本发明涉及通信滤波器，尤其涉及一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器及其设计方法。
背景技术：
1、近年来，随着微波射频测试仪表功能越来越强大，性能需求一直持续提升，仪表用滤波器尺寸、重量也在不断增加，手持式微波射频测试仪表的小型化、轻量化需求越来越迫切。腔体滤波器q值高、性能好，可用于微波射频测试仪表选择通信信号频率并滤除通信信号频率外的杂波或干扰信号，其体积的大小和重量直接影响到射频测试仪表小型化、轻量化。
2、为了解决上述问题，现有的相关技术主要集中在腔体滤波器部件结构设计、高抑制度设计或者特定场景下的滤波器设计方法，以及相关的制造方法，其中宽带设计方法是在相邻两个耦合腔之间加高脊，或者加耦合探针的方法。现有的方法12×12mm的两个谐振腔在700mhz-800mhz频段范围内在一般能实现5%左右的相对耦合带宽，主要针对大功率容量的大尺寸腔体滤波器设计,使用场景集中在无线通信信道中谐波、杂散抑制；但是，现有方法无法将滤波器内部的空气部分体积做到极大，从而导致滤波器的整体尺寸做不到很小，现有技术750mhz中心频率48mm×27mm×33mm的尺寸下能做到约3%左右相对带宽，如果750mhz中心频率10%的相对带宽，尺寸需要增加到75mm×40mm×45mm，因此无法用于48mm×27mm×33mm及其以下尺寸宽带需求场景，尤其是手持仪表、卫星、机载等尺寸要求高的场景。
技术实现思路
1、本发明的目的之一，就在于提供一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，以解决上述问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，包括腔体，所述腔体内设置有耦合筋、耦合筋支撑体、耦合支撑体、抽头导体支撑体、调谐柱、抽头导体、耦合螺钉、抽头支撑体、调谐柱支撑体、调谐螺钉和盖板；其中，所述耦合筋由高度抬升部分和高度一致部分组成，所述高度抬升部分通过耦合筋支撑体支撑，所述高度一致部分通过调谐柱底端螺纹锁定在腔体上，耦合筋直连两个谐振柱，可以提升电耦合的带宽，同时耦合筋厚度很薄，基本不占用空间体积，该部件是实现宽带和小型化的关键；所述调谐柱支撑体上接盖板、下与调谐柱底部相连，起到固定谐振柱的作用防止谐振柱在振动时左右晃动引起性能变化，支撑体的介电常数比空气大，能提供更多谐振电容量，一定程度上减小整个滤波器的体积，是实现滤波器小型化的一个重要部件；耦合支撑体的作用是支撑感性磁耦合部件，如果没有磁耦合需要，就不使用该部件；抽头导体支撑体作用是固定抽头导体距离腔体底部高度，整个高度由耦合筋支撑体的高度和耦合筋的厚度组成，其上支撑抽头导体下接耦合筋；抽头导体作用是滤波器的输入输出的连接部件，内部连接谐振柱，外部链接滤波器的输入输出连接器；耦合螺钉作用是微调两个腔体之间耦合强度，位于滤波器内部两个腔体的之间，锁定在盖板上，通过调节螺钉深浅控制两个腔体之间的耦合强度；抽头支撑体的作用是支撑抽头输入输出，避免和金属腔体短路同时固定抽头导体；调谐螺钉作用是微调谐振腔的谐振频率，其位于每个谐振腔的中央，通过调节螺钉长度微调谐振腔的谐振频率。
3、作为优选的技术方案，所述耦合筋的厚度为0.1～0.4mm。
4、作为优选的技术方案，所述耦合筋的材料为铍青铜镀银或者软态铜镀银。
5、作为优选的技术方案，所述耦合筋支撑体、耦合支撑体、抽头导体支撑体、抽头支撑体通常选取介电常数2左右的绝缘材料，调谐柱支撑体采用介电常数为2～5的绝缘材料，根据实际的需要选择。
6、除上述的耦合筋支撑体、耦合支撑体、抽头导体支撑体、抽头支撑体、调谐柱支撑体外，本发明其他部件由铝、铜、殷钢等材料加工并镀银。
7、作为优选的技术方案，所述耦合筋支撑体、耦合支撑体、抽头导体支撑体、抽头支撑体常用聚四氟乙烯，调谐柱支撑体采用聚四氟乙烯或介电陶瓷材料。
8、本发明的目的之二，在于提供一种上述小功率极小尺寸宽带腔体滤波器的设计方法，参见图9，包括下述步骤：
9、（1）根据损耗、工作频率范围、边带抑制度参数，计算滤波器谐振腔个数、每个谐振腔的谐振频率、谐振腔的无载品质因数，腔与腔之间的耦合带宽，输入输出端口所需时延或者q因子；
10、（2）根据无载品质因数、单个腔谐振频率设计单个谐振腔大小，调谐螺钉尺寸、谐振柱尺寸、谐振柱支撑体的介电常数；
11、（3）根据输入输出时延设计抽头片的尺寸及形状，如果输入输出端口的谐振频率、时延满足要求，进行第(4)步骤计算；如果输入输出端口的谐振频率、时延不满足要求，需要重新调整调整谐振柱尺寸、谐振柱支撑体的介电常数和单个腔体尺寸直到满足要求。
12、（4）根据腔体之间的耦合带宽给定w1/w2/w3/w4/w5初值，给定h大概初值；
13、（5）如果带宽满足要求，即完成设计；如果不满足要求，则调整w1/w2/w3/w4/w5、h的值；
14、1）如果调整多次，一般次数选择n大于等于20次，则判定带宽是否满足要求；
15、2）如果调整次数如果大于n，不满足耦合带宽要求。不满足耦合带宽要求的腔之间以l1、l2长度抬升或者降低耦合筋的高度h1/h2，耦合带宽越大h1/h2抬升越高，然后调整w1/w2/w3/w4/w5的值，直到带宽符合要求。
16、本发明主要包括下述两方面的设计：
17、（1）宽带化设计：本发明的耦合筋结构如图3至图8所示，给每个谐振腔之间耦合带宽给定w1/w2/w3/w4/w5初值，耦合带宽越大值越大，该部分可以粗调耦合带宽，如图7设定高度h，该高度h决定腔体滤波器整体带宽，h越大整个滤波器带宽越宽，改部分可以大步进调节耦合带宽，根据hfss耦合带宽的仿真结果调节h/ w1/w2/w3/w4/w5大小使得各个腔体之间的耦合带宽符合设计值。如果某些带宽还是不满足设计，就需要调节某两个腔体之间的耦合筋高度。如图6所示，首尾腔耦合带宽不够，耦合筋以l1、l2长度抬升h1和h2的高度，从而得到高度抬升部分，增大腔体之间的耦合强度，同时还能释放对两端拉扯应力释放；如果某两个腔之间的耦合带宽不够，就需要单独抬升或降低相对应腔之间耦合筋高度，参考前述的两端抬升耦合筋的方式；
18、（2）低频小型化设计：本发明的耦合筋，其为薄的镀银导体，其厚度t通常选取0.1-0.4mm，材料通常选取铍青铜镀银或者软态铜镀银，最薄厚度选择为满足可靠性强度最薄厚度，厚度越薄耦合筋占用腔体内部体积越小，谐振腔工作频率越低，体积越小。调谐柱支撑体选择介电常数2～5的绝缘体，增加电容量来降低谐振频率与减小滤波器体积，根据滤波器的损耗的要求来选择绝缘体的介电常数，损耗要求越高，调谐柱支撑体介电常数越低，优选聚四氟乙烯（ptfe）、介电陶瓷作为支撑材料。
19、与现有技术相比，本发明的优点在于：
20、（1）本发明能够将空气腔体滤波器尺寸显著减小，比常规方法设计的腔体滤波器的尺寸小20%以上，同时还能保证很小的损耗指标；
21、（2）在小尺寸的情况下，本发明还能实现宽的带宽，比如，现有的方法12×12mm的两个谐振腔在700mhz-800mhz频段范围内一般只能实现5%左右的相对耦合带宽，而本发明的设计方法至少能实现10%的相对带宽；现有技术750mhz中心频率48mm×27mm×33mm的尺寸下只能做到约3%左右相对带宽，如果750mhz中心频率10%的相对带宽，尺寸则需要增加到75mm×40mm×45mm；而本发明在750mhz中心频率48mm×27mm×33mm的尺寸下能做到10%以上的相对带宽，因此，本发明方法可以用于48mm×27mm×33mm及其以下尺寸宽带需求场景，尤其是手持仪表、卫星、机载等尺寸要求高的场景；
22、（3）本发明一体化的耦合筋设计，通过螺纹与腔体锁定，结构简单，只需要一个装配步骤，基本没有增加生产装配复杂度。
1.一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，其特征在于，包括腔体（1），所述腔体（1）内设置有耦合筋（2）、耦合筋支撑体（3）、耦合支撑体（4）、抽头导体支撑体（5）、调谐柱（6）、抽头导体（7）、耦合螺钉（8）、抽头支撑体（9）、调谐柱支撑体（10）、调谐螺钉（11）和盖板（12）；其中，
2.根据权利要求1所述的一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，其特征在于，所述耦合筋（2）的厚度为0.1～0.4mm。
3.根据权利要求1所述的一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，其特征在于，所述耦合筋（2）的材料为铍青铜镀银或者软态铜镀银。
4.根据权利要求1所述的一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，其特征在于，所述耦合筋支撑体（3）、耦合支撑体（4）、抽头导体支撑体（5）、抽头支撑体（9）、调谐柱支撑体（10）采用介电常数为2～5左右的绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器，其特征在于，所述耦合筋支撑体（3）、耦合支撑体（4）、抽头导体支撑体（5）、抽头支撑体（9）、调谐柱支撑体（10）采用聚四氟乙烯、介电陶瓷材料。
6.一种小功率极小尺寸宽带腔体滤波器的设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
