一种高抑制小型化腔体滤波器的制作方法

文档序号:11105197
一种高抑制小型化腔体滤波器的制造方法与工艺

本发明属于微波器件设计领域,涉及应用于雷达、卫星通讯等信号传输时频率选择的腔体滤波器,具体涉及一种寄生通带处有较高抑制的小型化腔体滤波器。



背景技术:

腔体滤波器主要应用于微波、毫米波通信、微波导航、制导、遥测遥控、卫星通信以及军事电子对抗等多种领域,一般是作为频率选择器件,在信号接收或者发射过程中完成选择频率的功能。随着通信技术的快速发展,我们希望通信设备能够更加的小型化,宽带化同时具有更加优秀的性能;对于频率选择器件滤波器而言,高阻带抑制、低通带插损、宽频带、高功率、寄生通带远和带内平坦群时延,同时具有较小尺寸成为用户主要的技术指标要求。

由于具有较高的无载Q值,腔体滤波器具有低插损,高抑制的特点。但是传统腔体滤波器整体尺寸偏大,很大程度影响高频信号接收发射系统的体积与重量;另外由于腔体高次模式的影响,在高频处将会出现寄生通带,极大的影响腔体滤波器在高频处的抑制特性。虽然可以采取后续处理来改善高频处的抑制特性,但是会很大程度增加腔体滤波器体积;在对滤波器体积要求严格的场合就不适用了。基于此,本发明提供一种高抑制小型化腔体滤波器。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种高抑制小型化腔体滤波器,该腔体滤波器能够实现高频处寄生通带处具有较高抑制,同时能够大大减小腔体滤波器尺寸。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

一种高抑制小型化腔体滤波器,所述腔体滤波器为一个带通交指滤波器,由谐振腔、调节螺钉、谐振柱、输入输出结构以及盖板共同构成;其特征在于,所述带通交指滤波器的两侧盖板上对称设置有若干个凸出的尺寸相同的矩形金属块,使得盖板安装后,每根谐振柱的两侧均对称分布两个矩形金属块,且矩形金属块的顶端与谐振柱开路端的顶端位于同一平面上;同时,所述矩形金属块与谐振柱之间保持间距,使得矩形金属块与谐振柱产生加载电容。

本发明中,谐振腔、谐振柱、调节螺钉以及异形盖板上凸出的矩形金属块共同形成基本的谐振单元,可以通过调节螺钉来控制具体谐振工作频率,此时,谐振柱与谐振腔尺寸、调节螺钉与谐振柱之间的距离以及异形盖板上凸出的金属矩形块与谐振柱之间的距离,将共同决定单个谐振单元的谐振频率;

本发明的有益效果在于:

1、本发明旨在克服腔体滤波器在高频处寄生通带引起的高频抑制恶化的问题,本发明通过在两侧盖板上对称设置矩形金属块的方式,从而提高谐振腔与谐振柱之间电容,实现电容加载的目的;进而提高腔体滤波器在高次模时的谐振频率,达到抑制高频处寄生通带的目的。

2、根据电容加载的原理,在相同频率下,本发明腔体滤波器的谐振柱会比传统结构的谐振柱短很多,从而能够减小谐振腔体积,即大大减小腔体滤波器的体积。

3、本发明中盖板上设置的矩形金属块同时能够减弱两谐振单元金属谐振柱之间的耦合,保证耦合强度不变的前提下,则需减小谐振柱之间的耦合间距,从而使得腔体滤波器的结构更加紧凑,进一步减小腔体滤波器整体尺寸。

附图说明

图1为本发明腔体滤波器实物内部结构图;

图2为本发明腔体滤波器结构仿真模型;

图3为本发明腔体滤波器的输入输出耦合结构仿真模型;

图4为本发明腔体滤波器实际测试图;

其中,1为谐振腔,2为调谐螺钉,3为金属谐振柱,4为输入输出结构,5为矩形金属块,6为盖板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本实施例提供一种高抑制小型化腔体滤波器,其内部结构如图1所示,包括:谐振腔1、调谐螺钉2、金属谐振柱3、输入输出结构4及盖板6,共同构成一个带通交指滤波器;所述腔体滤波器的谐振腔1内布有交指状分布的谐振柱3;带通交指滤波器的两侧盖板上对称设置有若干个凸出的尺寸相同的矩形金属块5,使得盖板安装后,每根谐振柱的两侧均对称分布两个矩形金属块,且矩形金属块的顶端与谐振柱开路端的顶端位于同一平面上;同时,所述矩形金属块与谐振柱之间保持间距,使得矩形金属块与谐振柱产生加载电容。本实施例以工作在4-6.2GHz的腔体滤波器为例,进行进一步说明:

步骤1:首先要设计腔体滤波器单个谐振单元,腔体、谐振柱长度、调节螺钉长度以及异形盖板上的矩形金属块的尺寸,将共同决定腔体滤波器的工作频率;首先调整以上参数,实现需要的谐振频率(取中心频率为谐振频率),并保证此时腔体的高次模是频率大于15Ghz,仿真时发现,由于在腔体滤波器的盖板上加矩形金属块,增大了谐振腔的加载电容,根据电容加载的原理,在相同频率下,新型的腔体滤波器的谐振柱会比传统结构的谐振柱短很多,谐振腔体积减小,从而大大缩小了腔体滤波器的体积;

步骤2:根据工作频率带宽,将步骤1中所得到的谐振腔进行耦合设计,调整间距得到恰当的耦合系数,保证带通滤波器最终能够在合适的带宽内工作;腔体滤波器的谐振单元之间的耦合系数,将决定最终滤波器的工作带宽;异形盖板凸出的矩形金属块大小与谐振柱的耦合间距将共同决定耦合系数,先通过单元谐振频率确定矩形金属块尺寸,在此基础上,再确定合适的耦合间距,实现合适的耦合系数,使设计的腔体滤波器工作通带满足要求;仿真时发现,与传统的结构相比,由于盖板上的矩形金属块使得谐振柱变短,两金属谐振柱之间的耦合减弱,所以为达到需要的耦合系数,新型腔体滤波器的谐振柱之间的距离要减小一些,这也使得滤波器的结构更加紧凑,体积进一步缩小;

步骤3:将步骤1所得到的谐振腔进行阻抗匹配,如图3所示为腔体滤波器的输入输出耦合结构仿真模型,图中只包括了第一级谐振单元,以及与绝缘子模型的连接,省略了后端SMA的结构;此时仍需要考虑到异形盖板上凸出的矩形金属块的影响,调节第一级谐振单元形状,以及相连接的位置,减少回波损耗,使腔体滤波器输入输出良好匹配到50欧姆;

步骤4:将以上步骤中得到的所有参数组合成为腔体滤波器整体仿真模型,如图2所示,仿真得到的矩形方块统一生长在盖板上,其中矩形金属块所在位置是与谐振柱开路端顶端在同一平面上,并且两者之间有一定的距离的;对以上提到参数进行微调,最终设计出具有抑制高频寄生通带与小型化的新型腔体滤波器;

步骤5:对步骤1-4设计的腔体带通滤波器进行加工,腔体的机械加工保证在±0.1mm的精度,材料选择铝,采用表面镀银的工艺;加工盖板时,在普通盖板加上凸出的金属块构成了所需要的异形盖板,盖板上凸出的矩形金属块根据设计尺寸确定,四周围M2沉头孔,用于安装固定螺钉;将谐振柱按照需要的尺寸与间距进行整体加工,在谐振柱上方对应腔体开M2螺纹孔,用于加入M2的调节螺钉;前后端加入过孔,保证50欧姆匹配,插入玻璃绝缘子,涂抹导电银浆,放入烘箱中烘烤,与SMA和腔体良好连接;盖上异形盖板,固定好盖板;

步骤6:对装配好的腔体滤波器利用调节螺钉进行调节至性能较好,进行仿真测试。

本实施例中,上述腔体滤波器经过仿真优化后主要参数为:输入输出SMA高度为6mm;谐振柱的大小为1.5mm*1.5mm*10.4mm;从第一根谐振柱开始谐振柱之间的间距分别是2.9mm、3.4mm、3.65mm、3.73mm、3.75mm、3.76mm、3.78mm、2.9mm、3.4mm、3.65mm、3.73mm、3.75mm、3.76mm;矩形金属块的尺寸为1.6mm*2mm*1.5mm;矩形金属块到谐振柱的距离为0.4mm。

如图4所示是本实施例提供的腔体滤波器利用矢量网络分析仪所得的实测曲线图,从测试曲线中可以看出所得到的滤波器最终的中心频率为5.1GHz,带宽为2.2GHz,插损小于0.75dB,带内平坦度好,带内驻波比在1.2以下,回波损耗均小于-20dB并且二次谐波寄生通带处抑制大于70dB;远端寄生通带出现在三倍中心频率15GHz以后,而常规腔体滤波器的寄生通带一般出现在二倍中心频率处;考虑到加工误差等原因,实测结果与仿真结果基本吻合。滤波器实际大小为9cm*2cm*0.5cm。可见采用在盖板上加矩形金属块的方法可实现加载电容,从而使得腔体滤波器的寄生通带更远,达到带外高抑制并且能有效减小滤波器的体积。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,本说明书中所公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以任何方式组合。

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