一種高抑制小型化腔體濾波器的制作方法

本發明屬于微波器件設計領域，涉及應用于雷達、衛星通訊等信號傳輸時頻率選擇的腔體濾波器，具體涉及一種寄生通帶處有較高抑制的小型化腔體濾波器。

背景技術：

腔體濾波器主要應用于微波、毫米波通信、微波導航、制導、遙測遙控、衛星通信以及軍事電子對抗等多種領域，一般是作為頻率選擇器件，在信號接收或者發射過程中完成選擇頻率的功能。隨著通信技術的快速發展，我們希望通信設備能夠更加的小型化，寬帶化同時具有更加優秀的性能；對于頻率選擇器件濾波器而言，高阻帶抑制、低通帶插損、寬頻帶、高功率、寄生通帶遠和帶內平坦群時延，同時具有較小尺寸成為用戶主要的技術指標要求。

由于具有較高的無載Q值，腔體濾波器具有低插損，高抑制的特點。但是傳統腔體濾波器整體尺寸偏大，很大程度影響高頻信號接收發射系統的體積與重量；另外由于腔體高次模式的影響，在高頻處將會出現寄生通帶，極大的影響腔體濾波器在高頻處的抑制特性。雖然可以采取后續處理來改善高頻處的抑制特性，但是會很大程度增加腔體濾波器體積；在對濾波器體積要求嚴格的場合就不適用了。基于此，本發明提供一種高抑制小型化腔體濾波器。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種高抑制小型化腔體濾波器，該腔體濾波器能夠實現高頻處寄生通帶處具有較高抑制，同時能夠大大減小腔體濾波器尺寸。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種高抑制小型化腔體濾波器，所述腔體濾波器為一個帶通交指濾波器，由諧振腔、調節螺釘、諧振柱、輸入輸出結構以及蓋板共同構成；其特征在于，所述帶通交指濾波器的兩側蓋板上對稱設置有若干個凸出的尺寸相同的矩形金屬塊，使得蓋板安裝后，每根諧振柱的兩側均對稱分布兩個矩形金屬塊，且矩形金屬塊的頂端與諧振柱開路端的頂端位于同一平面上；同時，所述矩形金屬塊與諧振柱之間保持間距，使得矩形金屬塊與諧振柱產生加載電容。

本發明中，諧振腔、諧振柱、調節螺釘以及異形蓋板上凸出的矩形金屬塊共同形成基本的諧振單元，可以通過調節螺釘來控制具體諧振工作頻率，此時，諧振柱與諧振腔尺寸、調節螺釘與諧振柱之間的距離以及異形蓋板上凸出的金屬矩形塊與諧振柱之間的距離，將共同決定單個諧振單元的諧振頻率；

本發明的有益效果在于：

1、本發明旨在克服腔體濾波器在高頻處寄生通帶引起的高頻抑制惡化的問題，本發明通過在兩側蓋板上對稱設置矩形金屬塊的方式，從而提高諧振腔與諧振柱之間電容，實現電容加載的目的；進而提高腔體濾波器在高次模時的諧振頻率，達到抑制高頻處寄生通帶的目的。

2、根據電容加載的原理，在相同頻率下，本發明腔體濾波器的諧振柱會比傳統結構的諧振柱短很多，從而能夠減小諧振腔體積，即大大減小腔體濾波器的體積。

3、本發明中蓋板上設置的矩形金屬塊同時能夠減弱兩諧振單元金屬諧振柱之間的耦合，保證耦合強度不變的前提下，則需減小諧振柱之間的耦合間距，從而使得腔體濾波器的結構更加緊湊，進一步減小腔體濾波器整體尺寸。

附圖說明

圖1為本發明腔體濾波器實物內部結構圖；

圖2為本發明腔體濾波器結構仿真模型；

圖3為本發明腔體濾波器的輸入輸出耦合結構仿真模型；

圖4為本發明腔體濾波器實際測試圖；

其中，1為諧振腔，2為調諧螺釘，3為金屬諧振柱，4為輸入輸出結構，5為矩形金屬塊，6為蓋板。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

本實施例提供一種高抑制小型化腔體濾波器，其內部結構如圖1所示，包括：諧振腔1、調諧螺釘2、金屬諧振柱3、輸入輸出結構4及蓋板6，共同構成一個帶通交指濾波器；所述腔體濾波器的諧振腔1內布有交指狀分布的諧振柱3；帶通交指濾波器的兩側蓋板上對稱設置有若干個凸出的尺寸相同的矩形金屬塊5，使得蓋板安裝后，每根諧振柱的兩側均對稱分布兩個矩形金屬塊，且矩形金屬塊的頂端與諧振柱開路端的頂端位于同一平面上；同時，所述矩形金屬塊與諧振柱之間保持間距，使得矩形金屬塊與諧振柱產生加載電容。本實施例以工作在4-6.2GHz的腔體濾波器為例，進行進一步說明：

步驟1：首先要設計腔體濾波器單個諧振單元，腔體、諧振柱長度、調節螺釘長度以及異形蓋板上的矩形金屬塊的尺寸，將共同決定腔體濾波器的工作頻率；首先調整以上參數，實現需要的諧振頻率(取中心頻率為諧振頻率)，并保證此時腔體的高次模是頻率大于15Ghz，仿真時發現，由于在腔體濾波器的蓋板上加矩形金屬塊，增大了諧振腔的加載電容，根據電容加載的原理，在相同頻率下，新型的腔體濾波器的諧振柱會比傳統結構的諧振柱短很多，諧振腔體積減小，從而大大縮小了腔體濾波器的體積；

步驟2：根據工作頻率帶寬，將步驟1中所得到的諧振腔進行耦合設計，調整間距得到恰當的耦合系數，保證帶通濾波器最終能夠在合適的帶寬內工作；腔體濾波器的諧振單元之間的耦合系數，將決定最終濾波器的工作帶寬；異形蓋板凸出的矩形金屬塊大小與諧振柱的耦合間距將共同決定耦合系數，先通過單元諧振頻率確定矩形金屬塊尺寸，在此基礎上，再確定合適的耦合間距，實現合適的耦合系數，使設計的腔體濾波器工作通帶滿足要求；仿真時發現，與傳統的結構相比，由于蓋板上的矩形金屬塊使得諧振柱變短，兩金屬諧振柱之間的耦合減弱，所以為達到需要的耦合系數，新型腔體濾波器的諧振柱之間的距離要減小一些，這也使得濾波器的結構更加緊湊，體積進一步縮小；

步驟3：將步驟1所得到的諧振腔進行阻抗匹配，如圖3所示為腔體濾波器的輸入輸出耦合結構仿真模型，圖中只包括了第一級諧振單元，以及與絕緣子模型的連接，省略了后端SMA的結構；此時仍需要考慮到異形蓋板上凸出的矩形金屬塊的影響，調節第一級諧振單元形狀，以及相連接的位置，減少回波損耗，使腔體濾波器輸入輸出良好匹配到50歐姆；

步驟4：將以上步驟中得到的所有參數組合成為腔體濾波器整體仿真模型，如圖2所示，仿真得到的矩形方塊統一生長在蓋板上，其中矩形金屬塊所在位置是與諧振柱開路端頂端在同一平面上，并且兩者之間有一定的距離的；對以上提到參數進行微調，最終設計出具有抑制高頻寄生通帶與小型化的新型腔體濾波器；

步驟5：對步驟1-4設計的腔體帶通濾波器進行加工，腔體的機械加工保證在±0.1mm的精度，材料選擇鋁，采用表面鍍銀的工藝；加工蓋板時，在普通蓋板加上凸出的金屬塊構成了所需要的異形蓋板，蓋板上凸出的矩形金屬塊根據設計尺寸確定，四周圍M2沉頭孔，用于安裝固定螺釘；將諧振柱按照需要的尺寸與間距進行整體加工，在諧振柱上方對應腔體開M2螺紋孔，用于加入M2的調節螺釘；前后端加入過孔，保證50歐姆匹配，插入玻璃絕緣子，涂抹導電銀漿，放入烘箱中烘烤，與SMA和腔體良好連接；蓋上異形蓋板，固定好蓋板；

步驟6：對裝配好的腔體濾波器利用調節螺釘進行調節至性能較好，進行仿真測試。

本實施例中，上述腔體濾波器經過仿真優化后主要參數為：輸入輸出SMA高度為6mm；諧振柱的大小為1.5mm*1.5mm*10.4mm；從第一根諧振柱開始諧振柱之間的間距分別是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；矩形金屬塊的尺寸為1.6mm*2mm*1.5mm；矩形金屬塊到諧振柱的距離為0.4mm。

如圖4所示是本實施例提供的腔體濾波器利用矢量網絡分析儀所得的實測曲線圖,從測試曲線中可以看出所得到的濾波器最終的中心頻率為5.1GHz，帶寬為2.2GHz，插損小于0.75dB，帶內平坦度好，帶內駐波比在1.2以下，回波損耗均小于-20dB并且二次諧波寄生通帶處抑制大于70dB；遠端寄生通帶出現在三倍中心頻率15GHz以后，而常規腔體濾波器的寄生通帶一般出現在二倍中心頻率處；考慮到加工誤差等原因，實測結果與仿真結果基本吻合。濾波器實際大小為9cm*2cm*0.5cm。可見采用在蓋板上加矩形金屬塊的方法可實現加載電容，從而使得腔體濾波器的寄生通帶更遠，達到帶外高抑制并且能有效減小濾波器的體積。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，本說明書中所公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換；所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。