CN102544649A - 一腔三模滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波滤波器或双工器技术领域。特别是基于一腔三模技术的一腔三模滤波器，其特征是：它至少包括立方体矩形波导谐振腔，立方体矩形波导谐振腔中有TE101，TE011，TE110三种模式，三种模式的谐振频率大小相等，立方体矩形波导谐振腔的腔内填充不导电介质材料，六面为导电面，边长为中心频率在该介质材料时波长的根号二分之一。它体积小、生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及微波滤波器或双工器技术领域。特别是基于一腔三模技术的一腔三模滤波器。
技术背景
多模技术在微波元件的设计中得到了广泛的应用。微波传输线中电磁场分布可以存在多种模式，每一种模式都可以用于实现一种独立谐振器。由于模式正交独立性，在一个物理腔内客观存在着多种独立的谐振器。目前技术普遍使用了其中一种模式谐振器，可以说是一种资源浪费。多模技术就是使得各个模式独立的谐振器实现了耦合。一个具有n模式谐振器的物理腔相当于n个单模式谐振器的物理腔。
发明内容
本发明提供一种体积小、生产成本低的一腔三模滤波器。
本发明解决技术问题采用的技术方案：一腔三模滤波器，其特征是：它至少包括立方体矩形波导谐振腔，立方体矩形波导谐振腔中有TE101，TE011，TE110三种模式，三种模式的谐振频率大小相等，立方体矩形波导谐振腔的腔内填充不导电介质材料，六面为导电面，边长为中心频率在该介质材料时波长的根号二分之一。
所述的立方体矩形波导谐振腔包括一个耦合窗，通过耦合窗使立方体矩形波导谐振腔与波导实现了耦合，外界信号能量通过波导输入，波导通过耦合窗在立方体矩形波导谐振腔激励起的主模式TE101或TE011或TE110中的任意一种。
所述的激励起的主模式TE101或TE011或TE110，取决于在立方体矩形波导谐振腔中六个面中的哪一个面开耦合窗。
所述的立方体矩形波导谐振腔的三个面上分别安装有3个调谐螺钉（4、6、8）；调谐螺钉用于微调模式的谐振频率；三个面分别于模式TE101、TE011和TE110的电场极化方向垂直。
所述的调谐螺钉位于谐振腔的表面的中心，并且垂直与立方体矩形波导谐振腔的表面，调谐螺钉与需要微调谐振频率模式的电场极化方向平行。
所述的TE101，TE011，TE110三种模式中，任意两种模式之间的耦合，通过在立方体矩形波导谐振腔适当的棱边上制造缺陷实现。
所述的立方体矩形波导谐振腔存在十二条棱边，具体选择在哪一条边上制造缺陷实现耦合，需要考虑互相耦合的模式电场极化方向，首先寻找两种模式电场同时垂直的四条棱边，根据正、负耦合的要求选择其中之一棱边，在该边的中点插入耦合螺钉，并且耦合螺钉需要同时和两种模式电场的极化方向形成45度角。
所述的立方体矩形波导谐振腔表面为金属，腔内填充不导电介质材料。
所述立方体矩形波导谐振腔内的所有导体材料表面为镀银层。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点:
1：模式应用充分，节约了成本，并且谐振腔中谐振模式Q值高，使得滤波器，双工器插损低，适合接收设备前端使用；同时谐振腔功率容量高，适合高功率发射机的末端使用。
2：使用三模技术，体积和重量基本是目前单模技术的三分之一。更适合应用于对体积，重量要求较高的场合，如航天，军用领域。
3：由于在一个物理腔中存在三模式，使得三个模式间的耦合途径在一个腔内实现，更为方便。传统的单腔技术，每一个模式都是存在于一个物理腔中，模式间的耦合受到物理腔的空间布局限制。
4：模式间的耦合结构实现方便，可以采用耦合螺钉，或者切除耦合棱边的方法实现。耦合螺钉可以实现耦合微调，而切出边的耦合方法，功率容量较大。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1单腔三模的耦合实现；
图2A、图2B、图2C是模式间的另一种类型耦合结构；
图3是图1所获得的效果；
图4是双腔六阶带通滤波器；
图5是双腔六阶带通滤波器S参数；
图6是双腔六阶双通带滤波器；
图7是双腔六阶双通带滤波器S参数。
图中：1、波导；2、耦合窗；3、立方体矩形波导谐振腔；4、调谐螺钉；5、耦合螺钉；6、调谐螺钉；7、耦合螺钉；8、调谐螺钉。
具体实施方式
如图1所示，一腔三模滤波器，其特征是：它至少包括立方体矩形波导谐振腔3，立方体矩形波导谐振腔3中有TE101，TE011，TE110三种模式，三种模式的谐振频率大小相等，立方体矩形波导谐振腔3的腔内填充不导电介质材料，六面为导电面，边长为中心频率在该介质材料时波长的根号二分之一。
立方体矩形波导谐振腔3包括一个耦合窗2，通过耦合窗2使立方体矩形波导谐振腔3与波导1实现了耦合，外界信号能量通过波导1输入，波导1通过耦合窗2在立方体矩形波导谐振腔3激励起的主模式TE101或TE011或TE110中的任意一种。
所述激励起的主模式TE101或TE011或TE110，取决于在立方体矩形波导谐振腔3中六个面中的哪一个面开耦合窗2。
所述的立方体矩形波导谐振腔3的三个面上安装有调谐螺钉4、调谐螺钉6、调谐螺钉8。调谐螺钉用于微调模式的谐振频率。三个面分别于模式TE101、TE011和TE110的电场极化方向垂直。
调谐螺钉4、调谐螺钉6、调谐螺钉8位于立方体矩形波导谐振腔3的表面的中心，并且垂直与立方体矩形波导谐振腔3的表面，调谐螺钉与需要微调谐振频率模式的电场极化方向平行。
TE101，TE011，TE110三种模式中，任意两种模式之间的耦合，通过在立方体矩形波导谐振腔3适当的边上制造缺陷实现。
立方体矩形波导谐振腔3存在十二条棱边，具体选择在哪一条棱边上制造缺陷实现耦合，需要考虑互相耦合的模式电场极化方向，首先寻找两种模式电场同时垂直的四条棱边，根据正、负耦合的要求选择其中之一棱边，在该边的中点插入耦合螺钉，并且耦合螺钉需要同时和两种模式电场的极化方向形成45度角。
立方体矩形波导谐振腔3表面为金属，腔内填充不导电介质材料。
所述谐振腔内的所有导体材料表面为镀银层。
在矩形波导中实现的三模技术，相对于目前的双模技术，进一步的减小了体积、质量生产成本。其体积、质量仅相当于常规单模技术的三分之一。并且该三模技术容易实现交叉耦合滤波器，从而可以实现广义切比雪夫函数的滤波器，有效提高选频特性。传输零点很容易在有限频率范围内移动，形成不对称滤波器或双通带滤波器。
因为耦合总是会引入寄生电容或者寄生电感，导致各个模式的谐振频率有所偏移，调谐螺钉4，调谐螺钉6，调谐螺钉8，用于微调三个模式的谐振频率。调谐螺钉4，调谐螺钉6，调谐螺钉8位于谐振腔3的表面的中心，并且垂直与谐振腔3的表面，同样调谐螺钉与需要微调谐振频率模式的电场极化方向平行。
TE101，TE011，TE110三种模式中，任意两种模式之间的耦合，通过在立方体矩形波导谐振腔3适当的边上制造缺陷实现，如图中的耦合螺钉5，耦合螺钉7实现，或者图中的。立方体矩形波导谐振腔3存在十二条棱边，具体选择在哪一条棱边上制造缺陷实现耦合，需要考虑互相耦合的模式电场极化方向。如实现TE101，TE011两种模式之间的耦合，首先寻找与TE101，TE011两种模式电场同时垂直的四条棱边，根据正、负耦合的要求选择其中之一棱边，在该棱边的中点插入耦合螺钉，并且耦合螺钉需要同时和TE101，TE011两种模式电场的极化方向形成45度角。
当结构较为复杂的情况下，耦合螺钉往往不易安装，本发明还可以采用另一种类型结构实现不同电场模式间的耦合，如图2所示。
图2这类型的耦合结构的思想是：针对需要实现模式耦合的谐振腔3的边，因总体结构原因而无法安装耦合螺钉情况下，可以将谐振腔3中需要实现耦合的边切除，留下如图2中9,10,11等不规则结构。其本质是切除谐振腔3中十二条棱边中需要实现耦合的棱边，切除方法不局限于图2中9,10,11结构。
应用举例：
图1是单腔情况下的应用，谐振腔3和外面波导1通过耦合窗2实现耦合。谐振腔3的谐振频率调谐通过调谐螺钉4，调谐螺钉6，调谐螺钉8实现。谐振模式间的耦合通过耦合螺钉5，耦合螺钉7实现。整个结构实现了带通滤波器，效果如图3所示。从图3的S11可以看出，出现了三个谐振峰，即是个三阶滤波器，说明单腔中实现了三模技术。
图4涉及到腔和腔之间的耦合情况，相对于图1，关键涉及到腔和腔之间的耦合。这种耦合是通过十字耦合窗实现的。图4的应用依旧采用调谐螺钉实现谐振频率的调整，以及通过耦合螺钉实现模式间的耦合。图5是对应的仿真结果，从S11参数中可以看见，存在着6个谐振峰，说明双腔实现了6阶的效果，即单腔应用了三个模式。
图6涉及到部分的模式间耦合无法通过耦合螺钉实现的情况。故采用了图2中切除耦合边的实现方法。该应用中，谐振器的谐振频率的微调依旧是通过微调螺钉实现。谐振腔与外面能量的耦合通过了耦合窗与波导连接。仿真结果如图7所示，为双通带滤波器，从S11依旧可以看出具有6阶的效果，即单腔应用了三个模式。
Claims (9)
1.一腔三模滤波器，其特征是：它至少包括立方体矩形波导谐振腔，立方体矩形波导谐振腔中有TE101，TE011，TE110三种模式，三种模式的谐振频率大小相等，立方体矩形波导谐振腔的腔内填充不导电介质材料，六面为导电面，边长为中心频率在该介质材料时波长的根号二分之一。
2.根据权利要求1所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的立方体矩形波导谐振腔包括一个耦合窗，通过耦合窗使立方体矩形波导谐振腔与波导实现了耦合，外界信号能量通过波导输入，波导通过耦合窗在立方体矩形波导谐振腔激励起的主模式TE101或TE011或TE110中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的激励起的主模式TE101或TE011或TE110，取决于在立方体矩形波导谐振腔中六个面中的哪一个面开耦合窗2。
4.根据权利要求2所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的立方体矩形波导谐振腔的三个面上分别安装有3个调谐螺钉（4、6、8）；调谐螺钉用于微调模式的谐振频率；三个面分别于模式TE101、TE011和TE110的电场极化方向垂直。
5.根据权利要求4所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的调谐螺钉位于谐振腔的表面的中心，并且垂直与立方体矩形波导谐振腔的表面，调谐螺钉与需要微调谐振频率模式的电场极化方向平行。
6.根据权利要求1所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的TE101，TE011，TE110三种模式中，任意两种模式之间的耦合，通过在立方体矩形波导谐振腔适当的棱边上制造缺陷实现。
7.根据权利要求1所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的立方体矩形波导谐振腔存在十二条棱边，具体选择在哪一条边上制造缺陷实现耦合，需要考虑互相耦合的模式电场极化方向，首先寻找两种模式电场同时垂直的四条棱边，根据正、负耦合的要求选择其中之一棱边，在该边的中点插入耦合螺钉，并且耦合螺钉需要同时和两种模式电场的极化方向形成45度角。
8.根据权利要求1所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述的立方体矩形波导谐振腔表面为金属，腔内填充不导电介质材料。
9.根据权利要求2所述的一腔三模滤波器，其特征是：所述立方体矩形波导谐振腔内的所有导体材料表面为镀银层。
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