一种基于发卡状微带线耦合结构的小型带通滤波器的制作方法

1.本实用新型涉及滤波器技术领域，具体涉及一种基于发卡状微带线耦合结构的小型带通滤波器。


背景技术：

2.随着通信技术的不断发展，5g通信技术成为当下的热门前沿技术。由于，5g通信技术具有频率带宽容量大，易与波束赋形结合，时延极低等优势，有利于工业互联网、ar/vr、云游戏等行业的发展。
3.但是，由于5g通信技术的设备数量比4g设备更多，对单个设备集成要求更高，因此，需要集成于5g设备内部的滤波器具备低插损、低成本、重量轻以及高抑制等特点。然而单层的耦合带通滤波器，每个谐振器的长度与工作频段波长成正比，受工作频率限制，设计所得的滤波器尺寸较大，从而难以满足5g设备的使用需求。


技术实现要素：

4.本实用新型针对5g设备内带通滤波器体积大、生成成本较高的技术问题，提供了一种基于发卡状微带线耦合结构的小型带通滤波器，对谐振器进行多级耦合，形成体积小、重量轻、结构紧凑和性能良好的带通滤波器。
5.本实用新型的构思之一在于，采用依次设置发卡型谐振器进行耦合，同时相邻的谐振器之间的开口相反，以此降低带通滤波器的体积和提高谐振器的耦合度、增大带宽。
6.具体的，谐振器通过折弯形成u型发卡状，并依次设置于基板，同时，相邻的谐振器之间的u型开口朝向相反。基于上述结构的设计，可以缩减通过谐振器耦合形成的带通滤波器的体积。
7.进一步的，谐振器的u型两端的长度大于底部长度，从而增加谐振器之间的耦合度。
8.进一步的，单个发卡型谐振器的长度等于λg/2，λg为中心工作频率在所使用电介质中的介质波长。
9.进一步的，谐振器的数量至少包括两组以上，可以通过增加或减少耦合的谐振器个数对通带的带宽进行调节。
10.实际上，增加滤波器的个数，可以增大通带的带宽，提升过渡带的滚降水平。反之则降低。而增加滤波器个数还将增大带内插损。
11.本实用新型优选由5个谐振器耦合组成的五阶带通滤波器，从而平衡带通滤波器的带宽和带内插损。
12.在一些实施例中，本实用新型的又一构思在于，采用对称设置的输入端口和输出端口，提高带通滤波器的互换性。
13.具体的，带通滤波器的输入端口和输出端口，对称的设置在带通滤波器的两侧面，并分别与邻近的谐振器的u型侧边连接，从而使本实用新型的带通滤波器的输入端口和输
出端口可以进行互换，进而提高本实用新型提供的带通滤波器的适应性。
14.进一步的，输入端口和输出端口优选为调节抽头，从而利用调节抽头的可调节性，来调整输入端口和输出端口相对谐振器的连接位置，进而对s参数调整，以适应不同的设备环境。
15.具体的，s参数包括s11输入反射系数，代表入射信号与反射信号的比值；以及s21正向传输系数，代表进入输入端口的信号与流出输出端口的信号的比值。当输入端口和输出端口距离谐振器越大时，两者的通带往低频方向偏移；反之，则往高频反向偏移。
16.在一些实施例中，本实用新型的另一构思在于，采用单层高频介电材料制作带通滤波器的基板，从而在缩减带通滤波器的体积和重量的同时，避免带内插损过大。
17.进一步的，高频介电材料优选为氧化铝、rogers ro4003、rogers5880或rogers6002。
18.具体的，rogers ro4003、rogers5880和rogers6002为ptfe等高分子聚合物掺入陶瓷或者玻璃纤维。
19.结合上述构思，本实用新型提供了一种基于发卡状微带线耦合结构的小型带通滤波器，包括：基板；依次设置于所述基板的至少两个发卡型谐振器，相邻发卡型谐振器的开口朝向相反；输入端和输出端，对称设置于所述基板两侧，分别与靠近所述基板两侧的发卡型谐振器的侧边连接；地板，设置于所述基板的反面，与所述基板的电路结构形成回路。
20.基于上述结构的设计，本实用新型提供的带通滤波器体积小，耦合程度高，输入端和输出端的堆成设计，还可提升互易性，提高适应性。
21.进一步的，所述基板采用单层高频介电材料。
22.通过单层高频介电材料的设置，既使带内插损不至于过高，又能降低带通滤波器的层高、缩减器件的体积。
23.进一步的，单层高频介电材料采用氧化铝、rogers ro4003、rogers5880或rogers6002。
24.进一步的，所述地板采用银，银的电导率约为61000000siemens/m，可以大幅缩减金属线路的损耗。
25.在一些实施例中，单个发卡型谐振器的总长度为λg/2。
26.进一步的，每个发卡型谐振器的形状相同，沿所述基板的中心线对称分布，从而可简化工艺步骤，降低生产难度。
27.进一步的，发卡型谐振器数量为5个。
28.在一些实施例中，所述输入端和输出端的开放端采用抽头结构；所述抽头结构相对于发卡型谐振器的连接距离，可以根据环境需求进行调节。
29.基于上述结构设置，通过可调节的抽头结构，可以适应不同环境的实用需求。
30.在一些实施例中，本实用新型还包括：测试端口；所述测试端口设置于输入端，和/或，输出端的两侧。
31.通过测试端口的位置设置，方便本实用新型的打样调整和抽样检测，为实际生成制造带来便利。
32.进一步的，所述测试端口采用预留的接地接口与地板之间通过接地金属柱实现导
通。
33.综上所述，本实用新型至少具备以下优点：1、尺寸小，由于带通滤波器由发卡型谐振器依次耦合而成，可以缩减器件的纵向体积，同时所述基板采用单层结构设计，将有效降低器件的竖直高度，从而在整体上使整个带通滤波器的体积更小；2、带内插损低，因选用高频介电材料，抑制因单层基板带来的谐振器品质因素降低带来的影响，同时对耦合谐振器的阶数进行了控制，从而降低了滤波器的带内插损；3、工作带宽宽，由于相邻谐振器的开口朝向相反，避免彼此之间的电耦合与磁耦合相互抵消，从而增强谐振器之间的耦合度，提高滤波器的工作带宽；4、由于基板采用薄膜工艺制作，温度稳定性好、生产成本低。
附图说明
34.以下将结合附图和优选实施例来对本实用新型进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本实用新型范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
35.图1本实用新型提供的小型带通滤波器的一个实施例；
36.图2本实用新型提供的小型带通滤波器的另一实施例；
37.图3本实用新型提供的实际响应的曲线图；
38.1、基板；2、谐振器；3、输入端；4、输出端；5、测试端口。
具体实施方式
39.下面结合附图1和3，对本实用新型作详细的说明。
40.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
41.本实用新型提供了一种基于发卡状微带线耦合结构的小型带通滤波器，具备尺寸小、带内插损低、工作带宽宽、稳定性好和生产成本低等优点。
42.图1为本实用新型提供的带通滤波器的一个实施例的示意图。本实用新型的带通滤波器包括基板1、谐振器2、输入端3、输出端4和地板。
43.所述基板1为单层高频介电材料，厚度为0.26mm，正面用于设置印刷电路，反面则设置地板，用于与印刷电路形成回路。
44.优选的，所述基板1尺寸为5.17mm*4.5mm*0.26mm。
45.所述基板1的单层设置将使整个带通滤波器体积更小、重量更轻，同时，高频介电材料还将减少波长，降低单层基板1带来的谐振器2品质因素q值下降的负面影响。值得说明的是，谐振器2品质因素下降将导致带内插损增大。因此，单层高频介电材料形成的所述基板1还能避免本实用新型的带内插损过大。
46.优选的，高频介电材料为氧化铝，其相对介电常数8.6，正切损耗值为0.0005，可以大大印制单层基板1带来的带内插损过大的问题。
47.进一步的，高频介电材料还包括rogers ro4003、rogers5880或rogers6002等ptfe高分子聚合物掺入陶瓷或玻璃纤维。
48.进一步的，谐振器2通过折弯形成发卡型谐振器2，依次并排设置于所述基板1的正面，相邻的谐振器2之间的开口朝向相反，见图1所示。同时，各谐振器2两侧边长度大于底边的宽度，从而提高相邻谐振器2之间的耦合度，增大本实用新型的工作带宽。而相邻谐振器2之间开口朝向相反的设置，将避免两者之间的电耦合和磁耦合相互抵消，从而保证彼此之间的耦合度。
49.优选的，谐振器2为微带线谐振器2，单个谐振器2的总长度为λg/2。
50.进一步的，单个谐振器2的宽度为0.15mm。
51.进一步的，见图1所示，输入端3和输出端4对称设置于所述基板1两侧，分别与靠近所述基板1两侧的发卡型谐振器2的侧边连接。
52.由于所述输入端3和输出端4采用了对称式设计，从而可使输入端3和输出端4的端口实现互换，提高其适应性。实际上，为了实现所述输入端3和输出端4的互易性，所述谐振器2沿所述基板1的中心线对称分布，且形状大小相同。
53.进一步的，所述地板采用银涂覆于所述基板1，利用银较低的61000000siemens/m的电导率，可以减小金属线路造成的损耗。
54.在一些实施例中，本实用新型还包括测试端口5，见图1所示，所述测试端口5设置于所述输入端3，和/或，输出端4的两侧，用于本实用新型的性能检测。
55.优选的，所述测试端口5采用gsg探针进行测试。
56.通过上述结构的设置，方便本实用新型的打样调整和抽样调整。
57.进一步，所述测试端口5和地板，通过接地金属柱实现导通。
58.实际上，在一些实施例中，本实用新型的谐振器2数量可跟随实际需求进行调整，当增加谐振器2阶数时，可以提高谐振器2的耦合度，从而增大工作带宽，提升过渡带的滚降水平。同时，考虑到增加谐振器2阶数时，还将带来带内插损的提高，可以适当的减少谐振器2的阶数。
59.优选的，本实用新型优选谐振器2数量为5个，可以有效平衡工作带宽的宽度与带内插损的损耗。
60.具体的，本实施例的实际响应见图3所示，滤波器工作频段为8.5ghz～9ghz，带内回波损耗性能良好，小于-17db，插入损耗水平低于2.5db，损耗较小。在7.2ghz与9.75ghz处，带外抑制约为-40db，抑制水平较强，滚降速率快，滤波器具有良好的频率选择性。
61.在一些实施例中，所述输入端3和输出端4的开放端采用抽头结构，从而可对所述输出端4和输入端3的端口位置相对于谐振器2的位置进行调整，见图2所示。
62.具体的，带通滤波器常见的馈电方式有两种：平行耦合馈电与抽头式馈电。而平行耦合馈电方式与谐振器2之间的间距影响较大，因而抽头式馈电可以提高生成的稳定性和可靠性，易于本实用新型的小型化。同时，在使用抽头式馈电时，可对抽头的位置沿竖直方向进行调节，进而获取如图3所示的调节曲线，当s11参数处于较低水平时，s21参数带内插损较低，在带外7.5ghz与9.5ghz处的抑制较强。
63.实际上，带通滤波器的带宽与滚降水平受谐振器2外观参数变化的影响较大，固定位置的输出端4和输入端3无法对带内驻波比进行调整。因此，抽头结构可以在不影响带宽和滚降水平的情形下，对带内驻波比进行优化，使外部品质因素较高、阻抗匹配较好。同时，还能适应不同引脚位置的实际使用需求，使本实用新型的适用性增强。
64.以上对本实用新型进行了详细介绍，本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。