高品质因数的小型化悬置带线滤波器的制作方法

本发明属于微波技术领域，涉及一种小型化悬置带线滤波器，可用于无线通信系统射频前端。

背景技术

随着无线通信的迅猛发展，频率资源的日益紧张，作为通信系统中的重要部件的微波滤波器，其性能的优劣直接影响整个通信系统的质量。现在，微波滤波器已被广泛应用于微波毫米波通信、导航、卫星通信以及军事电子对抗等多种领域，并对微波滤波器的要求也越来越高。传统滤波器在现代无线电系统，如微波卫星通信、中继通信、电子对抗、雷达等领域得到了广泛的应用。为了满足各种应用环境的需要，出现了很多不同类型的微波滤波器。

在射频和微波电路中，最常见的是微带滤波器。微带滤波器具有体积小、易加工和成本低等特点，且易与其他有源电路元件集成，然而微带滤波器的品质因数通常很低，导致滤波器插入损耗过大且功率容量不高。同轴腔体滤波器在通信系统中的应用也十分广泛，它的特点在于插入损耗低，同时承受功率也比较大，且具有电磁屏蔽特性和较高的品质因数，但是同轴腔体滤波器尺寸较大，重量相对较重。因此，滤波器的小型化和高性能已经成为一种必然的趋势。悬置带线滤波器结构形式通常是将较薄的介质基板悬置在金属腔体中，相比于微带滤波器，由于电磁波无法传播到金属腔外部，且又由于介质基板很薄，因此辐射损耗和介质损耗很小，品质因数高，且具有较高的功率容量；而且相比于同轴腔体滤波器，悬置带线结构易于与微波平面电路集成，且体积和重量都相对较小。悬置带线滤波器是在一种可以在低损耗和小型化方面实现二者兼顾的一种滤波器实现方式，同时保留了腔体式结构、高功率容量及低温度漂移的优点。

2012年，raphaelruf等人在ieeeonelectronicsletters期刊(vol.22no.9pp.444–446，2012)上发表了“anovelcompactsuspendedstriplineresonator”，提出了一种小型化悬置带线谐振器滤波器。但该方案虽然缩小了谐振器的体积，但谐振器的品质因数却大大降低，增大了通带的插入损耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种高品质因数的小型化悬置带线滤波器，以提高品质因数，减小结构。

本发明通过使用多个金属化过孔垂直连接位于悬置介质基板两侧的双层谐振结构，提高滤波器的品质因数；同时使用与金属外腔顶面和底面连接的多个金属块，形成电容加载，降低滤波器的工作频率，实现滤波器的小型化，其整个结构包括：

金属外腔1，悬置介质基板2，两条馈线3，多级谐振器4，多个金属化过孔5和多个金属块6，悬置介质基板2悬置在金属外腔1中，两条馈线3分别位于悬置介质基板2的左、右两侧，多级谐振器4中各级谐振器采用阶梯形结构，且分布在悬置介质基板2的两侧，形成双层的悬置带线谐振器，其特征在于：

多个金属化过孔5垂直穿过悬置介质基板2与各级谐振器相连，用以降低悬置介质基板的介质损耗，提高滤波器的品质因数；

多个金属块6在水平方向上，其每个金属块仅有一端与金属外腔1的侧壁连接，在垂直方向上与金属外腔1顶面和底面连接，并位于多级谐振器4中各级阶梯形谐振器较宽部分末端的正上方，且与各级谐振器之间设有间距，以在各个金属块与各级谐振器之间形成电容加载，通过调节多个金属块与悬置介质基板之间的间距大小，改变电容加载的大小，降低滤波器的工作频率，实现滤波器不同程度的小型化。

作为优选，所述金属外腔1和悬置介质基板2均为长方体，且金属外腔1内腔的横截面尺寸大于悬置介质基板2的横截面尺寸。

作为优选，所述两条馈线3的阻抗为50欧姆，均位于悬置介质基板2的上表面，其中左侧的一条馈线与多级谐振器4中上表面的第一级谐振器垂直连接，右侧的一条馈线与多级谐振器4中上表面的最后一级谐振器垂直连接，用以实现多级谐振器4与滤波器输入输出的耦合。

作为优选，所述多级谐振器4中位于悬置介质基板2上下两层的各级谐振器关于悬置介质基板2镜像对称，并呈交指状分布，且各级阶梯形谐振器中较窄部分的末端与金属外腔1侧壁连接。

作为优选，所述多个金属化过孔5垂直穿过悬置介质基板2，并与多级谐振器4中双层各级阶梯形谐振器中较宽部分的末端连接。

作为优选，所述多个金属块6在垂直方向上关于悬置介质基板2镜像对称，并在水平方向上呈交指状分布。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明由于使用多个金属化过孔垂直穿过悬置介质基板并与各级谐振器相连，降低了悬置介质基板中的介质损耗，提高了滤波器的品质因数。

2，本发明由于使用多个金属块，其在水平方向上，每个金属块仅有一端与金属外腔的侧壁连接，在垂直方向上与金属外腔的顶面和底面连接，并位于多级谐振器中各级谐振器的正上方，且与各级谐振器之间设有间距，从而在各个金属块和各级谐振器之间实现了电容加载，通过改变各个金属块与各个谐振器之间的间距，降低滤波器的工作频率，实现了滤波器不同程度的小型化。

附图说明

图1为本发明实施例的三维结构示意图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的频率响应曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明：

参照图1和图2，本发明包括金属外腔1，悬置介质基板2，两条馈线3，多级谐振器4，多个金属化过孔5和多个金属块6。其中：

金属外腔1的形状为长方体形，材料为铜，厚度为31mm，该金属外腔的长为103mm，宽为69mm；

悬置介质基板2悬置在金属外腔1中，其材料为arlonad350a，相对介电常数为εr＝3.5，形状为长方体形，厚度为1mm，该悬置介质基板的尺寸与所用多级谐振器4的级数有关，多级谐振器4的级数越多，悬置介质基板的尺寸越大，本实例设悬置介质基板2的长为l＝100mm，宽为w＝66mm，但不限于上述尺寸，仅需满足悬置介质基板2的长度和宽度小于金属外腔的长度和宽度以悬置在金属外腔1中；

两条馈线3尺寸相等，阻抗为50欧姆，该阻抗仅与两条馈线的宽度相关，馈线的宽度越宽，阻抗越小，其左侧的一条馈线的长度仅需满足多级谐振器4上表面的第一级谐振器与滤波器的输入端相连接，其右侧的一条馈线的长度仅需满足多级谐振器4上表面的最后一级谐振器与滤波器的输出端相连接，用以实现多级谐振器4与滤波器输入输出的耦合，本实例设两条馈线的长为lt＝6.55mm，宽为wt＝1.5mm，但不限于上述尺寸；

多级谐振器4共有五级，从左至右依次分别对应谐振器1至谐振器5，形状为阶梯形，在悬置介质基板2上表面和下表面呈镜像分布，各级谐振器之间呈交指状排列，且各级阶梯形谐振器中较窄部分均与金属外腔1的侧壁相连，各级阶梯形谐振器的尺寸与滤波器的工作频率有关，频率越大，所需各级阶梯形谐振器的尺寸越小。本实例设各级阶梯形谐振器的尺寸为：谐振器1与5中较宽部分长为lc1＝32.2mm，宽为wc＝13.5mm，较窄部分长为ll1＝15.5mm，宽为wl1＝5mm；谐振器2与4中较宽部分长为lc2＝30.8mm，宽为wc＝13.5mm，较窄部分长为ll2＝13.5mm，宽为wl2＝6mm；谐振器3中较宽部分长为lc3＝30mm，宽为wc＝13.5mm，较窄部分长为ll3＝13.5mm，宽为wl3＝6mm；

谐振器1与2、谐振器4与5之间的间距均为g12＝0.8mm，谐振器2与3、3与4之间的间距均为g23＝1.15mm，但各级阶梯形谐振器的尺寸不限于上述尺寸。

多个金属化过孔5共有五个，且尺寸相等，其半径为1.5mm，高度为1mm，该高度与悬置介质基板2的厚度相等，其中各个金属化过孔均位于各级阶梯形谐振器较宽部分的末端，垂直穿过悬置介质基板2并与位于悬置介质基板2两侧的各级谐振器连接，用以降低悬置介质基板的介质损耗，提高滤波器的品质因数。

多个金属块6在悬置介质基板2两侧各有五个，形状为矩形且大小相等，各个金属块的尺寸与滤波器的工作频率有关，尺寸越小，滤波器的工作频率越高，本实例设各个金属块的长为lx＝41.75mm，宽为wx＝9mm，但不限于该尺寸。水平方向上，各个金属块之间等间距，并按交指状分布，且各个金属块仅有一端与金属外腔1的侧壁连接，各个金属块之间的间距与各级谐振器之间的间距有关，各级谐振器之间的间距越大，各个金属块之间的间距也越大，本实例设各个金属块之间的间距为5.3mm，但不限于该间距大小；在垂直方向上，各个金属块与金属外腔1的顶面和底面，呈镜像对称，并位于悬置介质基板2两侧的各级阶梯形谐振器中较宽部分的正上方，且各个金属块与其正对的各级谐振器之间设有间距，从而在各个矩形金属块与各级谐振器之间形成了电容加载，各个金属块与各级谐振器之间的间距越小，两者之间的电容加载越大，本实例设各个金属块与各级谐振器之间的间距为1mm，但不限于该间距大小，通过改变该间距的大小，可以调节各个矩形金属块与各级谐振器之间电容加载的大小，以实现滤波器结构不同程度的小型化。

本实施例的效果可通过以下仿真结果进一步说明：

仿真1：本实例使用hfss的驱动模式对滤波器进行仿真，结果如图3所示：其中s21曲线为滤波器的传输特性曲线，s11曲线为滤波器的反射特性曲线。

从图3可见，本实施例的中心频率为670mhz，带宽为160mhz，相较于相同尺寸的滤波器，其工作频率较低，即实现了滤波器结构的小型化。

仿真2：使用hfss的本征模对单腔谐振器的工作模式进行仿真，可得该实施例滤波器的中心频率为670mhz时的品质因数高达1050。

综上本发明不仅实现了滤波器结构的小型化，而且相比于现有的小型化滤波器，滤波器的品质因数也得到了提高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。