CN103050750B - 双孔紧凑型波导定向滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公布了双孔紧凑型波导定向滤波器，包括主波导和副波导，还包括设置在主波导和副波导之间的第一滤波器和第二滤波器，第一滤波器的输入端和第二滤波器的输入端分别通过一个耦合孔与主波导联通，第一滤波器的输出端和第二滤波器的输出端也分别通过一个耦合孔与副波导联通，与主波导联通的两个耦合孔的中心点之间的间距为X，与副波导联通的两个耦合孔的中心点之间的间距为Y，X和Y都小于或等于第一滤波器通带的中心频率时主波导的波导波长的60%。本发明具有结构简单紧凑、工作频带宽、加工调试成本低等特点，可以构成多路多工器、无反射滤波器和互补型双工器等，广泛用于雷达、导弹制导、通信等领域。

Description

双孔紧凑型波导定向滤波器

技术领域

本发明涉及一种滤波器,具体地说，是涉及一种对称型双孔耦合的宽带紧凑型波导定向滤波器。

背景技术

滤波器是现代微波通信和军事电子系统中的一种通用原件。定向滤波器由于输入端反射比常规滤波器低得多，在一些对器件匹配要求较高的场合，比如大功率功率放大器中有重要应用。 定向滤波器的另一个重要用途是用作带通-带阻互补型双工器。已有的波导定向滤波器包括圆柱腔双模波导定向滤波器和利用两个波导裂缝电桥和两个滤波器实现的波导定向滤波器。前者为三维立体结构，需要分成多个部分分别加工，然后通过精密装配和焊接，然后再调试， 导致成本增高。后者由于两个波导裂缝电桥的使用，使器件的体积较大。同时，由于波导裂缝电桥的带宽较窄，构成的波导定向滤波器的带宽较窄。根据传输线理论，两个带通滤波器的输入端和输出端分别与两根传输线耦合，如果输入端耦合点之间的间距与输出端耦合点之间的间距之差为180度，也可以构成定向滤波器。但是利用矩形波导实现这种定向滤波器的设计，至今未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可平面放置、结构单一、占地体积小的双孔紧凑型波导定向滤波器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：双孔紧凑型波导定向滤波器，包括主波导和副波导，还包括设置在主波导和副波导之间的第一滤波器和第二滤波器，主波导的两端上分别设有输入端口和输出端口A，副波导的两端上分别设有输出端口B和隔离端口，第一滤波器的输入端和第二滤波器的输入端分别通过一个耦合孔与主波导联通，第一滤波器的输出端和第二滤波器的输出端也分别通过一个耦合孔与副波导联通，与主波导联通的两个耦合孔的中心点之间的间距为X，与副波导联通的两个耦合孔的中心点之间的间距为Y， X和Y都小于或等于第一滤波器通带的中心频率时主波导的波导波长的60%。

所述主波导和副波导都为矩形空波导。

为了增大双孔紧凑型波导定向滤波器的通带带宽，在所述的耦合孔中，设置有底面与耦合孔内底面连接的金属柱，金属柱除底面以外的其余面都与耦合孔存在间隙。

为了增大双孔紧凑型波导定向滤波器的通带带宽，连接在第一滤波器上的耦合孔靠近第二滤波器的一面与第一滤波器靠近第二滤波器的一面齐平，连接在二滤波器上的耦合孔靠近第一滤波器的一面与第二滤波器靠近第一滤波器的一面齐平。

所述主波导的上表面、副波导的上表面、第一滤波器的上表面、第二滤波器的上表面和耦合孔的上表面均处于同一平面内。

第一滤波器和第二滤波器均由串联的若干谐振腔构成，谐振腔内设置有金属体。

主波导和副波导相对于主波导和副波导之间的一个平面C呈镜像对称分布，该平面C与第一滤波器轴线垂直。

第一滤波器和第二滤波器相对于第一滤波器和第二滤波器之间的一个平面D呈镜像对称分布，所述的平面D与主波导轴线垂直。

主波导和副波导的轴线互相平行，第一滤波器的轴线和第二滤波器的轴线互相平行且都垂直于主波导的轴线。

X和Y都小于或等于第一滤波器通带的中心频率时主波导的波导波长的60%。有利于器件的小型化设置。

本发明相对于主波导和副波导之间的一个平面C呈镜像对称分布，该平面C与第一滤波器轴线垂直，即主波导和副波导相对于主波导和副波导之间的一个平面C呈镜像对称分布，该平面C与第一滤波器轴线垂直。

为了方便计算和设计，本发明相对于第一滤波器和第二滤波器之间的一个平面D呈镜像对称分布，此时所述的平面D与主波导轴线垂直。即第一滤波器和第二滤波器相对于第一滤波器和第二滤波器之间的一个平面D呈镜像对称分布，所述的平面D与主波导轴线垂直。

为了方便加工、装配和调试，本发明中所述主波导的上表面、副波导的上表面、第一滤波器的上表面、第二滤波器的上表面和耦合孔的上表面均处于同一平面内。

第一滤波器通带的中心频率和第二滤波器通带的中心频率一致，在第一滤波器通带的中心频率时,主波导和副波导的波导波长一致。

以往以微带线或带状线做的定向滤波器，其连接主线的两接头之间的距离和连接副线的两接头之间的距离是不一致的。而本发明可以通过两对相隔距离一致的耦合孔做到具备同样功能的定向滤波器，从而改变其排布，以对称和平面排布为基准，减小其占地空间，使得应用范围更广。

具体的说，本发明的最大特点是去掉了两个波导裂缝电桥，有利于器件的小型化。同时，第一滤波器和第二滤波器与主波导联通的两个耦合孔之间的距离同第一滤波器和第二滤波器与副波导联通的两个耦合孔之间的距离相同， 而不是相差半个波导波长，器件的体积进一步减小。为了方便加工、装配和调试，降低器件成本，所述主波导，副波导，第一滤波器，第二滤波器和耦合孔的上表面齐平， 使得所有的微波结构都设置在底座上并可以通过普通数控铣床一次性加工完成后，加上平面形状的盖板完成。

本发明的工作原理可以简述如下： 微波信号通过主波导上的输入端口输入到该双孔紧凑型波导定向滤波器中，通过两个耦合孔分别进入第一滤波器和第二滤波器的输入端。 如果该信号的频率位于第一滤波器和第二滤波器的通带内， 两个信号将分别通过两个滤波器在副波导上的输出端口B同相叠加， 从输出端口B输出。 在隔离端口，由于两个信号在这里叠加时，相位相反，输出功率很小。其微波信号传播流程为：微波信号依次通过主波导、第一滤波器输入端的耦合孔、第一滤波器、第一滤波器输出端的耦合孔、一段副波导、第二滤波器输出端的耦合孔、第二滤波器、第二滤波器输入端的耦合孔、回到主波导的输出端口A处，此处的微波信号与主波导中直接传播到输出端口A的信号反相，输出功率很小。如果该信号的频率位于第一滤波器和第二滤波器的通带外， 两个信号将分别在第一滤波器和第二滤波器的输入端反射回主波导中，从输出端口A输出。由此可见，位于两个滤波器通带内的信号从输出端口B输出，位于两个滤波器通带外的信号从输出端口A输出.输入端口的反射很小，隔离端口中输出功率很小，从而很好地实现了定向滤波器或互补性双工器的功能。

由于器件的对称性，可以选择主波导和副波导上的任意端口作为输入端口。这时，输出端口和隔离端口应做相应调整。

本发明的双孔紧凑型波导定向滤波器具有结构简单紧凑、工作频带宽、加工调试成本低等特点，可以构成多路多工器、无反射滤波器和互补型双工器等，广泛用于雷达、导弹制导、通信等军事及民用领域。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为实施实例1的俯视图。

图3为实施实例1的计算结果曲线。

图4为实施实例2的俯视图。

附图中标号对应名称：1-输入端口，2-输出端口A,3-输出端口B,4-隔离端口,5-主波导，6-副波导，7-第一滤波器，8-第二滤波器，9-耦合孔，10-金属柱，11-金属体。

具体实施方式

实施实例1

如图1、2所示，双孔紧凑型波导定向滤波器，包括轴线互相平行的主波导5和副波导6，还包括设置在主波导5和副波导6之间的第一滤波器7和第二滤波器8，第一滤波器7的轴线和第二滤波器8的轴线互相平行且都垂直于主波导5的轴线，主波导5的两端上分别设有输入端口1和输出端口A2，副波导6的两端上分别设有输出端口B3和隔离端口4，第一滤波器7的输入端和第二滤波器8的输入端分别通过一个耦合孔9与主波导5联通，第一滤波器7的输出端和第二滤波器8的输出端也分别通过一个耦合孔9与副波导6联通，与主波导5联通的两个耦合孔9的中心点之间的间距为X，与副波导6联通的两个耦合孔9的中心点之间的间距为Y， X和Y都小于或等于第一滤波器7通带的中心频率时主波导5的波导波长的60%。

第一滤波器7和第二滤波器8都为3级直接耦合腔滤波器。

所述主波导5和副波导6都为矩形空波导。

为了增大双孔紧凑型波导定向滤波器的通带带宽，在所述的耦合孔9中，设置有底面与耦合孔9内底面连接的金属柱10，金属柱10除底面以外的其余面都与耦合孔9存在间隙。

为了增大双孔紧凑型波导定向滤波器的通带带宽，连接在第一滤波器7上的耦合孔9靠近第二滤波器8的内侧壁与第一滤波器7靠近第二滤波器8的内侧壁齐平，连接在第二滤波器8上的耦合孔9靠近第一滤波器7的内侧壁与第二滤波器8靠近第一滤波器7的内侧壁齐平。

所述主波导5的上表面、副波导6的上表面、第一滤波器7的上表面、第二滤波器8的上表面和耦合孔9的上表面均处于同一平面内。

主波导5和副波导6相对于主波导5和副波导6之间的一个平面C呈镜像对称分布，该平面C与第一滤波器7轴线垂直。

第一滤波器7和第二滤波器8相对于第一滤波器7和第二滤波器8之间的一个平面D呈镜像对称分布，所述的平面D与主波导5轴线垂直。

X和Y都小于或等于第一滤波器7通带的中心频率时主波导5的波导波长的60%。有利于器件的小型化设置。

微波信号通过主波导5上的输入端口1输入到该双孔紧凑型波导定向滤波器中，通过两个耦合孔9 分别进入第一滤波器7和第二滤波器8的输入端。 如果该信号的频率位于第一滤波器7和第二滤波器8的通带内， 两个信号将分别通过两个滤波器在副波导6上的输出端口B3同相叠加， 从输出端口B3输出。 在隔离端口4，由于两个信号在这里叠加时，相位相反，输出功率很小。微波信号依次通过主波导5、第一滤波器输入端的耦合孔、第一滤波器7、第一滤波器输出端的耦合孔、一段副波导6、第二滤波器8输出端的耦合孔9、第二滤波器8、第二滤波器8输入端的耦合孔9、回到主波导5的输出端口A2处，此处的微波信号与主波导5中直接传播到输出端口A2的信号反相，输出功率很小。如果该信号的频率位于第一滤波器7和第二滤波器8的通带外， 两个信号将分别在第一滤波器7和第二滤波器8的输入端反射回主波导5中，从输出端口A2输出。由此可见，位于两个滤波器通带内的信号从输出端口B3输出，位于两个滤波器通带外的信号从输出端口A2输出.输入端口1的反射很小，隔离端口4中输出功率很小，从而很好地实现了定向滤波器或互补性双工器的功能。

根据实施实例1的结构计算得到的该双孔紧凑型波导定向滤波器的S参数如图3所示。从图中可以看出，在8到12GHz的工作带宽内，主波导的输入端口1的反射都低于-10dB，隔离端口4上的输出低于-15dB。在10.8~11GHz的通带内，输出端口B3的输出高于-0.5dB, 输出端口A2的输出低于-15dB。在8~11.6GHz和11.2~12GHz的频率范围内，输出端口A2的输出高于-0.5dB。因此，该实施实例提供了一只带宽覆盖8~12GHz，通带频带0.2GHz的紧凑型波导定向滤波器。

实施实例2

如图4.与实施实例1的区别仅在于，第一滤波器7和第二滤波器8均由串联的若干谐振腔构成，谐振腔内设置有金属体11。

上述仅为举例。实际生产中，第一滤波器7和第二滤波器8的级数可以为1级或多级，结构不仅可以为波导结构，也可以为微带、带线、腔体结构，等等。由于器件的对称性，可以选择主波导5和副波导6上的任意端口作为输入端口。这时，输出端口和隔离端口应做相应调整。

如上所述，即可较好的实现本发明。

Claims (8)

1.双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，包括主波导（5）和副波导（6），还包括设置在主波导（5）和副波导（6）之间的第一滤波器（7）和第二滤波器（8），主波导（5）的两端上分别设有输入端口（1）和输出端口A（2），副波导（6）的两端上分别设有输出端口B（3）和隔离端口（4），第一滤波器（7）的输入端和第二滤波器（8）的输入端分别通过一个耦合孔（9）与主波导（5）联通，第一滤波器（7）的输出端和第二滤波器（8）的输出端也分别通过一个耦合孔（9）与副波导（6）联通，与主波导（5）联通的两个耦合孔（9）的中心点之间的间距为X，与副波导（6）联通的两个耦合孔（9）的中心点之间的间距为Y， X和Y都小于或等于第一滤波器（7）通带的中心频率时主波导（5）的波导波长的60%；在所述的耦合孔（9）中，设置有底面与耦合孔（9）内底面连接的金属柱（10），金属柱（10）除底面以外的其余面都与耦合孔（9）存在间隙。

2.根据权利要求1所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，所述主波导（5）和副波导（6）都为矩形空波导。

3.根据权利要求1所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，连接在第一滤波器（7）上的耦合孔（9）靠近第二滤波器（8）的内侧壁与第一滤波器（7）靠近第二滤波器（8）的内侧壁齐平，连接在第二滤波器（8）上的耦合孔（9）靠近第一滤波器（7）的内侧壁与第二滤波器（8）靠近第一滤波器（7）的内侧壁齐平。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，所述主波导（5）的上表面、副波导（6）的上表面、第一滤波器（7）的上表面、第二滤波器（8）的上表面和耦合孔（9）的上表面均处于同一平面内。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，第一滤波器（7）和第二滤波器（8）均由串联的若干谐振腔构成，谐振腔内设置有金属体（11）。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，主波导（5）和副波导（6）相对于主波导（5）和副波导（6）之间的一个平面C呈镜像对称分布，该平面C与第一滤波器（7）轴线垂直。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，第一滤波器（7）和第二滤波器（8）相对于第一滤波器（7）和第二滤波器（8）之间的一个平面D呈镜像对称分布，所述的平面D与主波导（5）轴线垂直。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的双孔紧凑型波导定向滤波器，其特征在于，主波导（5）和副波导（6）的轴线互相平行，第一滤波器（7）的轴线和第二滤波器（8）的轴线互相平行且都垂直于主波导（5）的轴线。