一种新型小型化窄带腔体滤波器的制作方法

本发明属于腔体滤波器技术领域，具体提供一种新型小型化窄带腔体滤波器。

背景技术：

随着现代微波技术的发展，即要求滤波器等微波无源器件体积更小，又要求其性能更佳；因此在小型化的基础上，还要求提高滤波器的性能。如今，无线电通信频率资源日益紧张，分配到各类通信系统的频率间隔必然越来越窄，这就要求滤波器具有高带外抑制以提高其频率选择能力；通带内低插损，以减少有用信号的传输损耗，提高灵敏度；同时保持一个宽的阻带抑制杂散信号。因此设计小尺寸高性能的滤波器成为研究的重点。

目前，常见滤波器有两种基本的结构，一种是交指结构，另一种为梳状结构；交指结构滤波器结构紧凑，容易加工，体积小，可靠性和一致性好，被广泛应用在微波系统中；而梳状结构相比与交指结构，保证性能一致的前提下，结构要更为紧凑，体积更小，但是在加工上，超出了加工精度范围，难以实现。因此，为了满足滤波器小型化设计，同时保证其高性能，基于梳状结构，本发明提供一种新型结构的新型小型化窄带腔体滤波器，使其能够实现工业化生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有梳状结构滤波器难以实现加工的缺陷，提供一种新型小型化窄带腔体滤波器；该滤波器基于梳状结构，通过在盖板一侧设置金属小方块，在保证高性能的前提下，实现腔体滤波器的小型化设计，同时，其加工精度能够实现工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型小型化窄带腔体滤波器，所述腔体滤波器为由谐振腔、调节螺钉、谐振柱、输入输出结构以及两侧盖板共同构成的梳状结构滤波器；其特征在于，任意一侧盖板上设置有若干个凸出的尺寸相同的矩形金属柱，所述矩形金属柱呈左右对称分布，使得盖板安装后，左右两端的谐振柱之间分别设有一个所述矩形金属柱，每个矩形金属柱与其两侧谐振柱等间距设置、且高度位于谐振柱中间位置。

进一步的，所述矩形金属柱的尺寸由谐振柱之间的耦合度确定。

进一步的，所述谐振腔、谐振柱及调谐螺钉组成基本谐振单元，通过调谐螺钉调节所述腔体滤波器的谐振工作频率。

从工作原理上讲：本发明提供一种新型小型化窄带腔体滤波器，基于梳状结构，该结构滤波器中，由左右两端(即靠近输入输出结构)向中心，各个腔体的耦合度逐渐减小，而耦合度(耦合电容)要求越高，则要求构成该腔体的两个谐振柱之间间距越小；当两个谐振柱之间间距小到超过加工精度，则无法实现工业化生产。基于此，本发明中利用加载电容的原理，通过在两个谐振柱之间设置矩形金属柱，矩形金属柱与谐振柱之间产生加载电容，从而增大两个谐振柱之间的耦合电容，进而使两端谐振柱之间间距适当增大(满足加工精度)的同时满足耦合度要求。另外，上述工作原理也说明了本发明中矩形金属柱设置于左右两端的谐振柱之间的原因，当中心向两端的腔体耦合度要求使得构成该腔体的两个谐振柱之间间距已经能够加工，则无需设置矩形金属柱，更大程度的实现小型化；因而，本发明中矩形金属柱的数量应根据腔体滤波器的具体参数确定，针对不同参数要求也存在所有谐振柱之间均设置矩形金属柱的情况，但其工作原理并不违背本发明。

更需要强调的是，本发明中，即使通过设置矩形金属柱适当增大两端谐振柱之间间距，所述柱状结构腔体滤波器的体积同样小于现有交指状结构腔体滤波器，即实现了工业化生产的同时、保证了腔体滤波器小型化设计。

本发明中，腔体滤波器的谐振柱与谐振腔的尺寸、以及调谐螺钉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；当确定好谐振柱之间的耦合度参数后，矩形金属柱的尺寸根据耦合度参数仿真确定。

综上，本发明的有益效果在于：本发明旨在实现窄带带通腔体滤波器体积小型化及工业化生产；在梳状结构的基础上，通过在一侧盖板设置矩形金属柱，在保证腔体滤波器高性能(带外高抑制)的前提下，实现腔体滤波器的体积小型化，同时满足工业化加工精度，利于实现工业化生产。

附图说明

图1为实施例中腔体滤波器整体结构仿真模型；其中，1腔体、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。

图2为实施例中腔体滤波器的输入输出耦合结构仿真模型。

图3为实施例中设置有矩形金属柱双腔耦合结构仿真模型。

图4为实施例中腔体滤波器的双腔耦合仿真模型。

图5为实施例中腔体滤波器仿真结果图。

图6为实施例中腔体滤波器的实物测试结果图。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例详述本发明的技术方案。

本实施例提供一种新型小型化窄带腔体滤波器，其结构如图1所示，所述腔体滤波器为由谐振腔1、调节螺钉2、谐振柱3、输入输出结构4以及两侧盖板共同构成的梳状结构滤波器；其特征在于，任意一侧盖板上设置有四个凸出的尺寸相同的矩形金属柱5，所述矩形金属柱呈左右对称分布，使得盖板安装后，左右两端的谐振柱之间(即左右两端的第一腔体和第二腔体)分别设有一个所述矩形金属柱，每个矩形金属柱与其两侧谐振柱等间距设置、且高度位于谐振柱中间位置。本实施例中腔体滤波器工作在7.2ghz—7.45ghz，其具体设计仿真过程如下：

步骤1：首先设计腔体滤波器的单个谐振单元、腔体大小、谐振柱的尺寸、调谐螺钉的长度，将共同确定腔体滤波器的工作频率；调整以上参数，实现预设谐振频率；

步骤2：如图2所示为腔体滤波器的输入输出结构仿真模型，图中只包括第一级谐振单元，以及与绝缘子模型的连接，省略了后端的sma结构，调节第一级谐振柱的高度，以及相连接的位置，减少回波损耗，使得腔体的输入输出良好匹配到50欧姆；本实施例中，谐振柱长x为2.5mm，宽y为2.5mm，高h为8.74mm；调谐螺钉半径为1mm，长度为2mm；

步骤3：如图3所示为设置有矩形金属柱双腔耦合结构仿真模型，根据工作频率带宽，将步骤1中的谐振腔进行耦合设计；调整谐振柱之间的间距，确定矩形金属柱尺寸；本实施例中，矩形金属柱位置高度为4.37mm，矩形金属柱的长c为1.96mm，宽a为1.13mm，高b为1.13mm；

步骤4：将以上所得的参数模型进行总体仿真，设计的滤波器的阶数为9阶模型；矩形金属柱的位置在腔体的前(左)两腔和后(右)两腔，进行仿真，得到仿真结果如图5所示；

步骤5：将仿真好的带通滤波器进行机械加工；腔体的机械加工加工精度为±0.1mm的精度；选择铝作为滤波器的腔体材料，且采用表面镀银的工艺；首先，根据确定的滤波器整体尺寸大小来加工盖板，在盖板的四周围上m2沉头孔，用于安装固定螺钉；将谐振柱按照仿真出来的尺寸和间距进行整体加工，在谐振柱上方对应腔体开m2螺纹孔，用于加入m2的调谐螺钉；输入输出端加入过孔，保证50欧姆匹配，插入玻璃绝缘子，涂抹导电银浆，放入烘箱烘烤一段时间，使得sma和腔体良好连接；盖上盖板，确保盖板固定好；

步骤6：对装配好的腔体滤波器利用调谐螺钉进行反复调节，使其达到最终理想的指标；利用矢量网络分析仪，得到最终的测试结果如图6所示；从测试曲线中我们可以看出所得到的滤波器的最终的中心频率为7.325ghz，带宽为0.25ghz，插损小于2.15db，略微偏大，这可能是由于机械加工中加工出现的问题，带内平坦度好，回拨损耗小于15db；总体来说，通过采用在盖板的一侧增加矩形金属柱，既保证了带外高抑制，又能有效的减小滤波器的体积。

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。