CN102306859B - 一种低通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了主要由输入输出结构、金属通道（3）、以及设置在金属通道（3）内部的金属内导体（4）、若干调谐螺钉（5）构成，本发明结构简单、调试方便、通带截止频率高、过渡频段抑制陡峭。可望广泛用于各微波波段的电子系统中，特别是雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

Description

一种低通滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器，具体地说，是涉及一种利用同轴内导体和调谐螺钉构成的低通滤波器。

背景技术

在一根同轴内导体上周期性地电容加载可以实现低通滤波器。最常见到的低通滤波器包括圆盘加载的同轴结构内导体和阻抗突变的微带内导体两种。前者有结构复杂、加工精度要求高、支撑难、过渡频段抑制不够陡峭、调试难等缺点。后者有通道高端损耗高、功率容量低、阻带抑制深度有限、过渡频段抑制不够陡峭、无法微调等缺点。最近市场上出现的悬置带线低通滤波器与普通微带低通滤波器相比，由于引入传输零点使过渡频段抑制陡峭度得到一定程度的改善。同时，由于信号能量部分分布于空气中，带通滤波器通带高端插损高的问题也得到部分解决。但是，悬置带线低通滤波器仍存在功率容量低、阻带抑制深度有限、无法微调等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、调试方便、通带截止频率高、过渡频段抑制陡峭的自耦合低通滤波器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种低通滤波器主要由输入输出结构、金属通道、以及设置在金属通道内部的金属内导体、若干调谐螺钉构成，所述输入输出结构由输入输出结构外导体、以及设置在输入输出结构外导体内的输入输出结构内导体构成，所述输入输出结构内导体和调谐螺钉均贯穿金属通道外壁并延伸进金属通道内部，且所述输入输出结构内导体与金属内导体连接，且所述调谐螺钉延伸进金属通道部位指向金属内导体，金属内导体与金属通道内壁之间存在间隙，且调谐螺钉沿金属内导体的轴线排列。

所述至少有3个相邻的调谐螺钉依次交替排列在金属内导体轴线的两侧，且相邻两调谐螺钉的轴线互相平行。

所述调谐螺钉延伸进金属通道部位的顶端直径为R，金属通道在同时垂直于该调谐螺钉轴线和金属通道轴线两个方向的宽度尺寸为L，所述R≥40％L。

同时垂直于相邻两调谐螺钉轴线的直线距离小于等于该调谐螺钉顶端直径的3倍。

至少有3个相邻的调谐螺钉延伸进金属通道部位的顶端与金属内导体之间存在间隙，且该间隙小于等于0.3毫米。

还包括支撑介质，所述支撑介质两端分别与金属内导体和金属通道内壁连接，或支撑介质两端与金属通道内壁连接、且支撑介质任意部位与金属内导体连接。

所述支撑介质的轴线垂直相交于金属内导体轴线，且支撑介质的轴线垂直于、或垂直相交于、或平行于、或重合于调谐螺钉的轴线。

金属通道和金属内导体的轴线为“U”形、或“S”形、或直线、或它们的组合。

金属通道的横截面的形状为矩形，金属内导体的横截面的形状为圆形。

金属内导体的横截面的形状为矩形，并且调谐螺钉的轴线与金属内导体的一个面垂直。 

一般“S”形金属通道的弯折次数在3到30次之间。结构简单，成本低，而其形状可规律可循。

支撑介质用于支撑内导体并将其在金属通道内的位置加以固定。但支撑介质的使用将影响信号在内导体中的传输，特别是在低通滤波器通带高端频率处。为此，我们大大减少了位于内导体和金属通道之间的介质的使用。支撑介质的形状可以任意，但以柱状体容易加工。

为了在低通滤波器的阻带内产生传输零点以改善低通滤波器的阻带抑制陡度，金属内导体轴线上有尽量多相邻的调谐螺钉依次交替排列在金属内导体的两侧。且相邻两调谐螺钉的轴线互相平行。

为了尽量增大调谐螺钉顶端与金属内导体之间的电容，所述调谐螺钉延伸进金属通道部位的顶端直径为R，金属通道在同时垂直于该调谐螺钉轴线和金属通道轴线两个方向的宽度尺寸为L，所述R≥40％L。

为了尽量增大调谐螺钉顶端与金属内导体之间的电容，尽量多的调谐螺钉与金属内导体之间存在小于等于0.3毫米的间隙。即，调谐螺钉延伸进金属通道部位的顶端与金属内导体之间的间隙小于等于0.3毫米。

支撑介质用于固定金属内导体在金属通道中的位置。一般的，其在金属内导体轴线上的位置与调谐螺钉重合，并且在与金属内导体轴线垂直方向上的位置与调谐螺钉相对。即支撑介质的轴线重合于调谐螺钉轴线。

为了器件的小型化，低通滤波器可以设置为弯曲形状。金属通道和金属内导体的轴线弯曲为“U”形、“S”形、或直线、或它们的组合。同时也可以将金属通道和金属内导体的轴线设置为直线。即金属通道为直线通道。

为了便于加工，金属通道横截面的形状为矩形。为了降低加工成本，金属内导体横截面的形状为圆形。

为了便于加工和增大调谐螺钉顶端与金属内导体之间的电容，金属内导体横截面的形状为矩形。

低通滤波器的工作原理可以叙述如下。

首先，电磁波信号从内导体的一端输入到内导体中并沿内导体传输。当信号遇到任意一颗调谐螺钉时，一部分沿内导体继续传输，另一部分被反射回来。在某个频率，被所有的调谐螺钉反射回来的信号相互抵消，它们的和为零，这个频率的大部分信号沿内导体传输。这个频率处于低通滤波器的通带内。在某个频率，被所有的调谐螺钉反射回来的信号相互叠加，这个频率的大部分信号被反射。这个频率处于低通滤波器的阻带内。

总之，采用调谐螺钉实现电容加载，可以方便地对低通滤波器进行微调。采用指向相反的相邻调谐螺钉可以实现电容加载的基础上实现交叉耦合，在低通滤波器通带高端外实现若干传输零点，大大改善低通滤波器的带外抑制陡峭度；采用特殊的支撑介质结构可以在最少使用介质材料的条件下实现内导体的支撑和固定，这在通带截止频率进入毫米波频段的低通滤波器中尤为重要。

本发明的优点在于，结构简单、调试方便、通带截止频率高、过渡频段抑制陡峭。本发明的低通滤波器可望广泛用于各微波波段的电子系统中，特别是雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

附图说明

图1为本发明实施例一的俯视示意图。

图2为本发明实施例二的侧视示意图。

图中标号分别表示为：1、输入输出结构内导体；2、输入输出结构外导体；3、金属通道；4、金属内导体、5、调谐螺钉；6、支撑介质。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

实如图1所示，一种低通滤波器，包括2根输入输出结构内导体1、2根输入输出结构外导体2、金属通道3、金属内导体4、7个调谐螺钉5。金属内导体4分别在两端与输入输出结构内导体1连接。调谐螺钉5延伸进金属通道3部位指向金属内导体4。金属内导体4与金属通道3内壁之间存在间隙。调谐螺钉5沿金属内导体4的轴线排列。

在金属内导体4轴线上排列7个调谐螺钉5。相邻的调谐螺钉5依次交替排列在金属内导体4轴线的两侧，且相邻两调谐螺钉5的轴线互相平行。即图1中所示第一个调谐螺钉5位于金属内导体4上方，第2个调谐螺钉5位于金属内导体4下方。所有调谐螺钉5依次交替排列在金属内导体4的上方和下方。

如图1所示，R为调谐螺钉5延伸进金属通道3部位的顶端直径，L为金属通道3宽度，即金属通道3在同时垂直于该调谐螺钉5轴线和金属通道3轴线两个方向的宽度尺寸为L，R≥40％L。

同时垂直于相邻两调谐螺钉5轴线的直线距离小于等于该调谐螺钉5顶端直径的3倍。如图1所示，图中r为调谐螺钉5的直径，P为同时垂直于相邻两调谐螺钉5轴线的直线距离。

7个调谐螺钉5延伸进金属通道3部位的顶端与金属内导体4之间存在间隙，且该间隙小于等于0.3毫米。

本实施例中，还包括6个支撑介质6，所述支撑介质6分别与金属内导体和金属通道内壁连接。支撑介质6沿金属内导体4轴线上的位置与对应的调谐螺钉5重合，在与金属内导体4轴线垂直的截面上分别与对应的调谐螺钉5位于金属内导体4的两侧。

本实施例中的金属通道3和金属内导体4的轴线有3个“U”形或1个“U”形和一个“S”形。这种方案在调谐螺钉5数目比较大时采用，可以大大缩短滤波器的长度。

金属通道3的横截面的形状为矩形，金属内导体4的横截面的形状为矩形，并且所有调谐螺钉5的轴线与金属内导体4的上表面或下表面垂直。

实施例二

如图1和2所示，该低通滤波器与实施例一相似。主要区别是金属通道3和金属内导体4的轴线均为直线。这在滤波器调谐螺钉5数目较少时采用。

我们在这里仅仅给出了2只低通滤波器的实施实例。本发明的实现方式是没有限制的。比如，根据阻带抑制的要求，构成滤波器的调谐螺钉5的数目可以设置成3～50，甚至更多。数个相同或不同的本发明低通滤波器也可以串接，以获得不同通带或阻带频率响应。

Claims (10)

1.一种低通滤波器，其特征在于，主要由输入输出结构、金属通道（3）、以及设置在金属通道（3）内部的金属内导体（4）、若干调谐螺钉（5）构成，所述输入输出结构由输入输出结构外导体（2）、以及设置在输入输出结构外导体（2）内的输入输出结构内导体（1）构成，所述输入输出结构内导体（1）和调谐螺钉（5）均贯穿金属通道（3）外壁并延伸进金属通道（3）内部，且所述输入输出结构内导体（1）与金属内导体（4）连接，且所述调谐螺钉（5）延伸进金属通道（3）部位指向金属内导体（4），金属内导体（4）与金属通道（3）内壁之间存在间隙，且调谐螺钉（5）沿金属内导体（4）的轴线排列。

2.根据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于，包括至少有3个相邻的调谐螺钉（5）依次交替排列在金属内导体（4）轴线的两侧，且相邻两调谐螺钉（5）的轴线互相平行。

3.根据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于，所述调谐螺钉（5）延伸进金属通道（3）部位的顶端直径为R，金属通道（3）在同时垂直于该调谐螺钉（5）轴线和金属通道（3）轴线两个方向的宽度尺寸为L，所述R≥40％L。

4.跟据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于，同时垂直于相邻两调谐螺钉（5）轴线的直线距离小于等于该调谐螺钉（5）顶端直径的3倍。

5.跟据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于，至少有3个相邻的调谐螺钉（5）延伸进金属通道（3）部位的顶端与金属内导体（4）之间存在间隙，且该间隙小于等于0.3毫米。

6.跟据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于，还包括支撑介质（6），所述支撑介质（6）两端分别与金属内导体（4）和金属通道（3）内壁连接，或支撑介质（6）两端与金属通道（3）内壁连接、且支撑介质（6）任意部位与金属内导体（4）连接。

7.跟据权利要求6所述的一种低通滤波器，其特征在于，所述支撑介质（6）的轴线垂直相交于金属内导体（4）轴线，且支撑介质（6）的轴线垂直于、或垂直相交于、或平行于、或重合于调谐螺钉（5）的轴线。

8.根据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于，金属通道（3）和金属内导体（4）的轴线为“U”形、或“S”形、或直线、或它们的组合。

9.根据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于：金属通道（3）的横截面的形状为矩形，金属内导体（4）的横截面的形状为圆形。

10.根据权利要求1所述的一种低通滤波器，其特征在于：金属内导体（4）的横截面的形状为矩形，并且调谐螺钉（5）的轴线与金属内导体（4）的一个面垂直。 

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