CN101656340B

CN101656340B - 一种高低端带宽平衡的同轴腔可调滤波器

Info

Publication number: CN101656340B
Application number: CN2009101531045A
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 Electronic Science and Technology University
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2029-09-14
Also published as: CN101656340A

Abstract

本发明涉及一种高低端带宽平衡的同轴腔可调滤波器。现有的同轴腔可调滤波器在工作频段内的不同频率处无法保持恒定的带宽。本发明包括滤波器壳体；开有矩形耦合窗口的隔板将滤波器壳体分隔成多个同轴腔；每个同轴腔内底部中心设置有圆柱形内导体，滤波器壳体相对的两个侧壁上分别设置有输入同轴接头和输出同轴接头，耦合环一端与同轴接头连接，另一端与滤波器壳体的腔内底部连接；腔间耦合环为螺线管型结构，螺旋线的两端分别位于相邻的两个同轴腔并引出引线与滤波器壳体底部连接。本发明将滤波器耦合窗口和跨腔螺线管型腔间耦合环结合，利用此结构能实现滤波器在整个频率调谐范围内带宽保持恒定且大大改善滤波器的插入损耗以及纹波。

Description

一种高低端带宽平衡的同轴腔可调滤波器

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，提供一种高低端带宽平衡的同轴腔可调滤波器，采用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。

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，输入耦合环的一端与输入同轴接头连接、另一端与滤波器壳体腔内底部连接，输出耦合环的一端与输出同轴接头连接、另一端与滤波器壳体腔内底部连接；每个隔板的耦合窗口上架设有腔间耦合环，所述的腔间耦合环为螺线管型结构，腔间耦合环的轴线位于耦合窗口所在的平面内，并与耦合窗口的底边平行，腔间耦合环的螺旋线的两端分别位于相邻的两个同轴腔，螺旋线的两端引出引线与所在同轴腔的底部连接。

所述的腔间耦合环的螺线管的截面为等腰梯形、矩形或三角形。

本发明将滤波器耦合窗口和跨腔螺旋线耦合环结合，而螺旋线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为本发明的带宽随频率变化的曲线；

图5为本发明可调滤波器在低频端的性能图；

图6为本发明可调滤波器在高频端的性能图。

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8、输出N型同轴接头4、输入耦合环7、输出耦合环5；滤波器壳体1为中空的长方体，输入N型同轴接头8和输出N型同轴接头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；隔板与输入N型同轴接头8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9；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7的一端与输入N型同轴接头8连接、另一端与滤波器壳体1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；每个隔板3的耦合窗口9上架设有腔间耦合环6，腔间耦合环6为螺线管型结构，腔间耦合环6的轴线位于耦合窗口9所在的平面内，并与耦合窗口9的底边平行，腔间耦合环6的螺旋线的两端分别位于相邻的两个同轴腔，螺旋线的两端引出引线与所在同轴腔的滤波器壳体1腔内底部连接。

本实施例中腔间耦合环的螺线管的截面为矩形。

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耦合环和输出耦合环实现。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同轴腔可调滤波器的带宽随频率变化的曲线。带宽与频率的关系可以通过耦合系数来导出。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截面为矩形的螺线管型腔间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螺线管型腔间耦合环的共同贡献。如图4所示是采用本发明的截面为矩形的螺线管型腔间耦合环的同轴腔可调滤波器的带宽随着频率变化的曲线。该曲线也可以通过耦合系数来解释，矩形耦合窗口的耦合系数k_ij随着频率的升高而增大，腔间耦合环的耦合系数k_ij随着频率的升高而减小，两者中和的结果可以使总的耦合系数随着频率的升高而减小，因此根据上面的公式，在整个工作频率范围内能保持滤波器的带宽几乎是常数。

图5给出了本发明的可调滤波器的低端性能，图6给出了本发明的可调滤波器的高端性能。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6.4MHz，实现了高低端平衡。

Claims

1.一种高低端带宽平衡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、输入耦合环、输出耦合环，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，输入耦合环的一端与输入同轴接头连接、另一端与滤波器壳体腔内底部连接，输出耦合环的一端与输出同轴接头连接、另一端与滤波器壳体腔内底部连接；其特征在于：每个隔板的耦合窗口上架设有腔间耦合环，所述的腔间耦合环为螺线管型结构，腔间耦合环的轴线位于耦合窗口所在的平面内，并与耦合窗口的底边平行，腔间耦合环的螺旋线的两端分别位于相邻的两个同轴腔，螺旋线的两端引出引线与所在同轴腔的滤波器壳体腔内底部连接。

2.根据权利要求1所述的一种高低端带宽平衡的同轴腔可调滤波器，其特征在于：腔间耦合环的螺线管的截面为等腰梯形、矩形或三角形。