CN101656339B - 一种小型化的同轴腔可调滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型化的同轴腔可调滤波器。现有的同轴腔可调滤波器的输入输出端口电纳大，很难构成多路耦合器。本发明包括滤波器壳体，隔板地将滤波器壳体分成多个同轴腔，滤波器壳体的相对侧壁上分别设置有输入同轴接头和输出同轴接头；主耦合环的一端与滤波器壳体腔内底部连接，副耦合环的一端与同轴接头所在的滤波器壳体侧壁连接，主耦合环的另一端以及副耦合环的另一端均与同轴接头连接。本发明将主耦合环与副耦合环结合，利用此结构能够实现同轴腔可调滤波器在整个频率调谐范围内大幅度的减小端口电纳。
Description
技术领域
本发明属于微波无源电路领域，涉及一种可以实现小型化、大幅度降低可调滤波器端口电纳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单个耦合环接在输入输出同轴接头处实现同外部的耦合，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。通常都将几个可调滤波器结合成一组形成多路耦合器，以此来实现多部收发电台共用一根天线。多路耦合器可以大大的减小通信系统的体积，减少天线的重量，改善电磁兼容性能。
通常要求组成多路耦合器的可调同轴腔滤波器的端口电纳尽量的小，并且在整个调谐范围内电纳的极性一致，不能过零点。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。否则将不能组成多路耦合器。
为了更好的理解本发明的背景技术，现对多路耦合器以及传统同轴腔可调滤波器进行说明。现在的多路耦合器一般都是四路多路耦合器，由四个可调滤波器并联到一个五通头处，后面连接耦合网络。四个可调滤波器决定多路耦合器的四个不同的工作频率，可以允许四部电台在这四个频率处同时进行工作。并且频率可调，可以增加整个通信系统的保密性。多路耦合器对于组成其的可调滤波器的最主要的要求就是滤波器的电纳在整个工作频段内要尽量的小，这样才能比较方便的组成多路耦合器。如果可调滤波器的输入输出端口电纳过大，四个滤波器的并联电纳之和的等效短路线长度超过多路耦合器工作频段的中心频率的四分之一波长的时候，则组成的多路耦合器的性能会急剧的变差，甚至不能构成多路耦合器。
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。滤波器的输入输出通过在输入输出同轴接头处连接一个耦合环的一端，另一端连接在同轴腔的短路端来实现。通过带宽和带外隔离指标来确定输入输出耦合环的宽度和高度。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。
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的插损和带宽，就要求输入输出耦合环的宽度和高度足够大。如果输入输出耦合环的面积过小，则滤波器在低频端的插入损耗就会过大。而滤波器输入输出耦合环的高度和宽度的增大就会导致滤波器输入输出端口的电纳急速增大，甚至过零点。可调滤波器的输入输出端口电纳过大将导致其等效的短路线长度过长，很难构成多路耦合器。并且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。
发明内容
本发明针对现有滤波器中输出输出端口的电纳过大问题，提出了一种小型化的同轴腔可调滤波器，该可调滤波器在整个工作频段内的端口电纳大幅度减小，使其在保持带宽以及插入损耗性能的基础上腔体长度小于四分之一波长，达到小型化的目的，便于构成多路耦合器。
针对上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种小型化的同轴腔可调滤波器，包括滤波器壳体、隔板、输入同轴接头、输出同轴接头、输入主耦合环、输出主耦合环；
所述的滤波器壳体为中空的长方体，输入同轴接头和输出同轴接头分设在滤波器壳体相对的两个侧壁上；n块隔板平行设置在滤波器壳体内，将滤波器壳体分隔成n+1个同轴腔，n≥1；所述的隔板与输入同轴接头和输出同轴接头所在的滤波器壳体侧壁平面平行，每块隔板开有矩形的耦合窗口；每个同轴腔内底部中心设置有圆柱形的内导体。
输入主耦合环的一端与滤波器壳体腔内底部连接，输入副耦合环的一端与输入同轴接头所在的滤波器壳体侧壁连接，输入主耦合环的另一端以及输入副耦合环的另一端均与输入同轴接头连接；
输出主耦合环的一端与滤波器壳体腔内底部连接，输出副耦合环的一端与输出同轴接头所在的滤波器壳体侧壁连接，输出主耦合环的另一端以及输出副耦合环的另一端均与输出同轴接头连接。
本发明将主耦合环与副耦合环结合，根据并联电路理论，此时滤波器输入输出端口电纳小于任何一个主耦合环或副耦合环的端口电纳，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大幅度的减小端口电纳。也就是说能够大幅度的减小滤波器端口的等效短路线长度，因此滤波器端口的等效短路线长度加上滤波器到五通头的连接线的长度之和可以大幅度减小。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为采用本发明所组成的多路耦合器结构示意图；
图3为采用本发明所组成的多路耦合器性能曲线；
图4为不同短路线长度的耦合网络曲线；
图5为采用经典单环输入输出耦合环的端口电纳曲线；
图6为采用本发明的端口电纳曲线。
具体实施方式
如图1所示，一种小型化的同轴腔可调滤波器，包括滤波器壳体1、隔板3、输入N型同轴接头9、输出N型同轴接头4、输入主耦合环8、输出主耦合环5；滤波器壳体1为中空的长方体，输入N型同轴接头9和输出同轴接头4分设在滤波器壳体1相对的两个侧壁上；两块隔板3平行设置在滤波器壳体1内，将滤波器壳体1分隔成三个同轴腔；隔板3与输入N型同轴接头9和输出N型同轴接头4所在的滤波器壳体1侧壁平面平行，每块隔板3开有矩形的耦合窗口；每个同轴腔内底部中心设置有圆柱形的内导体2，输入耦合环8的一端与输入N型同轴接头9连接、另一端与滤波器壳体腔内底部连接，输出耦合环5的一端与输出N型同轴接头4连接、另一端与滤波器壳体1腔内底部连接。
输入主耦合环8的一端与滤波器壳体1腔内底部连接，输入副耦合环7的一端与输入N型同轴接头9所在的滤波器壳体1侧壁连接，输入主耦合环8的另一端以及输入副耦合环7的另一端均与输入N型同轴接头9连接；
输出主耦合环5的一端与滤波器壳体1腔内底部连接，输出副耦合环6的一端与输出N型同轴接头4所在的滤波器壳体1侧壁连接，输出主耦合环5的另一端以及输出副耦合环6的另一端均与输出N型同轴接头4连接。
如图2所示，第一滤波器11-1、第二滤波器11-2、第三滤波器11-3以及第四滤波器11-4均为利用本发明设计制作的四个同轴腔可调滤波器，并排放置。第一滤波器11-1的输入端与第一收发信机10-1信号连接，第二滤波器11-2与第二收发信机10-2信号连接，第三滤波器11-3与第三收发信机10-3信号连接，第四滤波器11-4与第四收发信机10-4信号连接；第一滤波器11-1的输出端、第二滤波器11-2的输出端、第三滤波器11-3的输出端以及第四滤波器11-4的输出端分别与五通头12连接。五通头12的输出端连接到天线盒13的输入端。四个同轴腔可调滤波器和五通头组成多路耦合器。并排放置可以大大地减小整个多路耦合器系统的体积。可以允许四部收发信机同时工作在不同的频率，能大大地提高通信系统的电磁兼容特性。
图3是采用4个本发明的同轴腔滤波器所组成的多路耦合器的性能曲线。测试结果显示多路耦合器系统的通带最小插损是2.7dB，调谐范围在230MHz～410MHz之间。任何一个同轴腔可调滤波器都可以工作在此频段中的任何位置，不过四路同轴腔可调滤波器的工作频率要各不相同，否则就会失去多路耦合器的作用。
图4是同轴腔滤波器的端口等效短路线长度不同的时候耦合网络能实现的性能。由图可以看出同轴腔滤波器的端口等效短路线长度不能过长，当滤波器的端口等效短路线长度加上滤波器到五通头的连接线长度超过240毫米的时候，耦合网络的性能就会急剧变差，这样就会导致多路耦合器不能正常工作。
图5是输入输出耦合环采用经典的单环结构的同轴腔可调滤波器的端口电纳。由图5可以读出在中心频率315MHz处，电纳值为-0.9mS，等效的端口短路线长度为231mm。此时无论将4个可调同轴腔滤波器在多路耦合器中如何摆放，五通头的附加效应，可调滤波器短路线的长度加上外接的连接到五通投的连接线长度肯定超过280mm。根据图4的结果，宽带耦合网络在高端将不能匹配，因此多路耦合器不能正常工作。所以必须缩短滤波器的端口等效短路线的长度。
图6是输入输出耦合环采用本发明的双环结构的同轴腔可调滤波器的短口电纳曲线。由图6可以读出，在工作频段的中心频率315MHz处，电纳值为-12.1mS，短路线长度为155mm，相对于传统的单环耦合的滤波器，长度减小了33％。此时给滤波器到五通头的连接线留出了足够的余量，因此可以很方便的构成多路耦合器。
Claims (1)
1.一种小型化的同轴腔可调滤波器，包括滤波器壳体、隔板、输入同轴接头、输出同轴接头、输入主耦合环、输出主耦合环；所述的滤波器壳体为中空的长方体，输入同轴接头和输出同轴接头分设在滤波器壳体相对的两个侧壁上；n块隔板平行设置在滤波器壳体内，将滤波器壳体分隔成n+1个同轴腔，n≥1；所述的隔板与输入同轴接头和输出同轴接头所在的滤波器壳体侧壁平面平行，每块隔板开有矩形的耦合窗口；每个同轴腔内底部中心设置有圆柱形的内导体，其特征在于：输入主耦合环的一端与滤波器壳体腔内底部连接，输入副耦合环的一端与输入同轴接头所在的滤波器壳体侧壁连接，输入主耦合环的另一端以及输入副耦合环的另一端均与输入同轴接头连接；输出主耦合环的一端与滤波器壳体腔内底部连接，输出副耦合环的一端与输出同轴接头所在的滤波器壳体侧壁连接，输出主耦合环的另一端以及输出副耦合环的另一端均与输出同轴接头连接。
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