一种微同轴频变耦合滤波器的制作方法

本发明涉及一种微同轴频变耦合滤波器，属于地面和卫星通信。

背景技术：

1、随着卫星有效载荷在数据速率、带宽、集成度和在轨可靠性等方面的需求日益迫切，毫米波和亚毫米波系统的应用前景广阔。然而，在毫米波频率下工作也面临着挑战，特别是在毫米波无线电前端对技术性能、集成度和成本的要求。滤波器是毫米波前端用于信号传输和选择的重要关键设备，它能对电磁信号进行选择通过，对杂波信号进行有效的抑制，进而保证整个通信系统高效稳定的工作,所以对于高性能的滤波器设计是十分必要的。

2、在毫米波频段，基于传统工艺(包括印制电路板和数控机加工)设计加工的毫米波段带通滤波器难以实现高性能和小型化，这阻碍了毫米波波段系统小型化和集成化的设计。随着加工工艺的不断发展，微增材制造方法使用逐层堆叠的金属来实现整个设备的设计。通过考虑电磁设计阶段的工艺特性，该技术设计的滤波器和双工器具有低损耗、高集成度和体积和重量大大减小的优异特性。

3、目前申报的微同轴专利，如专利cn115411476a(一种小型化全金属结构的微同轴微波滤波器芯片)采用了二分之一波长谐振器结构，通过非邻接的谐振器之间的寄生耦合引入传输零点，不能控制零点位置和大小，尤其是引入低端传输零点比较困难；在专利cn114552153a(基于矩形微同轴结构的w波段带通滤波器)中采用了四分之一波长谐振结构，该专利为切比雪夫滤波器形式，没有引入传输零点。

技术实现思路

1、本发明解决技术的问题是：由于微同轴工艺金属层数限制，滤波器的交叉耦合实现比较困难，为了引入带外传输零点，提高频率选择性，本发明设计了一种微同轴频变耦合滤波器，在保持滤波器线性结构的情况下，引入带外传输零点，增加带外抑制，或者拓展带宽降低滤波器插入损耗，提高滤波器传输特性。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种微同轴频变耦合滤波器，包括内导体、外导体、介质支撑和射频接口；

4、n阶微同轴频变耦合滤波器的内导体包含n个l形状的谐振器、n-个主耦合、两个输入输出射频接口；

5、谐振器的一端与外导体连接，谐振器的这一端记为短路端，谐振器的另外一端通过介质支撑悬置外导体内部的空腔内；谐振器的该另外一端记为开路端；

6、所述主耦合至少具有一个频变耦合结构，该频变耦合结构包括电耦合和磁耦合；

7、所述磁耦合大小由连接相邻谐振器的耦合线距离短路端距离来控制；所述电耦合大小由相邻谐振器开路端之间的间隙距离来控制。

8、进一步的，通过调整电耦合和磁耦合大小得到主耦合系数的大小、极性和耦合系数的斜率，从而获得带外传输零点，在降低滤波器阶数的同时提高频率选择性和阻带特性。

9、进一步的，所述谐振器的长度为1/4波长。

10、进一步的，所述谐振器为阶梯阻抗谐振结构；所述谐振器的短路端宽度小于开路端宽度，谐振器的短路端为高阻抗，开路端为低阻抗。

11、进一步的，所述内导体位于微同轴五层工艺的第三层。

12、进一步的，所述介质支撑贯穿金属内导体，内嵌于外导体侧壁。

13、进一步的，所述介质支撑材料为光刻胶。

14、进一步的，所述外导体上设置有周期排布的长方体开孔，用于微同轴制备工艺流程中光刻胶的去除。

15、进一步的，所述射频接口分别与第一个谐振器和第n个谐振器连接，所述射频接口可以通过波导同轴换为波导口，或者gsg接口。

16、进一步的，该微同轴频变耦合滤波器基于微同轴五层工艺方法实现。

17、本发明与现有技术相比的有益效果是：

18、(1)本发明基于铜基微同轴工艺，采用1/4波长微同轴谐振器，引入频变耦合(电磁混合耦合)，使耦合大小随着频率显著变化，保持滤波器结构外形不变的情况下，产生更多传输零点，且在简单的主线耦合拓扑结构中也能提供更高的频率选择性(图1)，在滤波器综合设计中能发挥重要作用。

19、(2)本发明通过对微同轴滤波器的耦合采用频变耦合结构，引入带外传输零点，在不增加滤波器的阶数情况下，增加带外抑制提高频率选择性。

20、(3)本发明滤波器采用l形状1/4波长谐振器，呈现阶梯阻抗谐振结构，有效的减小滤波器的尺寸；通过相邻l形内导体开路端的距离和耦合线距离短路面高低来控制频变耦合的大小和极性，可以任意设置传输零点位置。

21、(4)本发明频变耦合通过增加传输零点能够实现以较低的阶数达到原本需要更多谐振器才能提供的频率选择性，其在小型化滤波器设计中也具有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：包括内导体(1)、外导体(2)、介质支撑(3)和射频接口(4)；

2.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：通过调整电耦合和磁耦合大小得到主耦合系数的大小、极性和耦合系数的斜率，从而获得带外传输零点，在降低滤波器阶数的同时提高频率选择性和阻带特性。

3.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述谐振器(11)的长度为1/4波长。

4.根据权利要求3所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述谐振器(11)为阶梯阻抗谐振结构；所述谐振器(11)的短路端宽度小于开路端宽度，谐振器(11)的短路端为高阻抗，开路端为低阻抗。

5.根据权利要求3或4所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述内导体(1)位于微同轴五层工艺的第三层。

6.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述介质支撑(3)贯穿金属内导体(1)，内嵌于外导体侧壁。

7.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述介质支撑(3)材料为光刻胶。

8.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述外导体(2)上设置有周期排布的长方体开孔(21)，用于微同轴制备工艺流程中光刻胶的去除。

9.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：所述射频接口(4)分别与第一个谐振器和第n个谐振器连接，所述射频接口可以通过波导同轴换为波导口，或者gsg接口。

10.根据权利要求1所述的一种微同轴频变耦合滤波器，其特征在于：该微同轴频变耦合滤波器基于微同轴五层工艺方法实现。

技术总结
本发明涉及一种微同轴频变耦合滤波器，基于微同轴五层工艺方法实现，主要包括金属内导体、金属外导体、介质支撑和射频接口。N阶微同轴频变耦合滤波器的内导体包含N个L形状的谐振器、N‑1个主耦合、两个输入输出射频接口；谐振器的短路端与外导体接，谐振器的开路端通过介质支撑悬置外导体内部的空腔内。主耦合至少具有一个频变耦合结构，包括电耦合和磁耦合；磁耦合大小由连接相邻谐振器的耦合线距离短路端距离来控制；电耦合大小由相邻谐振器开路端之间的间隙距离来控制。通过调整电耦合和磁耦合大小可以得到主耦合系数的大小、极性和耦合系数的斜率，从而获得带外传输零点，在降低滤波器阶数的同时提高频率选择性和阻带特性。

技术研发人员：李亚峰,李韵,李小军,张燚,李吉斌,封国宝
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15