CN112886936A - 一种新型微型超宽带高通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型微型超宽带高通滤波器,属于微波器件技术领域,包括腔体(1)、盖板(2)、微波基板(3)、集总电容(4)和集总电感(5),其中,所述微波基板(3)固定连接在所述腔体(1)内部底面上,所述集总电容(4)和集总电感(5)固定安置在所述微波基板(3)上,所述盖板(2)封装于所述腔体(1)上方,整体形成半开放式结构,开放的两侧设置有输入/输出端口(6);本发明的滤波器频率覆盖S、C、X和Ku波段,其相对带宽大于140%,进一步挖掘了LC滤波器小型化潜力;同时实现了幅相一致性控制;并且易于设计、加工制造和调试,适合具有振动、宽温工作等严酷环境平台应用。
Description
技术领域
本发明涉及微波器件技术领域,尤其涉及一种新型微型超宽带高通滤波器。
背景技术
目前,超宽带滤波器研究和设计主要集中在微带线和悬置带线两种结构上。
其中,微带线滤波器结构简单,便于分析、调试,目前已有多种成熟的微带线应用于超宽带滤波器的设计。但是微带线结构Q值低,由其构成的滤波器损耗较大,对于超宽带滤波器应用设计比较吃力。而且,其体积较大,不适合电子装备和通信***小型化需求。
而悬置带线结构紧凑,由一个金属内腔、悬置于内腔中间的介质基片及其上下两侧(或单侧)的金属导带构成。相比于微带线,悬置带线的大部分电力线集中在空气中,介质引入影响小。悬置带线在介质层具有更小的电场强度,在金属层有着更小的电流密度,所以悬置带线Q值较高,由其构成的滤波器损耗小。
通常,在超宽带高通滤波器设计中,为实现响应高矩形度,往往采用椭圆函数响应。图1为一典型超宽带悬置带线高通滤波器电路原理图,对应三维仿真模型如图2所示。由图2的三维仿真模型看出,信号传输路径上,耦合电容由基片上下导带实现;并联谐振回路由λ/2短路(或λ/4开路)传输线实现。
但是悬置带线滤波器结构复杂,设计不方便;由于其属于封闭式结构,调试不方便;并联回路尺寸受限于工作波长,使得滤波器尺寸难以进一步小型化。
综上分析,在微波频段,限于Q值和工作波长等原因,现有的微带线和悬置带线均不能适应现代电子装备和通信***发展需求。
LC滤波器采用集总电感、电容元件实现滤波器中的谐振和耦合,其中的“L”是指电感,“C”是指电容,故简称LC滤波器,其具有体积小、带宽宽、矩形度高、集成度高等优势,适应装备小型化、宽带化发展需求。因此,LC滤波器广泛应用于通信、雷达、导航制导、遥测遥感、电子对抗等领域。
通过采用微型高频高Q分立电容和电感,结合高密度集成技术,LC滤波器在充分发挥其小型化优势的同时,最大程度克服了因自身Q值低(尤其是在高频应用下)带来的插损大的问题。因此,在现代小型化超宽带电子***的发展形式下,LC滤波器就成为悬置带线滤波器的最佳替代。
目前,LC滤波器工作频率往往在10GHz以下,相对带宽不超过100%,现有报道的小型化LC滤波器,封装尺寸6mm×6mm×2.5mm,但其相对带宽仅有16%。
本申请着眼于解决LC滤波器超宽带、小型化、幅相一致性控制等问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种新型微型超宽带高通滤波器,以解决上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是这样的:一种新型微型超宽带高通滤波器,包括腔体、盖板、微波基板、集总电容和集总电感,其中,所述微波基板固定连接在所述腔体内部底面上,所述集总电容和集总电感固定安置在所述微波基板上,所述盖板封装于所述腔体上方,整体形成半开放式结构,开放的两侧设置有输入/输出端口。
作为优选的技术方案:所述腔体与盖板采用激光封焊固定连接。
作为优选的技术方案:所述集总电容和集总电感均采用锡焊与微波基板固定连接。
作为优选的技术方案:对所述集总电容的主路位置参数进行调整控制,在所述集总电容主路位置点涂硅胶。具体而言,电容主要分为主路上的和接地的,在信号传输通路上,通过调整集总电容的相对位置参数等,控制频率高端的传输特性,实现滤波器S、C、X和Ku超宽带工作;通过在电容主路位置点涂硅胶,对传输特性进行微调,实现全频带幅相一致性控制,幅度一致性控制在±0.5dB,相位一致性控制在±6°。
作为优选的技术方案:在所述输入/输出端口设置“L”型微带过渡段,端口位于滤波器宽度方向中间位置,微带线宽0.4mm~0.45mm,通频带内驻波均可达到2.0以下,即在全频带范围内实现了阻抗匹配。而未设置过渡段时,频率高端驻波在2.2左右,即频率高端阻抗匹配略差。
本发明中,在信号传输通路上,通过集总电容产生信号耦合,在并联回路上,通过串联电感电容在阻带内产生微波谐振,从而实现微波信号滤波;微波基板(PCB)和各元件均优选通过锡焊工艺固定,输入/输出端口采用金带压接与外部电路互连。
本发明的微型超宽带高通滤波器结构,以锡焊工艺、金带压接工艺,实现滤波器的生产装配和调试,在现代电子通信***中具有重要运用价值。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的滤波器结构,频率覆盖S、C、X和Ku波段,相对带宽超过140%;本发明采用微型高频高Q分立电容和电感克服了LC滤波器Q值低的缺陷;采用高密度集成技术进一步挖掘LC滤波器小型化潜力,高度仅有2mm;同时,采用高精度加工、装配及补偿技术实现幅相一致性控制;本发明的微型超宽带高通滤波器易于设计、加工制造和调试,适合具有振动、宽温工作等严酷环境平台应用。
附图说明
图1为现有技术中典型超宽带悬置带线高通滤波器电路原理图;
图2为现有技术中典型超宽带悬置带线高通滤波器三维仿真图;
图3为本发明实施例的微型超宽带高通滤波器的结构示意图;
图4为图3中的电容设计示意图;
图5为图3中的输入/输出端口匹配设计示意图;
图6为图4和图3装配后的结构示意图。
图中:1、腔体;2、盖板;3、微波基板;4、集总电容;5、集总电感;6、输入/输出端口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例:
参见图1-图6,一种新型微型超宽带高通滤波器,包括腔体1、盖板2、微波基板3、集总电容4和集总电感5,其中,所述微波基板3固定连接在所述腔体1内部底面上,所述集总电容4和集总电感5固定安置在所述微波基板3上,所述盖板2封装于所述腔体1上方,整体形成半开放式结构,开放的两侧设置有输入/输出端口6;所述腔体1与盖板2采用激光封焊固定连接;所述集总电容4和集总电感5均采用锡焊与微波基板3固定连接;所述输入/输出端口6通过金带与外部电路相连;
本实施例中,微波基板3通过现有的锡焊工艺固定在腔体1上,集总电容4和集总电感5高密度集成排列焊接在微波基板3上,整个滤波器封装尺寸8mm×5mm×2mm;
其中,对于集总电容4,通过对比不同规格电容的通带性能,同时考虑指标一致性要求,本实施例优选0201/0402规格电容;对于集总电感5,考虑高频寄生,同时兼顾高Q值,本实施例确定电感规格φ0.4mm×n×0.12mm;对于微波基板3(PCB),首先确定板材为高频性能优越的厚度0.254mm的微波低损耗板材,其次,通过计算优化进行布板设计,确保焊盘大小、位置等满足超宽带指标要求;对于腔体1,考虑到滤波器输入/输出端口6为微带/共面波导形式,***使用时进行金带压接,腔体1侧壁采用台面设计,滤波器采用半开放式结构;
为实现高频、超宽带工作,需对传输路径电路进行调整优化,传输路径主要由耦合电容组成,如图4所示。通过调整电容对地(腔体)距离参数可在一定程度上调整电路频率传输特性;另外,通过在输入/输出电容上“点涂”硅胶可调整传输信号的幅度和相位,从而实现幅相补偿,实现超宽带滤波器幅相一致性调试。
另外,如图5所示,在所述输入/输出端口6设置“L”型微带过渡段;
窄带或常规宽带情况下,一般通过调整元件值(尤其是端口处元件值)可实现端口阻抗匹配,而本发明为超宽带器件,工作频带高至18GHz,且输入/输出端口6通过金带与外部电路相连,端口电路对高频段影响较大,尤其对驻波影响较大,所以,通过对端口处微带过渡段,包括微带线位置、形状、宽窄等,进行调整优化,在超宽带范围内实现输入/输出阻抗匹配,达到超宽带工作要求。
为避免***应用时,滤波器对外部电路产生干扰,屏蔽外接对滤波器本身干扰,本发明使用盖板2进行屏蔽,盖板2和腔体1采用激光封焊,这种半开放式结构封装,既满足微组装工艺要求又确保电磁屏蔽效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种新型微型超宽带高通滤波器,其特征在于:包括腔体(1)、盖板(2)、微波基板(3)、集总电容(4)和集总电感(5),其中,所述微波基板(3)固定连接在所述腔体(1)内部底面上,所述集总电容(4)和集总电感(5)固定安置在所述微波基板(3)上,所述盖板(2)封装于所述腔体(1)上方,整体形成半开放式结构,开放的两侧设置有输入/输出端口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器,其特征在于:所述腔体(1)与盖板(2)采用激光封焊固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器,其特征在于:所述集总电容(4)和集总电感(5)均采用锡焊与微波基板(3)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器,其特征在于:对所述集总电容(4)的主路位置参数进行调整控制,在所述集总电容(4)主路位置点涂硅胶。
5.根据权利要求1所述的一种新型微型超宽带高通滤波器,其特征在于:在所述输入/输出端口(6)设置微带过渡段。
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