CN101640302A

CN101640302A - 一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器

Info

Publication number: CN101640302A
Application number: CN200910102063A
Authority: CN
Inventors: 官伯然; 张忠海; 王东; 吴恒恒
Original assignee: Hangzhou Electronic Science and Technology University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University; Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2010-02-03

Abstract

本发明涉及一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器。现有的同轴腔可调滤波器在不同的频段无法保持恒定的带宽。本发明包括滤波器壳体、隔板；滤波器壳体的前后端盖均设置有同轴接头，滤波器壳体的中间设置有隔板，隔板上开有矩形耦合窗口，腔间耦合环的底边穿过耦合窗口设置，腔间耦合环所在的平面与矩形耦合窗口所在的平面垂直设置，腔间耦合环的两个腰分别位于前同轴腔和后同轴腔内，腔间耦合环的顶点位于隔板与滤波器壳体底部交接处所在线段的中点。本发明将滤波器耦合窗口和跨腔三角形耦合环结合，利用这种结构能够实现同轴腔可调滤波器在整个频率调谐范围内带宽保持恒定。

Description

一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器

技术领域

本发明属于微波无源电路领域，涉及一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器，更具体的是涉及一种实现小型化、高低端带宽平衡而不降低其他性能的同轴腔可调滤波器。

背景技术

滤波器的作用是对特定频率的信号通过，而对频率之外的信号进行衰减。一般情况下可以利用在同轴谐振腔之间开矩形耦合孔的办法来实现腔间耦合，进而形成同轴腔滤波器。可调滤波器的特点就是滤波器的中心频率可以根据需要变化，以此来实现保密通信。同轴腔可调滤波器的耦合通常通过腔间的耦合窗口实现。

通常要求可调同轴腔滤波器的调谐范围尽量的宽，在整个调谐范围内滤波器的带宽尽量保持一致。另外还要求工作中心频率处具有最小的插入损耗，并且要求带外具有适当的衰减。

为了更好的理解本发明的背景技术，现对传统同轴腔可调滤波器进行说明。

传统的同轴腔可调滤波器使用四分之一波长同轴腔作为谐振腔，其中内导体的长度可变。通过改变内导体的长度来改变滤波器开路端加载的等效电容，进而改变滤波器的工作频率。滤波器的腔间耦合通过在腔间隔板上面开一个矩形的耦合窗口来实现，耦合孔的起始位置一般从同轴腔的短路端开始，通过带宽指标来确定耦合孔的长度和宽度。滤波器与外界的耦合通过输入输出耦合环实现。耦合环的位置和大小也根据需要的带宽和插损来确定。

这种传统的同轴腔可调滤波器的缺点在于如果想保证可调同轴腔滤波器在整个调谐范围内带宽恒定，就要求耦合窗口的长度要足够，一般会超过二分之一波长。如果耦合窗口的长度过短，随着频率的升高，窗口的耦合系数也会增加，进而滤波器的带宽会逐渐的增大，这样就会恶化滤波器的带外隔离性能，也会增加带外干扰。如果为了保证可调同轴腔滤波器在整个可调谐范围内的带宽恒定，则滤波器的体积又过大，限制了其在很多场合的应用。

发明内容

本发明针对现有滤波器中体积过大、高低端带宽不平衡问题，提出了一种新的耦合方式来改进小型化同轴腔可调滤波器在整个工作频段内的带宽，使其在保持带宽恒定的基础上腔体长度小于四分之一波长，达到小型化的目的。

针对上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器，包括滤波器壳体、隔板、输入同轴接头、输出同轴接头、输入耦合环、输出耦合环；滤波器壳体的中间设置有隔板，隔板上开有矩形耦合窗口，隔板将滤波器壳体分为前同轴腔和后同轴腔；前同轴腔内底部中心设置有前圆柱形内导体，后同轴腔内底部中心设置有后圆柱形内导体；滤波器壳体的前端盖设置有输入同轴接头，输入同轴接头与输入耦合环一端连接，输入耦合环另一端与滤波器壳体底部连接；滤波器壳体的后端盖设置有输出同轴接头，输出同轴接头与输出耦合环一端连接，输出耦合环另一端与滤波器壳体底部连接；

腔间耦合环为倒置的等腰三角形，腔间耦合环的底边穿过耦合窗口设置，腔间耦合环的两个腰分别位于前同轴腔和后同轴腔内，腔间耦合环的顶点位于隔板与滤波器壳体底部交接处所在线段的中点，腔间耦合环所在的平面与矩形耦合窗口所在的平面垂直设置。

本发明将滤波器耦合窗口和跨腔三角形耦合环结合，而三角形耦合环的耦合系数随着频率的升高而降低，因此利用这种结构能够实现同轴腔可调滤波器在整个频率调谐范围内带宽保持恒定。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为矩形耦合窗口的耦合系数随频率变化的曲线；

图4为三角形耦合环的耦合系数随频率变化的曲线；

图5为本发明与传统可调滤波器在低频端的性能对比图；

图6为本发明与传统可调滤波器在高频端的性能对比图；

具体实施方式

如图1和图2所示，一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器包括：滤波器壳体1、隔板10、输入同轴接头8、输出同轴接头3、输入耦合环7、输出耦合环4。滤波器壳体1的前端盖设置有输入同轴接头8，输入同轴接头8与输入耦合环7一端连接、输入耦合环7另一端与滤波器壳体1底部连接；滤波器壳体1的中间设置有隔板10，隔板10将滤波器壳体1分为前同轴腔9和后同轴腔2；隔板10上开有矩形耦合窗口11，呈倒置等腰三角形状的腔间耦合环6的底边穿过耦合窗口11设置，腔间耦合环6所在的平面与矩形耦合窗口11所在的平面垂直设置，腔间耦合环6的两个腰分别位于前同轴腔9和后同轴腔2内，腔间耦合环6的顶点位于隔板10与滤波器壳体1底部交接处所在线段的中点，前同轴腔9内底部中心设置有前圆柱形内导体5-1，后同轴腔内底部中心设置有后圆柱形内导体5-2；滤波器壳体1的后端盖设置有输出同轴接头3，输出同轴接头3与输出耦合环4一端连接、输出耦合环4另一端与滤波器壳体1底部连接。

同轴腔可调滤波器亦使用四分之一同轴腔作为谐振腔，其中内导体的长度可变。通过改变内导体的长度来改变滤波器开路端加载的等效电容，进而改变滤波器的工作频率。

滤波器与外界的耦合通过输入输出耦合环实现。耦合环的位置和大小根据实际需要的带宽和插损来确定。

如图3所示为矩形耦合窗口的耦合系数随频率变化的曲线。耦合系数与可调滤波器的带宽以及频率的关系为：

bw = f_{0} \sqrt{g_{i} g_{j}} * k_{ij}

其中，k_ij为第i腔和第j腔之间的耦合系数，g_i和g_j是滤波器的低通原型值为常数，不随频率的改变而改变，f₀是可调滤波器工作中心频率，bw代表在频率为f₀时滤波器的带宽。由图3和上面的公式可知，随着频率的升高，f₀和k_ij都会增大，因此，随着频率的升高，滤波器的带宽会迅速的增大。

本发明采用矩形耦合窗口与三角形耦合环结合的耦合机制来实现腔间耦合，滤波器的带宽是矩形耦合窗口和三角形耦合环的共同贡献。如图4所示的三角形耦合环的耦合系数k_ij随着频率的升高而减小，因此可以中和由于频率升高而带来的f₀增大以及矩形耦合环的耦合系数的增大，使带宽保持恒定。

图5和图6给出了本发明和传统的可调滤波器的高低端性能对比，其中虚线所描述的特性是采用本发明的技术所构造的滤波器，实线是采用传统的技术所构造的滤波器。由图5和图6可以看出，采用本发明技术的滤波器高低段带宽都是3.1MHz，实现了高低段平衡。

Claims

1.一种高低端带宽平衡的小型化同轴腔可调滤波器，包括滤波器壳体、隔板、输入同轴接头、输出同轴接头、输入耦合环、输出耦合环；滤波器壳体的中间设置有隔板，隔板上开有矩形耦合窗口，隔板将滤波器壳体分为前同轴腔和后同轴腔；前同轴腔内底部中心设置有前圆柱形内导体，后同轴腔内底部中心设置有后圆柱形内导体；滤波器壳体的前端盖设置有输入同轴接头，输入同轴接头与输入耦合环一端连接，输入耦合环另一端与滤波器壳体底部连接；滤波器壳体的后端盖设置有输出同轴接头，输出同轴接头与输出耦合环一端连接，输出耦合环另一端与滤波器壳体底部连接，其特征在于：腔间耦合环为倒置的等腰三角形，腔间耦合环的底边穿过耦合窗口设置，腔间耦合环的两个腰分别位于前同轴腔和后同轴腔内，腔间耦合环的顶点位于隔板与滤波器壳体底部交接处所在线段的中点，腔间耦合环所在的平面与矩形耦合窗口所在的平面垂直设置。