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CN116111303A - 一种同轴滤波器与散热系统共形结构 - Google Patents

一种同轴滤波器与散热系统共形结构 Download PDF

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CN116111303A CN202211609756.7A CN202211609756A CN116111303A CN 116111303 A CN116111303 A CN 116111303A CN 202211609756 A CN202211609756 A CN 202211609756A CN 116111303 A CN116111303 A CN 116111303A
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赵宇博
范力思
武华锋
荀民
薛子鹏
陈鸿鹏
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    • HELECTRICITY
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Abstract

本发明涉及一种同轴滤波器与散热系统共形结构,属于微波电路集成技术领域。该低通滤波器采用镶嵌于散热齿片的同轴结构来实现,考虑散热需求,在满足滤波器性能指标的前提下尽可能缩小滤波器尺寸,融合了同轴滤波器与散热系统的设计思想,在结构上对其进行了一体化设计,可以完美解决系统电磁兼容与散热需求,可以作为整体结构直接嵌入在辐射单元与收发组件之间,起到提高散热效率并抑制各次谐波的作用。该高低阻抗线同轴低通滤波器与散热系统共形设计具有插损小、散热性能强、集成度高等特点。

Description

一种同轴滤波器与散热系统共形结构
技术领域
本发明属于微波电路集成技术领域,具体为一种同轴滤波器与散热系统共形结构。应用在雷通、通信、电子战相控阵前端电路中,解决了末级功放谐波抑制和瓦片阵散热性能提升的问题,具有良好的工程实现性。
背景技术
在大多数有源相控阵雷达前端电路中,往往将有源收发组件与天线阵面进行一体化设计,而且为了尽可能的提高集成度,两者之间往往采用直通互连的方式。虽然缩小了前端体积,但是这种简单的互连大大降低了雷达的电磁兼容性。尤其是收发组件输出端的无用杂散与谐波都有可能成为雷达系统的干扰源,影响系统性能,此外同轴滤波器如果作为独立器件嵌入于收发组件与天线之间,其尺寸往往过大,将会影响散热系统的散热效率。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决有源相控阵雷达中电磁兼容与散热的双重需求,本发明提供一种同轴滤波器与散热系统共形结构,具有插损小、散热性能强、集成度高等特点。
技术方案
一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于包括均温板、散热翘片、同轴低通滤波器;所述均温板下设有多个散热翘片,每个散热翘片中镶嵌多个同轴低通滤波器;所述的同轴低通滤波器与散热翘片一体设计,同轴低通滤波器的外导体与散热翘片共用。
所述的同轴低通滤波器依次包括第一匹配枝节7、同轴内导体低阻抗线第一枝节9、同轴内导体高阻抗线第一枝节10、同轴内导体低阻抗线第二枝节14、同轴内导体高阻抗线第二枝节15、同轴内导体低阻抗线第三枝节17、第二匹配枝节18;在第一匹配枝节7、同轴内导体高阻抗线第一枝节10、同轴内导体高阻抗线第二枝节15、第二匹配枝节18外侧为空气介质。
所述的同轴低通滤波器的内导体与外导体之间填充介质以确保其强度。
所述的介质为Teflon。
所述的同轴低通滤波器的外部接头采用SSMP、SMP、毛纽扣或弹簧针。
所述的同轴低通滤波器等间距排列,整个同轴低通滤波器成N*M阵列排布。
有益效果
本发明提供的一种同轴滤波器与散热系统共形结构,区别于滤波器与散热器分离的设计,采用了一体化设计思想,高效的利用了T/R组件与辐射单元之间的空间,克服了将二者分离设计滤波器占用空间大,对散热性能产生不利影响的缺点,在有限空间内满足系统散热需要的前提下完成末级功放谐波抑制的功能。
同轴滤波器与散热系统共形结构损耗小,承受功率大,将滤波器与散热系统一体设计嵌入到收发组件与天线之间,同时解决信号互联、有效抑制收发组件输出的杂散与谐波及提高散热效率。
与现有技术相比,其显著优点为:(1)从热设计的角度看为实现更好的散热性能需要更多的散热翘片,要求散热翘片尽可能的薄,从滤波器的电性能角度及加工工艺角度看需要滤波器高低阻抗线尽可能不要太小,以实现更好的带外抑制特性并方便加工制造,二者在空间的设计理念上产生了矛盾,滤波器与散热系统共形设计最大程度的利用了有限空间将电磁兼容设计和热设计发挥至极致;(2)同轴滤波器的位置和数量灵活,根据阵面通道需求可以自行定制;(3)采用高低阻抗谐振器,结构更加紧凑,易于加工制造,可以根据需求通过改变枝节参数完成通带范围调整末级功放高次谐波抑制需求;(4)通过调节谐振器高低阻抗的比值可以方便的调节寄生通道的位置;(5)灵活多变的接口形式,一种同轴滤波器与散热系统共形结构可以是可采用SSMP、SMP、毛纽扣、弹簧针等接口形式。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1同轴低通滤波器与散热系统共形结构侧视图;
图2同轴低通滤波器与散热系统共形结构顶视图;
图3同轴低通滤波器与散热系统结构;
图4同轴低通滤波器端主体结构;
图5同轴低通滤波器滤波器仿真图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图和实施例,对本发明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发明,并不用于限定本发明。此外,下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,本发明同轴低通滤波器与散热系统共形结构,其中包括均温板1,与散热翘片共形设计的同轴低通滤波器2,其中同轴低通滤波器部分由外部的金属导体,中间的介质以及内部的金属导体组成。同轴低通滤波器采用镶嵌于散热齿片的同轴结构来实现,考虑散热需求,在满足滤波器性能指标的前提下尽可能缩小滤波器尺寸,融合了同轴滤波器与散热系统的设计思想,在结构上对其进行了一体化设计,可以完美解决系统电磁兼容与散热需求,可以作为整体结构直接嵌入在辐射单元与收发组件之间,起到提高散热效率并抑制各次谐波的作用。
所述的均温板1的厚度可以根据需要选定,本实施例为3mm;所述的均温板1的长度可以根据需要选定,本实施例为47mm;所述的均温板1的长度可以根据需要选定,本实施例为47mm;所述的均温板1的宽度可以根据需要选定,本实施例为46mm;所述的散热翘片的间距可以根据需要选定,本实施例为3mm。
如图2-4所示,同轴低通主体结构镶嵌于散热翘片中间,同轴低通滤波器的外部接头形式多样可以采用SSMP、SMP、毛纽扣、弹簧针等。同轴低通滤波器由第一匹配枝节7、第一空气介质8、同轴内导体低阻抗线第一枝节9、同轴内导体高阻抗线第一枝节10、第二空气介质11、同轴内导体低阻抗线第二枝节14、同轴内导体高阻抗线第二枝节15、第三空气介质16、同轴内导体低阻抗线第三枝节17、第二匹配枝节18、第四空气介质13组成;同轴内导体低阻抗线第二枝节14位于中间位置,一侧放置为同轴内导体高阻抗线第一枝节10、同轴内导体低阻抗线第一枝节9、第一匹配枝节7;另一侧放置为同轴内导体高阻抗线第二枝节15、同轴内导体低阻抗线第三枝节17、第二匹配枝节18;两侧结构成对称放置;在同轴内导体高阻抗线第一枝节10外侧为第二空气介质11,在同轴内导体高阻抗线第二枝节15外侧为第三空气介质16,在第一匹配枝节7外侧为第一空气介质8,在第二匹配枝节18外侧为第四空气介质13。
所述的第一匹配枝节7的直径1mm、长度0.5mm;所述的同轴内导体低阻抗线第一枝节9的直径1.5mm、长度0.5mm;所述的同轴内导体高阻抗线第一枝节10的直径0.25mm、长度3.03mm;所述的同轴内导体低阻抗线第二枝节14直径1.5mm、长度1.61mm;所述的同轴内导体高阻抗线第二枝节15其长度直径与同轴内导体高阻抗线第一枝节10一致;所述的同轴内导体低阻抗线第三枝节17与同轴内导体低阻抗线第一枝节9长度、直径一致;所述的第二匹配枝节18与第一匹配枝节7长度、直径一致。
由于介质材料粗细突变的内导体低阻线直径小于1.5mm,高阻线直径甚至只有0.25mm(工艺极限决定,保证强度的前提下越小越好),为了确保其具有一定的强度在同轴外导体与同轴内导体低阻抗线之间填充Teflon材料12。
内部滤波器外导体与散热器的散热翘片一体设计,散热翘片的宽度受到滤波器内、外导体尺寸的影响,滤波器外导体尺寸由滤波器性能指标、散热翘片厚度、工艺加工精度、极限决定。滤波器粗细突变的内导体直径、外导体尺寸将影响滤波器性能指标,外导体尺寸影响散热翘片的厚度,进而影响散热效率。对其设计应当兼顾电气指标和热设计指标。本发明采用如下方法确定高低阻抗线初始直径和长度,经仿真优化得到最终结果。
假设w1为滤波器截止频率,这里w1=7.5GHz。根据滤波器通带和阻带衰减指标,选择适当的归一化低通原型,计算滤波器实际元件数值,这里L1=360pH,L3=1.5nH,L5=1.5nH,L7=360pH,C2=0.4pF,C4=0.65pF,C6=0.4pF。计算滤波器实际元件数值,则Yl=1/Rl,Yh=1/Rh,介电常数约等于:2.02,Vh为真空中的光速,
Figure BDA0003992715900000051
查表得Cf=0.1632fF。
Figure BDA0003992715900000052
Figure BDA0003992715900000053
...
Figure BDA0003992715900000054
Figure BDA0003992715900000055
...
由仿真结果可以看出,在通带范围内插入损耗<0.2dB,在阻带范围内频率抑制度>23dB,滤波器沿微波传输方向长度等于9.67mm。
特别要指出的是该长度不包含两端连接器,两端连接器可以根据具体需要选择。
举例只作原理分析,实际滤波器长度、半径也可以根据需要定制,不同长度,半径所能达到的滤波器性能不同。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于包括均温板、散热翘片、同轴低通滤波器;所述均温板下设有多个散热翘片,每个散热翘片中镶嵌多个同轴低通滤波器;所述的同轴低通滤波器与散热翘片一体设计,同轴低通滤波器的外导体与散热翘片共用。
2.根据权利要求1所述的一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于:所述的同轴低通滤波器依次包括第一匹配枝节(7)、同轴内导体低阻抗线第一枝节(9)、同轴内导体高阻抗线第一枝节(10)、同轴内导体低阻抗线第二枝节(14)、同轴内导体高阻抗线第二枝节(15)、同轴内导体低阻抗线第三枝节(17)、第二匹配枝节(18);在第一匹配枝节(7)、同轴内导体高阻抗线第一枝节(10)、同轴内导体高阻抗线第二枝节(15)、第二匹配枝节(18)外侧为空气介质。
3.根据权利要求2所述的一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于:所述的同轴低通滤波器的内导体与外导体之间填充介质以确保其强度。
4.根据权利要求3所述的一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于:所述的介质为Teflon。
5.根据权利要求1所述的一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于:所述的同轴低通滤波器的外部接头采用SSMP、SMP、毛纽扣或弹簧针。
6.根据权利要求1所述的一种同轴滤波器与散热系统共形结构,其特征在于:所述的同轴低通滤波器等间距排列,整个同轴低通滤波器成N*M阵列排布。
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