本發(fā)明涉及微波器件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于諧波探測(cè)器、雷達(dá)等通訊設(shè)備微波傳輸時(shí)的頻率選擇。

背景技術(shù)：

濾波器是微波通信領(lǐng)域不可或缺的電子設(shè)備，其性能直接影響著通信系統(tǒng)的質(zhì)量。隨著通信技術(shù)日益更新，對(duì)濾波器的性能提出了更加苛刻的要求，例如：小尺寸、低插損、高選擇性、遠(yuǎn)寄生通帶等等。在各種類型的濾波器中，腔體濾波器具有低插損、耐高功率的特點(diǎn)而被廣泛使用，但它也受到體積龐大的限制而不能運(yùn)用與某些特殊的通信系統(tǒng)，特別是在低頻下顯得更加明顯。當(dāng)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)濾波器帶外高抑制時(shí)，目前主要的做法是增加濾波器的階數(shù)，但這樣會(huì)大大增加濾波器的體積。

腔體濾波器是純機(jī)械結(jié)構(gòu)的微波無(wú)源器件，其性能與穩(wěn)定性完全取決于腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。腔體濾波器主要分為兩大類，一是交指腔體濾波器，二是梳狀腔體濾波器。二者都是利用直接耦合的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，選取的逼近函數(shù)都是切比雪夫型，但二者的曲線不是完全一樣的，各自有著各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，交指耦合結(jié)構(gòu)適用于寬帶濾波器的設(shè)計(jì)，梳狀耦合結(jié)構(gòu)的濾波器適用于窄帶濾波器的設(shè)計(jì)。

目前腔體濾波器小型化技術(shù)主要有：

1.電容加載技術(shù)，如電容加載技術(shù)、集總元件加載技術(shù)、瘠波導(dǎo)加載技術(shù)、高介電常數(shù)材料或其他新型材料加載技術(shù)；

2.使用新型諧振器技術(shù)。如雙模或多模諧振器技術(shù)、階躍阻抗變換諧振器技術(shù)、螺旋諧振器技術(shù)；

3.采用不同的濾波器結(jié)構(gòu)技術(shù)，如交叉耦合結(jié)構(gòu)技術(shù)、慢波結(jié)構(gòu)技術(shù)、短路枝節(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，提供了一種新型的濾波器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適用于窄帶寬濾波器，可實(shí)現(xiàn)高帶外抑制小型化的腔體濾波器。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種新型腔體濾波器，所述腔體濾波器為切比雪夫帶通濾波器，主要結(jié)構(gòu)包括腔體、諧振柱、調(diào)諧螺釘、輸入輸出、蓋板五大部分；所述的腔體濾波器的第一腔體和第二腔體諧振柱的耦合結(jié)構(gòu)采用的是交指結(jié)構(gòu)，由于腔體濾波器的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，第八腔體和第九腔體諧振柱的耦合結(jié)構(gòu)采用的也是交指結(jié)構(gòu)；同時(shí)，所述腔體濾波器的其他諧振柱的耦合結(jié)構(gòu)采用梳狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述的腔體濾波器第一腔體的諧振柱開(kāi)路端和第二腔體的諧振柱開(kāi)路端呈中心對(duì)稱，第二腔體至第八腔體諧振柱開(kāi)路端在同一條直線上，間距較小，使得腔體體積減小，達(dá)到腔體小型化的目的。

進(jìn)一步地，所述腔體濾波器是采取的是表面鍍銀的工藝，輸入輸出結(jié)構(gòu)是有sma與諧振第一腔體之間的50歐姆匹配，采用直接耦合的方式。

本發(fā)明中，腔體、諧振柱、調(diào)諧螺釘形成最基本的諧振單元。通過(guò)調(diào)諧螺釘來(lái)控制具體的諧振工作頻率，此時(shí)，諧振柱與腔體尺寸以及調(diào)諧螺釘與諧振柱之間的距離，將共同決定單個(gè)諧振單元的諧振頻率。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)窄帶高頻頻率下工作的腔體濾波器體積小型化的問(wèn)題，因此諧振柱之間耦合結(jié)構(gòu)采用了交指梳狀混合結(jié)構(gòu)。濾波器階數(shù)較多，帶寬較窄時(shí)，第一腔體與第二體腔諧振柱之間耦合度過(guò)大，若采用梳狀結(jié)構(gòu)，兩諧振柱之間距離會(huì)過(guò)近，導(dǎo)致調(diào)諧螺釘無(wú)法安裝，因此第一腔體和第二腔體諧振柱采用交指結(jié)構(gòu)，增加耦合間距，便于加工。

2、為縮小濾波器體積，其他第二腔體至第八腔體耦合度較小的諧振柱采用梳狀結(jié)構(gòu)，不僅實(shí)現(xiàn)了濾波器的小體積也實(shí)現(xiàn)了高抑制。

附圖說(shuō)明

圖1為腔體濾波器整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為腔體濾波器的雙腔交指耦合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為腔體濾波器的雙腔梳狀耦合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為腔體濾波器的輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為腔體濾波器測(cè)試圖。

其中，1.腔體2.調(diào)諧螺釘，3.諧振柱，4.輸入輸出

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種如圖1所示的腔體濾波器，主要結(jié)構(gòu)包括：腔體1、調(diào)諧螺釘2、金屬材質(zhì)的諧振柱3、輸入輸出4以及蓋板。本實(shí)施例將詳細(xì)介紹一款工作在4.77-5.1ghz，帶外具有高抑制并且體積小型化腔體濾波器設(shè)計(jì)。

步驟1:首先設(shè)計(jì)腔體濾波器的單個(gè)諧振單元，腔體大小、諧振柱的長(zhǎng)度、調(diào)諧螺釘長(zhǎng)度，將共同決定腔體濾波器的工作頻率。首先調(diào)整以上參數(shù)，實(shí)現(xiàn)所需要的諧振頻率。

步驟2：如圖2所示為腔體濾波器的第一腔體與第二腔體雙腔交指耦合結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)工作頻率帶寬，將步驟1中所得到的諧振腔進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)。調(diào)整間距，得到恰當(dāng)?shù)鸟詈舷禂?shù)，保證帶通濾波器在合適的帶寬內(nèi)工作。仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)，相同耦合系數(shù)下，交指耦合結(jié)構(gòu)的兩諧振柱3之間的間距要大于梳狀結(jié)構(gòu)。由于第一腔體與第二腔體諧振柱3之間的耦合系數(shù)過(guò)大，在調(diào)整間距的過(guò)程中，若采用梳狀結(jié)構(gòu)的雙腔耦合結(jié)構(gòu)，耦合間距過(guò)小，兩個(gè)諧振柱3對(duì)應(yīng)的調(diào)諧螺釘2會(huì)距離較近，后期無(wú)法進(jìn)行安裝和調(diào)試，不易加工，當(dāng)采用交指結(jié)構(gòu)時(shí)，兩諧振柱3之間間距增加，便于加工。同時(shí)，其余諧振柱3之間耦合系數(shù)較小，可采用梳狀結(jié)構(gòu)來(lái)縮小諧振柱3之間的間距，如圖3所示。雖然為達(dá)到高帶外抑制采用了9階，但通過(guò)交指梳狀混合結(jié)構(gòu)縮小了濾波器的體積。

步驟3：將步驟1所得到的諧振腔進(jìn)行阻抗匹配，如圖4所示為腔體濾波器的輸入輸出4耦合結(jié)構(gòu)的示意圖，圖中只包括了第一級(jí)諧振單元，以及與絕緣子模型的連接，省略了后端sma的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)第一級(jí)諧振單元諧振柱3的高度，以及相連接的位置，減少回波損耗，使得腔體1的輸入輸出4良好匹配到50歐姆。

步驟4：將以上所有步驟所得到的參數(shù)模型進(jìn)行總體仿真，設(shè)計(jì)的濾波器階數(shù)為9階模型，除第一腔體與第二腔體以及第八腔體與第九腔體為交指耦合結(jié)構(gòu)，剩下第二至第八腔體為梳狀結(jié)構(gòu)，諧振柱3都在同一條直線上，然后在微調(diào)諧振柱3之間的間距，調(diào)諧螺釘2的長(zhǎng)度以及絕緣子模型的位置，最終設(shè)計(jì)出具有高帶外抑制的小型化腔體濾波器。

步驟5：將仿真好的帶通濾波器進(jìn)行機(jī)械加工。腔體的機(jī)械加工加工精度為±0.1mm的精度。選擇鋁作為濾波器的腔體材料，且采用表面鍍銀的工藝。首先，根據(jù)確定的濾波器整體尺寸大小來(lái)加工蓋板，在蓋板的四周圍上m2沉頭孔，用于安裝固定調(diào)諧螺釘2。將諧振柱3按照仿真出來(lái)的尺寸和間距進(jìn)行整體加工，在諧振柱3上方對(duì)應(yīng)腔體開(kāi)m2螺紋孔，用于加入m2的調(diào)諧螺釘2；輸入輸出端加入過(guò)孔，保證50歐姆匹配，插入玻璃絕緣子，涂抹導(dǎo)電銀漿，放入烘箱烘烤一段時(shí)間，使得sma和腔體1良好連接。蓋上蓋板，確保蓋板固定好。

步驟6：對(duì)裝配好的腔體濾波器利用調(diào)諧螺釘2進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)，使其達(dá)到最終我們理想的指標(biāo)。

本實(shí)施例中，上述腔體濾波器經(jīng)過(guò)仿真優(yōu)化后主要參數(shù)為：輸入輸出sma高度為2.22mm；諧振柱3的大小為1.5mm*1.5mm*13.95mm；從第一根諧振柱開(kāi)始諧振柱3之間的間距分別是6.39mm、3.91mm、4.02mm、4.05mm、4.05mm、4.02mm、3.91mm、6.39mm。

利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，得到最終的測(cè)試結(jié)果如圖5所示。從測(cè)試曲線中我們可以看出所得到的濾波器的最終的中心頻率為4.9ghz，帶寬為0.22ghz，插損小于2.58db，帶內(nèi)平坦度好，回波損耗小于18db。在史密斯原圖上可以看出，在頻率點(diǎn)7.455ghz處處于最外圈，與匹配點(diǎn)偏離很遠(yuǎn)，說(shuō)明在該點(diǎn)處的抑制很好。總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)采用交指梳狀混合結(jié)構(gòu)，既保證了帶外高抑制，又能有效的減小濾波器的體積，最后實(shí)現(xiàn)了體積為49mm*24mm*8mm的濾波器的設(shè)計(jì)。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)上述實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。