一种波导型可调带通滤波器的制作方法

1.本技术涉及射频微波技术领域，尤其涉及一种中心频率可调谐的波导型可调带通滤波器。


背景技术：

2.钇铁石榴石（yig）磁调滤波器，简称ytf，是在一定频率范围内可进行中心频率调谐的滤波器。在宽带微波无线通信领域，对于宽带可调谐器件的需求越来越广泛，而yig磁调滤波器作为可调谐滤波器在系统射频电路前端非常重要，可以替代开关滤波器组减小系统体积，实现无线通信系统的小型化。yig磁调滤波器通过调节磁场大小，改变滤波器的中心频率，抑制干扰信号，通过有用信号，除了具备几个倍频程的宽频带内实现快速调谐的优点外，还具有调谐线性度高，带外抑制高等优点。无论是在民用还是军用领域，都具有较大的应用前景。
3.yig磁调滤波器主要是基于钇铁石榴石材料的铁磁共振特性。目前常用的yig磁调滤波器，其谐振子一般采用yig小球，利用耦合环结构，通过多个yig小球级联实现。但为了实现性能良好的滤波器，yig小球需要经过复杂抛光工艺，才能得到尺寸精确，偏心率极低和具有光学精度的小球；同时还需要对多个yig小球进行精确定位，全部达到易轴平行，才能实现同步调谐，这就需要复杂的调谐装置，对小球进行微调。因此，以yig小球为谐振子的滤波不易实现产品的批量化生产。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术的不足，本技术提供一种波导型可调带通滤波器，采用在钆镓石榴石（ggg）基片上形成yig薄膜并配合金属隔板构成耦合结构，置于中心对称的阶梯状波导结构中，实现一定频段范围中心频率可调，同时具有结构简单和易装配的特点。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术：一种波导型可调带通滤波器，包括：谐振腔，包括中心对称的两个阶梯状波导结构，从外端向中间，阶梯状波导结构的阶梯高度逐级降低，两个阶梯状波导结构的最低阶梯对应设置并连通；耦合结构，容纳于谐振腔内，包括设于谐振腔中心的金属隔板以及分别位于金属隔板顶面以上及底面以下预定距离的一对yig基片，金属隔板中部设有通孔，yig基片对应于通孔设置，yig基片包括ggg基片以及设于ggg基片一面的yig薄膜，yig薄膜朝向金属隔板设置；外置磁场，其两个磁极设置于谐振腔两侧，并与yig薄膜平行。
6.其中一个阶梯状波导结构的外端为射频输入端，另一个阶梯状波导结构的外端为射频输出端。
7.进一步，阶梯状波导结构的各个高度阶梯对应的谐振腔长度相等，为四分之一波长。
8.进一步，阶梯状波导结构包括4个高度不同的阶梯。
9.进一步，金属隔板位于两个阶梯状波导结构的最低阶梯中间，一对yig基片分别容纳于两个阶梯状波导结构的最低阶梯内。
10.进一步，yig基片的投影为方形，通孔为方形，且yig基片的投影位于通孔内。
11.进一步，谐振腔的外壳为金属铝制成。
12.进一步，yig薄膜通过液相外延技术形成于ggg基片一面。
13.本发明有益效果在于：1、采用在ggg基片上形成yig薄膜并配合金属隔板构成耦合结构，置于中心对称的阶梯状波导结构中，配合具有通孔的金属隔板构成耦合结构，实现一定频段范围中心频率可调，同时具有结构简单和易装配的特点；2、谐振腔为阶梯状波导结构，并以整个腔体为中心对称，成了波导阶梯阻抗变换器，滤波器可以获得更好的阻抗匹配，使滤波器的可调谐范围变宽；3、通过调整yig薄膜之间距离可以改变滤波器的耦合系数，从而调整滤波器的工作带宽和回波损耗；4、利用了yig薄膜基片替代yig小球作为滤波器的谐振子，由于yig薄膜只具有单一晶向，所以在组装时不需要重新调节晶向，省去了复杂的腔体结构，同时提高了组装效率；并且，yig小球制备过程中需要进行精密抛光以及尺寸的控制，而yig薄膜制备工艺相对简单，提升了生产速率；并且，yig小球一般需要利用环耦合的方式来实现滤波器，由于耦合环结构要求复杂，尺寸小但要求精确，所以机加装配难度都很高；但本发明提出的结构是利用ggg基片上形成yig薄膜以构成yig基片的结构形式，装配简单，更容易实现。
附图说明
14.图1是本技术实施例的波导型可调带通滤波器侧视透视图。
15.图2是本技术实施例的波导型可调带通滤波器立体透视图。
16.图3是本技术实施例的波导型可调带通滤波器谐振腔立体图。
17.图4是本技术实施例的波导型可调带通滤波器立体剖视图。
18.图5是本技术实施例的波导型可调带通滤波器三维电磁仿真结果。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明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。
20.本技术实施例提供一种波导型可调带通滤波器，如图1~图4所示，包括滤波器主体及外置磁场8。滤波器主体包括谐振腔3以及容纳于谐振腔3内的耦合结构。
21.谐振腔3的外壳为金属铝制成，为阶梯状波导结构，以整个腔体为中心对称结构。具体的，谐振腔3包括中心对称的两个阶梯状波导结构31，从外端向中间，阶梯状波导结构31的阶梯高度逐级降低，即中间部分最低，由中间向两端的谐振腔3高度逐级增加。两个阶梯状波导结构31的最低阶梯对应设置并连通。阶梯状波导结构31的各个高度阶梯对应的谐振腔长度相等，为四分之一波长。谐振腔3的高度不同构成了波导阶梯阻抗变换器，滤波器
可以获得更好的阻抗匹配，进一步使滤波器的可调谐范围变宽。
22.在本实例中，阶梯状波导结构31包括4个高度不同的阶梯。一个阶梯状波导结构31的外端为射频输入端1，另一个阶梯状波导结构31的外端为射频输出端2。
23.耦合结构包括设于谐振腔3中心的金属隔板4以及分别位于金属隔板4顶面以上及底面以下预定距离的一对yig基片5。金属隔板4位于两个阶梯状波导结构31的最低阶梯中间，即位于谐振腔3的中心位置。一对yig基片5也位于谐振腔3中间，并分别容纳于两个阶梯状波导结构31的最低阶梯内。一对yig基片5对称布置于金属隔板4两侧，并位于同一轴线上。
24.yig基片5之间的距离设置可以改变滤波器的耦合系数，yig基片5之间的距离越近，耦合系数变大，滤波器的带宽越宽，距离越远，带宽越窄，同时还会影响滤波器的回波损耗，实际应用时，需要结合滤波器工作带宽和回波损耗的需求选取合适的yig基片5间距。
25.金属隔板4中部设有通孔41，yig基片5对应于通孔41设置，yig基片5包括ggg基片7以及设于ggg基片7一面的yig薄膜6，具体的，yig薄膜6通过液相外延技术形成于ggg基片7一面。yig薄膜6朝向金属隔板4设置。具体的，yig基片5为方形，通孔41为方形，yig基片5的投影位于通孔41内。
26.外置磁场8的两个磁极设置于谐振腔3两侧，并与yig薄膜6平行。
27.在外置磁场8的作用下，当输入射频信号频率与yig薄膜6的铁磁共振频率相等时，射频输入端1的将射频信号耦合到与上放的ggg基片7相连的yig薄膜6上，再通过两个yig薄膜6之间的耦合将射频信号耦合到射频输出端2的微带线，最终实现信号的输出。随着外置磁场8大小的变化，yig薄膜6铁磁共振频率发生变化，从而实现了滤波器的可调谐特性；另外，谐振腔3内的金属隔板4可以防止输入微波能量泄露到输出端，提高了滤波器的隔离度。
28.如图5所示，为本实施例的波导型可调带通滤波器的三维电磁仿真结果：当外置磁场8大小为4100oe时，对应的滤波器中心频率为12ghz, 3db带宽为60mhz左右，插入损耗为1db左右；当外置磁场8大小范围设置为2000oe到6000oe，滤波器可实现从6ghz-16ghz频段内可调谐，3db工作带宽为50mhz左右。
29.本实例的波导型可调带通滤波器，采用yig薄膜替代yig小球作为滤波器的谐振子，利用波导阶梯阻抗变换器替代了复杂的耦合电路结构，实现了滤波器在一定宽频带范围内可调，不仅使得滤波器在组装调测过程中效率更高，也简化了加工工艺，降低了加工成本，更有利于实现对yig调谐滤波器的批量化生产。
30.以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。