CN101317299A - 波导带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带阻滤波器，具有输入端口(2；3)，输出端口(3；2)，以及连接两端口的波导(1，1′)，在所述波导(1，1′)中设置有至少一个谐振体(4，5；4′5′)，谐振体具有高于波导(1，1′)的极限频率的谐振频率。

Description

波导带阻滤波器

本发明涉及一种带阻滤波器，它具有输入端口、输出端口和互接所述两端口的中空波导。此种带阻滤波器的已知实例可见于J.D.Rhodes所著的《波导带阻椭圆函数滤波器》一文的第715-718页(“J.D Rhodes，Waveguide Bandstop Elliptic Function Filters，IEEE Trans.OnMicrowave Theory and Techniques volume MTT-20，No.11，November1979”)。

在该已知滤波器内，沿波导壁呈直线延伸有若干谐振腔，由壁中的隔膜(diaphragm)耦合到中空波导。该滤波器的特性由腔体的谐振频率、沿波导的各腔体之间的距离以及它们与波导耦合的强度决定。后者又取决于隔膜的自由截面面积。不难理解，隔膜的自由截面面积越大，则耦合越强。因此，耦合强度具有一个上限，其取决于以下事实：隔膜的自由截面面积不可能超过经由隔膜而与中空波导相耦合的腔体大小。

本发明的目标在于提出一种新颖的带阻滤波器构造原理，与传统构造原理相比，它可以实现更强的耦合。

该目标由本文开头所述的带阻滤波器实现。在这种滤波器中，波导中放置了至少一个谐振体，其谐振频率高于波导的极限频率(limitfrequency)。

被称为梳妆线滤波器(combline filter)的波导带通滤波器具有由导电材料所制成的销(pin)，被设置于互接输入和输出端口的波导中。与本发明相反，这些波导的极限频率高于工作频率带(传输频带)，即：谐振体的谐振频率低于波导信道(waveguide channel)的极限频率，并位于期望通带频率处。在有用传输频带之外，主要由所谓的波导截止效应达到阻隔效果。

根据所要求的带阻滤波器的阶数，可采用若干谐振体；也可将若干谐振体中的一个或多个替换为现有技术可知的横向放置的谐振腔。优选为将谐振体形成为从波导的第一壁突出的销的形式。此销能够附加地插于波导内，优选地，它与第一壁形成一体(piece)，这样可以获得谐振体与第一壁之间最小的结点阻抗。

就制造层面而言，拥有带宽侧和窄侧的矩形截面的波导且谐振体从宽侧之一突出是具有优势。

进一步来讲，优选的是感性或容性间断部(discontinuity)位于波导中，尤其是在滤波器具有二阶或更高阶的情况下，这样才能达到谐振体之间的面耦合并因此获得滤波器在有限频率处具有零点的反射特性。换言之，这样的带阻滤波器，在拥有一个阻带外，还具有有限频率的反射零点附近的工作频带。这种类型的滤波器在采用频率复用的微波传输线的应用中很有用，并且有必要将其用于传输线的每一端，以此以尽可能小的衰减向接收器馈给另一侧的传输频率，而同时尽可能彻底地将相同侧的传输频率与接收器隔离。

这种间断部优选为可变隔膜(iris diaphragm)。

优选也，采用从波导一侧突出的腹板(web)形成可变隔膜。优选地，设置有从相对侧突出且在相同水平相向相互面对的两腹板。

由从波导的窄侧突出且相向面对的腹板所形成的隔膜有利于制造，尤其是机器加工。

根据第一实施例，波导中靠近谐振体处具有平坦的壁。这样的谐振体的耦合强度具体地取决于它与相邻壁之间的距离。

为了得到期望的耦合，如果波导在谐振体附近处具有凹部也许是合适的。

当波导具有矩形截面，其第一到第三壁在谐振体附近平坦，而第四壁中形成有凹部时，谐振体优选地安放在假想中心平面的面向第四壁的侧部，该中心平面在上述第四壁和面向其的第二壁之间延伸；具体地，谐振体可以被部分或全部接合于凹部中。

由于恰当地放置谐振体可以决定耦合强度，凹部可免于可能起隔膜作用的底切(undercut)。

具体地，如果上述凹部成形于第二壁中，或因为其它原因使第二壁可能具有至少一个弯曲部分。在这种情况下，在一个平行于有谐振体从中突出的第一壁的截面中，谐振体到每个壁的距离至少与第二壁的最小曲率半径，优选为后者的两倍。第二壁上的曲率最小半径为机头(machining head)的直径给定了上限，其中，中空波导由工件加工而成。该机头的直径也决定了此截面内谐振体与壁之间可实现的最小距离。

参阅附图，本发明的更多特征和优点可在实施例说明中显而易见。

图1是根据本发明的二阶带阻滤波器的透视原理图；

图2举例说明了具有图1所示设计的滤波器的反射和传输曲线；

图3是根据本发明的三阶带阻滤波器的透视图；

图4说明了具有图3所示设计的滤波器的反射和传输曲线；

图5是图3中的滤波器在其制造中的俯视图；

图6和图7分别说明了图1中的滤波器的更改实施例。

图1中所示的带阻滤波器，实质上由波导部分1形成，波导部分1具有平坦的矩形截面，并基本上沿直线延伸于输入和输出端口2、3之间。两个谐振体4、5从中空波导部分的底部壁6突出至其内部。谐振体4、5均具有高于波导部分1的极限频率或截止频率的谐振频率。谐振体4、5为块状金属体(massive metal body)，或者至少是表面镀有金属的，其中，谐振体4、5的金属体与金属底部壁6是电气连接的。谐振体组成了所谓的四分之一波长谐振器(λ/4resonator)。

块状金属谐振体4或5可能与底部壁6成一体，尤其是当波导部分由块状金属经材料烧蚀(material ablation)形成。然而，也可以后来再将谐振器插入波导部分1，例如使用焊接。这有可能是必要的，比如在谐振体5的情形中，谐振体到最近的相邻侧壁7之间的距离太狭小，无法在其间使用烧蚀工具。

侧壁中的谐振体4、5的距离定义了它们与在波导部分1中的传播的RF场之间的耦合。当谐振体位于波导部分1中的延伸于两个侧壁7、8之间的纵向中心平面上时耦合最强，并随着谐振体接近侧壁7、8的其中之一而降低。

波导部分1的纵向方向上的谐振体4、5的距离通常为3λ/，λ是滤波器阻带中心频率所对应的波长。应由期望的滤波器特性及设置得出谐振体之间的相应距离，即，距离值由相应的综合体系中所决定的谐振体与间断部之间的相位长度来导致。

在侧壁7、8上，腹板9在相同水平上相向而置，并在整个侧壁的高度范围内延伸，且突入波导部分1内。这些腹板形成了与谐振体4、5相耦合的隔膜。通过该隔膜，可以实现将滤波器的反射零点偏移到有限频率处，否则反射零点将位于f＝∞的频率处。以这种方法可得到如图2所示的滤波器特性。

图2显示了在具有图1所示设计的滤波器的仿真计算中的获得反射和传输曲线，该滤波器拥有两个谐振体和隔膜。其传输特性用实线表示，反射特性用虚线表示。阻带S大致从25.8MHz延伸至26.45MHz，并在约25.85GHz和26.2Ghz处具有由谐振体4、5所致的极点(传输零点)。

利用隔膜，所有反射零点都可被定位于所定义的频率处：这样就实现了以最大的灵活性来获取任意的滤波器特性。对于图1中的实施例，可产生在阻隔区附近的25.5和25.65GHz处具有两个反射零点的传输带D。像这样具有不对称特性的带阻滤波器，可将其置于微波发射器/接收器单元中接收器的上游侧，该单元具有在阻带进行发送的发射器，这种应用的优势在于保护接收器不受该单元中的发射器信号的干扰，实现无衰减地接收传输带内来自于远程发射器的信号。

图3以与图1相似的透视图显示了一个三阶带阻滤波器的说明图解，对应于本发明的第二实施例。如同在图1中的情形，波导部分1′在端口2、3之间大致沿直线延伸，并设置有金属谐振体4′、5′。侧壁8′的的对准虚线贯穿通过谐振体4′，第二个谐振体5′位于对准线的略靠上方处。在谐振体4′、5′周围，凹部10、11成形于侧壁8′中。第三个谐振器由空腔12形成，它通过隔膜13与波导部分1耦合。如果需要，空腔12也可以由放置于凹部的谐振体代替，或者由谐振体4′、5′中的一个代替，尤其是谐振体5′，因其与波导部分1的中心平面之间的较大距离而只能相当弱地耦合，最终可能由另外的空腔代替。

置于凹部的谐振体的谐振频率可以不同于同样尺寸的置于波导部分1′自身中的谐振体的谐振频率。滤波器特性所要求的谐振频率由与凹部相关联的谐振器所确定。凹部10、11的功能是双重的。一方面，凹部的存在降低了置于凹部附近的谐振体的耦合强度与其与中心平面距离的依赖性，从而降低了依赖于制造工艺的耦合强度的分散性。另一方面，谐振体4′、5′到包围其的凹部的壁10，11之间的较大距离使得谐振体可更相当弱地跟与之成一体的波导部分底部壁相耦合，从而避免了底部壁和插入的谐振体之间产生的随后由电导通连接的变化质量所致的滤波行为的分散性。

图5通过图3中处于部分完工状态的滤波器的俯视图来描述了以下事实。14代表机头，利用它可以逐层地将材料去除以形成波导部分1。虚线15指出了机头14的路线。空腔12的转角16、凹部10、11和腹板9基部的曲率半径都与机头14的半径r相同，这样，为了形成侧壁，机头必须仅在波导部分1的纵向方向或者仅在其横向方向移动。矩形截面的谐振体4′、5′的侧面17和与之相向的凹部10、11的侧壁18之间的距离和机头14的直径相同，这样，在谐振体4′、5′周围移动机头14一次就足以生成凹部10、11的形状。

图3类型的带阻滤波器的特性见于图4。同样，虚线描述了反射特性，实线描述了传输特性。与三个谐振体4′、5′、11相对应，每条曲线均有三个零点，并且正如图2中的相同情形，阻带S和传输带D形成于紧邻的区域内。

图6描绘了对图1中的滤波器的第一项修改。从底部壁6上突起的单一腹板9′取代了相互对称相向的两个腹板9而形成了间断部。

在图7中所展示的第二项修改，由单极18形成间断部，就像谐振体4、5，其是金属的或者是金属化的，且其与后者的不同主要在于长度。它可在波导的两壁6、19之间延伸，或者大大地短于谐振体4、5，这样极18的最终谐振频率将明显高于或低于滤波器的工作频率范围。

上述实施例中，有谐振体突起的底部壁是矩形截面的宽侧。当然，在所有这些例子中，也可以考虑用窄侧来支撑谐振体。

当然，诸如螺丝钉、电介质等已知的非具体指定的调谐构件可设置在谐振体和/或间断部处以微调尺寸、布置等。

Claims (13)

1.一种带阻滤波器，具有输入端口(2；3)，输出端口(3；2)，以及连接所述两端口的波导(1，1′)，其特征在于，至少一个谐振体(4，5；4′5′)位于所述波导(1，1′)中，所述至少一个谐振体具有高于所述中空波导(1，1′)的极限频率的谐振频率。

2.如权利要求1所述的带阻滤波器，其特征在于，所述谐振体(4，5；4′5′)形成为从所述波导的第一壁(6)突出的销。

3.如权利要求2所述的带阻滤波器，其特征在于，所述谐振体(4，5；4′5′)与所述第一壁(6)形成一体。

4.如权利要求2所述的带阻滤波器，其特征在于，在通过平行于所述第一壁(6)的所述波导的截面中，第二壁(1)具有至少一个弯曲部分(16)，并且在所述截面中所述谐振体(4′，5′)离开各壁的距离至少与所述第二壁(8)的最小曲率半径一样大。

5.如前述权利要求任一项所述的带阻滤波器，其特征在于，所述波导具有带有宽侧(6)和窄侧(7，8)的矩形截面，并且所述谐振体(4，5；4′，5′)从所述宽侧(6)之一突出。

6.如前述权利要求任一项所述的带阻滤波器，其特征在于，感性或容性的间断部(9，9′；18)位于所述波导中。

7.如权利要求6所述的带阻滤波器，其特征在于，所述间断部为可变隔膜。

8.如权利要求7所述的带阻滤波器，其特征在于，所述可变隔膜由从所述波导部分(1)的侧部(7，8；6)突出的至少一个腹板(9，9′)形成。

9.如权利要求5和8任一项所述的带阻滤波器，其特征在于，所述隔膜由从所述窄侧(7；8)突出的相对腹板(9)形成。

10.如前述权利要求任一项所述的带阻滤波器，其特征在于，所述波导在靠近所述谐振体(4，5)处具有平坦壁(7，8)。

11.如前述权利要求1-9任一项所述的带阻滤波器，其特征在于，所述中空波导在靠近所述谐振体(4′，5′)处具有凹部(10，11)。

12.如权利要求11所述的带阻滤波器，其特征在于，所述波导具有的矩形截面，带有在靠近所述谐振体(4′，5′)处平坦的第一至第三壁(6，7)，和其中形成有所述凹部(10，11)的第四壁，并且所述谐振体(4′，5′)位于面向所述第四壁(8)的中心平面的侧部，所述中心平面延伸于所述第四壁(8)和面向其的所述第二壁(7)之间。

13.如权利要求11或12任一项所述的带阻滤波器，其特征在于，所述凹部(10，11)无底切影响。

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