一种基于石英材料的双模介质滤波器的制作方法

1.本发明属于通信微波技术领域，涉及一种基于石英材料的双模介质滤波器。


背景技术：

2.自上世纪80年代，通信电子技术的发展突飞猛进，越来越多的频率资源被占用，而微波滤波器在通信系统中扮演越来愈重要的地位。高性能的微波滤波器保证了通信信号的传输质量。人们也在不断的研制出各种新型的微波滤波器。微波滤波器在多种领域都有着广泛的应用和发展前景，如微波通信、民用通信、电子雷达、卫星制导、军事通信以及地理勘测等。
3.并且，随着微波毫米波技术的发展，微波滤波器在无线通信方面发挥的作用越发重要。现如今，无线通信所需要的频率资源日益紧张，集成度也越来越高，各类通信系统工作的频率间隔也越来越紧密。在这种情况下，一方面通信系统朝小型化发展，对小尺寸滤波器的需求愈发迫切；另一方面微波谐振腔的多模特性造成了滤波器邻近寄生通带的存在，从而使系统间的信号干扰越来越复杂，也是我们急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所解决的技术问题是：为解决微波滤波器小型化以及寄生通带干扰等问题，本发明提出一种基于石英材料的双模介质滤波器，利用te11模实现单腔双模，侧壁耦合介质单窗实现m23与m14的耦合，具有高q值、低插损、小型化和高隔离等优点。
5.本发明所采用的技术方案是：一种基于石英材料的双模介质滤波器，包括：第一谐振器和第二谐振器；通过te11简并实现单腔双模，通过两个谐振器实现四阶滤波器；第一谐振器和第二谐振器腔体侧壁上设置调谐螺钉、耦合螺钉，腔体内圆柱形谐振柱呈台阶状，底座卡入腔体内。
6.进一步的，所述第一谐振器和第二谐振器中的圆柱形谐振柱采用石英材料，介电常数为3.8
±
0.1，正切损耗角为0.0002，谐振器谐振频率处于x波段，单模工作带宽大于4ghz、q值大于10000。
7.进一步的，所述圆柱形谐振柱与腔体间采用锥形弹簧垫片进行加固。
8.进一步的，所述锥形弹簧垫片采用铍青铜。
9.进一步的，所述第一谐振器和第二谐振器的形状为圆柱形。
10.进一步的，所述滤波器通过两个谐振器实现四阶滤波器，包括：
11.m11为第一谐振器的第一个模式调谐机构、m22为第一谐振器的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m12；m33为第二谐振器的第一个模式调谐机构、m44为第二谐振器的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m34；输入输出耦合采用波导bj120实现m01、m4l。
12.进一步的，所述调谐螺钉采用m2，耦合螺钉采用m4。
13.进一步的，所述谐振器表面镀金。
14.进一步的，所述腔体侧壁的调谐螺钉和耦合螺钉旁边设置直径为0.5mm的透气孔，波导法兰处设有直径为1mm的透气孔。
15.进一步的，所述滤波器通带为11.78ghz～11.82ghz，通带内最大插损小于0.5db，回波损耗大于17db，体积为同指标金属滤波器的35％。
16.本发明与现有技术相比的有益效果是：
17.(1)本发明提出了的一种基于石英材料te112模的双模介质谐振器，可以实现高q值、单模工作带宽覆盖整个x频段，该谐振器具有单模工作带宽很宽，横跨整个x频段，q值高等特点。采用该介质谐振器提出一种新型的介质双模滤波器，利用te11模实现单腔双模，侧壁耦合介质单窗实现m23与m14的耦合。该介质谐振器的介电常数为3.8
±
0.1，正切损耗角为0.0002。设计圆柱形谐振器，该形状的谐振器谐振频率为11.82ghz、单模工作带宽大于4ghz、q值大于10000。设计的滤波器通带为11.78ghz～11.82ghz，通带内最大插损小于0.5db，回波损耗大于17db，体积为同指标金属滤波器的35％，具有高q值、低插损、小型化和高隔离等优点。
18.(2)本发明基于台阶状谐振柱和锥形弹簧垫片的设计，一方面避免了介质谐振柱粘黏腔体影响其介电性能和损耗，另一方面保证了介质谐振柱在高低温下的稳定性，具有良好的工程应用价值。基于石英材料的te112双模介质滤波器其体积为同指标金属滤波器的35％。在提高卫星有效载荷及减轻便携式通信重量方面有巨大的应用前景。
附图说明
19.图1是本发明的石英介质谐振器仿真图；
20.图2是本发明的基于石英材料双模介质滤波器仿真模型图。
21.图3是本发明的石英介质滤波器调谐调耦合螺钉结构改进示意图。
22.图4是两个谐振器之间的耦合方式及传输零点产生方式图。
23.图5是该介质滤波器的s参数测试曲线图。
具体实施方式
24.本发明利用基于石英材料的介质填充与双模工作模式相结合的方法在保证滤波器插入损耗和回波损耗的前体现大大减小了滤波器的体积，滤波器通带为11.78ghz～11.82ghz，两个传输零点，通带内最大插损小于0.5db，回波损耗大于17db，其体积为同指标金属滤波器的35％。具体涉及利用介电常数为3.8
±
0.1的石英介质实现介质填充谐振器，腔体内谐振柱3固定的实现方式，te112双模工作模式的实现，高q值宽工作带宽的实现，耦合结构的实现及调节机构的实现等。
25.本发明实现了采用介电常数为3.8的圆柱形石英介质谐振器，利用介质填充实现滤波器小型化和寄生通带的抑制。具体如下：
26.如图1、图2所示，该圆柱形谐振柱3采用石英材料，介电常数为3.8
±
0.1，正切损耗角为0.0002，设计的谐振器谐振频率处于x波段，单模工作带宽大于4ghz、q值大于10000。整个滤波器则通过te11简并实现单腔双模，通过两个谐振器实现四阶滤波器，其中m11为第一谐振器1的第一个模式调谐机构、m22为第一谐振器1的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m12；m33为第二谐振器2的第一个模式调谐机构、m44为第二谐振器2的第
二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m34；输入输出耦合采用标准波导bj120实现m01、m4l。调谐螺钉采用m2，耦合螺钉采用m4，滤波器表面镀金。腔体内的圆柱形谐振柱3设计呈台阶状，底座直接卡入腔体内，并采用锥形弹簧垫片对其进行加固。腔体侧壁调谐螺钉和调耦合螺钉旁边打直径为0.5mm的透气孔，波导法兰处设有直径为1mm的透气孔。采用此结构该种滤波器的尺寸采用了双模、石英谐振柱3的方式，大大减小了滤波器的体积，抑制了寄生通带。
27.所述圆柱形石英介质谐振器处于x波段，单模工作带宽大于4ghz、q值大于10000。
28.所述单腔双模通过te11简并实现，四阶滤波器通过两个谐振器实现。
29.所述m11为第一谐振器1的第一个模式调谐机构、m22为第一谐振器1的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m12；m33为第二谐振器2的第一个模式调谐机构、m44为第二谐振器2的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m34。
30.所述输入输出耦合采用标准波导bj120实现m01、m4l。
31.调谐螺钉采用m2，耦合螺钉采用m4。
32.所述滤波器表面镀金厚度为4u。
33.腔体内谐振柱3设计呈台阶状，底座直接卡入腔体内，并采用锥形弹簧垫片对其进行加固。
34.腔体侧壁调谐螺钉和调耦合螺钉旁边打直径为0.5mm的透气孔，波导法兰处设有直径为1mm的透气孔。
35.图3是本发明的石英介质滤波器调谐调耦合螺钉结构改进示意图。其中m11为第一谐振器1的第一个模式调谐机构、m22为第一谐振器1的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m12；m33为第二谐振器2的第一个模式调谐机构、m44为第二谐振器2的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m34；输入输出耦合采用标准波导实现m01、m4l。
36.图4是两个谐振器之间的耦合方式及传输零点产生方式。两个谐振器之间采用侧壁耦合介质窗实现耦合，该介质窗的长度l控制着m23的大小；介质窗的高度h控制着m14的大小，可以实现传输零点。
37.石英材料的介质谐振柱3的介电常数为3.8
±
0.1，正切损耗角为0.0002。
38.介质谐振柱3设计呈台阶状，底座直接卡入腔体内，后采用锥形弹簧垫片对其进行加固，弹簧垫片使用铍青铜。
39.实施例：
40.一种基于石英材料的双模介质滤波器，包括：
41.介质介电常数为3.82，正切损耗角为0.0002。
42.设计圆柱形谐振器3，该形状的谐振器谐振频率为11.7151ghz、单模工作带宽4.4ghz、q值为11559.5、te112双模。
43.调谐螺钉采用m2，耦合螺钉采用m4，谐振器为2个，实现四阶滤波器；m11为第一谐振器1的第一个模式调谐机构、m22为第一谐振器1的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m12；m33为第二谐振器2的第一个模式调谐机构、m44为第二谐振器2的第二个模式调谐机构、模式1和模式2采用135
°
螺钉实现m34；输入输出耦合采用标准波导bj120实现m01、m4l；两个谐振器之间采用侧壁耦合介质窗实现耦合，该介质窗的长度l控制着m23
的大小；介质窗的高度h控制着m14的大小，可以实现传输零点。
44.滤波器表面镀金厚度为4u；
45.镀金封装腔体，圆柱形谐振柱3设计呈台阶状，底座直接卡入腔体内，并采用锥形弹簧垫片对其进行加固，弹簧垫片使用铍青铜；为解决大功率条件下介质谐振柱3的释气问题，波导法兰处设有直径为1mm的透气孔。
46.所设计的滤波器通带为11.78ghz～11.82ghz，通带内最大插损小于0.5db，回波损耗大于17db，体积为同指标金属滤波器的35％，具有高q值、低插损、小型化和高隔离等优点。
47.如图5是该介质滤波器的s参数测试曲线图。金属和石英介质滤波器在同指标下的尺寸对比数据如下表1。
48.表1金属和石英介质滤波器在同指标下的尺寸对比表
[0049][0050]
本发明未详细说明的部分属于本领域技术人员公知技术。