CN208173758U - 一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，该滤波器包括：金属矩形腔：包括通过四角的固定腔体螺钉固定连接形成谐振空腔的腔体上盖和腔体底座，所述的腔体底座上设有用以实现空腔谐振的腔体凹槽：微带线板：通过固定腔体螺钉固定在金属矩形腔内部，并且与腔体凹槽相对设置，通过可变容值的三阶LC谐振结构实现中心频率的调节。与现有技术相比，本实用新型具有中心频率可调谐、便于调试等优点。

Description

一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器

技术领域

本实用新型涉及二端口微波器件，尤其是涉及一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器。

背景技术

微波带通滤波器有多种实现方法，微带线，波导，半集总滤波器，各种滤波器有各自的优缺点。传统的微带线梳状滤波器，由于微带线特性难以实现较好的选频特性，通常需要通过增加滤波器的阶数来实现高选频特性，这样不仅增加滤波器的尺寸，而且增加滤波器的插入损耗。波导滤波器有着较好的选频特性，但是尺寸严重依赖于频率，随着频率越低，波导滤波器尺寸越大。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，该滤波器包括：

金属矩形腔：包括通过四角的固定腔体螺钉固定连接形成谐振空腔的腔体上盖和腔体底座，所述的腔体底座上设有用以实现空腔谐振的腔体凹槽：

微带线板：通过固定腔体螺钉固定在金属矩形腔内部，并且与腔体凹槽相对设置，通过可变容值的三阶LC谐振结构实现中心频率的调节。

所述的微带线板包括介质基板以及分别设置在介质基板上表面的基板顶层和下表面的基板底层。

所述的基板顶层上设有3个变容二极管、3个穿芯电容和8个覆铜区域，其中，第一覆铜区域和第五覆铜区域分别设置在基板顶层的左右两侧，且分别与SMA射频插座焊接，剩余的六个覆铜区域、3个变容二极管以及3个穿芯电容构成三阶LC谐振结构设置在第一覆铜区域和第五覆铜区域之间。

第一变容二极管设置在第二覆铜区域和第六覆铜区域之间，所述的第六覆铜区域通过第一穿芯电容与可变直流电压源连接等效构成第一一阶LC谐振电路，第二变容二极管设置在第三覆铜区域和第七覆铜区域之间，所述的第七覆铜区域通过第二穿芯电容与可变直流电压源连接等效构成第二一阶LC谐振电路，第三变容二极管设置在第四覆铜区域和第八覆铜区域之间，所述的第八覆铜区域通过第三穿芯电容与可变直流电压源连接等效构成第三一阶LC谐振电路，所述的第一一阶LC谐振电路、第二一阶LC谐振电路和第三一阶LC谐振电路通过间隔电容耦合形成三阶LC谐振结构。

所述的变容二极管的容值调节范围为0.5-10pF。

所述的基板底层上设有用以与腔体底座接触作为参考地，且设置在上下两侧的第九覆铜区域和第十覆铜区域。

所述的介质基板为聚四氟乙烯环氧树脂基板，厚度为0.8mm。

所述的金属矩形腔的尺寸为66mm*30mm*10mm。

所述的腔体上盖上设有3个安装穿芯电容的安装孔，所述的腔体底座上设有用以安装SMA射频插座的SMA射频接口。

本可调微带带通滤波器结构呈左右镜像对称。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型通过将梳状线滤波器和金属腔体相结合，将金属腔体高品质值的优点应用于梳状线滤波器，实现更好的选频特性，并且增加穿芯电容馈电给变容二极管的设计实现了中心频率的可调谐，并且提高了带外抑制特性，从另一个角度而言，本实用新型可以认为是一种近似的带状线滤波器，金属腔体的上下壁等效为带状线的上下层，中间层是走线，克服了传统的带状线滤波器不便调试的缺点。

附图说明

图1为本实用新型的三维结构拆解示意图。

图2为腔体结构示意图。

图3为微带线板顶层结构示意图。

图4为微带线板底层结构示意图。

图5为本实用新型腔体滤波器与传统梳状线滤波器的结果对比图。

图6位本实用新型滤波器电调谐的结果。

附图标号说明：1、腔体上盖，2、微带线板，3、腔体底座，31、腔体凹槽， 4、SMA射频插座，5、穿芯电容安装孔，51、第一穿芯电容焊接点，52、第二穿芯电容焊接点，53、第三穿芯电容焊接点，6、介质基板，61、第一变容二极管，62、第二变容二极管，63、第三变容二极管，71、第一覆铜区域，72、第二覆铜区域，73、第三覆铜区域，74、第四覆铜区域，75、第五覆铜区域，76、第六覆铜区域，77、第七覆铜区域，78、第八覆铜区域，79、第九覆铜区域，70、第十覆铜区域，81、第一固定腔体螺钉，82、第二固定腔体螺钉，83、第三固定腔体螺钉，84、第四固定腔体螺钉，9、SMA射频接口，10、固定SMA射频接口螺钉，11、腔体螺钉孔，12、SMA射频插座焊点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1所示，金属矩形腔是一个长方体腔，从上到下分为腔体上盖1，微带线板2和腔体底座3；SMA射频接口9(SMA射频接口：一种特定型号和尺寸的射频接口，也可以是其他型号)作为腔体滤波器的信号输入和输出接口，通过螺钉固定在腔体底座上。

如图2所示，腔体上盖1和腔体3底座通过四个螺钉81-84固定，螺钉的尺寸适合当前金属腔体的尺寸即可，目的是为了固定腔体，使之形成一个密闭的金属腔环境；在第一固定腔体螺钉81和第四固定腔体螺钉84的中间，留有三个穿芯电容安装孔5用于安装穿芯电容，通过穿芯电容馈电给腔体内部的变容二极管，腔体内部结构见下方详述；

如图3和4所示的分别是微带线基板的顶层和底层结构，微带线基板放置于腔体上盖和腔体底座中间。

图3所示的是基板的顶层，中间为介质层(介质基板6)，采用0.8mm厚度的聚四氟乙烯环氧树脂双面板材(也可以是其他材质，下方有描述)，图4所示的是基板的底层；介质基板6的四个角分别留有4个固定腔体螺钉的腔体螺钉孔11，螺钉会穿过该腔体螺钉孔11，固定到腔体底座3；

基板顶层主要由八个覆铜区域组成：其中第一覆铜区域71和第五覆铜区域75 分别设有SMA射频插座焊接点12；第六覆铜区域76、第七覆铜区域77和第八覆铜区域78分别作为第一穿芯电容焊接点51、第二穿芯电容焊接点52和第三穿芯电容焊接点53；第一变容二极管61位于第二覆铜区域72和第六覆铜区域76中间，第一变容二极管61的两端通过焊接分别固定在第二覆铜区域72和第六覆铜区域 76上，第二变容二极管62位于第三覆铜区域73和第七覆铜区域77中间，第二变容二极管62的两端通过焊接分别固定在第三覆铜区域73和第七覆铜区域77上，第三变容二极管63位于第四覆铜区域74和第八覆铜区域78中间，第三变容二极管63的两端通过焊接分别固定在第四覆铜区域74和第八覆铜区域78上。

图4所示的是基板的底层，除了四个角分别留有4个固定腔体螺钉的腔体螺钉孔11外，基板底层主要由第九覆铜区域79和第十覆铜区域70组成，该部分主要用于和金属腔体接触，作为基板的参考地。

在图3和图4中都包含了“介质基板6”，这就是之前描述的中间介质层(由于顶层、中间介质层、底层是一个连接的整体，两幅图的示意因此都体现该介质层)，介质层的材料采用聚四氟乙烯环氧树脂材质。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型腔体梳状滤波器由金属腔体和微带线滤波器共同构成；

双层微带线介质基板6上实现三阶梳状线微带线滤波器，其中的第二覆铜区域72、第六覆铜区域76与第一变容二极管61可以等效为一阶LC谐振电路(L即为电感，C即为电容)；同理，第二覆铜区域72、第七覆铜区域77与第二变容二极管62同样可以等效为一阶LC谐振电路，第四覆铜区域74、第八覆铜区域78与第三变容二极管63同样可以等效为一阶LC谐振电路；这三路谐振电路依靠中间的间隔(间隔可以等效为电容)耦合，组成三阶LC谐振电路；同理，第一覆铜区域 71和第二覆铜区域72之间的间隔，以及第四覆铜区域74和第五覆铜区域75之间的间隔，都可以等效为电容耦合，分别实现三阶LC谐振电路与第一覆铜区域71、第五覆铜区域75的之间的信号传输，而第一覆铜区域71、第五覆铜区域75分别连接到SMA射频插座4，作为该腔体滤波器的信号输入和输出端口，实现信号的传输；其中变容二极管需要通过穿芯电容供给直流电压，通过改变直流电压实现变容二极管的反向结电容的变化，本实用新型中变容二极管的容值从0.5pF到10pF 可变，pF是电路领域中电容的单位，中文“皮法”，从而实现容值的变化，达到“变容”的目的，最终实现LC谐振电路的谐振频率可以在一段范围内可变，最终使得本实用新型滤波器电调谐的频率范围达到一个倍频程带宽，在改进后可能达到多个倍频程；

腔体作为本实用新型滤波器的另一个重要组成部分，由腔体上盖和腔体底座组成，通过螺丝锁紧固定，中空的金属凹槽属于密闭的金属空间，实现空腔谐振，本实用新型中金属腔体的尺寸为：66mm*30mm*10mm。

将微带线基板置于腔体之中这样的新结构，可以在保留传统梳状滤波器的性能基础上，显著提高微带线滤波器的品质因数。

实测结果对比如下：

图5所示的腔体滤波器(本实用新型)和传统梳状线滤波器的结果对比；腔体滤波器的3dB带宽大约40MHz，而传统的梳状线滤波器的3dB带宽将近400MHz；腔体滤波器在1GHz和1.5GHz的衰减分别达到了60dB和60dB；而传统滤波器在 0.5GHz和1GHz的衰减分别只有3dB(1GHz频点还在传统滤波器的带内，无法有效抑制)和25dB；相比之下，腔体滤波器选频特性优势较为明显；

图6所示的本实用新型滤波器电调谐的结果，通过给变容二极管供给直流电压，使其反向结电容的容值在0.25pF～8pF之间变化，从图中可以看出调谐的中心频率范围从650MHz到1800MHz，几乎达到两个倍频程，而且该滤波器的3dB带宽保持在40MHz；同时实现中心频率电调谐和良好的选频特性；在整个调谐频段范围内，实际测试腔体滤波器带内插入损耗在1.5dB-2.5dB之间，带内插入损耗与传统梳状线滤波器差不多；本实用新型通过电调谐来实现宽带应用，使其应用范围可以达到传统梳状线滤波器的带宽范围，同时比传统梳状线滤波器有更好的带外抑制性能。

本实用新型在传统的梳状线滤波器基础上结合金属腔体设计，提升品质因数，增强选频特性，同时采用变容二极管设计的策略，实现中心频率可调。中心频率的调节需要增加外部直流电源提供直流电压实现，外部直流电压经过穿芯电容滤波后，给介质基板上的变容二极管馈电,通过外部直流电压的变化实现变容二极管的容值的变化,从而实现中心频率的调谐。本实用新型较之现有梳状线带通滤波器，显著提升了滤波器的选频特性，而且还实现了100％相对带宽的中心频率调谐。

Claims (10)

1.一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，该滤波器包括：

金属矩形腔：包括通过四角的固定腔体螺钉固定连接形成谐振空腔的腔体上盖和腔体底座，所述的腔体底座上设有用以实现空腔谐振的腔体凹槽：

微带线板：通过固定腔体螺钉固定在金属矩形腔内部，并且与腔体凹槽相对设置，通过可变容值的三阶LC谐振结构实现中心频率的调节。

2.根据权利要求1所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的微带线板包括介质基板以及分别设置在介质基板上表面的基板顶层和下表面的基板底层。

3.根据权利要求2所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的基板顶层上设有3个变容二极管、3个穿芯电容和8个覆铜区域，其中，第一覆铜区域和第五覆铜区域分别设置在基板顶层的左右两侧，且分别与SMA射频插座焊接，剩余的六个覆铜区域、3个变容二极管以及3个穿芯电容构成三阶LC谐振结构设置在第一覆铜区域和第五覆铜区域之间。

4.根据权利要求3所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，第一变容二极管设置在第二覆铜区域和第六覆铜区域之间，所述的第六覆铜区域通过第一穿芯电容与可变直流电压源连接等效构成第一一阶LC谐振电路，第二变容二极管设置在第三覆铜区域和第七覆铜区域之间，所述的第七覆铜区域通过第二穿芯电容与可变直流电压源连接等效构成第二一阶LC谐振电路，第三变容二极管设置在第四覆铜区域和第八覆铜区域之间，所述的第八覆铜区域通过第三穿芯电容与可变直流电压源连接等效构成第三一阶LC谐振电路，所述的第一一阶LC谐振电路、第二一阶LC谐振电路和第三一阶LC谐振电路通过间隔电容耦合形成三阶LC谐振结构。

5.根据权利要求3所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的变容二极管的容值调节范围为0.5-10pF。

6.根据权利要求2所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的基板底层上设有用以与腔体底座接触作为参考地，且设置在上下两侧的第九覆铜区域和第十覆铜区域。

7.根据权利要求2所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的介质基板为聚四氟乙烯环氧树脂基板，厚度为0.8mm。

8.根据权利要求1所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的金属矩形腔的尺寸为66mm*30mm*10mm。

9.根据权利要求3所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，所述的腔体上盖上设有3个安装穿芯电容的安装孔，所述的腔体底座上设有用以安装SMA射频插座的SMA射频接口。

10.根据权利要求1所述的一种可电调谐的腔体梳状线带通滤波器，其特征在于，本可调微带带通滤波器结构呈左右镜像对称。