CN102804484A - 可调带通滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调带通滤波器，所述可调带通滤波器包括：矩形波导管，该矩形波导管包括第一和第二波导部分，该第一和第二波导部分通过在H平面的中心位置处沿E平面将该矩形波导管分成两个部分而获得；夹在第一和第二波导部分之间而平行于E平面的金属板；至少一个电介质板，所述至少一个电介质板在矩形波导管内被设置成使得所述电介质板平行于金属板的纵向方向延伸；和驱动机构，所述驱动机构用于从外部改变电介质板和金属板之间的相对位置关系。

Description

可调带通滤波器

技术领域

本发明涉及一种可调带通滤波器，具体地，涉及一种设计用于高频率并且能够通过利用电介质改变通频带的可调带通滤波器。

背景技术

作为在微米波段到毫米波段的宽频率范围内使用的带通滤波器，已知的是利用波导的波导滤波器。该波导滤波器具有较低的损失并具有较高的功率持久性，并且该波导滤波器被广泛地使用于安装在人造卫星中的通信装置和地球站及类似物中的通信装置中。

作为一种类型的波导滤波器，JP-2006-121463-A公开了一种波导滤波器，其中矩形波导管在其H平面的中心位置处且沿着一方向被分割为两个部分，所述方向为电磁波通过垂直于H平面的平面(即，E平面)在波导管中传播所沿的方向，并且其中平行于波导管的E平面设置的薄金属板由所述两个分割部分夹在中间，并且其中电介质板被设置在该金属板上方或下方的至少一部分上。电介质板被设置成以在金属板的纵向延伸方向上延伸的方式与波导的E平面平行。具有1.0或更大的相对电容率的电介质材料用作电介质板。金属板被设计成具有指定频率的通带的阶梯形状。换句话说，金属板具有沿电磁波的传播方向周期地形成在该金属板中的窗口。电介质板的载荷产生改变H平面的方向上的电长度的效果。因此，当电介质板的厚度和布置位置被改变时，波导滤波器的中心频率可以改变，即，中心频率的频率偏移可以通过通带宽度保持几乎恒定来实现。

然而，在JP-2006-121463-A公开的带通滤波器中，金属板或者电介质板的形状构造出带通滤波器所需要的耦合系数，使得为了改变中心频率，构造滤波器的金属板或者电介质板需要由其它金属板或者电介质板替代。换句话说，JP-2006-121463-A中公开的带通滤波器不能用作能够在操作期间改变通带的中心频率的可调滤波器。

在WO2006/075439中公开了一种带通滤波器，所述带通滤波器使用半同轴空腔谐振器并且可以在没有对滤波器给予辅助的情况下从外部改变中心频率，或者是可调的。在这种可调滤波器中，外部导电部分具有形成在其中的多个单独的空腔部分，该空腔部分构造成共振器的各级。相邻的空腔部分彼此电磁耦合。相邻空腔部分之间的电磁耦合度可以通过耦合调节螺钉调节。每一个空腔部分都具有内部导电部分以及设置在其中的频率调节螺钉和电介质构件，所述电介质构件可移动地插入在空腔部分中，电介质构件被固定到保持构件。保持构件突出到外部导电部分的外部。外部导电部分具有设置在其外部的连接构件，所述连接构件为各个空腔部分所共有。每一个空腔部分的保持构件被耦合到该连接构件。当连接构件滑动或者旋转时，电介质构件和内部导电部分之间的距离在每一个空腔部分中改变，并因此作为共振器的每一个空腔部分的共振频率可以被同时改变。

然而，为了实现到该可调滤波器中的极好的通带特性，滤波器需要利用频率调节螺钉和耦合调节螺钉对每一级的每一个共振器进行调节。因此，在共振器具有许多级的情况下，调节变得非常麻烦。此外，为了实现频率偏移，需要制备诸如保持构件、连接构件、电介质构件和驱动单元的许多部件。

发明内容

技术问题：

本发明的一种示例性目的是提供一种可调带通滤波器，该可调带通滤波器被构造成波导滤波器并具有简单结构。

解决问题的技术方案：

根据本发明的一种示例性方面的可调带通滤波器包括：矩形波导管，该矩形波导管包括第一和第二波导部分，该第一和第二波导部分通过在矩形波导管中在H平面的中心位置处沿矩形波导管的E平面分割该矩形波导管而获得；以平行于E平面的方式由第一和第二波导部分夹在中间的金属板；至少一个电介质板，所述至少一个电介质板以在金属板的纵向延伸方向上延伸的方式布置在矩形波导管中；和驱动机构，所述驱动机构从外部改变电介质板和金属板之间的相对位置关系。

在这种可调带通滤波器中，对预先设计的共振器的电磁场分布产生影响从而改变共振频率的电介质板被布置在整个波导滤波器上，并连接到外部驱动机构使得外部驱动机构可以使电介质板从外部一体移动，藉此，电介质板的位置或角度可以改变。这样，在所述可调带通滤波器中，通带的中心频率可以通过简单结构被任意地和连续地改变。

附图说明

图1是根据第一示例性实施例的可调带通滤波器的分解立体图；

图2是从图1中的箭头A示出的方向观察时的剖视图；

图3是从图1中的箭头B示出的方向观察时的剖视图；

图4A是说明电介质板的摆动运动(flap motion)的剖视图；

图4B是说明电介质板的摆动运动的剖视图；

图4C是说明电介质板的摆动运动的剖视图；

图5是示例性显示与电介质板的摆动运动相关的带通滤波器的通过特性的测量结果的曲线图；

图6是根据第二示例性实施例的可调带通滤波器的分解立体图；

图7是从图6中的箭头C示出的方向观察时的剖视图；

图8是示例性显示与电介质板的上下运动相关的带通滤波器的通过特性的测量结果的曲线图；和

图9是显示具有温度补偿功能的可调带通滤波器的结构的示例的方框图。

具体实施方式

根据本发明的可调带通滤波器被构造作为使用矩形波导管的波导滤波器。该可调带通滤波器的结构的一个示例如下所述：矩形波导管在H平面的中心位置处沿E平面被分成两个波导部分作为波导管；由薄金属板制成并被设计成以指定频率共振的滤波元件被两个波导部分夹在中间；和设置可移动电介质板。

为了使金属板用作滤波元件，该金属板例如具有形成在该金属板中的多个窗口，藉此，金属板形成为阶梯的形状。

电介质板由电介质部分构成，该电介质部分具有1或更大的相对电容率。作为结构的示例，电介质板靠近金属板以在金属板的纵向延伸方向上延伸的方式布置，即，以在电磁波在矩形波导管中传播所沿的方向上延伸的方式布置。连接到电介质板的支撑杆突出到矩形波导管的外部，并且电介质板和金属板之间的相对位置关系可以通过操作支撑杆从外部被改变。因此，可以通过利用由于介电常数缩短波长的效果以电气方式改变波导管的H平面的长度，藉此可以实现中心频率的偏移作为滤波器。例如，电介质板可以被构造成以下方式：支撑杆被布置成沿着其中金属板被连接到矩形波导管的部分布置，并且电介质板的长边被连接到支撑杆，藉此，电介质板可以执行相对于金属板的摆动运动。

这里，H平面是当矩形波导管的截面被认为处于垂直于电磁波的传播方向的平面处时为该矩形波导管中的宽平面的平面。在图1显示的示例中，H平面是垂直平面。类似地，E平面与为矩形波导中的窄平面的平面相对应。在图1显示的示例中，E平面是水平面。

图1、图2和图3显示根据第一示例性实施例的可调带通滤波器10的结构。

矩形波导管在H平面的中心位置处沿E平面被分成两个波导部分11、12而作为矩形波导管。被构造成滤波元件的薄金属板13被两个波导部分11、12夹在中间。金属板13被设计成以指定频率共振。在图1示出的示例中，金属板13具有形成在该金属板中的6个窗口，藉此，金属板13形成为阶梯形状。

例如，金属板13的窗口以规则的间隔沿矩形波导管的轴向方向，即，电磁波的传播方向布置。在该结构中，当可调带通滤波器10作为整体被观察时，具有形成在其中的多个窗口的金属板13在矩形波导管中被布置成为与H平面中的中心位置处的E平面平行的滤波元件。因此，该滤波器被构造成为可调的E平面带通滤波器。

板状电介质板14被布置在波导部分12的内壁中的金属板的一侧上并沿金属板13的纵向延伸方向，即，电磁波的传播方向布置。实质上仅是电介质板14的长度例如比构造滤波元件的金属板13的第一级到最后一级的长度更长。

电介质板14被形成为与电杆相结合并具有较高长度的旗形状。电杆底部的一部分作为支撑杆22突出到矩形波导管的外部并被制成连接到驱动单元15的连接部分。驱动单元15可以施加摆动运动或者平行运动到电介质板14，摆动运动绕着所述电杆进行，平行运动沿电磁波的传播方向进行。例如，步进电动机可以用作驱动单元15。

用于电介质板14的驱动机构由诸如步进电动机和支撑杆22的驱动单元构成。

电介质板14的相对电容率是1或更大，并且电介质板14构造与金属板13共同作用的带通滤波器。该可调带通滤波器使用TE_10s(s＝1，2，3，...)模式，即，矩形波导管的传播模式中的一种，使得共振频率由H平面方向上的长度和电磁波的传播方向上的长度决定。因此，通过将电介质板14插入到矩形波导管中和通过改变由电介质板14和作为滤波元件的金属板13形成的角度，H平面方向上的电长度可改变，从而改变共振频率。换句话说，电介质板14对每一个共振器的电磁场分布都产生影响，从而改变共振频率。

以下描述具体的示例。考虑使用15GHz波段的矩形波导管(a×b＝15.8mm×7.9mm)的6级可调带通滤波器，其中a是H平面的长度和b是E平面的长度。板状电介质板14布置在图1示出的可调带通滤波器中。例如，电介质板14的相对电容率假设为2.6。该电介质板14用于改变频率，并且电介质板14的相对电容率只须根据要获得的特性来确定。

电介质板14可以通过驱动单元15产生的摆动运动使由电介质板14和H平面形成的角度从0°变化到90°。这种变化将在图4A、图4B和图4C中示出，图4A、图4B和图4C是从图1中的箭头A示出的方向观察时的剖视图。因此，如图5中的测量结果所示，可以在通带宽度几乎不变的情况下实现380MHz的频率偏移。

在该可调带通滤波器中，电磁场大部分集中在金属板13附近。当电介质板14靠近金属板13时，通过电介质板14产生的波长缩短的效果更进一步地发展，使得电介质板14以矩形波导管的宽平面在电气上明显更大的方式作用。换句话说，当电介质板14的位置从θ＝0°(图4A的情况)移动到θ＝45°(图4B的情况)并进一步移动到θ＝90°(图4的情况)时，电介质板14越来越接近金属板13，并且共振频率改变成较低频率。图5中的曲线(A)、(B)和(C)分别与其中电介质板14和金属板13之间的关系分别处于图4A、图4B和图4C中示出的状态的情况相对应。

通过电介质板14的摆动运动，使H平面更宽的运动和使中心频率改变成较低频率的运动在滤波器的耦合系数方面互相抵消，使得在该可调带通滤波器中，通过保持很少的通带宽度变化来改变中心频率。此外，当电介质板14的材料(即，相对电容率)改变或者电介质板14被设置成多个时，可以产生更大的中心频率变化。在这点上，代替电介质板14的摆动运动，电介质板14可以以改变电介质板14和金属板13之间的距离的方式平移。

该可调带通滤波器具有由波导部分11、12和可移动电介质板14制成的简单结构，并因此可以容易制造。此外，当突出到波导部分11、12的外部的电介质板14的支撑杆22连接到驱动单元15并且摆动运动或者平移运动应用到电介质板14时，可以实现任意且连续的频率变化。

图6和图7显示根据第二示例性的可调带通滤波器的结构。

矩形波导管在H平面的中心位置处沿E平面被分成两个波导部分16、17而作为矩形波导管。被构造作为滤波元件的薄金属板18被两个波导部分16、17夹在中间。金属板18被设计成以指定频率共振。在图6示出的金属板18中，金属板18具有形成在该金属板中的6个窗口，藉此，金属板18被形成为阶梯形状。

板状电介质板19平行于波导部分17中的E平面布置。电介质板19通过支撑杆21在该电介质板的中心部分处连接到驱动单元20。当电介质板19在所述附图中通过驱动单元20上下移动时，矩形波导管的宽平面的长度可以以电气方式变化，由此可以改变中心频率。在这点上，电介质板19在所述附图中可以布置在金属板18的上方，即，布置在波导部分16中。

由于驱动单元20可以采用具有例如步进电动机和用于通过步进电动机将旋转运动转换成直线运动的机构的组件。用于电介质板19的驱动机构由驱动单元20和支撑杆21构成。

在该结构中，当电介质板19通过驱动单元20在所述附图中上下移动时，电介质板19和金属板18之间的距离改变，藉此，矩形波导管中的H平面的方向上的电长度也改变。只需要波导的轴向方向上的电介质板19的长度比例如构成滤波元件的金属板18的第一级到最后一级的长度更长。

第二示例性实施例的可调带通滤波器的通过特性的测量结果将在图8中示出。在图8中，520MHz的频率偏移通过移动具有2.6的相对电容率的电介质板19来实现，电介质板19布置在6级E平面滤波器上。电磁场在金属板18附近最强，使得当电介质板19与金属板18接近时，如曲线D所示，中心频率改变成较低频率，反之，当电介质板19远离金属板18时，如曲线F所示，中心频率改变成较高频率。曲线E显示其中电介质板19处于中间位置的情况下的通带。

根据第三示例性实施例的可调带通滤波器是第一示例性实施例的可调带通滤波器和第二示例性实施例的可调带通滤波器的组合。可以通过任意组合第一示例性实施例和第二示例性实施例实现具有更多量的频率偏移的可调带通滤波器。

图9显示根据第四示例性实施例的可调带通滤波器，即，具有温度补偿功能的可调带通滤波器的结构的一个示例。第一示例性实施例中的通过驱动单元15实现的电介质板14的摆动运动或者第二示例性实施例中的通过驱动单元20实现的电介质板19的上下运动可以通过计算机控制来执行。因此，假定在第一示例性实施例中说明的可调带通滤波器10用于例如其中设置用于补偿由金属板的材料特性所引起的金属板的热膨胀或收缩的电介质构件的情况，温度数据和频率信息24被收集并被输入到只读存储器(ROM)25中，在所述只读存储器中存储用于补偿数据的数据。依据来自ROM 25的数据的输出，中央处理单元(CPU)26发送控制信号到驱动单元15，并且驱动单元15响应该控制信号施加摆动运动到电介质板14。

此外，基于本发明的可调带通滤波器包括具有以下补充附注中说明的结构的滤波器，但是不局限于此。

<补充说明1>

一种可调带通滤波器，其特征在于包括：

薄金属板，所述薄金属板平行于E平面被在H平面的中心处被分成两个部分的矩形波导管夹在中间；

电介质板，所述电介质板以在金属板纵向延伸方向上延伸的方式被布置在所述金属板下方或上方的至少一个位置处，并具有1.0或更大的相对电容率；以及

驱动单元，所述驱动单元从外部改变所述电介质板和所述金属板之间的相对位置关系。

<补充说明2>

如补充说明1所述的可调带通滤波器，其中，所述电介质板平行于所述H平面布置，并且所述驱动单元使所述电介质板绕着所述金属板附近的部分摆动，从而改变所述电介质板和所述金属板之间的相对角度。

<补充说明3>

如补充说明1所述的可调带通滤波器，其中，所述电介质板平行于所述H平面布置，并且所述驱动单元使所述电介质板沿所述金属板的纵向延伸方向平移，从而改变所述电介质板和所述金属板之间的相对重叠关系。

<补充说明4>

如补充说明1所述的可调带通滤波器，其中，所述电介质板平行于所述E平面布置，并且所述驱动单元使所述电介质板相对于所述金属板垂直地上下移动，从而改变所述电介质板和所述金属板之间的距离。

<补充说明5>

如补充说明1到4中任一项所述的可调带通滤波器，其中，步进电动机用于所述驱动单元。

<补充说明6>

如补充说明1到5中任一项所述的可调带通滤波器，其中，所述驱动单元由计算机根据指定信息控制，从而改变所述电介质板和所述金属板之间的相对位置关系。

到此为止，已经参照示例性实施例对本发明进行了说明，但是本发明不局限于上述示例性实施例。在本发明的保护范围内可以对本发明的结构和细节做出本领域的技术人员能够明白的各种修改。

本申请基于并要求了于2009年6月23日提交的日本专利申请第2009-148168号的优先权权益，该申请的公开内容通过引用在此全文并入。

附图标记列表：

10可调带通滤波器；

11，12，16，17波导部分；

13，18金属板；

14，19电介质板；

15，20驱动单元；

21，22支撑杆；

24温度数据，频率信息；

25 ROM；

26 CPU。

引用列表：

专利文献：

专利文献1：JP-2006-121463-A

专利文献2：WO2006-075439

Claims (8)

1.一种可调带通滤波器，包括：

矩形波导管，所述矩形波导管包括第一波导部分和第二波导部分，所述第一波导部分和所述第二波导部分在所述矩形波导管中通过在H平面的中心位置处沿所述矩形波导管的E平面分割所述矩形波导管而获得；

金属板，所述金属板以平行于所述E平面的方式被所述第一波导部分和所述第二波导部分夹在中间；

至少一个电介质板，所述至少一个电介质板以沿所述金属板的纵向延伸方向延伸的方式布置在所述矩形波导管中；以及

驱动机构，所述驱动机构从外部改变所述电介质板和所述金属板之间的相对位置关系。

2.根据权利要求1所述的可调带通滤波器，其中，所述金属板具有一个窗口或多个窗口，所述一个窗口或多个窗口沿所述矩形波导管的轴向方向形成，并且所述金属板被构造成为滤波元件。

3.根据权利要求1所述的可调带通滤波器，其中，所述金属板具有沿所述矩形波导管的轴向方向形成的多个窗口，并且所述金属板被构造成为滤波元件，并且其中所述电介质板沿所述矩形波导管的轴向方向的长度比形成所述多个窗口的区域的长度更长。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的可调带通滤波器，其中，所述电介质板平行于所述H平面布置，并且其中所述驱动机构使所述电介质板绕着所述金属板附近的部分摆动，从而改变由所述电介质板和所述金属板形成的相对角度。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的可调带通滤波器，其中，所述电介质板平行于所述H平面布置，并且其中所述驱动机构使所述电介质板沿所述金属板的纵向延伸方向平移，从而改变所述电介质板和所述金属板之间的相对重叠关系。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的可调带通滤波器，其中，所述电介质板平行于所述E平面布置，并且其中所述驱动机构使所述电介质板向所述金属板的前方或后方移动，从而改变所述金属板和所述电介质板之间的距离。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的可调带通滤波器，其中，所述驱动机构包括驱动所述电介质板的步进电动机。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的可调带通滤波器，其中，所述驱动机构由计算机根据指定信息进行控制，从而改变所述电介质板和所述金属板之间的相对位置关系。

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