简单、插损小、带外抑制高、可承受较大功率、成本低廉、易实现。

附图说明

图1A为例示根据本实用新型的无源低通滤波器外观的仰视示意图；

图1B为例示根据本实用新型的无源低通滤波器外观的主视示意图；

图1C为例示根据本实用新型的无源低通滤波器外观的右视示意图；

图1D为例示根据本实用新型的无源低通滤波器外观的左视示意图；

图2A为例示去掉上盖后的并带有局部剖面的根据本实用新型的无源低通滤波器的主视图；

图2B为例示根据本实用新型的无源低通滤波器的主视图；

图3为例示沿图2B中的C-C面剖开的放大的剖视图；

图4A为示出了使用ADS软件根据实施例的设计参数进行仿真设计的设计结果界面图；

图4B为示出了用已有容值的电容实现图4A中的设计结果的界面图；

图5为例示用ADS软件验证电容、电感设计是否合理的仿真结果的图；

图6为示出根据本实用新型的无源低通滤波器内的PCB(印制电路板)上的电感与金属挡板的位置关系的图；

图7A为例示根据本实用新型的无源低通滤波器内的金属挡板的仰视图；

图7B为例示根据本实用新型的无源低通滤波器内的金属挡板的主视图；

图7C为例示根据本实用新型的无源低通滤波器内的金属挡板的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图，通过优选的实施例对本实用新型做进一步地详细说明。以下实施例仅是示例性的，并且决不旨在限制本实用新型的保护范围。

下面以等纹波型切比雪夫(Tchebeshev)、集总参数LC低通滤波器为例来说明本实用新型。

图1A至图1D、图2A至图2B为例示组装后的根据本实用新型的无源低通滤波器的图，图3为沿图2B中的C-C面剖开的放大的剖视图。如图3所示，根据本实用新型的无源低通滤波器包括金属盒体1、PCB 2、金属挡板3、接头4、上盖5以及用于将上盖与金属盒体连接的紧固件。金属盒体1例如采用铝合金6061-T6，优选表面镀银处理以保证良好散热及导电性。金属挡板3用于防止电感间的互相影响，在下文中将具体说明。接头4分别用作输入和输出接头，分别用紧固件固定在金属盒体的两端并将接头芯线焊接于PCB 2上。在本实施例中例如采用N型接头，型号为N-KFD9-5，该型号的通过功率理论值为400W。上盖5用于与金属盒体1共同形成容纳滤波器内部构件的密闭空间。PCB 2是实现滤波器的功能的核心部件，其上布置有电容和电感等元器件。下面将详细论述PCB 2的实现方式。

首先，确定无源低通滤波器的设计指标，例如在本实施例中为，通带频率：≤4.6MHz、通带内插损：≤0.5dB、带外抑制：@10MHz-2000MHz ≥50dB、接口形式：N-KFD5、输入输出阻抗：50Ω、通过功率：≤150W。

然后，通过仿真软件ADS进行前期仿真设计。例如，初始输入参数设置为：两端口阻抗50Ω，通带频率≤4.6MHz，通带内插损≤0.2dB，带外抑制：@10MHz-2000MHz≥50dB，切比雪夫(Tchebeshev)型，第一级为串联结构。图4A为使用ADS软件根据实施例的设计参数进行仿真设计的设计结果界面图。从图4A可以看出，该滤波器的等效电路图左端为输入端，右端为输出端，该滤波器使用3个电容，电容值分别为C1： 877pF、C2：955pF以及C3：877pF，以及4个电感，电感值分别为L1： 2.2uH、L2：3.6uH、L3：2.2uH以及L4：3.6uH。注意，上述的电容和电感的个数、电容值和电感值以及电容电感的相对位置是根据输入参数通过仿真计算得到的，仅仅是示例性的。

然后，根据仿真结果来选择电容元件和电感元件。如前所述，普通的贴片电感、贴片电容难以满足在大功率高抑制使用条件下的要求。因此，根据本实用新型的PCB 2选用高Q值射频电容。关于电感，一方面，由于在电感线圈直径相同、匝数相同的情况下，漆包线的直径越小电感量越大同时电感线圈的弹性也越大，而较大的弹性容易使电感量随电感线圈的震动而变化，因此漆包线的直径不能过小。另一方面，漆包线的直径较大的情况下，漆包线较硬，绕制比较困难，因此漆包线的直径也不能过大。综合考虑以上因素，绕制电感的漆包线的直径范围应为大于等于1.8mm且小于等于2.2mm，由此绕制的电感的承受功率在100W到 400W之间。在本实施例中优选采用2mm的漆包线来绕制电感。根据本实用新型的PCB 2的电容选用例如ATC KIT 10T-100B型电容，其电容Q 值在10000左右。若ATC电容的已有容值没有与仿真结果相同的容值，则通过用已有容值并联的方式来获得与仿真结果大致相等的容值。如图 4B所示，用390pF和470pF并联得到图4A中的877pF，用390pF和560pF 并联得到图4A中的955pF。注意，根据本实用新型的电容不限于ATC(注册商标)射频电容，只要射频电容的Q值不低于8000即可，并且构成该滤波器的所有电容的Q值均不低于8000。根据本实施例的PCB 2的电感均为使用直径2mm的漆包线绕制的空气芯电感，其电感值通过例如 Air-Cored Coil Calculator软件计算得到，根据本实施例的电感具体为，线圈直径20mm、匝数15匝、线圈长度30mm的电感值为2.2uH。线圈直径20mm、匝数22匝、线圈长度44mm的电感值为3.6uH。普通贴片绕线电感额定电流值在800mA左右，而使用2mm漆包线绕制的电感额定电流值在10A左右。优选地，对电感引脚用砂纸除去表面敷漆，做搪锡处理。

最后，再次使用ADS软件，将所选用的电容电感等参数作为输入参数进行反向仿真验证。从仿真结果看，根据所选用的电容电感计算出的通带频率≤4.6MHz，通带内插损≤0.2dB，带外抑制：@10MHz-2000MHz ≥50dB，可以满足设计要求(如图5所示)。

在完成对PCB 2的元器件选择及验证之后，将上述选择的元器件例如焊接在PCB 2上，并将焊有元器件的PCB 2例如用沉头螺钉紧固连接在金属盒体1内。固定好PCB 2之后，将分别用作输入、输出接头的接头4用例如螺钉的紧固件固定在金属盒体1上，并将接头芯线焊接于PCB 2上。

根据本实用新型的无源低通滤波器还包括金属挡板3，以便在结构上将绕线电感隔开，从而防止电感间互相影响。因此，在如上所述将接头4 的接头芯线焊接于PCB 2上之后，将金属挡板3固定于金属盒体1内。 PCB 2上的电感与金属挡板3的相对位置如图6所示。结合图2A、图3 及图7B可以看出，金属挡板3在面向PCB 2的一侧留有供PCB 2上的电感引线通过的开口，但是，开口的形状不限于图7B所示的形状，并且可以是例如半圆形、椭圆形和梯形等的允许PCB 2上的电感引线通过的任意形状。注意，除留有此开口以外，金属挡板3以无缝隙的方式与金属盒体和上盖连接，从而充分阻隔电感间的相互影响。金属挡板3的面向PCB 2的一侧用例如沉头螺钉紧固连接在金属盒体1上，另一侧例如用沉头螺钉紧固连接在上盖5上。金属挡板3优选采用铝合金，更优选地，对铝合金进行本色导电氧化。

优选地，为保证PCB的良好散热，例如可以在PCB画图阶段将电容接地端通过敷铜接地，并且接地面积大于或等于50mm×22mm。

优选地，可以将整张PCB背面完全敷铜不阻焊，然后通过用焊锡膏烧结在金属盒体1上的方式与金属盒体1连接，以保证良好散热。

在如上所述完成对根据本实用新型的无源低通滤波器的设计及装配后进行调试，并随后进行实际产品测试。调试后的滤波器的测试结果显示通带内插损值为≤0.4dB，带外抑制≥55dB@10MHz，承受功率值可达 200W。

综上所述，通过在PCB上使用Q值不低于8000的射频电容以及采用直径大于等于1.8mm且小于等于2.2mm漆包线绕制的电感，并且，在各个电感之间设置金属挡板以防止电感间互相影响，本实用新型提供一种可以实现大功率及高抑制的无源低通滤波器。本实用新型的无源低通滤波器结构简单、插损小、带外抑制高、可承受较大功率、成本低廉、易实现。

虽然参照示例性实施例对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

标号说明

1金属盒体 2PCB 3金属挡板 4接头 5上盖。

Claims (10)

1.一种无源低通滤波器，所述无源低通滤波器包括金属盒体、PCB和金属挡板，所述金属盒体内容纳PCB和金属挡板，其特征在于，

所述PCB上布置有射频电容以及采用漆包线绕制的电感，并且，在各个所述电感之间设置所述金属挡板，

其中，所述漆包线的直径大于等于1.8mm且小于等于2.2mm，并且所述射频电容的Q值大于等于8000。

2.根据权利要求1所述的无源低通滤波器，其中，所述射频电容接地端通过敷铜接地，并且接地面积大于或者等于50mm×22mm。

3.根据权利要求1或2所述的无源低通滤波器，其中，所述电感引脚经过用砂纸除去表面敷漆的搪锡处理。

4.根据权利要求1或2所述的无源低通滤波器，其中，所述金属挡板除留有用于电感引线穿过的开口外，以无缝隙的方式与金属盒体和上盖连接。

5.根据权利要求1或2所述的无源低通滤波器，其中，整张所述PCB的背面完全敷铜不阻焊，通过焊锡膏烧结在金属盒体上。

6.根据权利要求1或2所述的无源低通滤波器，其中，所述金属盒体采用铝合金6061-T6。

7.根据权利要求6所述的无源低通滤波器，其中，所述金属盒体采用表面镀银处理。

8.根据权利要求1或2所述的无源低通滤波器，其中，所述金属挡板采用铝合金6061-T6。

9.根据权利要求1或2所述的无源低通滤波器，其中，所述漆包线的直径是2mm。

10.根据权利要求8所述的无源低通滤波器，其中，所述金属挡板采用本色导电氧化。